Un doctorant de Cornell a développé un progiciel open source qui pourrait transformer la façon dont les ingénieurs conçoivent des structures offshore flottantes pour les énergies renouvelables et d'autres applications océaniques.
Kapil Khanal, doctorant dans le domaine de l'ingénierie des systèmes, est l'auteur principal d'une étude en Recherche océanique appliquée décrivant un « solveur d'éléments limites entièrement différentiable » qui utilise des techniques informatiques modernes pour fournir une analyse rapide et précise des interactions onde-structure. Le progiciel s'appelle MarineHydro.jl.
Ce solveur permet aux ingénieurs de tester dans quelle mesure de petits changements dans la conception d'une structure offshore, tels que la modification du diamètre d'une plate-forme flottante ou la modification de l'espacement entre les plates-formes flottantes, affecteront les performances, sans avoir à construire plusieurs prototypes ou à exécuter des simulations fastidieuses.
« Les outils de simulation traditionnels sont issus de l'industrie pétrolière et gazière offshore dans les années 1970 et 1980 », a déclaré Khanal. « Elles fonctionnent bien pour les plates-formes pétrolières et gazières, mais lorsque nous examinons de nouveaux dispositifs tels que les convertisseurs d'énergie houlomotrice ou les éoliennes flottantes, les anciennes méthodes ne reflètent pas vraiment les défis que nous devons relever aujourd'hui. »
Les logiciels existants peuvent modéliser le comportement d'une conception dans les vagues, mais le recalcul pour chaque changement de paramètre est coûteux en termes de calcul. Le logiciel de Khanal intègre la différenciation automatique en mode inverse, une technique largement utilisée dans l'apprentissage automatique, directement dans le solveur hydrodynamique.
« Lorsque vous exécutez la simulation une fois, le logiciel vous donne non seulement les performances du système tel qu'il est, mais également la façon dont ces performances changent si vous modifiez l'une de vos entrées », a déclaré Khanal. « Vous obtenez toutes les sensibilités à la fois sans avoir à exécuter plusieurs simulations. »
Khanal compare cela au fait de prendre une seule bouchée d'un plat et de savoir instantanément comment le sel, les épices, le citron et la garniture ont façonné la saveur sans avoir à goûter le plat ingrédient par ingrédient.
Le solveur a déjà été appliqué pour modéliser les interactions entre sphères flottantes et pour optimiser la disposition des convertisseurs d'énergie houlomotrice, et la flexibilité de l'outil sera utile lorsque les ingénieurs expérimenteront d'autres nouveaux systèmes offshore.
« Pour certaines technologies plus récentes telles que les convertisseurs d'énergie houlomotrice et les systèmes symbiotiques hybrides, il n'existe pas encore de conception de base convenue », a déclaré Khanal. « Cela dépend de l'application, et il existe un besoin en logiciels capables de gérer cette diversité de conceptions. »
Khanal a construit le solveur dans Julia, un langage de programmation qui gagne du terrain dans les cercles d'ingénierie pour sa rapidité et son interopérabilité. Le solveur est open source et suscite déjà l’intérêt des chercheurs et des ingénieurs.
« Il compte déjà environ 20 étoiles sur GitHub, et des utilisateurs l'utilisent au Brésil, à Virginia Tech et en Europe », a déclaré Khanal. « C'est passionnant. Cela montre que mes recherches doctorales ont produit un outil que les gens peuvent réellement utiliser. »
L'auteur principal de l'étude est Maha Haji, professeur adjoint invité à la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering de Cornell et professeur adjoint à l'Université du Michigan.
