Simulation et traitement des données

Visualisation de données issues du code Ramses, par le logiciel SDvision. Dans cette simulation de la formation des structures cosmologiques de l'Univers, la matière noire et la matière baryonique se concentrent gravitationnellement pour former les amas de galaxies.

Les expériences de physique utilisent de plus en plus le traitement électronique de l’information.

 

Que ce soit pour exploiter des instruments de complexité croissante, réaliser les simulations indispensables aux analyses de données et à la compréhension des phénomènes physiques ou encore pour partager les connaissances acquises, les techniques informatiques et numériques sont devenues incontournables.

 

A cet égard, l'Irfu participe pleinement, à travers son expertise et ses innovations technologiques, aux développements des sciences informatiques pour les besoins de la physique.

 

Applications distribuées pour les expériences de physique des hautes énergies

Les applications distribuées, c’est-à-dire fonctionnant sur un ensemble d’ordinateurs reliés en réseau, concernent de plus en plus de réalisations scientifiques de l'Irfu. Le choix d’une application distribuée peut être motivé par des besoins multiples : réaliser des analyses de données sur différents sites ; partager des résultats au sein de la communauté scientifique ; faciliter la maintenance des logiciels sur des serveurs centralisés ; gérer des flux massifs de données issus de nombreux détecteurs.
Les technologies utilisées à l'Irfu pour ces développements s’appuient principalement sur les produits « open source », autour du langage Java ou des intergiciels (voir encadré) développés par la communauté de physique des hautes énergies ou d’astrophysique. Elles ont été employées avec succès dans de nombreuses expériences.
On peut ainsi citer les serveurs de courbes de lumière ou d’images astrophysiques pour les expériences Eros ou XMM, les serveurs d’accès à des fichiers de simulation numérique d’interaction rayonnement-matière pour les programmes Odalisc ou Horizon, ou encore le serveur d’étude des supernovae de l’expérience SNLS. D’autres applications, plus récentes, ont été réalisées dans le cadre de l’expérience Atlas au Cern, comme le serveur de suivi d’installation de lignes optiques pour le système d’alignement des chambres du spectromètre à muons, ou les serveurs de corrections géométriques et de cartographie du champ magnétique utilisés dans les programmes de trajectographie. Les applications distribuées permettent aux scientifiques de s’affranchir des problèmes techniques et du génie logiciel pour mieux se concentrer sur l’aspect algorithmique des programmes d’analyse.

 


 Génie logiciel et technologie Web

 
 
Le génie logiciel fait partie des expertises nécessaires pour les besoins de la physique au sein de grands laboratoires comme l'Irfu. Le but de cette activité est de réaliser des outils (logiciels) permettant de produire et de gérer les applications informatiques de haute valeur ajoutée pour l’exploitation des instruments et l’analyse des données scientifiques. Ces outils incluent aussi bien des logiciels d’interface (intergiciels ou middleware) spécifiques, comme les simulations de traitement en temps réel de l’expérience CMS, que des cadres de développement informatique ou des outils pour l’échange et la diffusion de données scientifiques. Citons en exemple l’environnement de configuration de sites intranet, Phocea, développé à l'irfu, et adopté par de nombreux départements du CEA et des laboratoires extérieurs.


 

Evolution mensuelle du temps de calcul fourni par la Grille en France. Début 2005 la capacité se situait aux alentours de 2000 à 3000 heures par mois. Début 2007 c’est de l’ordre de 1 500 000 heures par mois qui sont fournies sur la grille, les 2/3 étant utilisés par le LHC et dans le 1/3 restant c’est D0 qui arrive en tête des utilisateurs. Globalement l’évolution en France a été d’un facteur proche de 500. Il reste encore un facteur 10 au moins à gagner pour être prêt pour le LHC.

 

Grilles de calcul pour les expériences LHC et autres domaines

L'Irfu participe aux programmes internationaux de grilles de calcul LCG et Egee dont le principe est de mutualiser les moyens de calcul, qu’ils soient d’envergure locale, régionale, nationale ou internationale. Le but de ces grilles est le traitement des données scientifiques issues non seulement des expériences auprès du LHC (grille LCG), mais aussi d’autres domaines d’intérêt comme le biomédical (grille Egee). Afin de fédérer les laboratoires de recherche en région parisienne autour d’un outil commun, l'Irfu s’est investi dans la Grille de Recherche d’Île-de-France (Grif).
L'Irfu a, ainsi, contribué aux travaux des groupes d’opération, d’administration et d’exploitation du projet. Le contrôle et la gestion de la grille, le déploiement des intergiciels ou encore le support utilisateur sont autant de domaines dans lesquels l'Irfu est actif. L’équipe Grille de l'Irfu apporte également son expertise, acquise dans le projet Egee, à la communauté de la fusion contrôlée, au sein d’une collaboration avec le DRFC à Cadarache.
Le projet LCG doit être opérationnel avant le prochain démarrage du LHC. Force est de constater que la France y a pris un retard considérable par rapport aux autres pays européens et aux USA, notamment dans les moyens d’analyse. Le premier objectif de Grif est donc de devenir pour LCG un centre « Tier 2 » distribué, afin de rattraper ce retard. Au vu de son implication dans les expériences LHC, l'Irfu est amené à jouer un rôle prépondérant dans ce projet.

 

 

Traitement d'images astrophysiques

L’observation d’objets astrophysiques, depuis le sol ou l’espace, fournit une quantité grandissante de données, perturbées par la turbulence atmosphérique ou les capacités de l’imagerie du télescope. Les images souffrent, par ailleurs, de limitations intrinsèques en raison de l’ouverture de l’instrument (taille du miroir primaire du télescope) et de la présence d’éventuelles aberrations optiques. L’exploitation optimale des instruments existants et futurs nécessite donc le développement d’outils d’analyse spécifiques.
Dans ce cadre, le programme Multirésolution, fruit d’une collaboration entre les ingénieurs-chercheurs du Sédi et du SAp, développe des méthodes et des algorithmes utilisant au mieux les connaissances sur les mécanismes de formation des images. La technique, basée sur la « transformée en ondelettes », permet de séparer dans une image les détails correspondant à différentes échelles spatiales, d’où le terme de multirésolution. Leurs champs d’application touchent à des aspects aussi variés que le filtrage, la déconvolution, la détection de forme ou la compression de données. Les thèmes de recherche mettant en œuvre ces techniques portent, entre autres, sur la détection de matière noire par effet de lentilles gravitationnelles faibles ou par effet Sunyaev Zel’dovich, la caractérisation de la structure et de la dynamique internes des étoiles (astérosismologie) ou encore la caractérisation du fond diffus cosmologique.

 

Visualisation de données issues du code Heracles, par le logiciel SDvision : simulation des turbulences du milieu interstellaire.

Calcul parallèle, visualisation et génie logiciel pour la simulation numérique des plasmas astrophysiques

Le programme Coast (COmputational ASTrophysics) a été lancé en 2005 à l'Irfu afin de créer une activité de génie logiciel ambitieuse appliquée aux simulations numériques en astrophysique. Il s’agit donc d’optimiser, de paralléliser et de gérer des programmes informatiques au moyen d’outils spécifiques. Coast a ainsi permis la réalisation du logiciel de visualisation SDvision capable d’analyser les résultats des simulations d’hydrodynamique faites à l'Irfu ; il a également permis la création de la base de données Odalisc d’opacités pour la modélisation des plasmas laser et astrophysiques, ainsi que la mise en place d’outils communs de gestion des versions de programme. L’expertise dans les différents domaines (cosmologie, milieu interstellaire, disques protoplanétaires, physique stellaire et physique des plasmas denses et chauds créés par laser) ainsi que les compétences acquises en analyse numérique et en développement logiciel donnent à l'Irfu une place prépondérante dans plusieurs collaborations internationales comme les projets Horizon, Odalisc, Magnet ou Sinerghy. La participation à ces projets demandera dans les années à venir une forte implication de l'Irfu pour développer et généraliser ces outils et méthodes informatiques destinés à des communautés internationales de chercheurs en astrophysique, géophysique ou physique des plasmas.
 

Maj : 13/12/2010 (1279)

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