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Modéliser les systèmes nanotechnologiques grâce à des simulations complexes à plusieurs échelles

Le projet SIMPHONY, financé par l'UE, a conçu et développé plusieurs outils de modélisation multi-échelles spécialisés, qui permettent de réduire les délais de conception de dispositifs nano et microfluidiques pour les domaines de la biochimie, de la chimie et de l'énergie.

Technologies industrielles

La modélisation précise de systèmes nanotechnologiques exige l'utilisation de simulations complexes à plusieurs échelles et des approches multimodèles capables de relier des phénomènes étudiés aux échelles nanométrique, nanométrique et mésométrique. Même si les outils de simulation actuels peuvent décrire de façon précise un matériau à chaque échelle séparément, la recherche ne dispose d'aucun cadre de simulation intégré et multi-échelles assurant une liaison et un couplage continus pour divers modèles fonctionnant à différentes échelles. Le projet SIMPHONY, financé par l'UE, a contribué à combler cette lacune en développant un environnement de modélisation multi-échelles simple d'emploi et intégré, destiné aux matériaux nanotechnologiques et à l'approche 'systems by design'. «Un des principaux objectifs du projet était de développer une plate-forme extensible et ouverte pour intégrer divers logiciels existants de simulation, de pré-traitement et de post-traitement, qu'ils soient open source ou payants», explique le Dr Adham Hashibon, coordinateur du projet. Selon le Dr Hashibon, cette intégration a été réalisée en enveloppant les logiciels de simulation avec une interface efficace et interopérable, conçue et mise en œuvre avec un langage de haute niveau (en l'occurrence, Python) dotée d'une API (Application Programming Interface) commune pour communiquer avec l'extérieur. «Comme ce système permet à la fois la liaison et le couplage des codes, le framework SIMPHONY offre une plate-forme autorisant le développement d'une nouvelle science multi-échelle», déclare-t-il. Les outils de modélisation intégrés dans le projet couvrent tous les modèles à toutes les échelles, y compris électronique, atomique, mésoscopique et en continuum. Plusieurs résultats importants Le projet SIMPHONY a débouché sur plusieurs résultats importants. Par exemple, en réalisant une taxonomie des communications inter et intra-processus et des données requises par chaque ensemble d'outils et de modèles, les chercheurs ont développé un ensemble initial de spécifications logicielles de haut niveau pour les enveloppes d'interface et les CUDS (Common Unified Data Structures). «Les CUDS constituent une couche d'interopérabilité entre tous les modèles et logiciels de simulation», explique le Dr Hashibon. «Un important résultat de ce travail a été le développement d'une ontologie de base des applications et modèles informatiques.» Un autre résultat majeur a été le développement des CUBA (Common Universal-Unified Basic Attributes), qui sont des métadonnées et une nomenclature communes pour les applications et modélisations multi-échelles. «Alors que les CUBA définissent essentiellement un ensemble de métadonnées pour la modélisation multi-échelle, les CUDS définissent le schéma de métadonnées adapté», déclare le Dr Hashibon. «Ensemble, ils facilitent le passage transparent des informations et la représentation de modèles et de données dans tous les sous-domaines, permettant ainsi aux modèles de se coupler et de se lier de manière transparente. L'efficacité du cadre de modélisation En se basant sur les prescriptions générales et les spécifications CUDS, les chercheurs du projet ont développé deux types d'enveloppes d'interface pour les moteurs de modélisation. Leur travaux ont abouti à un ensemble d'applications de simulation qui couvrent tous les modes et échelles, y compris les trois principaux domaines de calcul pour les systèmes à treillis, de particules et à base de maillage. «Le projet SIMPHONY a démontré l'efficacité du cadre de modélisation dans le domaine des nanotechnologies, en concevant et développant plusieurs outils de modélisation et de conception spécialisés multi-échelles qui peuvent réduire les délais afin de mettre au point de nouveaux dispositifs nano et microfluidiques destinés aux domaines de la biochimie, de la chimie et de l'énergie», conclut le Dr Hashibon. «Il s'est en particulier intéressé à des systèmes de nano-impression, aux NEMS (nano electro mechanical systems), aux procédés de formage de mousse et aux applications microfluidiques.»

Mots‑clés

SIMPHONY, nanotechnologie, matériaux nanotechnologiques, NEMS, CUDS

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