La simulation numérique repousse les limites de la connaissance de l’univers

 

Une équipe de chercheurs français agissant sous la direction de Romain Teyssier, astrophysicien au CEA, dans le cadre du “Projet Horizon[1]”, a mené à terme la plus grande simulation jamais réalisée de la formation des structures de l’univers.

 

Cette simulation, qui s’est appuyée sur le nouveau supercalculateur BULL du Centre de Calcul Recherche et Technologie (CCRT[2]), va permettre aux astrophysiciens de comparer leurs modèles aux observations astronomiques avec un réalisme sans précédent.

 

L’accroissement prodigieux des moyens de calcul permet des avancées scientifiques toujours plus importantes. En astrophysique, la résolution des équations de la mécanique des fluides autogravitants à l’aide d’algorithmes toujours plus efficaces et sur des supercalculateurs toujours plus puissants permet de modéliser la formation des structures de l’univers. Partant des “conditions initiales” de notre univers, que l’on peut observer directement sur le rayonnement fossile à 3 degrés K, il est possible de suivre les trajectoires individuelles d’un grand nombre de particules (appelé aussi « système à N corps ») qui servent à décrire le fluide cosmologique.

 

Avec près de 70 milliards de particules et plus de 140 milliards de mailles, le calcul récemment réalisé au CCRT représente le record absolu pour un système à N corps modélisé par ordinateur.

 

Pour la première fois dans l’histoire du calcul scientifique, il devient alors possible de décrire une galaxie comme la Voie Lactée avec plus d’une centaine de particules tout en couvrant la moitié de l’univers observable. Pour simuler un tel volume avec autant de détails, les membres du Projet Horizon ont utilisé les 6144 processeurs Intel Itanium2® du calculateur BULL NovaScale 3045 récemment installé au CCRT pour faire fonctionner à plein régime un programme appelé « RAMSES ». Cette application, développée au CEA en collaboration avec les astrophysiciens du Projet Horizon, met en jeu une grille adaptative permettant d’atteindre une finesse spatiale inégalée (l’équivalent d’une grille 2621443 !). Grâce aux experts de BULL et du CCRT, ce programme a pu utiliser de façon optimale les ressources de l’ordinateur pendant près de deux mois, consommant plus de 18 Tera octets de mémoire vive et générant près de 50 Tera octets de données sur disque.

 

Le même projet, réalisé sur un ordinateur individuel, aurait pris plus de mille ans !

 

Avec cette nouvelle simulation, les astrophysiciens vont pouvoir prédire quelle est la distribution de matière dans l’univers avec une précision et un réalisme sans précédent. Ils vont pouvoir comparer le modèle avec les observations de tout le ciel bientôt disponibles grâce à la mission spatiale Planck de l’ESA, dont le lancement est prévu en 2008, et pour préparer les futures expériences de mesure du cisaillement gravitationnel, comme le projet DUNE, dont l’objectif est de déterminer la nature de l’énergie noire.

 


[1] Projet Horizon : il s’agit d’une collaboration entre le CEA, le CNRS et les Universités regroupant une vingtaine de chercheurs et d’enseignants, experts en simulation numérique et spécialistes de la formation des structures dans l’univers. Pour plus de détails, voir le site http://www.projet-horizon.fr.

[2] CCRT : ce centre de calcul haute performance est installé sur le site du CEA-DAM Ile-de-France et fait partie du complexe de calcul du CEA. Il dispose d’une puissance de calcul de plus de 50 Tera Flops pour permettre au CEA et à ses partenaires industriels (EDF, Safran, EADS/Astrium, Onera…) et académiques de relever les défis aussi bien scientifiques qu’industriels de leurs projets de simulations numériques haute performance.