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2. Les applications militaires

La plupart, sinon la quasi totalité, des utilisations des images de synthèse aujourd'hui ont pour origine, ou sont des applications directes, des travaux et recherches menés dans un cadre militaire qui se sont développés dans au moins trois directions : la formation des hommes sur simulateurs (ce point sera traité dans la partie consacrée à la formation), la recherche fondamentale dans le domaine nucléaire, la recherche opérationnelle.

a) La recherche militaire : la simulation des essais nucléaires

La mise au point des armes nucléaires a toujours mis en œuvre la modélisation numérique, mais en décidant, en janvier 1996, de la fin des essais nucléaires, le Président de la République a ouvert une ère nouvelle : la simulation n'est plus un moyen de concevoir les armes nucléaires ou de préparer une explosion, comme c'était le cas jusqu'alors, mais est désormais le seul moyen de garantir la fiabilité des armes nouvelles.

Il s'agit d'un saut -et d'un défi- technique et qualitatif considérable. La technologie nucléaire, civile ou militaire, s'est toujours appuyée sur la modélisation et la simulation. La seconde est d'ailleurs le seul moyen de faire progresser la première, dans un domaine où les connaissances physiques sont imparfaites (géométrie tourbillonnaire...). Le processus était construit sur l'articulation simulation / expérience selon un schéma séquentiel simple : modélisation simulation / prévision expérience comparaison des résultats avec les prévisions ajustement de la modélisation. Ainsi, l'expérience -l'essai nucléaire- permettait-elle de valider le modèle ; la simulation étant "recalée" sur la réalité grâce aux comparaisons avec les résultats des essais.

La simulation traditionnelle présentait en outre deux caractéristiques : elle donnait une large part aux modèles dits phénoménologiques, qui mêlaient connaissances théoriques et connaissances empiriques (simplifiant les phénomènes complexes, tels la géométrie tourbillonnaire...), et chaque modèle décrivait uniquement une petite séquence d'explosion, sur un point particulier, ce qui ne présentait pas d'inconvénient puisque la synthèse et la validation étaient faites au moment du tir.

Tous ces "accommodements" disparaissent. Avec la fin des essais, l'étape de la validation est supprimée. La simulation doit porter sur l'ensemble du tir et reposer sur un modèle numérique global. Elle ne doit pas seulement interpréter, mais aussi prévoir et garantir.

Sur le seul plan technique, l'amélioration des modèles conduit à mettre en œuvre des maillages deux fois plus fins, ce qui augmente le nombre d'opérations d'un facteur 10 ou 100. Avec les techniques actuelles de calcul et de visualisation, un "cas" de simulation demande de une à deux minutes de calcul et une dizaine de secondes pour afficher ce dernier. A technologie constante, une simulation tridimensionnelle demanderait de l'ordre de dix heures de calcul et cinq heures d'affichage. Le passage aux "modèles prédictifs" entraîne donc l'achat d'ordinateurs puissants : les T3E de l'américain Cray, mis en service en mars 1997, sont capables d'effectuer jusqu'à 190 milliards d'opérations par seconde.

La simulation proprement dite n'a pas écarté toute forme d'expérimentation : le "laser mégajoule", clef de voûte du programme Palen -programme d'adaptation à la limitation des expérimentations nucléaires- constitue désormais "l'arsenal de la simulation" qui permet de reconstituer "la bombe virtuelle".

Encadré n° 10

LA BOMBE VIRTUELLE

Une simulation est une représentation d'un phénomène à l'aide d'un ordinateur et/ou d'un outil qui permet de recréer les conditions d'une expérience. Le "laser mégajoule" Phébus permettra de créer en laboratoire les conditions d'une explosion thermonucléaire. Il sera construit au CESTA (Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine). Quelques éléments du faisceau devraient fonctionner dans les années 2000.

Le fonctionnement du laser mégajoule repose sur trois étapes :

 un lancer de rayons lasers. 240 faisceaux de 100 mètres de longueur, convergent sur une cible et délivrent, en 3 milliardièmes de seconde, un flux de 50.000 milliards de watts ;

 la cible. Au centre d'une chambre d'expérimentation, de 10 mètres de diamètre, se trouve une cible qui transforme la lumière laser en rayon X (1,8 million de joules d'énergie). Au cœur du système se trouve un mélange de deutérium et de tritium qui chauffés par les rayons X, se combine et libère une énergie de 100 millions de degrés produisant des réactions de fusion semblables à celles qui sont provoquées par les explosions thermonucléaires ;

 la modélisation et l'analyse combinent l'outil mathématique et l'image :

 l'outil mathématique. Jusqu'à présent la modélisation portait sur des séquences d'explosion. La simulation totale d'une explosion exige d'appréhender l'ensemble des réactions, ce qui suppose des capacités de calculs dix fois plus puissantes et de maîtriser l'utilisation de "calculateurs massivement parallèles". La Direction des applications militaires du Centre de l'énergie atomique estime maîtriser les architectures massivement parallèles à l'horizon 2000 ;

 l'image. Pour atteindre le degré de sophistication recherché, cette simulation repose beaucoup sur l'image. Il n'y aurait pas de simulation nucléaire sans le support de l'image de synthèse. L'image sert notamment à percevoir les fameux "effets tourbillonnants" qu'il faut chercher à éviter. En effet, tout perte de symétrie déclenche des instabilités qui empêchent une bonne compression et réduisent le gain d'énergie potentiel lié à l'implosion de la cible.

La simulation numérique sur quelques nanosecondes et sa visualisation permettent d'optimiser la position et l'orientation de chacun des 240 faisceaux laser pour assurer une implosion la plus sphérique possible.

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