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Modélisation numérique des phénomènes physiques

La capacité de modéliser et de simuler numériquement des phénomènes physiques de grande ampleur induit une révolution scientifique et technique - dans certaines limites malgré tout. Le calcul parallèle et le rendu graphique de ces simulations sont deux éléments clés, mais le cœur scientifique du problème réside dans le choix de modèles physiques, dans la conception de méthodes numériques et dans la façon de les implémenter efficacement en machine.

Connaître
À propos des maillages  

Voici le premier épisode du podcast audio auquel vous pouvez vous abonner sur Interstices. Comment construire un maillage ? Quelles en sont les applications ? Où en est la recherche dans ce domaine ? Paul-Louis George nous l'explique en une dizaine de minutes.

De la recherche
Modélisation géométrique des matériaux nanostructurés  

Vous avez dit nanotechnologies ? Elles sont entrées dans le langage courant pour désigner toute transformation de matière au niveau atomique. Mais que sont exactement les nanosciences, les nanotechnologies, et autres vocables en « nano » ? Pourquoi et comment les représenter virtuellement ?

Ludique
10 questions sur la modélisation et la simulation  

Pourquoi modéliser et simuler numériquement des phénomènes physiques de grande ampleur ? Pourquoi simuler une aile d'avion plutôt que de tester une maquette dans une soufflerie ? Entraîner un chirurgien virtuellement plutôt que sur un animal ? À vous de le découvrir à travers ce quiz.

De la recherche
Des mathématiques pour modéliser les eaux souterraines  

Comment les mathématiques permettent-elles de modéliser l'écoulement des eaux souterraines, et le transport de polluants ? Dans cet exposé, Michel Kern montre que les mathématiques contribuent concrètement à la compréhension de phénomènes physiques.

De la recherche
La turbulence dans les plasmas  

Dans un tokamak, on s’efforce de confiner un mélange d’ions et d’électrons, à l’encontre des turbulences, pour déclencher des réactions de fusion. Les simulations numériques révèlent l’apparition et les caractéristiques de ces turbulences.

De la recherche
Quarks et simulation numérique  

Des années de calculs numériques ont confirmé la théorie qui décrit les quarks, les particules les plus élémentaires de la matière. Simultanément, des physiciens ont identifié une nouvelle particule dans des enregistrements anciens.

De la recherche
L’effet papillon n’existe plus !  

Le battement d'une aile de papillon peut provoquer une tempête ! Vous n'y croyez pas ? Eh bien, figurez-vous que pendant longtemps, cette idée fut communément admise. Aujourd'hui, on sait que des effets statistiques entrent en jeu dans l'atmosphère. On peut donc prédire le temps qu'il fera au-delà de deux semaines, la limite avancée par E. Lorenz, météorologiste à l'origine de l'effet papillon.

De la recherche
L’air et le sang : les écoulements in vivo  

Qui n’a jamais rêvé de voyager à l’intérieur du corps humain, d'observer le mouvement de l’air dans les poumons ou encore de voir la poussée du sang gonfler les artères au rythme des battements du cœur ? Désormais, grâce aux modélisations infomatiques, cela devient possible : elles représentent les organes, leur fonctionnement ainsi que les fluides qui les parcourent...

De la recherche
L’évolution des galaxies  

Les galaxies comme la Voie lactée regroupent des étoiles par centaines de milliards. Comment se sont-elles formées ? Comment évoluent-elles ? Grâce aux simulations numériques, les astronomes ont été les témoins de phénomènes dynamiques, que les calculs analytiques ne pouvaient traiter, ni même soupçonner.

De la recherche
Le son des timbales  

Quels sont les phénomènes physiques qui déterminent les qualités musicales d’un son ? Pour le savoir, les acousticiens élaborent de nouvelles techniques numériques, où l’on simule les vibrations de l’instrument et celles de l’air environnant.

De la recherche
Comprendre la guitare acoustique  

Pour faire évoluer la guitare, des simulations numériques dévoilent le champ sonore à l'intérieur et autour de l’instrument. Comment fabriquer une bonne guitare ?

De la recherche
Mieux prévoir les phénomènes météorologiques  

Lorsqu'on se remémore l'ouragan Katrina, travailler à améliorer les prévisions météorologiques prend tout son sens. Pour cela, il faut être capable de prendre en compte des sources d'information hétérogènes, et de coupler des modèles différents.

Connaître
Modéliser le vivant : créer des plantes virtuelles pour comprendre, simuler, tester  

Les plantes poussent... ce phénomène, banal en apparence, est en fait le résultat d'un ensemble de processus encore imparfaitement connus. Pour comprendre la croissance des plantes, gérer l'état de la végétation, contrôler et prévoir sa production, les chercheurs en botanique et en agronomie font depuis quelques années appel à la modélisation : ils créent des plantes virtuelles.

Itinéraires
Marc Thiriet : il simule les fluides de notre corps  

Étudiant, Marc Thiriet voulait devenir médecin au Laos. Il devint docteur en médecine mais rencontra la physique et avec elle la pluridisciplinarité. Il chercha alors à comprendre le poumon à la fois comme un organe à soigner et comme une superbe construction régie par la mécanique des fluides. Depuis, il met en équations notre corps pour prévoir où ça va lâcher.

De la recherche
Maillages déformables  

Lors de la mise en forme de pièces mécaniques complexes, les matériaux sont soumis à de grandes déformations irréversibles qui peuvent générer des micro-défauts surfaciques ou volumiques. La méthode présentée dans ce film permet la réalisation d'outils industriels de simulation numérique capables de prévoir les endommagements critiques qui peuvent apparaître.

De la recherche
Modélisation numérique de la guitare acoustique  

Ce film présente toutes les étapes de la modélisation numérique de la guitare acoustique : l'élaboration d'un modèle physique, la résolution de ce modèle, puis différentes simulations numériques qui montrent la validité de la méthode.

De la recherche
Turbulence piégée sur image  

Produire de l'énergie par fusion thermonucléaire, cela paraît encore hors de portée aujourd'hui. Les difficultés sont autant d'ordre technique que scientifique. Le recours à la simulation des phénomènes qui se produisent dans les réacteurs, sur la base de modélisations numériques, permet d'avancer vers ce but.