L'environnement de modélisation Prométhée

Un environnement logiciel pour exploiter les simulations numériques paramétriques dans l'ingénierie de sûreté

Dans sa pratique d’expertise, l’IRSN est amené à effectuer de très nombreuses simulations numériques pour investiguer tous les scénarios possibles d’une situation donnée. La réalisation et l'exploitation de cette multiplicité de calculs nécessite d'intégrer la traçabilité, la qualité et l'ergonomie dans la démarche de modélisation paramétrique.

L'environnement de calcul Prométhée a été conçu pour répondre à cette problématique. Une interface  graphique ergonomique permet de manipuler et d’exploiter plus facilement les codes de calculs via le réseau :

• pilotage à distance de l'exécution des calculs sur les serveurs ou les clusters hébergeant les codes, quel qu'en soit le système d'exploitation ou le gestionnaire de charge,
• paramétrage de l’entrée des données dans les codes de calculs, afin de limiter les risques d'erreurs induits par cette tache répétitive,
• distribution dynamique et parallélisation des calculs sur l'ensemble des ressources informatiques disponibles,
• archivage et traçabilité des calculs effectués,
• résistance aux pannes de réseau.

Au-delà de ces fonctionnalités basiques de gestion, Prométhée intègre des algorithmes spécifiques, qui permettent par exemple de modéliser les incertitudes ou d’optimiser les séquences de calcul pour un objectif de sûreté. Il est ainsi possible :

• d’analyser la sensibilité des paramètres d'entrée des simulations et de hiérarchiser ces paramètres selon leur impact sur la sortie du code de calcul,
• de propager les incertitudes des paramètres d'entrée au cours de calculs réalisés par un code,
• de rechercher une configuration de sûreté spécifique (valeur minimale ou maximale d’une grandeur par exemple) en itérant des points de calcul.

L’intégration de ces algorithmes apporte une prise de recul sur le comportement macroscopique du modèle, favorisant ainsi une utilisation pertinente des codes de calcul dans un cadre de sûreté.

Le couplage aux codes de calcul

Le couplage de Prométhée à un nouveau code de calcul se fait par l'intermédiaire de greffons logiciels rapides et simples à implémenter. Ce couplage peut être plus ou moins complet en fonction du besoin :

un premier niveau d'intégration permet de coupler rapidement (2 hommes.jours environ) un code sans nécessiter la maîtrise d'un langage informatique évolué ;

le second niveau, ou intégration avancée, permet d'approfondir la gestion des entrées/sorties des codes ainsi que le suivi en temps réel de l'avancement des simulations.

Intégration du langage [R]

Prométhée s'appuie sur un langage informatique amplement plébiscité par la communauté scientifique concernée par les mathématiques appliquées : le langage [R].

 
Outre son adoption par la communauté de recherche, ce langage est utilisé dans des contextes réglementaires, notamment par la FDA   (Food & Drug Administration) pour des études cliniques. Prométhée intègre ainsi aisément les algorithmes développés et validés par la communauté scientifique, qui peuvent alors être appliqués aux codes de calcul couplés à Prométhée. 

 
L'IRSN participe activement au développement de certains de ces algorithmes dédiés aux « Computer Experiments » (plans d’expériences numériques), initialement dans le cadre de sa collaboration au consortium Dice et maintenant au consortium Redice.

Déploiement sur les ressources de calcul

L'environnement de modélisation Prométhée peut par certains aspect se comparer aux gestionnaires traditionnels de file d'attente de calculs intensifs (SGE, PBS, LSF) qu'il peut soit remplacer, soit intégrer. Mais la conception « dynamique » de la gestion de charge de Prométhée lui permet aussi de gérer des parcs de calcul hétérogènes et évolutifs.  

 
En pratique, pour réaliser un ensemble de calculs, Prométhée peut agréger des serveurs de calculs autonomes, des clusters (si nécessaire via leur gestionnaire de file d'attente), des stations de travail, des postes bureautiques (sous système Windows, MacOS, Linux, Solaris ...) et même des serveurs virtuels.  
Un tel serveur virtuel de calcul Linux a ainsi été développé pour les postes bureautiques Windows. Fondé sur le projet libre coLinux , il permet d'exécuter sur ces postes, via la grille Prométhée, des simulations prévues pour Linux de manière transparente. Cette solution de « portabilité » a par exemple été retenue dans le cadre du projet Cristal  pour permettre l'exécution des codes de calculs Apollo, Moret  et Tripoli sur un poste Windows isolé de serveurs de calcul Unix traditionnels.
 

L'ajoût d'une ressource de calcul au sein de la grille Prométhée se fait simplement par l'exécution d'un service (sans droits administrateur), décrivant les codes de calculs disponibles aux adresses réseau des utilisateurs.
L'interface graphique de Prométhée communique alors via le réseau et donne ses instructions de calculs aux différents services disponibles en temps réel.

Diffusion

Prométhée est à diffusion gratuite.