Des calculs partagés pour l’étude des matériaux composites

Sébastien Brisard* et Frédéric Legoll, chercheurs en sciences des matériaux au laboratoire Navier, UMR ENPC, Université Gustave Eiffel et CNRS

Dans le cadre de leurs recherches sur la prédiction des propriétés de matériaux composites hétérogènes, deux chercheurs du laboratoire Navier viennent enrichir la réflexion sur le partage des données et la reproductibilité des calculs expérimentaux.

Comment prédire les propriétés d’un matériau hétérogène à partir de celles des éléments qui le composent ? C’est le problème auquel s’intéressent, de manière théorique, Sébastien Brisard et Frédéric Legoll, chercheurs en mécanique des matériaux au sein du laboratoire Navier. Ils étudient l’influence des paramètres de la microstructure sur la réponse macroscopique. Afin de limiter le coût des calculs numériques nécessaires, ils ont mis en place une stratégie de « réduction de variance » s’appuyant sur la « méthode d’inclusion équivalente ». À partir d’un matériau composite simulé numériquement, ils ont réalisé une série de calculs visant à déduire sa conductivité thermique des propriétés et proportions des éléments de base qui le constituent. Pratiquement, il s’agit de faire varier les paramètres d’entrées et d’observer l’incidence que cela peut avoir sur les propriétés du matériau considéré. Le but étant de déterminer quels sont les paramètres qui ont une influence significative sur le résultat afin d’en améliorer la prédiction à l’aide de modèles simplifiés.

Publiés dans un article, A variance reduction strategy for numerical random homogenization based on the equivalent inclusion method, les résultats de ces recherches ainsi que le détail des calculs effectués à l’aide de logiciels libres associés à des scripts rédigés par les deux chercheurs, ont ensuite été déposés sur la plateforme de partage de données Recherche.data.gouv.fr. L’ensemble des données expérimentales peut dès lors être repris par quiconque, chercheurs ou enseignants, souhaiterait reproduire les calculs ou en effectuer de nouveaux. Attachés à cette démarche de partage, Sébastien Brisard et Frédéric Legoll ont vite été confrontés aux problématiques qu’elle soulevait, tant en termes d’identification que d’ordonnancement des données ouvertes. Sachant que celles-ci ont vocation à être réutilisées, ils se sont interrogés sur la façon dont elles devaient être présentées de manière à optimiser leur accessibilité, ce qui les a amenés, en cours d’expérimentation, à repenser la mise en forme de leurs calculs pour favoriser leur réappropriation.

La question de l’organisation des données partagées ouvre par ailleurs sur une autre problématique très présente au sein de la communauté scientifique, et particulièrement de celle de la science ouverte : celle de la reproductibilité. Dans le cas présent, si les données accessibles permettent de refaire les calculs réalisés au cours de l’étude, elles ne garantissent pas pour autant l’obtention de résultats identiques car les versions de logiciels ayant servi aux recherches ont pu évoluer entre temps. Aux éléments mis à disposition, il conviendrait donc d’associer des informations précises relatives aux versions de logiciels et au matériel informatique utilisés initialement. Pour Sébastien Brisard, aujourd’hui professeur au département Génie civil de l’IUT d’Aix-Marseille et chercheur au laboratoire de mécanique et d’acoustique (LMA), cet enjeu de reproductibilité constitue la prochaine étape d’un partage de données efficace.

Matériau composite : Un matériau composite est un assemblage ou un mélange hétérogène d'au moins deux matériaux de natures différentes et qui présente des performances supérieures à celles des composants pris séparément.

Reproductibilité : Un travail de recherche est dit reproductible si toutes les informations qui concernent ce travail incluant, sans s’y limiter, le texte, les données, et le code de programmation, sont rendues disponibles de telle sorte que n’importe quel chercheur indépendant peut reproduire les résultats.

Pour en savoir plus :
Loic Desquilbet, Sabrina Granger, Boris Hejblum, Arnaud Legrand, Pascal Pernot, et al.. Vers une recherche reproductible : Faire évoluer ses pratiques. Unité régionale de formation à l’information scientifique et technique de Bordeaux. pp.1-136, 2019, 979-10-97595-05-0. hal-02144142v1

* Sébastien Brisard était chercheur à l'Université Gustave-Eiffel au sein du laboratoire Navier lorsqu'il a mené les travaux présentés dans cet article. En septembre 2023, il a rejoint l'Université d'Aix-Marseille et le  laboratoire de mécanique et d’acoustique (LMA),

L'interview a été réalisée par l'agence Kogito.