La fin des problèmes liés à l'échelle dans la conception nanométrique
Les matériaux et appareils basés sur les nanotechnologies présentent un énorme potentiel pour le secteur des hautes technologies en raison de la qualité et des fonctionnalités qu'ils apportent. Toutefois, la conception nanométrique exige d'utiliser des outils numériques adaptés, ainsi qu'une meilleure compréhension des transitions d'une échelle à l'autre et de la façon de traiter le mieux possible les simulations impliquant plusieurs modèles physiques (multi-physiques). Malheureusement, il n'existe actuellement sur le marché aucun outil capable de combiner un logiciel à la fois local et en réseau, qu'il soit personnalisé ou sous licence. Le projet (Multiscale Modelling Platform: Smart design of nano-enabled products in green technologies) a été créé pour combler ce manque grâce au développement d'une plateforme de modélisation spécialement équipée pour résoudre les problèmes d'ingénierie multi-physiques et à plusieurs échelles. Pour permettre l'intégration des logiciels de modélisation et référentiels de données actuels, la plateforme a été conçue de manière générique et modulaire, grâce à la standardisation des données et à des interfaces clairement définies. L'interopérabilité en ligne de mire Dans certains domaines, les connaissances scientifiques sont souvent conservées dans des outils de simulation ou des bases de données spécialisés. Des efforts sont actuellement faits dans certains domaines scientifiques pour consolider ces connaissances issues de différentes sources, dans le but de faciliter la conception et la fabrication de nouveaux matériaux et produits. La combinaison des connaissances issues des différents domaines scientifiques suscite cependant moins d'intérêt. La nano-ingénierie est par nature multidisciplinaire du fait que les différentes ressources de modélisation et de simulation sont distribuées entre des entités telles que des entreprises et des instituts de recherche. Pour encourager la collaboration et l'innovation, le projet MMP a entrepris de fournir l'infrastructure nécessaire à l'interopérabilité de ces outils de simulation et base de données indépendants les uns des autres. Autrement dit, il a permis aux modèles de communiquer entre eux. Mme Sjoukje Wiegersma, coordinatrice du projet, explique que «cela facilitera le développement de modèles multi-physiques complexes et l'automatisation totale de leurs exécutions, afin que les parties prenantes puissent échanger, communiquer et exécuter les données des uns et des autres.» La plateforme MuPIF ainsi obtenue fonctionne par le biais de différents éléments d'interface développés par l'équipe. Ces éléments peuvent être connectés aux outils de simulation et composants de données utilisés par les outils et bibliothèques déjà en place. Ce modèle d'interface permet d'obtenir des workflows évolutifs et modulaires qui sont également indépendants de tout outil ou format de données particulier. Le projet a démontré l'efficacité de la plateforme en s'appuyant sur les exemples d'un couplage thermomécanique multi-physique simple et d'un calcul à plusieurs échelles avec homogénéisation, ces exemples pouvant être étendus de façon arbitraire à d'autres modélisations. La polyvalence et la puissance de la plateforme ont été évaluées plus en détail au travers de deux études de cas sur les performances de la conversion de luminescence du phosphore dans les LED et sur l'efficacité du traitement des couches minces CIGS pour les appareils photovoltaïques. Une plateforme pour préparer l'avenir Le développement d'un système interopérable n'a pas été simple, comme le souligne Mme Wiegersma: «Pour créer cette plateforme, le principal défi scientifique a consisté à définir convenablement les transitions d'une échelle à l'autre et l'échange d'informations associé à l'opération.» Elle affirme toutefois que «ceci a eu pour avantage de réduire considérablement le codage manuel, d'apporter une interopérabilité basée sur un schéma standardisé et de mettre à disposition de nombreux outils». Au final, la plateforme devrait permettre aux producteurs de réduire les coûts de développement, d'accélérer la commercialisation et d'obtenir des rendements supérieurs. MuPIF a été distribué sous forme de logiciel open source, et s'accompagne d'une documentation en ligne. Ses futurs utilisateurs, notamment les PME, tireront avantage des résultats du projet et des nouveaux produits, tout en ayant la possibilité d'y apporter leur contribution.
Mots‑clés
MMP, modélisation à plusieurs échelles, multi-physique, interopérabilité, conception nanométrique, nanotechnologie, outils de simulation, plateforme de modélisation