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LE LOGICIEL MODÉLISE TOUT

Michel Le Toullec

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- La société suédoise Comsol propose de modéliser n'importe quel phénomène physico-chimique, ainsi que les interactions entre plusieurs phénomènes, grâce à Femlab 3.0. Ce logiciel sera commercialisé en janvier prochain.

Vous développez un Mems, une biopuce ou un système microfluidique et vous pestez de ne pas trouver d'outil informatique capable de modéliser la complexité des phénomènes impliqués ? Ne cherchez plus : en janvier 2004, la société suédoise Comsol lancera sur le marché mondial le "must" du logiciel multiphysique : Femlab 3.0. Un outil grâce auquel les ingénieurs prévoiront le fonctionnement de leur système sur un prototype virtuel et testeront leurs différentes hypothèses de travail.

« Ce logiciel peut virtuellement modéliser n'importe quel phénomène pouvant se décrire sous forme d'équations aux dérivées partielles, explique Eric Favre, directeur général de Comsol France. Son originalité est de permettre de croiser plusieurs types de physiques - d'où le qualificatif multiphysique - mais aussi d'explorer de nouvelles lois de comportement. »

Femlab 3.0 utilise la méthode d'analyse par éléments finis et comprend trois modules complémentaires. Le module génie chimique s'applique notamment à la conception d'un réacteur chimique, à la simulation de procédés de séparation, au génie électrochimique et aux analyses des phénomènes de transport. Le module électromagnétisme simule des phénomènes électrostatiques, magnétostatiques, de propagation d'ondes... Le troisième module est dédié à la mécanique des structures. Mais surtout, le logiciel permet à l'ingénieur de tester, à l'intérieur d'une interface graphique unique, les interactions entre ces différents phénomènes.

Modéliser des phénomènes complexes

Pour illustrer le potentiel de Femlab 3.0, Eric Favre présente des exemples d'utilisations concrètes du logiciel encore en phase de développement. « Comsol a, par exemple, travaillé avec la société suédoise St. Jude Medical, spécialiste des implants médicaux, sur la modélisation de la distribution de courant électrique à la surface d'un pacemaker. Il s'agissait de prendre en compte les réactions électrochimiques à la surface du système en contact avec le milieu biologique. » Ces réactions modifient en effet l'efficacité de la stimulation cardiaque au niveau des électrodes. La compréhension de l'interaction entre les électrodes et le milieu biologique permettrait, par exemple, de diminuer l'énergie des décharges électriques et d'adapter le système au cas particulier de chaque patient.

Autre exemple, Philippe Tracqui de l'Institut de l'ingénierie de l'information de santé au CNRS (La Tronche, Isère) a appliqué ce logiciel pour ses travaux sur la vascularisation de tissus biologiques. La vascularisation est non seulement importante au niveau de la réparation des tissus, mais aussi dans le développement des tumeurs cancéreuses. Avec cet outil de modélisation, les chercheurs tentent de comprendre comment les cellules endothéliales se réorganisent en un réseau de tubes par le jeu des interactions mécaniques qu'elles entretiennent avec la matrice extracellulaire qui les entoure.

Ce logiciel a également été utilisé par l'équipe de Pascale Tham du CEA-Leti à Grenoble (Isère) pour l'étude des écoulements dans les microsystèmes du type biopuces (pour le diagnostic médical et la sécurité alimentaire). Au contact d'une surface, la capture de brins d'ADN contenus dans une goutte peut être accélérée par le brassage à l'intérieur de cette goutte. Reste à savoir comment créer ce minuscule brassage sans contact mécanique avec la goutte. Le principe étudié par ces chercheurs consiste à appliquer un point chaud et un point froid de part et d'autre de la goutte pour obtenir un écoulement Marangoni (lié à l'existence d'un gradient de tension de surface). En modélisant le système, les chercheurs ont évalué le gain apporté par un tel écoulement pour cette application.

Rapidité du logiciel

Le potentiel du logiciel ne se limite pas aux technologies du vivant, loin de là. Femlab 3.0 comprend en effet une bibliothèque de plus de deux cents modèles de systèmes fréquemment rencontrés dans des domaines tels que les guides d'ondes, les piles à combustible, les réacteurs chimiques, les Mems...

Côté performances, Comsol met aussi en avant la rapidité du logiciel. « La modélisation sur les logiciels traditionnels demande beaucoup de temps : environ 90 % du temps nécessaire à la simulation d'un système est consacré à la définition et à la mise en place du modèle. » Sur un PC de bureau standard, Femlab 3.0 traite des problèmes présentant jusqu'à un million de degrés de liberté. Ces problèmes peuvent être stationnaires, aux valeurs propres ou dépendants du temps. Selon la technique du solveur et la vitesse de l'ordinateur, le temps de résolution varie généralement entre quinze minutes et deux heures. Le gain de temps annoncé par Comsol est d'un facteur 20 par rapport aux systèmes actuels.

Lancé officiellement le 24 novembre 2003, Femlab 3.0 sera livré à partir de janvier 2004. Le tarif d'une licence mono-utilisateur perpétuelle est fixé à 5 995 euros, ce qui inclut un support technique et douze mois de mises à jour automatiques. À noter enfin que des tarifs spéciaux seront prati-qués pour l'enseignement et la recherche.

l'impact

Possibilité de modéliser n'importe quel phénomène physico-chimique (transfert de chaleur, mécanique des fluides, électromagnétisme, mécanique des structures) ainsi que les interactions possibles entre eux. Réduction du temps de modélisation jusqu'à un facteur 20. Accès à plus de 200 modèles de systèmes rencontrés dans des domaines tels que les guides d'ondes, les microsystèmes électromécaniques (Mems), les biopuces, les piles à combustible, les réacteurs chimiques...

CARACTÉRISTIQUES FEMLAB 3.0

- Fonctionne sous Windows 98/2000/NT4.0/XP ainsi que sous Linux, Solaris et HP-UX. - Configuration minimale du système : processeur Pentium, 256 Mo de Ram (512 Mo recommandés) et une carte graphique OpenGL compatible. - L'utilisateur peut générer des films au format AVI ou QuickTime pour une illustration réaliste des modèles étudiés.

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