Le Cerfacs

La simulation numérique par le calcul haute performance (HPC) est un enjeu majeur pour les entreprises et organismes de recherche. Le Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique (Cerfacs) l'a inscrit dans son ADN il y a plus de 35 ans.

Le Cerfacs, avec un statut de SAS depuis janvier 2021, est un centre de recherche, de développement, de transfert et de formation en simulation, modélisation et calcul haute performance, au bénéfice principalement de ses associés industriels et publics : Airbus, Cnes, EDF, Météo France, Onera, Safran et TotalEnergies. Il a, en outre, noué des partenariats avec le CNRS (Unité Mixte de Recherche), l'Inria (laboratoire commun avec Airbus), le CEA, l'IMFT et l'Irit (accords de coopération).

• Le Cerfacs conçoit, développe et propose des méthodes et solutions logicielles innovantes dans les domaines de l'aéronautique, du spatial, du climat, de l'environnement et de l'énergie.
• Le Cerfacs forme des étudiants, des chercheurs et des ingénieurs dans le domaine de la simulation et du calcul haute performance.

Un peu d'histoire :

L'idée des pionniers, au premier plan desquels figuraient Pierre-Henri Cros, Jean-Paul Zahn et quelques autres, était d'éviter à la France et à l'Europe, de connaître en ce début des années 1980 les mêmes difficultés que celles connues quelques années plus tôt, quand les jeunes chercheurs avaient dû partir aux Etats-Unis pour accéder au calcul intensif, cette toute nouvelle discipline, qui d'ailleurs ne s'appelait pas ainsi, et qui d'ailleurs n'avait même pas de nom, nouvelle discipline qui avait émergé avec les nouveaux ordinateurs vectoriels et avec les ordinateurs Cray. Le calcul parallèle pointait alors le nez, et il fallait à tout prix lancer des initiatives qui permettraient de relever ce défi.   

Le Cerfacs a été créé pour 5 ans (arrêté du 22/08/88, publié au JO du 06/11/88) sous la forme d'un GIP (Groupement d'Intérêt Public) associant 10 membres, Aérospatiale, Cnes, CNRS, INPT, Inria, Matra-Marconi-Space, Direction de la Météorologie Nationale, Onera, Région Midi-Pyrénées, Université Paul Sabatier. Il faisait suite à un Groupement Scientifique créé le 13/02/87 auquel participaient les mêmes membres, plus l'INSA Toulouse. Lors de sa prorogation à compter du 6/11/93 (arrêté du 19/10/94, publié au JO du 27/10/94), le CNRS et l'ONERA ont souhaité se retirer, laissant place pour l'arrivée du CEA. A la demande du Ministère de la Recherche, le Cerfacs a ensuite dû abandonner la structure GIP, et le Cerfacs s'est alors transformé en Société Civile, structure de droit privé mais à objectif civil (la recherche). La société civile, dirigée par Jean-Claude André, a été constituée au 01/04/96, avec 3 associés historiques du GIP (Aérospatiale, devenu EADS puis Airbus, le Cnes (EPIC), Météo-France (EPA)) et d'un nouveau venu non-toulousain, EDF.

3 nouveaux Associés ont ensuite rejoint le Cerfacs : Safran en 2004, l’Onera (EPIC) en 2006 et Total en 2008.
Suite au départ à la retraite de Jean-Claude André en 2009, le Cerfacs a été dirigé par Bijan Mohammadi pendant 3 ans puis depuis octobre 2013 par Catherine Lambert.

Les premiers travaux scientifiques …

C'est à la rentrée 1987 que les premiers recrutements de chercheurs ont eu lieu, et que ceux-ci se sont installés dans des locaux prêtés par l'Ecole Nationale de la Météorologie (ENM). Cette promotion était riche de 14 chercheurs, doctorants et post-docteurs, recrutés pour travailler sur l'un des 3 premiers sujets retenus : l'algorithmique parallèle, la turbulence et l'aérodynamique. Une autre promotion de 7 chercheurs suivit un an plus tard, puis d'autres encore, … Le travail scientifique progressa régulièrement, sous la houlette des directeurs successifs, Jean-Paul Zahn, Jean-Claude Ippolito, Joseph Noailles et Roland Glowinski et le Cerfacs avança très vite, avec bien sûr l'aide de Jacques-Louis Lions, qui poussait de toutes ses forces et de son immense talent, avec le Cnes, avec l'Académie des Sciences et avec le Collège de France.

Le Cerfacs dispose depuis son origine d'un Conseil Scientifique, constitué de 15 scientifiques internationaux. Il a été présidé par Jean-François Minster, Sébastien Candel et aujourd'hui Jean-Yves Berthou.

et l'installation dans ses propres murs !

Le Cerfacs fut de fait le premier partenaire extérieur de la Météopole. Une parcelle fut concédée à bail emphytéotique en fin 1989, et le premier bâtiment du CERFACS poussa sans retard, pour s'ouvrir à ses occupants à la rentrée 1991, complété par un deuxième bâtiment en 2011.

Le Cerfacs aujourd'hui

Le Cerfacs est aujourd'hui bien installé dans le paysage national et international. Il est associé d'une part avec le CNRS dans une Unité Mixte de Recherche sur l'environnement et le climat (UMR CECI) et d'autre part avec l'Inria et Airbus dans une équipe commune (CONCACE) visant à développer une nouvelle approche du calcul haute performance. Il entretient des relations scientifiques de long terme avec le CEA et l’IRIT.

La voie est clairement définie, stabilisée et affichée : développer et améliorer les méthodes de simulation numérique et de calcul scientifique avancé sur les différentes architectures de supercalculateurs, tant pour ce qui intéresse les grands problèmes de la recherche, fondamentale ou plus appliquée, que pour ce qui concerne des applications à de grands domaines industriels.

Le Cerfacs rassemble environ 170 personnes (dont 123 salariés) et a un budget annuel de 10 M€. Le Cerfacs associe ainsi de manière interdisciplinaire des physiciens, des mathématiciens, des informaticiens, des numériciens et des « Data Scientists » :

– avec des nationalités différentes : 11% de nos chercheurs sont Européens non français et 10% non européens.

– avec des parcours différents : 50% de nos doctorants sont issus de grandes écoles d'ingénieurs (X, Centrale, ISAE, Insa, INPT/Enseeiht, …), 50% d'universités françaises ou européennes.

– et 20% de nos chercheurs sont des femmes.

Notre plan de recherche stratégique 2023-2027 est basé sur un noyau d’activités stratégiques :

– les algorithmes numériques : l'algèbre linéaire creuse, les éléments finis et la discrétisation, l'optimisation et les approches numériques appliquées à la mécanique des fluides numériques,

–  la modélisation basée sur les données avec la quantification d'incertitudes, l’assimilation des données et l’intelligence artificielle basée sur la physique.

– la programmation durable avec l'optimisation de nos codes, le calcul quantique, le couplage de codes et la gestion des grandes quantités de données.

La maîtrise de la taille et de la complexité des calculs et des données, de l'énergie consommée par les infrastructures, préoccupations majeures du HPC, sont aussi au cœur des enjeux scientifiques du Cerfacs.

Ces axes stratégiques sont nourris par des axes applicatifs afin :

• De simuler des systèmes de propulsion : pour optimiser la conception de moteurs d'avions, d'hélicoptères, de lanceurs et de satellites afin de réduire les temps de conception en aéronautique et dans le domaine spatial
• De modéliser l’aérodynamique et l’aéroacoustique
• De simuler la production d’énergie à base d’hydrogène et de carburants alternatifs avec des enjeux de sécurité
• De mieux comprendre la variabilité et la prédictibilité du climat
• De mieux évaluer l'impact des risques naturels : par exemple les inondations (en utilisant des données in situ et des données spatiales),
• De mieux comprendre l'impact de l'aéronautique sur l'environnement mais aussi l'impact du réchauffement climatique sur l'aéronautique.

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