Simulagora au service d'un grand défi industriel

La prédiction en temps réel de la dispersion accidentelle d'un polluant dans l'air

F. Cayré, N. Chauvat – LogilabF. Cayré, N. Chauvat – LogilabM. Le Guellec, A. Tripathi – Fluidyn FranceM. Le Guellec, A. Tripathi – Fluidyn France

J.M. Libre – Total E&PJ.M. Libre – Total E&P

La simulation dans les nuagesau service d'un grand défi industriel

NAFEMS France - 7 juin 2012 2

Acteurs du projet

● Total Exploration & Production

● Fluidyn France : simulation numérique

● Édition de logiciel de simulation (CFD, multi-physiques)

● Études & expertises en simulation

● Secteurs : environnement, risques industriels

● Logilab : services en informatique

● Gestion des connaissances, Web Sémantique

● Simulation numérique, cloud computing, informatique scientifique

● Langage Python, logiciel libre


Prédire la fuite d'un polluant surune plate-forme pétrochimique

● Objectif

● fournir une cartographie prédictive du nuage toxique pour l'aide à la décision ( < 15 minutes)

● Difficultés

● Site étendu ( > 1km²) et très encombré (site de Lacq) écoulements complexes→

● Influence météo (mesures stations temps réel) écoulements instationnaires, prédiction temps réel→

● Localisation de la fuite via capteurs sur site détermination complexe des conditions aux limites→

● Conséquences

● Sur site : évacuation, confinement, arrêt process, etc.

● Dans l'environnement : protection population, gestion de l'urgence avec les autorités


Stratégie développéepar Fluidyn

● Méta-modèle numérique 3D

● En amont, réalisation de nombreux calculs 3D simulant une variété de conditions météo

● Détermination probabiliste des caractéristiques de la fuite

● En amont, base de données de fonctions de transfert entre les N sources potentielles et les M capteurs disposés sur site

● Pendant l'accident : reconstruction de la fuite par inférence bayésienne sur la base des concentrations détectées et de la météo

● Calcul 3D de la dispersion en temps réel

● Écoulement instationnaire issu de la base de données

● Dispersion en utilisant un modèle mixte particules/ bouffées

Calcul du terme source

Dispersion


Difficultés informatiquesliées à cette application

● Puissance de calcul / stockage

● 1 calcul 3D = 15h de calcul sur 8 processeurs

● Base de données complète (180 calculs) :

– 21 600h d'un processeur

– 80 Go de données

● Temps de restitution

● Sur une machine à 8 processeurs : 3 mois

● Sur 60 machines (480 processeurs) : 2 jours

● Sûreté & disponibilité des données

● Ces données ont une valeur importante (temps de calcul, temps ingénieur, équipement, etc.)

● Leur indisponibilité n'est pas envisageable en cas d'accident


Solution technique développéepar Logilab : Simulagora

● Basé sur le « cloud » public

● Moyens de calcul et de stockage distribués

● Puissance énorme disponible en permanence

● Mobilisation immédiate des moyens de calcul

● Stockage illimité, sûreté des données optimale

● Aujourd'hui : Amazon Web Services

● Interface utilisateur : portail WEB de gestion des calculs

● Accessibilité totale dans le temps et l'espace

● Aucune compétence et aucun matériel spécifique nécessaire

● Assure traçabilité et reproductibilité des calculs

● Fonctionnalités avancées

– Intégration de scripts utilisateurs

– enchaînements de calculs

– travail collaboratif ServeurNavigateur

Cloud

Simulagora

WWW


Utilisation de Fluidyn Panachedans Simulagora (1/3)

[Logilab] Journée 1

● Installation du code et du serveur de licences

● Mise au point du script de lancement de calcul sur un cas-test fourni par Fluidyn France

[Fluidyn] Journée 1

● Réception de la dernière géométrie du site

● Retouches du maillage (hybride, 3 blocs imbriqués, 2 millions de mailles) et des CLs



● Journée 2 : Lancement des calculs

● Transfert des données réelles

– Direct vers Amazon (perfos)

– Reprise sur erreur avec checksum(par morceaux de 5Mo)

● Mise au point du calcul de référence

– Formulaire WEB simple : choixdu type de machine notamment

– Saisie du paramètre windrose(numéro de fichier météo)

● Préparation & lancement de l'étude paramétrique

– Même style : choix du calcul de référence, saisie des valeurs de windrose à parcourir

– Génération automatique des calculs, puis lancement simultané de tous les calculs



● Journée 3 : Suivi et visu des résultats

● Suivi

– Pas besoin de quitter son navigateur

– Possibilité de se connecter directement en ssh en fournissant une clef publique

● Convergence

– Vérifiée en temps réel

– Le calcul peut être arrêté si nécessaire

– Pour notre application : 6 ordres de grandeurs sur la pression, 3 sur la vitesse et les grandeurs turbulentes (k, ε) OK→

● Temps de calcul

– 30 calculs réalisés pour la démonstration

– 360 heures sur 30 machines 8 cores

● Temps de restitution total (lancement & sauvegarde comprise)

– 13 heures


Résultats (1/2)

Illustration de la complexité des écoulements

● Visualisation des vecteurs vitesse sur site, près du sol

● Influence des éléments 3D du terrain sur les écoulements


Résultats (2/2)

● Exemple de résultat de dispersion

● Temps de calcul < 15 minutes

● 2 à 5 fois plus rapide que le réel

● Méthodologie

● Sélection en temps réel parmi les écoulements3D selon la météo, qui varie dans le temps

● Modèle mixte lagrangien stochastique et bouffées

3 4

1 2


Conclusions de l'étude

● Mise en œuvre réussie de Fluidyn Panache dans Simulagora

● Sur un cas industriel de haute technicité

– Modélisation CFD 3D sur maillage fin

– Calcul 3D rapide de la dispersion

● Illustrant les grandes capacités de la plate-forme

– Puissance de calcul disponible grâce au cloud Amazon

– Simplicité d'utilisation du portail WEB

– Temps de restitution global record

– Suivi de l'avancement et de la convergence en interactif

– Le tout à l'aide d'un simple navigateur internet


Intérêts de la plate-forme Simulagora

Cluster maison Cloud seul Simulagora

Coûts de maintenance --- + +++

Coûts de calcul +++/-- ++ +

Disponibilité ++/-- ++ ++

Puissance ++/-- +++ +++

Souplesse d'utilisation +/--- +++ ++

Temps de restitution +/- ++ +++


Développements futursde Simulagora

● Selon vos demandes

● Ce produit répond à votre besoin : exprimez-le !

● Logilab pratique les méthodes de développement « agiles »

● Axes de développement prévus

● Travail collaboratif

– Partage de données, co-réalisation de calculs

– Co-rédaction de rapports liés aux données

– Gestion de la sous-traitance de calculs

● Enchaînements de calcul & Optimisation

– Modeleur géométrique, mailleur, pré- et post- traitements intégrés à la plate-forme (exemple : Salomé)

– Optimisation sous contraintes avec des librairies Open Source (Scipy.Optimize, SciLab)

Internet

Simulagora au service d'un grand défi industriel