Les nouveaux usages de La simuLation - santé, auto, conception, production - www.usinenouvelle.com - Teratec
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www.usinenouvelle.com
www.industrie-techno.com
cahier 2 . 2018 . Ne peut être veNdu séparémeNt
santé, auto, conception, production…
Les nouveaux usages
de La simuLation
Le CEA au cœur de l’innovation
pour le Calcul Intensif et
le Big Data
Le CEA et Bull co-développent les technologies pour l’exascale
1
La maîtrise de l’exascale pour le calcul et les
données permettra à l’horizon 2020 d’ouvrir un
champ inexploré dans le domaine de la simulation
numérique de phénomènes physiques et d’objets
industriels complexes.
Pour relever ce défi, le CEA développe en partenariat
avec Atos les technologies pour :
Réduire la consommation énergétique,
Traiter et gérer les flux massifs de données,
Accroître la performance, l’efficacité et la
modularité des architectures informatiques,
TERA 1000, développée pour les besoins propres du
Concevoir des architectures informatiques
CEA, en partenariat avec ATOS/Bull, et installée en
tolérantes aux pannes.
2016, préfigure les supercalculateurs de l’exascale.
1 - À l’échelle du milliard de milliards d’opérations par seconde (exaFlops) et d’octets de mémoire (exaoctet).
Le CEA, un tremplin pour l’innovation industrielle
Localisé dans le Très
Grand Centre de calcul du Simulation numérique de
CEA (TGCC) à Bruyères-le- la combustion dans un foyer
de turbomoteur d’hélicoptère.
Châtel (Essonne), le CCRT - TURBOMECA
dispose d’une puissance
de calcul de 2 Pflop/s. Véritable soutien de l’innovation
industrielle dans le domaine du HPC, le CCRT propose à
ses partenaires des services et une expertise basée sur Simulation numérique aéro-acoustique
sur un système de ventilation
les compétences des équipes du CEA dans le domaine de habitacle automobile.
la simulation numérique. - VALEO
Partenaires actuels du CCRT
ArianeGroup, Cerfacs, EDF, IFPEN, Ineris, IRSN, L’Oréal,
Onera, SafranTech, SAFRAN Aero Boosters, SAFRAN Simulation des courants de
surface sur un radôme de pointe
Aircraft Engines, SAFRAN Helicopter Engines, SOLEIL, avant d’avion de combat.
Technicatome, Thales, Thales Alenia Space, Valeo, CEA - THALES
ainsi que le projet FranceGénomique, soutenu par le PIA.
2
Pour en savoir plus www-ccrt.cea.fr Contact christine.menache@cea.fr
simulation
reconstruction
numérique
d’un microcircuit
du néocortex. nouvEllEs
Sommaire fRontièREs
I
ENTRETIEN l n’existe pas un seul domaine dans lequel il n’y a pas
Christian Saguez, président de Teratec P. 4
de simulation», assure Christian Saguez, le président
nouveaux uSageS de Teratec, dans l’entretien qui ouvre ce numéro
MéDICAL spécial simulation. Confinée il y a dix ou quinze ans à
Du stéthoscope au pétaflops P. 8
quelques territoires, comme l’aéronautique et l’auto-
AUToMoBILE mobile, la simulation a repoussé ses frontières pour
Simuler dès la conception P. 12
couvrir quasiment l’ensemble des activités humaines.
CLoUD Dopée par l’explosion de la puissance de calcul et par
Calcul à la demande P. 14 le machine learning qui a remis en selle l’intelligence
PRoDUCTIoN artificielle, elle explore désormais jusqu’au vivant.
L’usine passe à la réalité augmentée P. 16 Les perspectives qu’elle apporte à la médecine sont Manuel
fascinantes. Prédire les propriétés des candidats médi- Moragues
nouveLLeS TeChnoLogIeS
caments, élaborer des jumeaux numériques d’organes REsponsablE
CENTRES DE CALCUL
L’europe accélère enfin P. 22 pour tester les traitements, personnaliser et faciliter éditoRial
TEChNoLoGIE l’usage des dispositifs médicaux comme les stents… La
Préparez-vous au quantique P. 28 médecine personnalisée, si elle reste un objectif encore
PRoCESSEURS lointain, avance à grands pas.
Le supercalcul s’entiche d’intelligence P. 30 Les industriels renouvellent également les usages
traditionnels de la simulation, en l’utilisant pour tout
nouveaux aCTeurS
le cycle de vie d’un produit. Et ce d’autant que le calcul
BoNNES PRATIqUES
Les PMe se lancent dans le calcul P. 34
intensif se démocratise grâce à l’usage à la demande
permis par le passage au cloud. Les PME, accompagnées
START-UP
à l’assaut de la formation médicale P. 38
en France par le programme Simseo, s’en emparent pour
remonter la chaîne de valeur et mieux
innover, tandis que les start-up en Dopée aux pétaflops
CoNCEPTIoN
nvidia, l’hyper-réaliste P. 40
font leur moteur technologique. La et au machine learning,
PoRTfoLIo simulation s’incruste aussi à l’usine la simulation explore
haute définition P. 42
sous les atours de la réalité augmen-
INDUSTRy SToRy jusqu’au vivant.
tée. Les solutions gagnent en maturité
Bombe à eau P. 46
à grande vitesse et les déploiements en milieu industriel
de casques, lunettes et autres projecteurs se multiplient
Président, directeur de la publication Julien Elmaleh pour fournir aux opérateurs les bonnes informations, au
Directrice générale déléguée Isabelle André bon moment, au bon endroit.
Directeur du pôle industrie Pierre-Dominique Lucas
Directrice de la rédaction Christine Kerdellant La France l’a acté, Bruxelles en prend conscience avec
Directrice adjointe de la rédaction Anne Debray le programme EuroHPC: le calcul intensif est une tech-
rédacteur en chef édition Guillaume Dessaix
Directeur artistique Vincent Boiteux nologie stratégique que l’Europe se doit de maîtriser, tant
Coordinateur éditorial Manuel Moragues sur les plans matériel que logiciel. D’autant qu’au-delà de
ont participé à ce numéro Claire Nicolas et
Rebecca Lecauchois (secrétariat de rédaction) ; la course à l’exascale, la fin annoncée de la loi de Moore
Sylvie Louvet et Isabelle Juin (maquette) pourrait rebattre les cartes. La parallélisation massive des
« L’Usine Nouvelle » n° 3559 – Cahier 2 – 19 avril 2018
(commission paritaire n° 0722 T 81903) calculs et la combinaison de différents types de micro-
« Industrie & Technologies » n° 1010-1011 – Cahier 2 - Juin 2018 processeurs n’en sont qu’à leurs débuts. L’hybridation
(commission paritaire n° 0622 T 81775)
Ne peut être vendu séparément
naissante du calcul intensif et de l’intelligence artificielle
Une publication du groupe Gisi, Antony Parc II - augure de nouvelles technologies. Enfin, l’accélération
10 place du Général-de-Gaulle - BP 20156 - 92186 Antony Cedex
Impression Imprimerie de Compiègne 60205 Compiègne
des progrès des puces quantiques pourrait, bien plus tôt
Photo de couverture D.R. qu’on ne l’imaginait il y a seulement deux ou trois ans,
repousser très loin les frontières de la simulation. ❚❚
simulation - CaHiER 2 3
simulation
entretien
«La simuLation touChE désormais
tous LEs sECtEurs»
construire des modèles prédictifs en utilisant que des don-
nées. Cela permet de modéliser le vivant. C’est formidable !
Président de teratec, le pôle européen La modélisation classique, physique, et la modélisation par
de compétence en simulation et calcul haute les données sont complémentaires. En les couplant, on
performance, Christian Saguez détaille peut avoir une approche globale d’un système complexe et
essayer de l’optimiser.
les mutations et l’importance cet outil.
ProPoS reCueilliS Par Manuel MoragueS les industriels ont également fait évoluer
leur usage de la simulation…
Au départ, si je caricature, la simulation était utilisée
dans la conception de produits pour valider l’expérience.
la simulation se répand dans de multiples domaines. Les constructeurs automobiles réalisaient des crashes avec
Comment analysez-vous cet essor impressionnant ? de vraies voitures et des mannequins à l’intérieur, et simu-
Il n’existe pas un seul domaine dans lequel il n’y a pas laient ces crashes pour vérifier les résultats. Les industriels
de simulation ou, plus généralement, de calcul. Prenez manufacturiers sont ensuite passés à la conception complète
l’exemple des derniers JO : les skis, les chaussures, les de leurs produits avec la simulation. Désormais, celle-ci
vêtements… il y a de la simulation derrière. De même, dans concerne non seulement la conception, mais tout le cycle de
l’agriculture et l’industrie alimentaire, la simulation est vie du produit: son fonctionnement, son usage et même son
en train de prendre une place aussi importante que celle recyclage. Dans les travaux publics, la simulation permettait
qu’elle occupe déjà dans l’industrie manufacturière, c’est de concevoir un pont; maintenant, elle permet de suivre son
impressionnant. La médecine personnalisée, c’est encore évolution, son vieillissement, en enrichissant le modèle par
de la simulation. C’est parce qu’on est capable d’intégrer les données recueillies au cours de sa vie. La simulation de
dans des modèles des masses de données issues de cap- tout le cycle de vie d’un produit est une évolution fondamen-
teurs que l’on peut proposer des thérapies personnalisées. tale qui explique sa généralisation. La maintenance prédictive
Et je ne vous parle pas du commerce, des villes… C’est une qui se développe à grande vitesse en est un exemple concret.
évolution extraordinaire, quand on pense qu’il y a dix ans,
la simulation ne touchait qu’un certain nombre de secteurs les PMe s’emparent-elles de cet outil ?
comme l’automobile et l’aviation. Elles ont de plus en plus conscience de l’importance de la
simulation, et ce d’autant plus que celle-ci s’applique à de
Comment expliquez-vous sa généralisation ? nouveaux secteurs et à tout le cycle de vie des produits. Il
La modélisation par les données est le phénomène majeur faut absolument qu’elles s’approprient cet outil. à Teratec,
qui permet la diffusion de la simulation. Avant, celle-ci nous avons donc lancé, avec les pouvoirs publics, le pro-
concernait les phénomènes purement physiques, que l’on gramme Simseo d’aide aux PME [lire page 34]. Nous avons
modélisait avec des modèles déterministes. Et pour cause : commencé en ciblant le BTP, et le succès est extraordinaire.
il est pratiquement impossible de mettre en équations Une centaine d’entreprises vont intégrer ce programme. Cela
mathématiques des phénomènes très complexes où inter- montre combien les PME sont demandeuses. Nous allons
vient le hasard, comme la croissance d’une plante ou le continuer avec la mécanique, puis d’autres secteurs. Les
comportement d’un organe. Mais avec le machine learning, pouvoirs publics doivent prendre le taureau par les cornes :
par exemple les réseaux de neurones, on devient capable de le concept fonctionne, il faut le déployer à grande échelle.
Aujourd’hui, la puissance de calcul et les logiciels sont
accessibles dans le cloud avec un paiement à l’usage, il n’y
a donc plus la barrière de l’investissement.
« En couplant la modélisation classique
avec la fin annoncée de la loi de Moore, les performances
et la modélisation par les données, du supercalcul continueront-elles de progresser ?
on peut avoir une approche globale
Pascal Guittet
Nous devrions avoir dès 2021-2022 des supercalculateurs
de systèmes complexes comme le vivant. exaflopiques, c’est-à-dire capables de réaliser 1 milliard de
C’est formidable ! » milliards d’opérations par seconde. C’est une puissance de
4
calcul invraisemblable, qui permettra de faire beaucoup de les secteurs et devient un élément clé de la défense, de la
choses! Et si l’on ne peut plus poursuivre la miniaturisation compétitivité industrielle, de l’administration, du système de
des processeurs, on peut les multiplier. C’est déjà le cas : santé, de la vie du citoyen... Je pense que les pouvoirs publics
on est entré dans le parallélisme massif, avec des calculs ont bien intégré cet enjeu. Le plan industriel supercalculateur
distribués sur d’innombrables processeurs, qui deviennent initié par Arnaud Montebourg, transformé en plan économie
plus variés. Les processeurs graphiques se sont ainsi ajoutés des données, et l’initiative sur l’intelligence artificielle en
aux traditionnels processeurs, et il y aura d’autres puces témoignent. Mais il ne faut pas relâcher l’effort. Et il est
spécialisées qui apporteront de la performance. Jusqu’aux impératif de lancer une action forte dans la formation à ces
technologies plus futuristes, comme le quantique. Mais il technologies et à leur usage. C’est crucial : on manque de
ne faut pas oublier que le matériel ne fait pas tout: 50 % compétences alors qu’une nouvelle économie se développe
des progrès passés et à venir en matière de puissance de autour du numérique.
calcul viennent de l’algorithmique. Ce sont les algorithmes
qui permettent d’exploiter pleinement un supercalculateur, au niveau européen, cet enjeu de souveraineté
C’est encore plus vrai avec le parallélisme massif. est-il bien compris ?
L’Europe a été un peu plus lente à comprendre, mais a pris
Comment la France se positionne-t-elle en matière conscience de l’enjeu, et les décisions en ce sens sont en train
de calcul intensif ? d’être prises. Il faut se réjouir des initiatives européennes
La France a une très bonne position sur toute la chaîne, comme ETP4HPC et EuroHPC [lire page 22], dans lesquelles
des composants aux utilisateurs –les grands industriels–, en la France a joué et continue de jouer un rôle moteur. Pour
passant par l’architecture des calculateurs et l’algorithmique. revenir dans la course, l’Europe va devoir investir des
Toutes ces compétences doivent travailler ensemble dans dizaines de milliards d’euros en quelques années. Même si
une démarche de co-design pour concevoir et exploiter les cela paraît important, ce n’est pas une somme colossale au
futures machines. C’est une chance historique. Car il faut regard des coûts du tunnel sous la Manche, de la construc-
bien comprendre que la maîtrise des technologies matérielles tion d’un Airbus ou du plan nucléaire. Surtout, ce n’est pas
et logicielles du calcul intensif est vraiment une question de un montant élevé par rapport aux retombées essentielles
souveraineté nationale, à l’heure où la simulation touche tous d’un tel investissement. ❚❚
simulation - caHieR 2 5
J. Mottern / Dassault systèMes 6
siMulation
nouveaux
usages
In SIlIco la santé mise beaucoup sur la
simulation. Dispositifs médicaux, médicaments
et organes passent à la moulinette du calcul.
avec la médecine personnalisée en ligne de mire.
RéalIté augmentée loin de se limiter aux
Pokémon, la réalité augmentée s’incruste
dans l’usine. De nombreux industriels adoptent
des solutions arrivées rapidement à maturité.
À la demande en basculant dans le cloud,
le calcul intensif devient accessible aux PMe.
il ne représente plus une barrière à l’entrée
en termes d’investissement.
dossier coordonné par manuel moragues
Le projet Living
heart de Dassault
Systèmes permet
de créer des cœurs
personnalisés en 3D,
afin d’accélérer
la recherche sur
le traitement des
maladies cardiaques.
siMulation - CaHier 2 7
simulation
BiovizJS, l’application de visualisation en 3d des structures moléculaires créée par Bionext, permet d’accélérer le développement de nouveaux médicaments.
l
Médical avenir de la médecine appartiendrait-il aux ordina-
teurs? Apparues dans les années 1970 avec le déve-
Du stéthoscoPe
loppement de la bio-informatique, les approches
in silico –ces méthodes de recherche très diverses,
fondées sur l’utilisation de calculs complexes et de
au PétaFloPs
modèles informatiques– prennent un nouvel essor. L’industrie
pharmaceutique s’y était bien intéressée dès les années 1980,
afin d’accélérer la découverte de molécules thérapeutiques,
mais ce n’est que récemment que la simulation informatique
a vraiment gagné le monde de la santé. «On constate une
plus grande utilisation ces cinq dernières années. D’une part,
la santé s’empare de la simulation. Dopées car nous avons désormais les technologies pour réaliser des
par les progrès technologiques et l’aval simulations plus complexes. D’autre part, car les autorités
de santé envisagent désormais ces méthodes comme un
des autorités de santé, les approches in silico nouveau pilier, en complément des approches in vitro et
bionext ; inria / H. raguet ; D.r.
gagnent la médecine et la pharmacie. in vivo», explique Thierry Marchal, le directeur de l’activité
industries de santé de l’éditeur de logiciels de simulation
Par Floriane leclerc Ansys et secrétaire général de l’Avicenna Alliance, un lobby
chargé par la Commission européenne de l’éclairer sur les
enjeux de la simulation dans les secteurs pharmaceutique
et médical. En Europe, le dossier d’évaluation d’un pro-
8
simulation
duit soumis à l’Agence européenne des médicaments peut
désormais inclure des simulations in silico en annexe. Aux
« il faut simuler les interactions
États-Unis, «le Congrès encourage clairement la Food and des organes entre eux »
drug administration (FDA) [l’autorité de santé américaine,
ndlr] à étudier l’opportunité de mener des essais in silico afin
de développer médicaments et dispositifs médicaux beaucoup
plus rapidement», relève Thierry Marchal. La FDA a d’ailleurs DoMinique chaPelle, de l’avatar numérique
mis à la disposition des fabricants de dispositifs médicaux un directeur de recherche proche du système réel.
programme pilote afin de favoriser la qualification de leurs à l’Inria, spécialiste Certaines mesures comme
outils et méthodes de simulation. de la modélisation du cœur le régime alimentaire ou
l’habitat sont encore trop
Un franc succès dans la pharmacie comment construire éloignées des champs
Dans ce contexte favorable, les initiatives se multiplient, un modèle personnalisé de la modélisation pour
élargissant les champs d’application. « La simulation entre d’un patient ? pouvoir être intégrées
notamment dans les hôpitaux », pointe Thierry Marchal. Les Il faut ajuster, avec les dans les équations.
fabricants de dispositifs médicaux, qui s’appuyaient déjà sur données du patient, Ces données sont trop
des logiciels de simulation afin de concevoir leurs implants, un modèle générique, éparses et hétérogènes,
proposent aux chirurgiens des solutions d’aide à la décision pour qu’il reproduise mais le big data pourrait
afin d’en optimiser la pose. Les géants américains Medtronic les particularités du patient. aider à les structurer
et Terumo équipent les praticiens utilisant leurs dispositifs du Or on connaît mal et à les exploiter.
logiciel Sim&Size de la start-up montpelliéraine Sim &Cure les paramètres d’entrée
pour opérer les patients risquant une rupture d’anévrisme. du patient, comme les patients virtuels
«Il y a énormément d’innovation dans le domaine des dis- les propriétés mécaniques sont-ils pour bientôt ?
positifs médicaux. Notre logiciel permet de démocratiser de ses tissus, difficilement Outre la personnalisation
leur usage et de préparer au mieux l’intervention », explique mesurables. On doit donc des modèles, il faut encore
Mathieu Sanchez, le cofondateur de Sim &Cure. Une fois les résoudre les équations améliorer le couplage entre
artères du patient modélisées à partir de l’imagerie médicale, du modèle en sens inverse. les différents phénomènes
« le chirurgien peut simuler la pose du stent, lui-même C’est-à-dire reconstituer mécaniques, électriques
reproduit numériquement, afin d’en choisir la taille et la les paramètres qui et biologiques au niveau
position optimales pour sécuriser le traitement ». De leur permettront d’aboutir, d’un organe. Mais aussi
côté, l’institut de recherche mathématique de Rennes et le par le calcul, aux données parvenir à simuler les
CHU de la ville se sont associés avec le fabricant de prothèses mesurées en sortie. interactions des organes
Proteor pour concevoir des corsets orthopédiques traitant entre eux. Aujourd’hui,
la scoliose idiopathique de l’adolescent. Le tronc du patient la collecte de données la modélisation du
est reconstitué en 3D pour simuler les efforts du dispositif de santé, via l’internet des corps humain est assez
médical et fabriquer un corset sur mesure. objets, peut-elle aider ? compartimentée.
L’usage de la simulation s’intensifie aussi dans le secteur Plus on a de mesures, plus Chacun travaille sur
pharmaceutique. Les start-up qui s’étaient lancées, il y on peut avoir une version des organes distincts. ❚❚
a une dizaine d’années, dans la conception de logiciels
de simulation capables d’identifier plus rapidement les
candidats-médicaments ou de prédire leur inocuité grâce
à l’analyse en masse des bases de données scientifiques de Therascape, en 2016, à partir de l’acquisition d’actifs de
publiques ou privées, connaissent aujourd’hui un franc Rhenovia Pharma, spécialiste de la biosimulation du système
succès. Lixoft, spin-off de l’Inria lancé en 2011, propose ses nerveux central, elle entend mettre à disposition une seconde
solutions Monolix et Simulix à Sanofi, l’Inserm et Novartis plate-forme permettant de simuler la réponse des cellules
pour simuler le devenir de molécules après absorption par humaines au contact d’une molécule. Elle vise notamment
le corps humain. La société strasbourgeoise de biotechno- les récepteurs couplés aux protéines G. Principaux média-
logies Bionext, qui avait déjà mis au point une plate-forme teurs des informations externes dont la cellule se sert pour
de bio-informatique, a étendu ses activités. Avec la création moduler son fonctionnement, ces récepteurs sont la cible de
plus de 30 % des médicaments sur le marché.
Projets pluridisciplinaires
« les autorités de santé envisagent Les grandes entreprises pharmaceutiques ne sont pas
désormais les méthodes in silico comme en reste. Certaines ont développé en interne une branche
un nouveau pilier, en complément bio-informatique et la plupart s’engagent dans des projets
des approches in vitro et in vivo. » pluridisciplinaires toujours plus poussés. Lancé en 2014 par
le concepteur de logiciels Dassault Systèmes, le projet Living
thierry Marchal, secrétaire général d’avicenna alliance Heart rassemblait au départ des chercheurs, des développeurs
simulation - CaHier 2 9
simulation
d’équipement médicaux, des cardiologues praticiens et la
Des Projets tous aziMuts FDA autour d’une mission visant à développer et valider des
modèles numériques de cœurs humains réalistes pour y tester
des appareils cardiovasculaires. Il accueille désormais égale-
ment de grands laboratoires pharmaceutiques. «D’importants
acteurs comme Pfizer nous rejoignent depuis que nous avons
introduit la dimension biologique dans notre modèle, explique
Jean Colombel, le vice-président industries des sciences de la
vie de Dassault Systèmes. Outre les paramètres anatomiques,
mécaniques et hémodynamiques, le cœur virtuel intègre
désormais l’électrophysiologie cardiaque depuis la fin 2017.»
Une avancée qui a permis à des chercheurs de l’université
Stanford, en Californie, d’observer les effets de la quinidine
sur l’activité électrique du cœur modélisé et de reproduire
les risques d’arythmie liés à ce médicament.
Vers des avatars personnalisés
La grande ambition aujourd’hui affichée par la pharmacie
est d’apporter «le bon médicament, à la bonne dose à chaque
patient ». Pour cela, la simulation se doit d’être de plus en
plus fine et personnalisée. Lancé il y a un an et doté d’un
budget de 1,5 million d’euros sur trois ans, le projet européen
liVing heart d’imagerie du patient. l’enjeu ITFoC (Information technology : The future of cancer treat-
lancé en 2014 par Dassault est de pouvoir élaborer, à terme, ment) propose de caractériser à un niveau moléculaire très
systèmes (Ds), living heart des prédictions personnalisées. poussé la tumeur et le patient. L’objectif est de recueillir les
[photo] est un projet de et notamment de mieux évaluer, données nécessaires à la construction d’avatars spécifiques
modélisation et de simulation lors d’études précliniques ou à même de prédire in silico l’évolution de la tumeur et
du cœur humain rassemblant dans un contexte clinique, l’effet du traitement. «Bien que des progrès majeurs aient
95 membres (chercheurs, l’efficacité d’un traitement sur été effectués au cours de ces dix dernières années et que
praticiens, développeurs) la maladie pour ne pas infliger l’on puisse stratifier les patients en fonction de certains
à travers le monde. objectif : au patient une solution lourde biomarqueurs, nous sommes encore très loin d’une véritable
développer des produits et des qui s’avérerait inefficace. personnalisation de la prise en charge », reconnaissaient,
traitements cardiovasculaires en préambule, les porteurs du projet. Certaines recherches
sûrs et efficaces. Ds et l’agence hUMan Brain étudient déjà la possibilité de créer, à partir de données
américaine chargée des Doté de 1,2 milliard d’euros de santé et d’imagerie médicale, le jumeau numérique de
médicaments, la Food and drug sur dix ans, le Human brain l’organe d’un patient, voire de son corps entier.
administration (FDa), ont project a pour ambition Cependant, de nombreux obstacles restent à surmonter.
signé un accord de cinq ans afin de mieux comprendre « Nous avons des modèles, nous pouvons déjà reproduire
d’utiliser ces outils numériques le fonctionnement du cerveau certains mécanismes, mais nous ne connaissons que partiel-
pour accélérer le processus et de le simuler numériquement. lement le fonctionnement du corps humain. En cardiologie
d’homologation de dispositifs lancé en 2013, ce projet par exemple, ce n’est pas seulement le cœur qui entre en jeu,
médicaux tels les pacemakers. européen réunit des mais aussi les vaisseaux, les reins, les poumons, qui intera-
Ce projet collaboratif utilise la scientifiques de 24 pays. gissent étroitement », souligne Dominique Chapelle, direc-
plate-forme cloud 3Dexperience. il repose sur six plates-formes teur de recherche à l’Inria et acteur du Virtual physiological
collaboratives de recherche human. Lancé en 2006, cet important projet international
Monc axées autour de la neuro- ambitionnait de modéliser et simuler la complexité d’un
le projet monc (modélisation en informatique, du calcul haute corps humain entier. Aujourd’hui, si ce dessein holistique
oncologie) regroupe des performance, de l’informatique demeure d’actualité, les chercheurs se concentrent souvent
chercheurs de l’inria, du Cnrs médicale, de l’informatique sur des objectifs plus ciblés, directement liés à des applica-
et de l’institut polytechnique neuromorphique, de
de bordeaux. il vise à construire la neurorobotique et de
des outils numériques reposant la simulation du cerveau.
sur des équations aux dérivées Ce dernier volet doit permettre, « le chirurgien peut simuler la
partielles et des méthodes à partir de plusieurs échelles pose du stent, lui-même reproduit
statistiques, afin de mieux (moléculaire, nerveuse, numériquement, afin d’en choisir
suivre l’évolution du cancer. régionale), de comprendre la taille et la position optimales. »
les modèles réalisés s’appuient la transmission synaptique
en grande partie sur les données et le rôle des neurones. Mathieu sanchez, cofondateur de Sim&Cure
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volumineuses données de santé lambda. « mais la puissance ne
afin d’établir des modèles puis fait pas tout. il faut concevoir les
les simuler requiert énormément algorithmes spécifiques capables
de calculs. Pour y parvenir, d’indiquer à de tels ordinateurs Le Fil Juridique quotidien Le Journal en ligne La newsletter
quotidienne
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réglementaires françaises
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+ Les archives depuis 2004 L’actualité environnementale
recourent aux supercalculateurs. volumineuses doivent être
l’une des plates-formes du traitées », insiste gilles mergoil,
Human brain project, consacrée le coordinateur de la plate-forme
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À renvoyer par courrier, fax ou email à : Le Journal de l’environnement
à l’analyse et au calcul intensif, numérique 3Dneurosecure. Service Abonnements - Antony Parc II - 10, place du Général de Gaulle - BP 20156 -
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rassemble ainsi les plus gros l’un des objectifs de ce projet,
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limites des techniques d’imagerie médicale existantes en
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D.r.
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simulation - CaHier 2 11simulation
Automobile
Simuler dèS
la conception
Renault utilise la simulation comme un outil
d’aide à la conception pour imaginer l’interface
homme-machine du véhicule de demain.
par Julien Bergounhoux
c
omment les conducteurs se comporteront-ils dans
une voiture en partie autonome ? Pour le savoir et
mieux adapter le design du véhicule, Renault inves-
tit 25 millions d’euros dans un nouveau simulateur
de conduite. Baptisé Roads (Renault optimization
autonomous driving simulator), il sera inauguré en 2019
sur le technocentre de Guyancourt (Yvelines). Le système
sera construit par Autonomous Vehicle Simulation, une
coentreprise de Renault et Oktal.
Roads sera constitué d’un dôme à 360 degrés de 15 mètres Au cœur du technocentre de Guyancourt, Renault simule différents scénarios de conduite
de diamètre, avec une image 3D ultra-haute définition et pour tester ses futurs véhicules autonomes.
un habitacle de véhicule entièrement équipé, comportant
des systèmes de suivi des yeux et de la tête. Le tout monté
sur un hexapode, une plate-forme soutenue par six pistons doubler par tout le monde…, explique Olivier Colmard, vice-
pour reproduire des sensations de conduite plus réalistes. président de la simulation numérique chez Renault. Nous
L’hexapode sera placé sur des rails d’une trentaine de mètres, cherchons par exemple comment signaler au conducteur
qui répéteront des accélérations. Au-delà de simples essais, qu’il doit reprendre le contrôle, s’assurer qu’il n’ignore pas
Renault compte s’en servir pour concevoir la voiture de le signal.» Le constructeur s’intéresse à l’interface homme-
demain. «Grâce à ce simulateur, nous vérifions que ce que machine. Il réfléchit notamment à intégrer des technologies
fait la voiture est humainement acceptable, que le style de de réalité augmentée dans l’habitacle qui permettraient de
conduite ne fait pas peur, qu’il n’est pas frustrant de se faire mieux capter l’attention du conducteur.
5 à 10 millions de scénarios
Pour mettre au point l’interface homme-machine, Renault
une pièce à conviction s’appuie sur trois modèles de simulation: le modèle situa-
tionnel, ou scénario de conduite, le modèle du véhicule et le
un accident de la route incluant une voiture autonome entraînera modèle humain. «Il nous faut le modèle du véhicule exact,
des litiges juridiques inédits. « nous pensons déjà aux éventuels le jumeau digital total. Cela vient directement de l’ingénierie.
procès lors des premiers accidents. nous devrons être en mesure Mais il est nécessaire de le tester, de le régler dans les détails.
de rejouer la scène pour prouver que le système n’est pas en cause. Pour cela, nous avons besoin de scénarios. Nous travaillons
nous pourrons déterminer si le meilleur conducteur du monde aurait sur des dizaines de milliers de cas d’usage et nous générons
pu éviter l’accident s’il avait été au volant ou s’il s’agissait d’une entre 5 et 10 millions de scénarios comprenant d’infimes
situation impossible », explique olivier Colmard, vice-président variations afin d’étudier la réaction du système de conduite
de la simulation numérique chez Renault. Pour ce faire, les véhicules autonome. Nous faisons varier, entre autres, la météo, la
heRvé boutet
enregistreront en permanence de grandes quantités de données sur circulation, le temps de réaction de chaque voiture », détaille
leur statut et leur environnement afin de permettre au constructeur Olivier Colmard. De quoi préparer au mieux la commerciali-
de rejouer la scène de l’accident grâce à la simulation numérique. ❚❚ sation des premiers modèles, prévue pour 2022 ou 2023. ❚❚
12Inventé au 19ième siècle. Optimisé pour aujourd’hui.
b
Distribution ddes contraintes dde von Mises ddans lle carter d’
d’un moteur à
induction avec prise en compte des effets électromécaniques.
Au 19ème siècle, deux scientifiques ont inventé séparément
le moteur à induction AC. Aujourd’hui, c’est un composant
commun en robotique. Comment y sommes nous arrivé, et
comment les ingénieurs d’aujourd’hui peuvent-ils continuer
d’améliorer ces moteurs?
Le logiciel COMSOL Multiphysics® est utilisé pour simuler des
produits, des systèmes et des procédés dans tous les domaines
de l’ingénierie, de la fabrication et de la recherche. Découvrez
comment l’appliquer pour vos designs.
comsol.blog/induction-motor
13simulation
Trois Fournisseurs clés
AmAzon se fait en fonction des
Le pLus originaL infrastructures demandées.
le géant américain de microsoft propose aussi
l’e-commerce propose un une offre hybride et promet
système d’enchères pour une disponibilité de 99,9 %
bénéficier des instances pour traiter les opérations.
amazon Web services
inutilisées. un client peut iBm
ainsi décider de consommer Le pLus spéciaLisé
de la puissance de calcul l’offre cloud de Big Blue,
uniquement si le prix du cœur baptisée softlayer [en photo,
est inférieur à une valeur son datacenter de Dallas,
plancher. au texas], permet d’opter
pour des serveurs équipés
miCrosoft de la carte graphique nvidia
Le précurseur tesla, destinés aux calculs
avec sa solution azure Batch, scientifiques. ou pour
la firme de redmond propose des serveurs dotés de
un traitement simplifié par nvidia grid, indiqués pour
lot. la facturation, à l’heure, les simulations graphiques.
Cloud sur le marché du cloud HPC en 2010, mise notamment sur
des offres hybrides. Au-delà d’infrastructures cloud mutua-
calcul lisées, sa gamme Bull extreme factory comprend des offres
incluant un déploiement en local de l’infrastructure –sur site
ou dans un datacenter sécurisé. Avec un paiement mensuel
à la demande ou à l’usage, selon les besoins. Une formule pour laquelle a
opté Akka Technologies il y a un an. Disposant déjà d’une
puissance de calcul de 1024 cœurs, ce groupe d’ingénierie
et de conseil en technologies, qui fournit une prestation de
calcul à Airbus, Safran et Renault, a loué pendant deux mois
240 cœurs supplémentaires sur un cloud privé, par souci de
Plus besoin d’être un grand groupe équipé de confidentialité. «Cela nous a permis d’augmenter et d’externa-
son propre supercalculateur. le calcul intensif liser notre capacité de calcul de 20% et de faire face à un pic
d’activité, explique le référent calcul d’Akka, Benjamin Gautier.
se démocratise grâce à des offres à la carte. Le tout avec des solutions clés en main. »
par Floriane leclerc
Portail prêt à l’emploi
Afin de faciliter l’utilisation, Atos a choisi d’intégrer les appli-
cations standard du marché dans un portail prêt à l’emploi
l
et propose, pour davantage d’efficacité, des infrastructures
e calcul intensif (HPC) à la carte ? Depuis quelques différenciées selon le type de calcul à effectuer. Une équipe
années, l’idée s’est imposée chez les principaux d’experts se charge de tout installer. Aujourd’hui, bien que
fournisseurs de cloud. Jusqu’alors réservé à une l’intérêt pour les modèles de cloud computing public dédiés
poignée de grands acteurs industriels ou financiers à l’HPC continue de croître, ceux-ci ne constituent encore
B. torres / BloomBerg via getty images
en mesure de disposer de leurs propres infrastruc- qu’une petite part du marché, relève le cabinet spécialisé
tures, le HPC se met à la portée des petites et moyennes Intersect360 Research, dans une étude d’octobre 2017. «Le
entreprises, à qui il offre un avantage concurrentiel. « Acces- vrai frein au HPC dans le cloud réside dans la récupération
sible à la demande, il permet également aux grands groupes des résultats, remarque Benjamin Gautier. Chez nous, un
industriels, qui chercheraient à accélérer leur activité, de calcul en sortie peut générer jusqu’à 400 Go de données
s’octroyer des capacités de calcul supplémentaires pour une par heure. C’est très lourd à télécharger au travers des seuls
durée limitée », souligne Arnaud Bertrand, le responsable réseaux internet.» D’où l’intérêt des offres hybrides avec une
big data et HPC d’Atos. Le groupe français, qui s’est lancé partie de l’infrastructure en local. ❚❚
14LE
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Safran a investi dans des outils de réalité augmentée pour accélérer la production de ses moteurs Leap.
D
e Pokémon GO à l’usine, le transfert a été rapide.
Production Loin de se limiter aux jeux vidéo, la réalité aug-
l’usine Passe
mentée s’incruste dans l’industrie. En 2017, les
industriels ont multiplié les preuves de concept,
pilotes et mises en service de solutions reposant
à la réalité
sur cette technologie. Safran a lancé un partenariat avec la
start-up Diota pour réduire les erreurs dans l’installation des
harnais électriques à bord des avions. Naval Group (ex-DCNS)
augMentée
a testé la réalité augmentée pour l’installation de la tuyauterie
éric Drouin / safran aircraft EnginEs ; sunna DEsign ; Bosch
dans ses navires. Renault Trucks l’utilise de son côté pour
le contrôle qualité de ses moteurs dans son usine lyon-
naise… Derrière ces applications tous azimuts, un principe
lumineux : disposer, en situation, des bonnes informations
en temps réel. C’est ce qu’assure la réalité augmentée, en
Profitant des progrès de l’informatique superposant au monde réel des informations contextuelles
numériques sur l’écran d’une tablette, d’un smartphone ou
embarquée et de l’essor de l’usine 4.0, de lunettes ou même directement sur l’objet concerné via
de plus en plus d’industriels mettent la réalité un vidéoprojecteur. Développée depuis une dizaine d’années,
testée en milieu industriel depuis quatre ou cinq ans, la
augmentée en production. réalité augmentée se déploie aujourd’hui grâce aux progrès
Par PhiliPPe Passebon, avec Manuel Moragues des logiciels et des supports matériels associés.
16simulation sunna Design accompagne ses opérateurs bosch rexroth connecte ses lunettes Quand sunna Design a cherché Blanquefort (gironde), « chaque Bosch rexroth utilise les lunettes et génération de rapports. « nous à industrialiser la fabrication de opérateur est aidé par la réalité connectées pour le contrôle qualité n’augmentons pas la réalité, nous ses lampadaires solaires, elle a opté augmentée pour savoir quels gestes dans son site de Vénissieux (rhône) sommes juste avant. c’est l’utilisateur pour une chaîne de production il doit faire et si l’opération a été depuis 2015. cet outil est né des qui compare », précise éric Payan, connectée, sur roulettes et modulable, proprement réalisée ». Des caméras préconisations d’un groupe de travail chargé de la digitalisation et dans laquelle la réalité augmentée a scrutent le mouvement des doigts interdisciplinaire chargé de plancher du marketing chez Bosch rexroth toute sa place. « l’assemblage reste pour guider l’opérateur. résultat, sur la transformation digitale du site. france. Développé en interne en une tâche très manuelle. nous tandis que les capacités de production le principe ? l’opérateur est assisté trois mois, l’outil a permis de diviser voulions voir comment nous pouvions augmentaient, le temps de formation de lunettes connectées pour vérifier par deux le temps d’exécution du industrialiser le processus tout a été réduit de 80 % et la pénibilité les 11 points de contrôle des joysticks contrôle et de diminuer de 80 % en conservant notre main-d’œuvre », de 70 %. la PmE, qui a réalisé pour engins de chantier fabriqués les tâches administratives. last but explique laura Pargade, la un chiffre d’affaires de 2,3 millions dans cette usine. les lunettes not least, la technologie a contribué porte-parole de la start-up. d’euros en 2015, a investi dans permettent une traçabilité complète à valoriser le travail des opérateurs Depuis juillet 2016, dans l’usine de son usine 1,2 million d’euros. de la check-list, avec prises de vue dotés de matériel high-tech. deS aPPLicationS muLtiPLeS enregistrées par l’outil utilisé, comme la clé de serrage des La réalité augmentée permet d’avoir accès rapidement et vis. Elle peut même contribuer à rendre le poste plus attractif. sur place à des informations, notamment à l’historique et à la Autre avantage, les industriels ont la possibilité d’élargir documentation des équipements industriels. Les applications progressivement les applications de la réalité augmentée. les plus matures sur le terrain industriel sont la formation, la Siemens a commencé, avec la start-up Daqri, par l’utiliser maintenance et le contrôle qualité. Mais il serait dommage pour la formation de ses techniciens à l’assemblage du brû- de cantonner cette technologie à ces seuls usages. Car elle leur d’une turbine à gaz : les novices ainsi formés ont réussi peut également aider l’opérateur à gagner en efficacité, par à monter leur premier brûleur en moins d’une heure, contre exemple, lors des assemblages et des montages complexes, une journée auparavant ! Enhardi par ce succès, le groupe comme chez Safran et Naval Group. Ce sont les multiples souhaite désormais explorer l’apport de la réalité augmentée harnais électriques, mesurant jusqu’à 80 mètres dans un pour la maintenance des turbines. avion, pour le premier, et les centaines de milliers de kilo- mètres de tuyaux qui sillonnent un navire de guerre, pour le un PaneL de fourniSSeurS second, qui ont poussé ces industriels à chercher de l’aide Il existe de nombreuses solutions de réalité augmentée du côté du virtuel. « Pour l’assemblage, la réalité augmentée commercialisées par des entreprises françaises et même répond aux tendances de flexibilité des usines, comme sur plusieurs fournisseurs spécialisés dans l’industrie. Plusieurs les chaînes multi-modèles », fait valoir Nicolas Chantrenne, sont des start-up : Diota, issu du CEA, Robocortex, issu de le directeur de la technologie chez Segula Technologies. Elle l’Inria, Allucyne… D’autres sont des filiales de groupes spé- permet aussi de diminuer le nombre d’erreurs, le support de cialisés dans le logiciel, comme Diginext, filiale du spécialiste réalité augmentée enregistrant toutes les opérations effec- de la documentation 3D CS Communication&Systèmes, ou tuées. Ces informations peuvent être couplées aux données encore des PME comme Theoris, auxquelles il faut ajouter simulation - cahiEr 2 17
simulation
des sociétés d’ingénierie tels Schneider Electric et Actemium.
Leur connaissance de l’industrie et des métiers constitue
évidemment un critère important de choix parmi toutes ces
solutions. Notamment pour fournir des scénarios d’usage
sur mesure, comme enchaîner des tâches pour construire
des processus de maintenance ou d’apprentissage. Diota
est souvent cité pour les hautes performances de sa tech-
nologie. Mais si cette start-up a aujourd’hui des ambitions
Les lunettes
à l’international, c’est parce qu’elle a su créer un partenariat HoloLens
avec Segula Technologies afin de créer le contenu adapté aux de microsoft
besoins industriels. Quant aux performances techniques, «il cartographient
n’y a pas de logiciel qui se détache vraiment des autres», juge l’environ-
nement pour
Grégory Maubon, le cofondateur de RA’pro, une association
y projeter des
de promotion de la réalité augmentée, dont le site internet hologrammes.
liste les fournisseurs de solutions.
deS SuPPortS variéS
comment localiser le virtuel
à la dimension logicielle, il faut ajouter le choix du support par rapport au réel
matériel. à côté des tablettes durcies, dont de nombreux
types sont parfaitement adaptés aux solutions de réalité Dans le jeu vidéo Pokémon go, les solutions actuelles : le logiciel
augmentée, on trouve bien sûr les casques et lunettes de la réalité augmentée repose sur reconnaît son environnement
réalité augmentée. Ces systèmes ont l’immense avantage les données gPs, la boussole à partir d’un modèle 3D
de libérer les mains de l’opérateur. Et si certains spécialistes interne et les accéléromètres pré-enregistré, ce qui permet par
estiment qu’elles ne sont pas encore totalement prêtes pour du smartphone. un niveau de exemple de créer des scénarios
tous les usages industriels, de plus en plus d’entreprises précision très insuffisant pour pour enchaîner des tâches.
franchissent le pas tant ces équipements ont progressé. des applications industrielles ! Ensuite, il y a la cartographie de
Renault Trucks, Naval Group et Ford (pour la conception) afin de localiser précisément l’environnement en temps réel,
ont opté pour les lunettes HoloLens de Microsoft ; Siemens un objet donné et superposer grâce à laquelle on peut intégrer
pour les casques de Daqri (conçus avec Intel). Là encore, des informations au bon endroit, de nouveaux éléments ou créer
il est possible de faire évoluer les supports, à l’image de il est possible d’utiliser des une maquette 3D, ce que savent
Safran, qui a commencé par tester la solution de Diota sur marqueurs. mais la solution faire les lunettes hololens. Enfin,
tablettes avant de la porter sur HoloLens. Sans oublier que optimale reste évidemment la géolocalisation sans gPs, elle,
le classique vidéoprojecteur permet, lui aussi, d’avoir les la reconnaissance d’images, va au-delà de la reconnaissance
mains libres. Dans tous les cas, vérifier que l’outil choisi à laquelle sont associées de l’environnement puisqu’elle
dispose de l’autonomie énergétique et de la puissance de trois briques technologiques. donne une information sur
calcul nécessaires s’impose. Tout comme il faut s’assurer tout d’abord, l’« edge based la distance existant entre
que la réalité augmentée pourra bien être utilisée à l’endroit tracking », sur lequel s’appuient l’acteur et son environnement. ❚❚
souhaité: un mauvais éclairage, un environnement trop lisse
dans lequel les formes se distinguent mal ou une connectivité
limitée peuvent être rédhibitoires.
maturité peut inciter les industriels à temporiser avant de
un mouvement verS L’induStrie 4.0 se lancer. Sans oublier que les premiers prototypes, apparus
La réalité augmentée est l’une des briques technologiques il y a une dizaine d’années, ont largement déçu.
de l’industrie 4.0. Il faut cependant bien veiller à ce qu’elle Pourtant, la donne a changé. Algorithmes, puissance de
fonctionne avec les autres technologies digitales mises en calcul et capacités d’affichage se sont nettement améliorés,
œuvre dans l’entreprise. Des éditeurs de constate Patrick Sayd, à la tête du Lab Vision du CEA List,
logiciels tels que PTC ou Capgemini in- la réalité sur le site de Nano-Innov, à Palaiseau (Essonne). «Toute-
tègrent directement des briques de réalité fois, les industriels français, grands ou petits, restent frileux
augmentée dans leur système d’informa-
augmentée permet devant cette technologie dont le retour sur investissement
tion à destination des industriels. Côté à l’opérateur d’être est évidemment moindre que celui de la robotisation. Nos
compatibilité, des solutions logicielles plus efficace lors voisins allemands sont plus pragmatiques», ajoute-t-il. Si
et des outils matériels, les technologies des assemblages les technologies de réalité augmentée peuvent déjà apporter
de réalité augmentée sont soumises à et des montages beaucoup, se lancer sans attendre permet surtout d’engran-
une guerre des standards. D’autant plus ger de précieux retours d’expérience sur la façon dont les opé-
que la réalité augmentée en est encore à
complexes. elle rateurs s’emparent de la technologie et sur son intégration
ses débuts sur les lignes de production contribue aussi à aux systèmes de l’entreprise. De quoi se préparer au mieux
et que les technologies dans ce domaine diminuer le nombre à l’avenir. Qui verra sans nul doute la réalité augmentée se
évoluent rapidement. Ce manque de d’erreurs. diffuser dans tous les recoins de l’usine. ❚❚
D.r.
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