J’ai profité de la 14^e édition de la Conférence européenne Comsol, qui s’est tenue du 22 au 24 octobre à l’EPFL à Lausanne en Suisse avec plus de 460 participants, pour faire le point avec Jean-Marc Petit, Business Development Manager de Comsol France, à la fois sur la société et sur la nouvelle offre Comsol Multiphysics 5.4.

Comsol est un éditeur suédois spécialisé dans la simulation numérique fondé en 1986 par Svante Littmarck et Farhad Saeidi, qui sont toujours aux commandes de la société. En 1998, ils ont présenté une version de leurs logiciels capable de résoudre simultanément des problèmes relevant de plusieurs phénomènes physiques différents. Comsol Multiphysics était né. Il s’agissait de proposer un logiciel convivial de modélisation et de simulation des systèmes multi-physiques, qui soit utilisable aussi bien par des chercheurs devant expliquer de nouveaux phénomènes, que par des ingénieurs concevant des produits de haute technologie.

« 20 ans plus tard, on peut dire que le pari est gagné puisque Comsol a plus de 20 000 licences de son logiciel Multiphysics sous maintenance à travers le monde, pour 30 à 40 000 utilisateurs réguliers. La société réalise un chiffre d’affaire de 80 M€, en croissance régulière de 10 à 15 % chaque année, et emploie 500 personnes », explique Jean-Marc Petit, Business Development Manager de Comsol France. Une filiale qui gère environ 900 clients sous maintenance pour 4 à 5 000 utilisateurs référencés. Elle réalise un chiffre d’affaires de l’ordre de 5 M€ pour 25 collaborateurs.

La clientèle va des chercheurs dans les grands laboratoires ou universités aux ingénieurs travaillant en indépendants et aux multinationales, pour le développement et l’optimisation de produits et de process de haute technologie. Des utilisateurs qui se trouvent dans de multiples secteurs : santé ; biens d’équipement ; automobile ; aéronautique ; énergie… « Et l’on essaye de se montrer un peu plus sur des salons et congrès pour aborder de nouveaux marchés et se faire connaitre de nouveaux prospects ».

Rendre le multi-physique accessible à tous

Outre la capacité de traiter la quasi-totalité des physiques, la force de Comsol Multiphysics réside dans trois points :

• l’interface unifiée, qui traite dans le même environnement plusieurs physiques et leur couplage (géométrie, maillage, définition des physiques, résolution, post-traitement), sans avoir à travailler avec une suite de logiciels ;
• l’interface transparente pour l’utilisateur, qui peut adapter les équations et les modèles proposés à son application particulière ;
• la facilité de développement d’applications spécialisées par des experts à l’aide de Application Builder à partir d’un modèle de Multiphysics, et de leur déploiement auprès d’une multitude d’utilisateurs au travers d’outils comme Server ou Compiler.

« Si Server permet de diffuser, gérer et mettre à jour à travers une organisation de multiples applications spécifiques auprès d’utilisateurs disposant de licences, Compiler, qui arrive avec la version Multiphysics 5.4, permet de créer des applications simulation autonomes sous forme de fichiers exécutables par tous sans besoin de licence. Par contre, il faut gérer de manière indépendante leur diffusion et mise à jour ».

Mais toute médaille à son revers. La possibilité de coupler de très nombreuses physiques de manière cohérente dans une même interface se traduit par une formulation particulière, qui implique des temps de développement et des contraintes plus importants lorsque l’on veut intégrer de nouvelles physiques. De même, l’interface unifiée ne peut pas aller aussi loin, en termes de vocabulaire et de fonctionnalités, que celles de logiciels métiers. Enfin, la gestion de très gros modèles de plusieurs dizaines de millions de degrés de liberté, en termes de stockage des données, de graphique, etc., est consommatrice de ressources et reste lourde à gérer, même si elle s’améliore version après version.

Les nouveautés de la version 5.4

Outre le module Compiler, la version 5.4 de Multiphysics apporte un lot de nouveautés intéressantes. Le module Composite Materials généralise pour la mécanique, l’électrique et le transfert de chaleur, la possibilité de créer, de simuler et de gérer de manière très précise de multiples couches stratifiées (fibres, matrices, orientations, etc.). « Cela permet par exemple de gérer l’impact de la foudre sur une pale d’éolienne : comment cet impact avec de forts courants électriques va se diffuser dans la matière, s’y dissiper sous forme de chaleur et modifier les propriétés mécaniques ».

Pour faciliter la mise en œuvre de la fabrication additive, il devient possible d’activer de manière progressive le maillage global d’une pièce qui sera ainsi réalisée. « Le maillage de la pièce est activé au fur et à mesure de la progression du dépôt de matière, autrement dit les physiques (structure et transfert de chaleur par exemple) sont résolues seulement sur le maillage activé, ce qui permet de reconstituer le dépôt progressif de matériau et d’être très précis sur les contraintes résiduelles et la déformation finale de la pièce fabriquée, pour les comparer à la pièce souhaitée ».

Il devient aussi possible de faire de la modélisation et de la simulation de micro-structures (100 µm), puis de les étendre à l’échelle macroscopique pour obtenir une simulation précise de la pièce globale.

En mécanique des fluides, un nouveau modèle de turbulences arrive, notamment destiné au monde aéronautique. Il s’agit du LES (Large Eddy Simulation, ou turbulence à grande échelle). « C’est un modèle plus précis que les modèles de turbulence de type RANS, comme le fameux k-epsilon, qui simule les tourbillons les plus grands, ou approxime leur impact en dessous d’une certaine échelle, dans un écoulement turbulent, mais il nécessite des ressources machine assez conséquentes ».

Toujours en mécanique des fluides, on voit arriver de nouveaux modèles d’écoulements multiphasiques en milieu poreux et d’interactions fluide/structure pour les secteurs de la santé et du biomédical où il y a pas mal de phases en jeu, ou encore des micro-systèmes fluidiques avec des jeux très faibles entre la structure et les différentes phases.

Dans le domaine de l’optimisation topologique arrive une interface dédiée qui, à partir d’une géométrie initiale et de chargements (mécanique, thermique, etc.), permet d’obtenir très rapidement une optimisation topologique minimaliste en termes de quantité de matière nécessaire pour résister aux contraintes.

Pour de plus amples détails sur les nouveautés de cette version 5.4, on consultera le site de l’éditeur. www.comsol.fr/release/5.4

Quelle modélisation pour l’avenir ?

« Plus on miniaturise, plus la méthodologie des éléments finis atteint ses limites, car il faut se placer dans un continuum de la description de la matière. Si l’on veut se rapprocher de l’échelle atomique, il faut des descriptions et des algorithmes différents, car les équations physiques changent, tout comme la manière de les résoudre. C’est notamment le cas en transfert de chaleur où le passage à l’échelle nanométrique implique de regarder ce qui se passe au niveau atomique. Ce sont des technologies que nos développeurs suédois étudient depuis plusieurs années. Ils savent par exemple assurer le suivi individuel de milliers de particules en fonction des forces qui agissent sur elles à partir des équations de Newton, tout en gérant leurs interactions », précise Jean-Marc Petit.

Mais tout cela se fera en cohérence avec les solutions déjà existantes dans l’offre de Comsol … pour conserver la philosophie multi-physique.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : www.comsol.fr