Nos logiciels

De nombreux logiciels existent pour réalisation des simulations de Mécanique des Fluides. Ils se différencient par exemple par les méthodes numériques qu’ils emploient, les modèles physiques disponibles, la possibilité d’accéder et de modifier ou non le code source, ou encore leur facilité d’utilisation.

Cette page passe ainsi en revue les différents logiciels utilisés à OptiFluides. Notez qu’il en existe beaucoup d’autres, et que cette liste est loin d’être exhaustive.

1. ANSYS Fluent

• Généralités : ANSYS Fluent est le logiciel de CFD le plus utilisé dans l’industrie. Sa polyvalence et sa robustesse en font un outil extrêmement puissant pour modéliser un large éventail de phénomènes physiques et donc de problématiques industrielles. Aérodynamique, transferts thermiques, écoulements multiphasiques ou réactifs, aéroacoustique, machines tournantes, avec bien évidemment un large choix de modèles de turbulence, ANSYS Fluent reste l’outil le plus utilisé chez OptiFluides.
• Avantages : Précision et polyvalence, large bibliothèque de modèles physiques, parallélisation possible sur CPUs et, progressivement, sur GPUs, interface « user-friendly », pré-traitement, maillage et post-traitement intégrés dans la suite logicielle. Un autre avantage est également son utilisation très répandue, de sorte qu’il reste un « gold standard » validé pour de nombreuses industries.
• Inconvénients : Coût très élevé, prise en main nécessitant un accompagnement pour les utilisateurs débutants, opacité de l’éditeur sur certaines méthodes numériques et modèles physiques.
• Public cible : Toute entreprise / laboratoire cherchant un logiciel polyvalent, fiable et largement validé dans l’industrie, tout en disposant d’une bonne enveloppe budgétaire.

2. OpenFOAM

• Généralités : OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) est une suite logicielle open-source, largement utilisée dans la recherche académique et dans l’industrie. Il propose une large gamme de solveurs pour les écoulements de fluides, les transferts thermiques, et d’autres processus physiques. Il est en quelque sorte le pendant de Fluent, en version libre.
• Avantages : Libre d’accès, extrêmement flexible et personnalisable, supporté par une large communauté de développeurs. Accès direct au code. Permet de réaliser un grand nombre de calculs simultanément ou pendant de longues durées sans problème d’utilisation de licences.
• Inconvénients : L’absence d’une interface graphique conviviale peut rendre sa prise en main difficile pour les débutants. Le temps de configuration peut être long, nécessitant une connaissance approfondie de la programmation et de la mécanique des fluides. Une fois la logique de mise en données acquise, cet inconvénient devient un avantage, permettant de « scripter » facilement un grand nombre de cas et de réaliser des études paramétriques complexes en un temps réduit.
• Public cible : Chercheurs et ingénieurs avec une solide expérience en simulation numérique et développement de code.

3. STAR-CCM+

• Généralités : Développé par Siemens, STAR-CCM+ est un logiciel CFD reconnu, reposant comme les précédents sur la méthode volumes finis. Moins implanté qu’ANSYS Fluent sur le marché, il s’agit néanmoins d’un logiciel commercial aussi fiable et polyvalent, bien adapté à une utilisation pour l’industrie ou la recherche.
• Avantages : Interface utilisateur intuitive, précision et polyvalence, large bibliothèque de modèles physiques, parallélisation sur CPUs, pré-traitement, maillage et post-traitement (intègre notamment des fonctionnalités avancées de maillage automatisé et adaptatif). Qualité du support technique.
• Inconvénients : Coût élevé, prise en main nécessitant un accompagnement pour les utilisateurs débutants.
• Public cible : Toute entreprise / laboratoire cherchant un logiciel polyvalent, fiable et validé dans l’industrie.

4. NEK5000

• Généralités : NEK5000 est un logiciel open-source basé sur la méthode des éléments spectraux, lui conférant une très grande précision. Développé initialement au sein d’Argonne National Laboratory, il est principalement utilisé pour des simulations de CFD d’écoulements complexes. NEK5000 est un excellent choix pour les utilisateurs cherchant à résoudre des problèmes nécessitant des simulations fines et précises, avec un contrôle total sur les paramètres numériques. Toutefois, sa complexité et sa courbe d’apprentissage abrupte en font un outil mieux adapté à des utilisateurs expérimentés dans la simulation numérique et le calcul HPC.
• Avantages : NEK5000 se distingue par sa très haute précision et sa scalabilité. La méthode des éléments spectraux employée par NEK5000 permet de résoudre des problèmes nécessitant une résolution fine des structures turbulentes. Il est aussi optimisé pour les écoulements thermiques complexes.
• Inconvénients : L’interface n’est pas des plus conviviales, et l’utilisation de NEK5000 demande une connaissance approfondie des méthodes numériques et de la programmation en Fortran.
• Public cible : Chercheurs et ingénieurs en dynamique des fluides avancée, notamment dans les secteurs de l’aéronautique, du nucléaire, et de la recherche fondamentale, avec une spécialisation en simulations à très haute précision et en écoulements turbulents.

5. Code_Saturne

• Généralités : Développé par EDF (Électricité de France), Code_Saturne est un logiciel open-source destiné aux simulations CFD. Il est utilisé dans des domaines variés comme l’énergie, l’industrie, l’environnement, et la recherche scientifique. Code_Saturne est reconnu pour sa capacité à gérer des géométries complexes et des phénomènes multiphasiques, avec une spécialisation dans les applications industrielles.
• Avantages : Forte capacité de modélisation multiphasique et de gestion des écoulements réactifs et turbulents. Son architecture modulaire permet d’intégrer des solveurs externes ou de le coupler à d’autres codes (comme SYRTHES pour les transferts thermiques). Il est également bien optimisé pour la parallélisation CPUs.
• Inconvénients : Interface utilisateur moins intuitive que celle de logiciels commerciaux comme Fluent. La configuration et la prise en main peuvent être complexes pour les débutants, bien que la communauté et la documentation soient bien fournies.
• Public cible : Industries et chercheurs, particulièrement dans le domaine de l’énergie et de l’environnement (barrages, centrales nucléaires, installations thermiques), ainsi que les ingénieurs spécialisés dans la simulation des écoulements industriels.

6. Fire Dynamics Simulator

• Généralités : Fire Dynamics Simulator (FDS) est un logiciel CFD développé par le National Institute of Standards and Technology (NIST), spécifiquement conçu pour simuler les phénomènes d’incendie, tels que la propagation de la fumée, la chaleur, et le comportement des gaz dans des environnements clos et ouverts. FDS utilise une approche basée sur les équations de Navier-Stokes pour des flux basse vitesse, avec un accent particulier sur les processus de combustion, le rayonnement thermique, et la dispersion de la fumée.
• Avantages : FDS est optimisé pour les simulations de feu et de sécurité incendie. Il inclut des modèles de combustion, de dégagement de chaleur, et de transfert thermique par rayonnement sophistiqués, ainsi que des options spécifiques pour modéliser des systèmes de ventilation et d’extinction. Sa compatibilité avec Smokeview, un logiciel de post-traitement visuel, permet de générer des représentations graphiques très détaillées et des animations de l’évolution des incendies et de la fumée.
• Inconvénients : FDS est particulièrement spécialisé dans les simulations d’incendie, ce qui le rend moins flexible que d’autres logiciels CFD généralistes pour les applications hors du domaine des incendies. Les utilisateurs doivent avoir une bonne connaissance des principes de combustion et de sécurité incendie pour tirer pleinement parti de ses fonctionnalités. Les options pour la simulation d’écoulements complexes (hors combustion) sont plus limitées que dans des logiciels comme ANSYS Fluent ou Star-CCM+.
• Public cible : Ingénieurs en sécurité incendie, architectes, et chercheurs dans les domaines de la protection contre l’incendie et de la gestion des risques.

7. TELEMAC

• Généralités : Le système TELEMAC est un ensemble de modules de simulation numérique open-source développé par le Laboratoire National d’Hydraulique et Environnement (LNHE). Il est spécifiquement conçu pour les simulations hydrauliques et la modélisation des écoulements à surface libre, tels que les rivières, les estuaires, les zones côtières et maritimes. Les principaux modules incluent TELEMAC-2D pour les écoulements en 2D, TELEMAC-3D pour les écoulements en 3D et TOMAWAC pour les simulations d’ondes de surface.
• Avantages : Spécialisation dans la simulation des écoulements à surface libre, y compris les effets des marées, des vagues, et des sédiments. Il est très utilisé pour la modélisation hydraulique des grandes infrastructures, telles que les barrages et les aménagements portuaires. Le logiciel est bien adapté aux analyses environnementales grâce à ses capacités à modéliser les phénomènes complexes liés à la sédimentation, à la qualité de l’eau et aux interactions entre l’eau et les structures.
• Inconvénients : Moins adapté aux écoulements compressibles ou aux applications industrielles classiques. Prise en main technique, bien que la documentation soit fournie et qu’une large communauté soit active.
• Public cible : Hydrologues, ingénieurs civils et environnementaux travaillant sur les projets d’aménagement hydraulique. Particulièrement utile pour les agences gouvernementales et les sociétés d’ingénierie travaillant dans le domaine de la gestion de l’eau.

Conclusion

Le choix d’un logiciel CFD dépend largement des besoins spécifiques de l’utilisateur, de son niveau d’expertise et du budget disponible. Parmi les logiciels utilisés par OptiFluides, ANSYS Fluent (et STAR-CCM+) sont souvent privilégiés pour leurs capacités avancées et leur facilité de mise en œuvre, mais leur coût et le système de licences représentent un frein majeur à une utilisation plus étendue. OpenFOAM, que nous utilisons de plus en plus, offre une flexibilité sans égale grâce à son caractère open-source, et demande des compétences en développement de code. Pour des applications très spécifiques, d’autres codes tels que NEK5000 et TELEMAC peuvent s’avérer plus adaptés.