La plateforme logicielle PELICANS
PELICANS est une librairie d’outils qui permettent de développer des logiciels de calcul résolvant des équations aux dérivées partielles en se concentrant sur la conception d’un schéma numérique adapté au modèle physique étudié.
A ce jour, cette plate-forme sert de base à des outils de simulation appartenant à des domaines variés de la physique des transferts, tels que le calcul d'écoulements multi-espèces réactifs, ou celui du comportement mécanique d'un milieu fracturé sous contrainte.
Un canevas logiciel
La plateforme PELICANS peut être vue comme un "canevas logiciel" (framework) : elle fournit des squelettes d'applications où toutes les parties génériques ont déjà été implémentées. Il reste alors à la charge des développeurs la construction des parties spécifiques de leur application, en mettant en œuvre la puissance des techniques de programmation orientées objet.
Par exemple, un logiciel qui effectuerait la résolution d'une équation de diffusion par la méthode des éléments finis, devrait suivre les étapes suivantes :
1 – lecture du maillage,
2 – itération sur chacune des mailles pour :
2.1 calculer la matrice et le second membre locaux,
2.2 et alimenter la matrice globale,
3 – résolution du système algébrique obtenu,
4 - sauvegarde des résultats sur fichier à des fins de post-traitement.
Chacune de ces étapes, à l'exception de l'étape 2.1, correspond à un squelette d'application déjà disponible dans PELICANS. Quant à l'étape 2.1, la plate-forme fournit pour différents types d’éléments les quantités nécessaires au calcul des matrices élémentaires : point d’intégration, valeurs des fonctions de forme et de leurs dérivées...
PELICANS peut également s’interfacer avec des bibliothèques externes. Les maillages utilisés à l’étape 1 peuvent provenir soit de mailleurs élémentaires fournis par la plate-forme PELICANS, soit de mailleurs du monde du logiciel libre (par exemple : GMSH, EMC2, TRIANGLE) ou commercial (GAMBIT). De la même manière, la résolution du système linéaire pourra être réalisée par des solveurs de la plate-forme ou par des bibliothèques externes (telles que PETSc, UMFPACK). Enfin, plusieurs formats de fichiers de post-traitement sont disponibles (MeshTV, OpenDx, FieldView).
Un environnement de programmation spécifique
Une méthodologie d'utilisation du C++ spécifique a été adoptée pour développer PELICANS, ce qui a imposé de mettre au point des outils spécialisés. L'esprit de cette approche est triple. Tout d'abord, la conception par contrats est uniformément mise en œuvre dans la plateforme, rationnalisant ainsi les relations entre les composants logiciels.
Ensuite, le principe d'auto-documentation est déployé de façon cohérente avec les assertions de la conception par contrats.
Enfin, les potentialités complexes du C++ ont été volontairement peu utilisées, afin de rendre la plateforme PELICANS accessible à un plus grand nombre de programmeurs C++.
Potentialités
PELICANS fournit les fonctionnalités pour gérer des discrétisations sur des maillages, structurés ou non, par des méthodes de type éléments finis et volumes finis. La plateforme gère les situations suivantes : frontières mobiles, maillages déformables dynamiquement, multi-domaines éventuellement non conformes, méthodes des caractéristiques, raffinement de maillage adaptatif multi-niveaux.
De plus, PELICANS permet le développement d'applications parallèles ainsi qu'un couplage cohérent avec des librairies numériques externes réputées (pré- et post-processing, solveurs linéaires...).
Quelques applications
PELICANS est aujourd'hui le noyau numérique de plusieurs logiciels industriels développés par l'IRSN dans le domaine de la sûreté nucléaire, notamment CROCO (étalement de corium), ISIS (incendie dans un local confiné et ventilé) et SYLVIA (développement d'un feu dans une installation industrielle dotée d'un réseau de ventilation).
Disponibilité
PELICANS est distribué sous licence CeCILL-C (une adaptation de la licence LGPL au droit français, voir http://www.cecill.info/). Bien qu'étant la propriété de l'IRSN, PELICANS est totalement gratuit, open-source, et peut être réutilisé dans des logiciels distribués sous une licence quelconque.