Ce logiciel est destiné à la Simulation de Collections Particules en Interaction. Il permet la simulation en 3D de particules sphériques en interaction avec un milieu environnant (obstacles de différents types, mobiles ou non, force de gravité, fluide) ainsi qu'avec les autres particules (forces interparticulaires, contacts).

Il a été initié lors de deux thèses effectuées sous la direction de Bertrand Maury :

• "Modélisation numérique d'écoulements fluide/particules -- Prise en compte des forces de lubrification", Aline Lefebvre-Lepot (2007) :
  
  Au cours de sa thèse, Aline Lefebvre-Lepot a écrit un logiciel permettant la simulation numérique d'écoulements fluide/particules prenant en compte de manière efficace les forces de lubrification. Les collisions entre les particules peuvent être inélastiques ou suivre le modèle de contact visqueux développé par Bertrand Maury dans [2]. Codé en C++, il s'agit d'un logiciel de recherche à vocation pérenne. En effet, le diagramme des classes a été effectué de manière à rendre possible la gestion de nouveaux modèles de milieux extérieurs, d'interactions et de contacts.


• "Modélisation mathématique et numérique de mouvements de foule", Juliette Venel (2008) :
  
  Grâce à la programmation orienté objet du code, Juliette Venel a pu y ajouter les classes nécessaires à la simulation de mouvements de foule.

Les particules sont des sphères ou des assemblages de sphères. Différents modèles actuellement implantés permettent son utilisation pour la simulation de :

• milieux granulaires secs   [gallerie]
• milieux granulaires visqueux (imaginer des particules enduites d'un fluide visqueux)   [gallerie]
• modèles simplifiés de globules rouges   [gallerie]
• suspensions de sphères dans un fluide de Stokes (couplage avec le code fluide de B. Fabrèges)   [gallerie]
• mouvements de foule   [gallerie]

Le coeur du logiciel est l'algorithme de projection (étape 2 ci-dessus) permettant d'imposer une contrainte sur les vitesses des particules afin que celles-ci ne se chevauchent pas ou restent collées, au choix. Il laisse la possibilité à l'utilisateur de programmer les modèles de milieu extérieur (gravité, sec, fluide, foule...), d'interaction interparticulaire (force de cohésion...) et de contact (inélastique, visqueux, agrégation...) qu'il souhaite. Le logiciel permet également la prise en compte de différents types d'obstacles (sphères, plans...), mobiles ou non. Cette modularité a été obtenue par une programmation orientée objet et par la construction d'un diagramme des classes adapté (collaboration avec Jacques Laminie, méthodologie CSiMoon [1]).

Afin de permettre des simulations avec un grand nombre de particules, il nous a également fallu gérer de manière efficace la mémoire ainsi que le temps de calcul. En effet, si N est le nombre de particules, l'étape de projection met en jeu N(N-1)/2 contraintes, liée aux distances entre les différents couples de particules. Nous avons pris garde à ne pas stocker les N(N-1)/2 couples de particules et à n'effectuer aucune boucle en N^2. Pour cela, à chaque instant, nous ne considérons que les contacts potentiels à l'instant suivant (ceux concernant des particules suffisamment proches). Afin de déterminer ceux-ci, on utilise un algorithme de recherche des voisins de type ``bucket sorting''. Cela nous a permis d'obtenir un code pour lequel la mémoire utilisée est stable au cours de l'exécution et efficace dans le sens où aucune boucle sur les N(N-1)/2 couples n'est effectuée. Afin de diminuer le temps de calcul, l'étape de projection a également été parallélisée grâce à la librairie Intel Threading Building Blocks (Intel TBB).

La partie graphique a été effectuée en utilisant la librairie VTK. Le logiciel permet l'affichage des résultats (tracé des particules, des contacts) en temps réel de calcul. Il est également possible de sauvegarder des fichiers de sortie graphique contenant toutes les données calculées. Ces fichiers peuvent ensuite être relus pour obtenir des images ou des films des simulations.