Demande présentée à la CSA – Automne 2001

Coordination des activités de simulation et modélisation numérique en astrophysique

Présentation

Nous demandons à la CSA de financer pour un an un effort visant à structurer et coordonner les activités de simulation et modélisation numérique en astrophysique ; le but de cette demande est d’explorer le besoin et l’opportunité de créer une structure de type « Action Spécifique », favorisant le développement et la pérennisation de ces activités.

Cette demande fait suite à une enquête, menée par la Section 14 précédente (Alain Roux, Annie Baglin), et reprise par la section actuelle (Chantal Stehlé, Michel Tagger), sur la simulation numérique. Les premiers résultats de cette enquête avaient été résumés dans le « testament » de la section sortante. Cela nous a amenés à organiser en Juin 2001 une rencontre sur la simulation numérique, soutenue par l’INSU et l’IDRIS, et où les sections 13 et 07 étaient représentées.

Le comité d’organisation mis en place pour ces journées propose de poursuivre la réflexion engagée, en organisant dans le courant de cette année des réunions de travail et des discussions visant à préciser la nature et le rôle de la structure qui pourrait être créée, et de lancer les premières initiatives (écoles, ateliers…) correspondant aux besoins qui ont été mis en évidence.

Nous joignons à cette demande le bilan de l’enquête, le programme des journées de Juin 2001 et les bilans des tables rondes organisées.

Les questions posées sont nombreuses : place et reconnaissance accordées aux activités de simulation numérique dans notre discipline, nécessité de fédérer des efforts et des compétences dispersées, utilisation des moyens centralisés, etc., ainsi que le rôle de la structure à créer : nous envisageons une structure transverse, qui ne se substitue pas aux programmes, GdR, et labos, à qui revient la responsabilité d’organiser la simulation numérique dans leurs domaines respectifs. Son rôle ne serait donc pas le financement des activités de simulation, mais essentiellement :

· développer et coordonner des activités liées aux besoins communs : ateliers, formations, émergence d’une culture professionnalisée de gestion de projets numériques ;

· rechercher les conditions de mise en œuvre d’efforts coopératifs : sur des codes communs, ou sur des modules implémentés dans des codes différents, mais aussi sur l’algorithmique, ou sur les visualisations qui représentent souvent une part importante du temps de développement et d’exploitation (nous notons toutefois l’existence à l’IDRIS d’une équipe importante spécialisée dans les visualisations, et apparemment peu mise à contribution par notre communauté) ;

· organiser des clubs d’utilisateurs pour les gros codes qui s’imposent comme des standards (par exemple ZEUS, dans ses différentes versions, pour l’hydrodynamique et surtout la MHD) ;

· faciliter le contact entre développeurs de codes et chercheurs ou équipes moins expérimentés, mais plus proches de l’objet d’étude astrophysique, ou souhaitant utiliser un code hors de son domaine d’application initial ;

· encourager les programmes et GdR à organiser la simulation numérique dans leur domaine (ce qui est déjà largement le cas en pratique), quitte à proposer des priorités ;

· accompagner l’évolution de certains codes conçus comme des instruments au service de la communauté, éventuellement sélectionnés sur appel d’offres avec mise à disposition de moyens matériels et humains ;

· favoriser les liens interdisciplinaires, notamment avec les autres sections concernées de SPM, SPI, SC et STIC ;

· discuter, et faire valoir auprès des laboratoires et des instances nationales (section 14, INSU, voire au-delà) les besoins propres à la simulation numérique.

Une telle structure ne pourra vivre que si les chercheurs les plus concernés, « professionnels » de la simulation comme utilisateurs de codes standards s’y impliquent effectivement : cela qui suppose qu’ils y trouvent et contribuent à y apporter une réponse aux besoins exprimés dans l’enquête et lors des journées de Juin. Notre demande correspond à la première étape dans ce sens, visant d’une part à préciser la nature et le rôle de cette structure, d’autre part à lancer les premières initiatives concrètes (écoles, ateliers…) permettant d’amorcer le fonctionnement envisagé. Ces actions seront lancées dans un premier temps par le comité d’organisation mis en place à l’occasion des journées thématiques, élargi en fonction des besoins. Elles devraient mener, si la dynamique enclenchée nous semble positive, à la demande de création d’une Action Spécifique et à la mise en place de ses structures.

Comité d’organisation :

Victor Alessandrini (IDRIS), va@idris.fr

Gérard Chanteur (CETP et CP4), Gerard.Chanteur@cetp.ipsl.fr

Pierre-François Lavallée (IDRIS), lavallee@idris.fr

Hervé Le Treut (LMD, représentant la section 13), Herve.LeTreut@lmd.jussieu.fr

Fabrice Mottez (CETP), Fabrice.Mottez@cetp.ipsl.fr

Guy Pelletier (LAOG, section 14), Pelletier@obs.ujf-grenoble.fr

Alain Roux (CETP, ex-section 14), Alain.Roux@cetp.ipsl.fr

Chantal Stehlé (DASGAL, section 14), chantal.stehle@obspm.fr

Michel Tagger (CEA Saclay, section 14), tagger@cea.fr

Pierre Valiron (LAOG, CP4 et INSU), Pierre.Valiron@obs.ujf-grenoble.fr

Jean-Claude Vial (IAS, président de la section 14), vial@ias.fr

Annexes :

I Enquête de la Section

II Réponses

III Bilan de l’enquête

IV Journées thématiques

V Compte-rendu des tables rondes

VI Bilan des journées thématiques

ANNEXE I

ENQUETE SUR LA SIMULATION NUMERIQUE
(printemps 2000 - Bilan ci dessous)

Actualisation en 2001 en cours

La section 14 du Comité National de la Recherche Scientifique souhaite, dans le champ qu'elle couvre, recenser les activités en Simulation Numérique (SN), les situer dans le contexte international, et, rechercher les moyens susceptibles d'optimiser l'utilisation de cet outil nouveau dont le développement est tres rapide. Afin de faire de compléter l'étude entreprise en 2000 qui avait pour but de juger de l'intérêt que suscite cette démarche dans la communauté, nous vous serions reconnaissants de bien vouloir remplir, de façon brève mais précise, le questionnaire ci-joint.

Certains d'entre vous ont répondu en 2000. S'ils le souhaitent, ils peuvent actualiser leur réponse. Nous nous adressons également aux chercheurs qui n'auraient pas été contactés ou n'auraient pas eu le temps de répondre afin que notre base de réflexion soit la plus représentative possible.

Une analyse des réponses envoyées peut être trouvée dans le "testament" de l'ancienne section 14 (http://dasgal.obspm.fr/~section/elements_public/Section95_00/Bilan_S14_95_00.pdf).

Cette analyse sera reprise au printemps 2001 lors des journées simulation numérique organisées à l'IDRIS/ Orsay par la section 14, l'INSU/SDU et l'IDRIS

1- Décrire brièvement l'activité simulation (par " groupe ")

2- Moyens humains et matériel informatique

3- Utilisation des grands centres/moyens locaux :

bilan

souhaits

4- Avec quelles équipes collaborez-vous ? ; nature de cette collaboration (confrontation des résultats scientifiques, échange de codes...)

En France

A l'étranger

5 - l'activité de simulation est-elle bien prise en charge et reconnue dans les programmes ou GdR auxquels vous participez ? Pensez vous que des collaborations "transversales" a ces programmes soient souhaitables, et doivent être organisées ? sous quelle forme ?

6 - collaborez vous avec des disciplines autres que l'astrophysique ? Si tel n'est pas le cas, ces collaborations vous manquent -elles? Y a t'il une spécificité des simulations en astrophysique ? Pensez vous que des structures fédératives (type GdR "SPARCH) sont nécessaires ?

7- Quelle fraction de votre temps (vous et les membres de votre équipe) consacrez-vous :

au développement de codes ?

à l'exploitation de ces codes ?

8- Estimez-vous que la part de votre temps consacrée au développement est trop grande ?, et si tel est le cas quelle solution préconisez-vous pour améliorer cette situation ?.

9- Quel type de code souhaiteriez-vous développer, si vous en aviez les moyens/le temps ?.

10- Plus généralement quelles sont les difficultés majeures que vous rencontrez ?

11-Voyez-vous un intérêt a organiser un colloque sur la SN, analogue au colloque de Boussens sur la R&D ?.

12-Autres commentaires

ANNEXE II

Section 14
Mai 2000

Dépouillement des réponses à la première enquête sur la simulation numérique

Alain Roux et Annie Baglin

Nom

labo

domaine

type de code

spec astro

taille equipe

type activ D/E

collab

relat aux structures

moyens info

colloque

nouv. struct.

besoins

F. Mottez

CETP

plasmas spat.

Centre Guide PIC,exp. imp

N

1+ thes.

50/30 trop D

Phys.ther fusion inert.

Sparch non PNST,isole

IDRIS, ok Mach. Vect.

oui?

Oui

Ing Inform/ groupe nomb.

G. Chanteur

CETP

plasmas spat.

MHD hybrides

trop faible

50/30 OK

CPT, CESR, OMP, LPG

Sparch un peu dfficile

IDRIS, ok

oui

Non

form/ thesard

R. Smets

CETP

plasmas spat.

particule test hybride

2+etrangers

70/30 trop D

non

IDRIS, ok

oui techn.

?

B. Lembege

plasmas spat.

particule

N

2 +1/2 ing

10/90 p.t.40/60 trop

LPCE CEA Limeil

Reseaux europ.PNST

IDRIS ok

non workshops

?

ing inform post-trait. reseau

D. Delcourt

CETP

plasmas spat. magnetosph.

Part test

1 + 0.2

20/35

CESR

ipsl

locaux

?

formation echange

D. Toublanc

CESR

atmosph. planetaires

fluide transfert rad.

1 + thes.

50/50

LMD+SA

PNP+PNST a renforcer

3 alpha

non

O financt.

machines limitent

P-L. Blelly

CESR

Plasmas planet

fluide, MHD, cinetique,

4 + thes.

30/30

LPG

idem

2 IBM 390 + NCAR

non

soutien informat.

Jourdain

CESR

emission X et radio

MC cinetique

2 +post-doc

50/50

LAOG

ADJ ok mais PCHE?

3 Sun

oui

soutien financier

Klotz

CESR

physico-chimie quant

phys. quant +transf.rad.

1

0/10

CETP?

1 Sun

M. Rieutord

LAT

phys. stell.

dyn et MHD astroph

N

faible

?

DARC, CERFACS

?

IDRIS ok

oui,partagexperience

informat. numer.

J. Leorat

DAEC

vent solaire dynamo

MHD

N

2

30/35 ok

Obs. PM Com. Ampere

Res. Europ. labo ASCI

IDRIS+SIO ok

pas astro

struc. Eur. manpower

F. Lignieres

DESPA

phys stell.

MHD 3D... Vlasov...

O

2 + thes. + post-doc

20/50 a diminuer

DAEC, LAT

Oui spec. astro

IDRIS+ Italie, ok +labo!

GDR astro

moyens locaux

J.P. Zahn

DASGAL

phys stell

hydro

O?

1 + 2 the

25/40 ok

CEA

non, renfort des existantes

IDRIS,NCAR stat.

oui,priorite equipement

GDR fluides astr

info. Locale recrut.cherch

T. Amari

CPT/ LPSH

soleil, * jeunes, NAG, magnetosph.

MHD partic.

O

3 + post-doc

50/50 trop sur D

matheux divers

IDRIS+ local manque aide

Sparch, insuff;

oui

? renf. equipes

informat.

J-P. Lafon

DASGAL

chocs et vents gaz+pouss.

Hydro+tranf.rad.

3

trop en info

CEA/DAM ONERA

stations,IDRIS,CNUSC

ASPS, insuff

oui

inforatique

R. Teyssier

SAP/ CEA

cosmologie lasers

hydro 3D transfert rad. Chim. h. eq.

5 +t. part

50/50 trop sur D

IAP, DAEC, LULI

CEA+ (IDRIS) STAR Grenoble

PNC ASPS a creer

oui ateliers

Oui, telescope virtuel

echange infos

J-M. Alimi

DAEC

cosmologie

dyn grav. N corps

N insuff.

1+ coop.

40/60

SAP,ENSTA, ENS, Nice

IDRIS insuff

PNC,CNCPST,CP4,ORAPE

oui workshop

? augm. place de SM

numericiens informat. Post-trat.

S. Colombi

IAP

cosmologie

grav. hydro

O

5+ thes. +post-docs

50/50 trop sur D

Obs. Strasbg LAM

IDRIS+ Magique ok

PNC

oui

Oui, telescope virtuel

informat. flots donnees

G. Mamon

IAP

amas de gal.

grav

O

2+thes

30/70

CINES

PNC

idem

idem

informat. flots donnees

C. Terquem

IAP

form Planetes

dyn

O

2 + thes

geoph.

ASPS PNP

idem

idem

informat.

G. Pelletier

LAOG

MHD

2,5

25/75 OK

Chanteur, Amari, CENG

T3E du CENG

O petit

IDRIS recr. mathe

F. Combes

DEMIRM

evol galaxies

N corps + hydro

2 +thes

20/30 ok

LAM, CRAL

IDRIS + SIO

trop!

?

non

Inform pour adapt

N. Feautrier

DAMAP

chim quant dyn molec.

2 + 2th.

25/75

Lille Marnes la vallee

IDRIS trop lourd+ SIO trop de monde

?

Non

info locale lourde

A. Bosma

LAM

dyn des galaxies

N corps

1.5+ 2 ing

20/50

res. Internat. Grape

GRAPE (lcal ok

groupe Grape

bof

non

recrutement cherch.

H. Scholl

Cassini

planitesimaux

N corps+coll.

O

40/40 Trop sur D

DESPA, FRESNEL

nouvelle

refl. de petits groupe

oui,ech compet

Recrut. informaticiens

J. Laskar

IMC

syst. dyn.

Dyn grav.

O

3 +these 1 IR

50/50 ok

MEDICIS(X)

grappe Digital specifique +CINES?

GDR Syst Grav.

bof

? GDR grav?

Informat.ns augm. CPU

H. Wozniak

LAM

evol galaxies

Ncorps,SPH Treecode cinem. indiv.

O

1

ok D=0

Obs. Geneve

IDRIS

creer un projet

oui

oui, delocalisee

flots de donnees

E. Emsellem

CRAL

mod dyn Galaxies

O

20/20

DEMIRM, Geneve

CRAY ?

oui

Oui

codes insuff. matriel?

A. Robin

Obs. Bes.

Dyn stell et evol.

N corps

1 1 IR

20/80

DENIS,ISOGAL, Strasbg.

2 stat.

?

M. Forestini

LAOG

Evol Stell.

1

LAT

stations+ CINES,CEA

ASPS

oui

recrut. cherch

J-P. Lafon

DASGAL

chocs et vents gaz+pouss.

Hydro+tranf.rad.

3

trop en info

CEA/DAM ONERA

stations,IDRIS,CNUSC

ASPS, insuff

oui

inforatique

ANNEXE III

Bilan de l'enquête sur la simulation numérique en astronomie faite en Printemps 2001
( A. Baglin et A. Roux)

La section 14 a examiné l’activité “ Simulation Numérique ” (SN), de la discipline, avec pour objectif de voir si les moyens mis en œuvre sont bien adaptés au développement rapide de cette nouvelle approche. Un questionnaire préparé par la section a été largement diffusé aux directeurs de laboratoires et a un certain nombre de groupes connus pour leur activité en simulation numérique. Nous avons reçu des réponses d’une trentaine de groupes (sans compter les coups de fils), représentant environ 60-70 personnes. On peut estimer que le nombre des astronomes qui pratiquent la SN, à plus de 30-40% de leur temps, est de l’ordre de 80-100  (soient plus de 10%des chercheurs en astronomie). Même si il y a des oublis inévitables, notamment dans la liste de diffusion, le taux de réponse au questionnaire est donc élevé. Les réponses sont en général précises et souvent convergentes. Dans les quelques lignes qui suivent nous avons essayé de faire une synthèse des points importants qui se dégagent de cette enquête. Il s’agit bien sur d’un premier document destiné à être amendé.

A-Bilan des résultats de l’enquête

Variété des domaines d’application et des méthodes

La SN est utilisée dans pratiquement tous les domaines de l’astronomie. Formation des grandes structures de l’univers, évolution des galaxies, évolution stellaire, effet dynamo et transport turbulent pour le soleil et les étoiles, formation des disques d’accrétion pour les proto-étoiles et les noyaux actifs de galaxies, vents solaire/stellaires, jets, reconnexion magnétique dans la couronne solaire et les magnétosphères planétaires, accélération par les chocs. Les progrès que l’on pourra faire sur ces sujets (et bien d’autres non cités ici) dépendent largement de l’apport de la SN, qui met en jeu un éventail très large de méthodes.

Grands centres de calcul et travail en “ local ”

Beaucoup a été dit et écrit sur les mérites relatifs des 2 solutions. L’enquête montre que la majorité des astronomes/SN travaillent sur les grands centres et en sont très contents. Il y a bien sûr des exceptions, mais il s’agit souvent de provinciaux qui rencontrent des difficultés de réseau, et en particulier ne peuvent pas (ou difficilement) disposer des moyens de visualisation sur les grands centres. C’est un problème important qu’il va falloir regarder de plus près. Par ailleurs, même si il reste des choses à améliorer (renouvellement des stations de visualisation…), la majorité des gens considèrent que les moyens de calcul ne sont la difficulté principale, et que les grands centres remplissent bien leur rôle. Les principales difficultés sont ailleurs.

Faiblesse numérique des groupes

La première chose qui frappe à la lecture des réponses est la faiblesse numérique de la plupart des équipes qui se résument le plus souvent à un ou deux chercheurs. Ceci doit bien sur être partiellement pondéré par les collaborations nombreuses qui se développent. Il n’en reste pas moins que ces petits groupes auront de plus en plus de mal à rester compétitifs vis à vis des américains et des japonais, dont l’organisation permet de mobiliser un dizaine de personnes sur des projets sélectionnés. Tant qu’il s’agissait de codes 1D, avec des conditions limites simples ; périodiques par exemple, l’organisation “artisanale ” qui est la notre, a donné de bons résultats et a favorisé un foisonnement propice au développement de l’outil SN. Ce stade est aujourd’hui dépassé, aux US et au Japon, mais il reste majoritaire en Europe. Que faire ?

Duplication des développements

Par ailleurs l’enquête montre que beaucoup de groupes développent des codes similaires, au moins au niveau de leurs finalités, même si les méthodes sont (parfois) différentes. Ainsi on constate qu’alors que plusieurs groupes disposent déjà de codes MHD 2&3D, d’autres sont en train d’en développer, ou affichent l’intention de le faire. En soi il n’y a là rien de mal. Cependant on note que la majorité des réponses soulignent que le temps consacré au développement est beaucoup trop important (égal ou supérieur au temps d’exploitation scientifique des codes). De plus, et c’est plus grave on constate que les outils du futur (méthodes implicites, maillage adaptatifs, codes centres guides, codes combinant la physique et la chimie…), sont peu développés, non pas faute d’idées, mais faute de temps et de moyens humains. Ceci nous conduit à penser que le mode d’organisation n’est pas optimum. Par ailleurs les simulateurs n’ont pas, en particulier au sein des petits groupes, la formation, ou le temps nécessaire pour se lancer dans la mise en œuvre de méthodes qui demandent des connaissances approfondies en analyse numérique. A ce niveau de compétence l’analyse numérique est un métier. A l’exception de quelques “ gros ” groupes (CEA/Sap, et peut-être IAP&IMC), les équipes très peu nombreuses sont donc confrontés à un choix draconien :

Limiter leurs ambitions en termes de développement aux solutions classiques, avec comme corollaire un retard qui risque d’aller en croissant, par rapport aux groupes américains et japonais.

Se lancer seuls dans des développements nouveaux qui, compte tenu de la faiblesse numérique des groupes, prendront beaucoup de temps, avec comme corollaire 3 à 4 ans sans publication et une grande difficulté à faire reconnaître l’importance de leurs travaux.

Le besoin en analyse numérique

A ce niveau une clarification est nécessaire. La discussion avec les mathématiciens, par exemple au sein du GdR SPARCH, est certes utile, mais le besoin profond est ailleurs. Un mathématicien va chercher à développer des schémas d’intégration originaux, qu’il peut publier. Dans l’immense majorité des cas le physicien ou l’astronome recherche la réponse la plus performante, mais pas la plus originale à un problème de mise au point de code. Il a des problèmes concrets du style inversion de matrices “ creuses ”, ou conditions limites complexes, convergence de schémas implicites. Les solutions existent en général, mais il ne les connaît pas et perd énormément de temps à les trouver. Il y a un besoin en analyse numérique et ce besoin relève d’une compétence d’ingénieur dont c’est le métier.

Conclusion

La SN s’est développée de manière assez spontanée en France, ce qui souligne le dynamisme des groupes qui s’y sont engagés. Les résultats obtenus sont en général excellents, et on doit se féliciter de la mise en place de moyens de calcul efficaces, sur les grands centres, et dans les laboratoires. Cependant on constate que les groupes sont souvent trop faibles numériquement, qu’il y a une certaine duplication des développements, et que la part du temps consacrée au développement est souvent jugée trop grande. Par ailleurs les réponses au questionnaire font souvent apparaître un besoin en analyse numérique.

B-Organiser la SN 

Organisation aux US

Le besoin de disposer d’une équipe diversifiée, comprenant des chercheurs et des ingénieurs (analyse numérique et moyens de visualisation), donc avec des métiers différents, est bien pris en compte aux EU. En rédigeant une demande à la NSF ou la NASA nos collègues identifient un projet spécifique et les moyens, humains en particulier, nécessaires à sa réalisation. C’est ainsi que se forment des équipes de 5 à 10 personnes dont les compétences complémentaires sont mises à profit pour réaliser le projet. Malgré ses défauts (besoin de faire vite et de médiatiser) cette organisation nous paraît beaucoup mieux adaptée que la notre pour construire et exploiter les codes de SN du futur.

Organisation en “ projets ”

L’organisation américaine en projets paraît difficile à mettre en place en France. Pourtant c’est exactement ce que l’on fait tous les jours dans le domaine des expériences spatiales. Le Pi soumet un projet au CNES, et demande les moyens nécessaires (y compris en ingénieurs), pour le réaliser, dans un temps donné. Ce qui est fait pour le spatial devrait pouvoir l’être pour la simulation. Un certain nombre de réponses soulignent le besoin d’organiser la SN en “ projet ”, avec un Pi, un ou plusieurs ingénieurs, et des collaborations, avec des rôles bien identifiés. Une telle structure aurait le triple avantage de permettre de résoudre le problème des métiers, d’éviter les doublons et de favoriser les collaborations. Ceci suppose bien sur aussi des choix scientifiques et un affichage de priorités. Ces choix relèvent à priori des programmes et de la CSA pour arbitrage.

Comment faire ? : quelques pistes

Compte tenu de nos “ traditions ”, la manière de mettre en œuvre une structure “ projet ” est loin d’être évidente. On peut par exemple s’interroger sur le rôle possible d’un GdR : sur la SN en astronomie. L’aspect positif est la mobilisation de la communauté, et la possibilité de discuter des priorités en matière de développement de codes. Cependant la structure GdR paraît mal adaptée à la prise en compte de gros projets impliquant une gestion de moyens humains (ingénieurs). De plus les budgets affectés aux GdR sont beaucoup trop faibles pour permettre de donner l’ impulsion nécessaire.

Une autre possibilité à explorer est le développement de l’assistance fournie par les gros centres. A cet égard le laboratoire ASCII dirigé par Lallemand est une piste possible. Il s’agit d’un laboratoire attaché à l’IDRIS. Ce laboratoire qui n’a que 2 ou 3 chercheurs permanents invite des simulateurs pour des périodes de l’ordre de 3-6 mois, leur propose des méthodes numériques avec “ adaptées ” à leur problème, et un suivi pendant la période en question. Les défauts de cette solution ont déjà été soulignés plus haut ; il y a aussi des aspects positifs, en particulier la notion de suivi.

Conclusions et actions possibles

L’évolution de la SN, telle qu’on l’observe aux EU et au japon est difficile à concilier avec nos petits groupes qui risquent de manquer de moyens humains dans cette compétition. Il y a un problème structurel sur la taille des équipes, et un besoin clairement identifié dans de un certain nombre de réponses, de bénéficier de l’aide de personnes dont l’analyse numérique est le métier. Il faudrait que la CSA et l’INSU étudient la possibilité de mettre en place une structure de type “ projet ”, avec les moyens correspondants en ingénieurs numériciens.

Le questionnaire et l’analyse présentée ci-dessus donnent bien sûr une vue partielle, qu’il est nécessaire d’affiner. L’organisation d’un colloque limité à la SN paraît un bon moyen pour enclencher la discussion sur l’organisation de la SN. Il faudrait fixer clairement les objectifs, et limiter le nombre des participants pour favoriser la discussion (en groupes de travail ?).

En parallèle, ou peut-être même avant, il faudrait inciter les programmes à prendre mieux en compte la SN (certains simulateurs ne se sentent pas soutenus par un programme), et pourraient, en “ contrepartie, établir des priorités au niveau des développements, et faciliter les regroupements d’équipes.

Remarque sur la méthode

La SN s’est développée rapidement, et il est essentiel de préserver ce dynamisme. Cette évolution doit continuer à se faire sur la base du volontariat. Si une structure “ projet ” se met en place, elle devra intégrer cette notion de volontariat.

ANNEXE IV

Programme et comité d'organisation des journées thématiques
"SIMULATION ET ASTROPHYSIQUE"

14 et 15 juin 2001 à l'IDRIS

http://www.cetp.ipsl.fr/~mottez/programme1.v3.html

Jeudi 14 :

10h00 : Introduction, J.C. Vial (Section 14)

10h20 : P. Valiron (CSA/INSU) : informations venant de l'INSU

10h30 : Alain Roux : bilan de l'enquête menée par la section 14

11h00 : V. Alessandrini (IDRIS) : Présentation de l'IDRIS

Exposés Thématiques

11h40 : Cosmologie (F. Bouchet)

12h25 : Galaxies (F. Combes)

14h. : Etoiles (J.P. Zahn)

14h45 : Genèse des systèmes planétaires et anneaux (P. Barge)

15h30 : Atmosphères solaires et stellaires (B. Plez)

16h30 : Environnements ionisés planétaires et cométaires (G. Chanteur)

17h15 : Milieu interstellaire (M. Perault)

Vendredi 15 :

Exposés Thématiques (suite)

9h30 : Accrétion, jets (P.Y. Longaretti)

10h15 : physico-chimie des environnements planétaires, exobiologie (D. Toublanc)

Tables rondes :

deux sessions ( 1 et 2) ont lieu en parrallèle. Chaque session comporte 3 tables rondes

Session 1 :

1.a Codes hydro, hydro radiative Chièze, Alimi, Teyssier

1.b transfert, physique atomique, opacité, grains P. Stee, P. Valiron

1.c évolution stellaire et sismo M. Rieutord, S. Turck-Chièze

Session 2 :

2.a systèmes dynamiques, chaos J. Laskar

2.b MHD et multi-fluide, dynamo T. Amari, J. Léorat

2.c particules et hybride, N corps E. Athanassoula, F. Mottez

11h15 - 12h15 : tables rondes (a) des sessions parallèles 1 et 2.

13h15 - 14h15 : tables rondes (b) des sessions parallèles 1 et 2.

14h15 - 15h15 : tables rondes (c) des sessions parallèles 1 et 2.

17h30 : Bilan des tables rondes et discussion finale

Comité d'organisation

Victor Alessandrini (IDRIS), va@idris.fr

Gérard Chanteur (CETP et CP4), Gerard.Chanteur@cetp.ipsl.fr

Pierre-François Lavallée (IDRIS), lavallee@idris.fr

Hervé Le Treut (LMD, représentant la section 13), Herve.LeTreut@lmd.jussieu.fr

Fabrice Mottez (CETP), Fabrice.Mottez@cetp.ipsl.fr

Guy Pelletier (LAOG, section 14), Pelletier@obs.ujf-grenoble.fr

Alain Roux (CETP, ex-section 14), Alain.Roux@cetp.ipsl.fr

Chantal Stehlé (DASGAL, section 14), chantal.stehle@obspm.fr

Michel Tagger (CEA Saclay, section 14), michel.tagger@cea.fr

Pierre Valiron (LAOG, CP4 et INSU), Pierre.Valiron@obs.ujf-grenoble.fr

Jean-Claude Vial (IAS, président de la section 14), vial@ias.fr

ANNEXE V

Bilan des tables rondes des journées thématiques de simulation numérique en astrophysique

Compte Rendu de la table ronde sur l'évolution stellaire et astéro-hélio-sismologie Animateurs: M. Rieutord et S. Turck-Chièze

La place de la simulation numérique dans ce sujet a été introduite par les exposés de J.-P. Zahn (intérieurs stellaires) et B.Plez (atmosphères). De façon générale, les conclusions d'Alain Roux sur la simulation numérique en astrophysique sont tout à fait applicables à ce domaine. La table ronde a fait apparaître les trois conclusions unanimes suivantes:

Il est absolument nécessaire que la culture "simulation numérique" soit mieux partagée par la communauté scientifique et pour ce faire il serait utile de

- développer un site web qui recense les compétences françaises (en gros qui sait faire quoi) et abrite un forum de discussions.

- mettre en place une école sur les méthodes numériques(algèbre linéaire numérique, EDP, etc.)

Lors du développement d'un code, certaines parties peuvent faire l'objet de stages de fin d'étude pour les élèves des écoles d'ingénieurs. Malheureusement, trouver des stagiaires de qualité va de paire avec leur fournir une rémunération. Il apparaît donc nécessaire de mettre en place des crédits de vacations (50kF par stage semble un minimum; cela couvre 3-4 mois de stages niveau ingénieur).

- Quelques projets fédérateurs seraient à mettre en avant au plan national. Il en existe déjà mais un point complet de la situation sera fait cet automne lors du forum sur la modélisation en physique stellaire qui se tiendra les 21-22 novembre à l'IAP.

Compte-rendu de la table ronde “ codes MHD et dynamo ”

animée par T. Amari et J. Léorat

Pour préparer cette table ronde, nous avons commencé par établir une liste des chercheurs concernés par ce thème, et leur avons adressé le 22 mai une annonce sur les journées, avec une invitation à y participer et à répondre aux questions posées par le comité d’organisation sur les besoins humains et l’intérêt d’une structure fédératrice.

Nous n’avons reçu que deux ou trois réponses à notre circulaire, aussi avons -nous été surpris de constater que plus de trente personnes participaient à cette table ronde.

Puisque les questions soumises n’avaient pas suscité de réponses utiles, et que nous souhaitions donner la parole aux participants plutôt que de débattre d’idées générales, nous avons proposé aux présents de faire un véritable tour de table pour établir un état des lieux qui puisse être utile à tous.

La liste ci-dessous résulte de cette consultation : elle mentionne seulement les noms, qui seront complétés par les thèmes de recherche et l’explicitation des outils numériques utilisés. Il a été en particulier demandé au participants (par circulation d’un formulaire) de définir leur domaine de compétence, de besoin et de volonté de participation au développement communs, dans les différents aspects numériques techniques caractéristiques des codes MHD. Cette fiche (exemplaire “ vide ” joint a ce document pour préciser les rubriques spécialisées ) est en cours de nouvelle circulation électronique parmi les participants pour être complétée.

Ces .informations devraient être consultables sur le web, dans le courant du mois de septembre 2001. Si les organisateurs des journées souhaitent proposer un site d’accueil de ce type d’informations, qu’il serait utile d’étendre aux autres thèmes des journées, nous nous conformerons à leur demande.

On trouvera également à la fin de ce document un échantillon des questions et des thèmes abordés au cours de la discussion.

Liste (préliminaire) des personnes utilisatrices de codes MHD dans des formations du SDU

OCA : A. Noulez T. Passot H. Politano Y. Pont yP.L Sulem	Grenoble : G. Pelletier P. Y. Longaretti	Midi-Pyrénées : K. Ferrière  F. Lignières M. Rieutord
Strasbourg : H. Baty J. Heyvaerts J. Petri	Paris-Meudon S. Bonazzolla E. Falgarone E. Gourgoulhon R. Grappin J. Léorat M. Pérault C. Saut L. Villain	Saclay : B. Dubrulle M. Tagger
IAS S. Galtier	CETP G. Chanteur	CESR P.L. Blell C. Pemirat
Ecole Polytechnique T. Amari J :F Luciani H : Lutjens E : Kersale	Postdoc S. Brun (Boulder , USA) T. Lery

Voici a titre d’échantillon Retranscription chronologique --- mais partielle --- de la

discussion. :

AL = “ Amari Leorat ”

Tour de table : description des thématiques et des outils dont disposent les groupes français répertoriés comme étant impliqués dans la simulation MHD --- qu'ils soient représentés ou non dans la salle.

AL : Proposition d'un sondage de l'expertise et des besoins des personnes concernÈes par la simulation MHD.

AL : Comment organiser d'éventuelles collaborations ?

S. Bonazzola : Collaborations européennes intéressantes et est favorable ‡ des collaborations ‡ l'échelle nationale.

Remarque : Problème lié à la mise à disposition des codes et sur les calculs en boîte noire : l'utilisation d'un outil en dehors de son domaine de validité conduit à des résultats faux qui peuvent discréditer un code.

P.-Y. Longaretti : Doit-on démarrer une activité à grande échelle sur une thématique donnée ?

M. Tagger : Les contraintes de la MHD font que les codes sont adaptés à des problèmes particuliers mais une collaboration peut se faire sur la base d'échanges de modules et d'algorithmes.

P.-Y. Longaretti : Il faut toutefois noter que des outils à large spectre existent ; un même code (ZeuS) a en particulier permis de traiter des problèmes portant sur le milieu interstellaire et sur les structures d'accrétion-Èjection magnétisées.

Remarque : Le problème de la main d' oeuvre n'est pas abordé ici.

M. Tagger : Les chercheurs présents souhaitent-ils s'investir dans des collaborations dynamiques basées sur le principe d’échanges de modules ?

Remarque : Il manque un lieu de discussion ; la création d'un forum a été évoquée.

Remarque : Concevoir un code à vocation générale ou concevoir un code traitant de problèmes particuliers forment deux classes de projets très différents mettant en oeuvre des moyens et méthodes sans commune mesure.

A. Roux : Des collaborations sont certainement possibles car trois ou quatre groupes disent souhaiter s'investir dans le développement des codes MHD.

M. Tagger : Refaire un code ZeuS ne présente aucun intérêt.

Remarque : Quelle est la part des chercheurs qui pense participer activement au développement de codes et d'algorithmes --- i.e. <<~mettre la main à la pâte~>>.

Remarque : Il existe des chercheurs qui souhaitent participer à cette forme d'échange mais qui se trouvent isolés.

T. Lery : Des collaborations à l'échelle internationale, telles que celle qui a conduit Ryu, Jones et Frank ‡ produire leur code MHD, peuvent cependant être très efficaces.

T. Amari :]Effectivement mais ce type de projet repose sur une concertation préalable ; les réflexions initiales ne peuvent se faire que lorsque les différentes parties se rencontrent.

Compte-rendu de la table ronde “ codes N corps”

animée par E. Athanassoula et F. Mottez

Nous avons commencé par un tour de table afin que chacun puisse se présenter, et que l'on puisse recenser les équipes travaillant avec des codes hybrides et des codes N-corps (gravitationnels et plasma). Nous avons constaté que le centre pour les codes hybrides est le CETP, et que les équipes où l'on travaille avec des codes N-corps sont géographiquement plus dispersées, dans la région Parisienne, Marseille et Lyon. Toutes ces équipes ont leurs propres codes, soit opérationnels, soit en voie de développement. Il ne semble pas y avoir de duplication d'effort, car toutes les équipes ont des codes avec des particularités et des buts différents.

Une équipe, l'équipe Marseillaise, a aussi des machines dédiées, ou le calcul de la force gravitationnelle est câble, et qui peuvent ainsi atteindre de tres grandes performances.

Mous avons ensuite aborde les questions proposées par les organisateurs :

1) Besoins en termes de support humain.

Ces besoins ont été juges être tres importants par toutes les équipes présentes. Les participants ont exprimé des besoins pour la parallélisation des codes, pour la visualisation des résultats, pour les méthodes numériques et pour la mise en place et la gestion des stations de travail et des fermes de PC.

Dans certains cas, ces besoins sont de type général et pourraient êtres comblés au niveau national, mais dans d'autres cas il etait nécessaire d'avoir un support local, vu que les besoins sont de type spécifique et local.

2) Intérêt d'une organisation structurelle de la simulation lourde en astrophysique.

Les participants etaient tres favorables à une telle organisation. Elle pourrait favoriser des rencontres. Elle pourrait également aider au développement de clubs d'utilisateurs et développeurs de logiciel. L'exemple tres réussi du groupe autour du logiciel NEMO a été discuté. Il a été souligne qu'afin de tirer le maximum de bénéfices de tels clubs, il faut être développeur plutôt qu'utilisateur afin d'avoir le niveau et l'expérience requise.

3) Besoins en formation des chercheurs

Nous avons recensé des besoins de formation générale pour les simulations (parallélisation, langages etc), comme ceux adressés par les formations proposées par l'IDRIS. Nous avons également recensé des besoins de type spécifique. Il est nécessaire de faire reconnaître ce deuxième type de besoins, ainsi que de trouver des sources des financements appropriés (type mission longue durée).

4) Pertinence d'une structure incitative fédératrice.

Une telle structure serait très importante. Elle pourrait présenter un cadre pour les rencontres. De plus elle permettrait de faire du lobbying afin d'expliquer que les simulation numériques sont une activité en soit, de même type que le développement instrumental, et que nos besoins ne doivent pas être vus comme une partie du soutien de base, ou "déguisés" comme support à une manip spatiale.

Compte rendu de la Table Ronde

"Hydrodynamique et hydrodynamique radiative"

animée par JM Alimi, JP Chièze, R. Teyssier.

Les simulations numériques faisant appel aux méthodes hydrodynamiques occupent une place dominante dans plusieurs thématiques de notre discipline: la cosmologie, les galaxies, leMIS, les étoiles ...Elles jouent un rôle comme outil théorique et intéressent alors de petites équipes ou elles permettent de réaliser des expériences numériques lourdes qui nécessitent des équipes plus importantes. Ces deux aspects doivent être également soutenus.

La complexité des systèmes astrophysiques nécessite de traiter conjointement les aspects purement hydrodynamiques (chocs) et de nombreux processus physiques locaux et non locaux comme la gravitation classique ou relativiste, la chimie hors équilibre, les processus thermiques, les processus de transport, le rayonnement. Plusieurs équipes ont réalisé des avancées importantes dans un ou plusieurs de ces points dans le cadre de thématiques spécifiques.

Le besoin a été souligné d'échanger entre ces équipes, les expériences, les compétences, les expertises dans les domaines physiques, algorithmiques et informatiques afin de déboucher à terme sur une mise à disposition générale de codes valides pour chaque thématique. La nécessité d'une documentation soignée et la possibilité d'interagir avec les développeurs sont alors absolument nécessaires. Quand de tels outils numériques sont mis à disposition dans la communauté, il faut veiller a ce que les développeurs de ces outils tirent bénéfice de leurs travaux (par ex association aux publications...). Un autre aspect préoccupant fortement les

participants à cette table ronde concerne de façon générale, la reconnaissance dans la carrière d'un chercheur du travail de développement et de validation de codes numériques.

Pour mettre en place les conditions favorisant ces échanges et le développement coordonne de codes de plus en plus complexes, il est proposé des rencontres (Journal Club) régulier entre astrophysiciens-hydrodynamiciens des diverses thématiques de notre communauté, un partage de moyens communs (disques, bibliothèques de programmes, ingénieurs numériciens, post-doc de longue durée...) l'ensemble de ces initiatives pouvant évoluer vers une activité structurée en réseau.

ANNEXE VI

Bilan global des journées thématiques de simulation numérique en astrophysique

La Section 14 du CNRS a organisé les 14 et 15 Juin deux journées thématiques sur la simulation numérique en astrophysique. Ces journées étaient soutenues par l’INSU et l’IDRIS, et les sections 13 et 08 y étaient représentées. Ces journées ont rencontré une très large audience, confirmant l’importance des enjeux représentés.

Elles faisaient suite à une enquête, menée par Annie Baglin, et Alain Roux et relancée pour la section actuelle par Chantal Stehlé et Michel Tagger (texte de l'enquête, annexe 1). Cette enquête avait pour thème l’adaptation des moyens (matériels, humains, structurels) au développement rapide de la simulation et de la modélisation numérique dans notre discipline. Le tableau résumant l'ensemble des réponses figure en annexe 2. Le bilan qu’en tirait la section 14 précédente, à la fin de son mandat, figure en annexe 3.

Les objectifs des journées thématiques (programme et liste du comité d’organisation en annexe 4) portaient sur les questions suivantes :

1/ Besoins en termes de support

2) Intérêt d'une organisation structurelle de la simulation numérique lourde en astrophysique:

- comment structurer une mise en commun des projets et des ressources matérielles et humaines. Taille des équipes.

- quelle prise en charge par les programmes et GdR

- quelle est, quelle peut -être la reconnaissance et la valorisation du travail collectif ?

- comment diffuser l'information,

- suivi des programmes et aide aux nouveaux utilisateurs.

3) besoins en formation des chercheurs (développeurs présents ou potentiels, utilisateurs) La formation concerne aussi marginalement la modélisation "mi-lourde".

- Gestion de projet informatique.

- algorithmique

- format des données pour leur traitement

- visualisation

- manipulation de matrices creuses.

4) Quelle est la pertinence de recrutement ingénieur sur un profil de numéricien?

5) pertinence d'une structure incitative fédératrice

A la suite de ces deux journées pour lesquelles la communauté a montré un très fort enthousiasme ( environs 80 participants ), un bilan provisoire a été présenté aux journées de prospective de la section 14 en juin 2001 ( texte en annexe 5). Les bilans des tables rondes, incomplets sont présentés en annexe 6.

Globalement, ces journées confirment le besoin ressenti par les participants, sous des formes diverses, d’une structuration de la simulation numérique qui – sans se substituer aux responsabilités des Programmes, des GdR et des laboratoires – permette d’améliorer les conditions dans lesquelles se pratique la simulation numérique, sa reconnaissance par les différentes instances du CNRS, et qui favorise la mise en place d’efforts coopératifs.

Notre prochaine tâche sera donc de poursuivre la réflexion, afin de déterminer les conditions dans lesquelles une telle structuration pourrait s’organiser : besoin et nature d’une structure nationale (type Action Spécifique), rôle qui lui serait confié, et conditions d’un engagement réel des chercheurs concernés. Cette réflexion s’engagera en dialogue avec les instances nationales et les acteurs concernés, et mènera si la conclusion est positive à une proposition formelle dans le courant de l’année 2002. Des premières initiatives dans ce sens seront préparées, initialement, par le comité d’organisation des journées.