Indispensable aux industries aéronautique et aérospatiale, l’étude des phénomènes de combustion, complexe et intensive, pourrait tirer parti des simulations numériques impliquant des moyens informatiques classiques et quantiques. La conception d’une telle plateforme, matérielle et logicielle, est l’intention d’Eviden (une marque d’Atos), de l’Onera (Office national d’études et de recherches aérospatiales) et de la deeptech ColibriTD, dans le cadre du projet Vulqain.
Ce projet de recherche, annoncé le 16 mai 2023, est financé par l’Agence de l’innovation de défense. Amorcé en mars 2023, il durera 20 mois. Le budget n’a pas été communiqué, « mais il est question de quelques centaines de milliers d’euros », estime Laurent Guiraud, pdg de ColibriTD. A sa connaissance, il s’agit d’une première européenne sur ce sujet d’étude précis.
Réussir des simulations numériques aujourd'hui impossibles
« L’idée est de réaliser des simulations qu’on ne sait pas faire aujourd’hui, justifie Laurent Guiraud. L’aéronautique est face à un défi : elle doit être décarbonée d’ici à 2050 et doit mettre en œuvre de nouveaux matériaux, de nouveaux carburants… tout en s’assurant que la combustion reste optimale. Le calcul quantique peut permettre d’aller plus loin, par exemple de créer le jumeau numérique complet d’un réacteur, et pourrait aussi réduire l’impact environnemental du calcul intensif. »
Cette plateforme combinera notamment le code de calcul Cedre (calcul d’écoulements diphasiques réactifs pour l’énergétique), mis au point par l’Onera, et la QLM (quantum learning machine) d’Atos, un émulateur de calculateur quantique. « La QLM permet d’exécuter nos algorithmes dans du bruit, qu’elle est capable de modéliser, et propose aussi, via Power Access, un accès direct aux premières unités quantiques de Pasqal et Quandela », commente Laurent Guiraud.
L’écoulement des fluides n’est pas un long fleuve tranquille et continu dans un réacteur, lequel impose de nombreuses conditions aux limites. La simulation numérique fait généralement appel à la méthode des éléments finis, dont la densité croissante du maillage renforce la précision des calculs.
Un modèle de combustion d'une flamme à une dimension
« Mais la puissance réclamée augmente en conséquence, explique Laurent Guiraud. Soit on continue d’augmenter cette puissance, soit on utilise de l’IA, soit on opte pour des technologies et des algorithmes quantiques, car – potentiellement - le besoin en puissance de calcul n’est plus exponentiel. C’est pour l’instant une hypothèse qui reste à démontrer dans le cadre de ce projet. Nous avons l'objectif de développer cet algorithme et de prouver mathématiquement le passage à l’échelle, de plusieurs centaines à plusieurs milliers de qubits. »
L’algorithme dont ColibriTD s'occupe exprimera dans un premier temps la modélisation de la combustion d’une flamme à une dimension, basée sur une équation différentielle inspirée des équations de Navier-Stokes.
Cet algorithme devra résister au bruit. « Le circuit sera le plus court possible pour que l’algorithme produise un résultat dans le nombre limité d’opérations – des dizaines ou des centaines - qu’on peut aujourd'hui réaliser, détaille Laurent Guiraud. Un algorithme de mitigation d’erreurs sera également appliqué au niveau logiciel pour corriger ces erreurs et reconstituer les états antérieurs à leur manifestation. Nous avons trouvé une méthode de mitigation qui semble marcher mais c’est encore préliminaire. »
