Nouvelles avancées dans la modélisation numérique en calcul intensif des transferts d’eau dans les sols
RichardsFoam3 est une nouvelle version du simulateur d’écoulements souterrains RichardsFoam publié originellement en 2014 et développé dans le cadre d’OpenFOAM, logiciel libre de simulation multi-physiques principalement axé sur la résolution des équations de la mécanique des fluides. Développée par Laurent Orgogozo, enseignant-chercheur à l’université Toulouse III – Paul Sabatier affilié au laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP - CNRS, CNES, IRD, Université Toulouse III - Paul Sabatier) cette version dispose de nouvelles fonctionnalités adaptées à la modélisation des surfaces continentales et est optimisée pour l’usage sur les supercalculateurs d’aujourd’hui.
Les évolutions des ressources en eau associés aux changements climatiques peuvent être de première importance sur les plans environnementaux, sociétaux et industriels, il est donc primordial de pouvoir les anticiper. Dans le cadre du projet ANR HiPerBorea, trois laboratoires toulousains, le laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP), l’Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT - CNRS, Toulouse INP, Université Toulouse III - Paul Sabatier) et le Centre d’études spatiales de la biosphère (CESBIO/OMP - CNRS, CNES, IRD, Université Toulouse III - Paul Sabatier), ainsi que le Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement de Gif sur Yvette (LSCE - CNRS, CEA, UVSQ) collaborent pour mettre en place et appliquer des outils de modélisation numériques hautes performances pour étudier, caractériser et simuler les flux d’eau et d’énergie sur les surfaces continentales. Il s’agit notamment de quantifier les impacts potentiels du réchauffement sur les masses d’eaux continentales, et en particuliers sur les eaux des sols et les nappes d’eau souterraines.
Laurent Orgogozo et ses collaborateurs·rices ont ainsi développé l’outil informatique RichardsFoam3, résolvant numériquement l’équation de Richards, qui gouverne les transferts d’eau dans les sols et permettent ainsi de simuler les changements de régimes hydrologiques induits par des modifications de conditions environnementales (changements climatiques, changement d’occupation des sols, etc.). Pour résoudre cette équation fortement non-linéaire dans des milieux hétérogènes et à relativement grande échelle de temps et d’espaces, l’équipe scientifique d’HiPerBorea s’appuie sur la structure de mécanique des fluides numériques libre de droit OpenFOAM.
RichardsFoam3 est une version améliorée de RichardsFoam développée avec le support technique d’ESI-Group/OpenCFD, le mainteneur industriel d’OpenFOAM. Cette mise à jour inclut de nouvelles fonctionnalités adaptées à la modélisation des surfaces continentales et est optimisée pour l’usage sur les supercalculateurs d’aujourd’hui. Car pour modéliser ces processus complexes aux échelles d’intérêt (bassin versant, sites industriels, etc.) de manière mécaniste, et donc avec une certaine crédibilité prédictive, le recours efficace au calcul à hautes performances est un pré-requis. Le simulateur RichardsFoam3 a notamment été testé avec succès au centre de calcul régional CALMIP (CNRS, INSA Toulouse, ISAE SUPAERO, Toulouse INP, Université Toulouse III - Paul Sabatier) et dans les centres nationaux comme le Centre informatique national de l'enseignement supérieur (CINES) et le Très grand centre de calcul du CEA (TGCC).
RichardsFoam3 fait partie des outils numériques qui seront mis en œuvre dans le projet ANR HiPerBorea.
Source : Université Toulouse III - Paul Sabatier
Bibliographie
Orgogozo L. "RichardsFoam3 : a new version of RichardsFoam for continental surfaces hydrogeology modeling" Computer Physics Communications
DOI : https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108182