Géosciences

Makutu ou la magie des ondes

Date:
Mis à jour le 28/06/2021
La nouvelle équipe-projet Makutu du centre Inria Bordeaux – Sud-Ouest est spécialisée dans la modélisation mathématique et numérique des phénomènes de propagation d’ondes dans des milieux complexes. Elle se concentre sur trois domaines d'application : l'imagerie du sous-sol, l'imagerie du soleil et le design d'objets complexes, comme les instruments à vent.
Eclipse solaire
© geralt/pixabay

De Magique-3D à Makutu

Après douze ans d'existence, l'équipe-projet Magique-3D (Modélisation avancée en géophysique 3D) a cessé ses activités fin 2020. Mais pour mieux renaître, dans la foulée. Une nouvelle équipe dénommée Makutu (ce qui signifie "magicien" en maori) lui succède. Ses axes de recherche, toujours en lien avec la simulation de la propagation des ondes, ont été élargis. Aux activités historiques dans l'imagerie du sous-sol (la géophysique), s'ajoutent deux nouveaux axes de recherche à fort potentiel : l'imagerie de l'intérieur du soleil (l'héliosismologie) et l'analyse des ondes acoustiques pour la facture d'instruments à vent.

« Nous avions commencé à opérer de nouvelles orientations avant la fin de Magique-3D, et nous sommes ravis de pouvoir nous intéresser à ces autres domaines, qui sont à la fois différents et connexes », explique Hélène Barucq, responsable de l'équipe-projet Makutu. « Nous avons tous en commun de nous intéresser aux équations d'ondes, et plus précisément aux modèles mathématiques et schémas numériques aidant à simuler la propagation des ondes dans différents milieux – les ondes acoustiques, dans les fluides ; les ondes dans les solides ; ou bien les ondes électromagnétiques, qui, elles, n'ont pas besoin de support matériel pour se propager »

Sonder les entrailles de la Terre

Le savoir-faire historique de l'équipe-projet tient à l'imagerie des profondeurs de la Terre, souvent effectuée en partenariat avec des acteurs de l'énergie (comme TotalEnergies ou Real Time Seismic). Dans ce domaine, le but de ces travaux peut être de caractériser des réservoirs de ressources naturelles. « Dans le cadre du projet transfrontalier Pixil, nos logiciels d'imagerie et de simulation sont par exemple utilisés pour imager d’éventuels réservoirs géothermiques. Il est aussi conseillé de réaliser une étude de sol qualitative et quantitative, pour éviter des accidents (par exemple des glissements de terrain) », précise Hélène Barucq. « Nous travaillons aussi avec TotalEnergies sur de l'imagerie en haute résolution d'anciens réservoirs, le but étant de contrôler leur évolution et de vérifier s'ils pourraient être utilisés pour du stockage, notamment de CO2. »

Verbatim

Docteur en mathématiques appliquées, je connais Hélène Barucq depuis le début des années 2000. Nous avons lancé ensemble, en 2007, un projet de recherche (DIP, pour "Depth Imaging Partnership"), visant à explorer de nouvelles méthodes numériques avancées pour l'imagerie de profondeur. Le groupe TotalEnergies a financé un certain nombre de thèses sur le sujet, ce qui a permis de découvrir de nouvelles méthodes (et de recruter des chercheurs de qualité, qui ont rejoint les équipes de recherche et de développement de TotalEnergies). Aujourd'hui, nous nous intéressons surtout aux équations d'ondes utilisables pour nos activités dans le stockage de carbone et la réduction de l'empreinte carbone.

Auteur

Henri Calandra

Poste

Expert en méthodes numériques et calculs de haute performance chez TotalEnergies

Personne qui analyse des modèles de sous sols
© Inria / Photo C. Morel

Simulations de l'intérieur du Soleil

Les "numériciens" de Makutu (tous les membres de l’équipe, en majorité mathématiciens, travaillent au développement de codes de simulation numérique) se confrontent depuis peu à un nouveau challenge : le Soleil. « C'est un défi parce que presque tout est à créer pour faire des simulations », souligne Hélène Barucq. « Il y a tout un travail sur les équations et la physique, qui doit être effectué avec des spécialistes. » Les chercheurs Makutu ont la chance de pouvoir travailler, notamment, avec des physiciens de l'Institut du Soleil du Max-Planck, basé à Göttingen, en Allemagne. À quelles fins ? « On dit souvent que le Soleil est un véritable laboratoire de physique », souligne Hélène Barucq. « Nous espérons que nos codes de calcul seront utilisés pour mieux comprendre, voire prédire des phénomènes complexes comme les éruptions solaires qui peuvent perturber la vie sur Terre en altitude ou endommager les dispositifs de communication. »

Prédictions sur les instruments à vent

Plus surprenant, Juliette Chabassier, chargée de recherche au sein de cette équipe depuis 2013, et hautboïste, a eu l'idée récemment d'enrichir les techniques numériques développées par Makutu pour proposer des solutions aux fabricants d'instruments à vent. « Si on parvient à voir ce qui se passe à l'intérieur du Soleil, à partir d'éléments de surface, pourquoi n'arriverait-on pas à mieux comprendre les instruments de musique, à partir de données que l'on pourrait récupérer à leurs extrémités ? », questionne-t-elle. Un projet exploratoire Inria, accepté en 2017, est venu valider la pertinence de cette recherche, qui a par ailleurs « obtenu des financements de la région Nouvelle-Aquitaine pour travailler sur le développement d'un atelier virtuel permettant aux artisans d'utiliser des outils de conception avancés pour prédire le comportement acoustique de leurs futurs instruments. »

Six chercheurs Makutu travaillent aujourd'hui sur le sujet, en étroite collaboration avec plusieurs spécialistes de renom. On peut citer Humeau Factory, un facteur d'instruments à vent (principalement des bassons et hautbois baroques), qui souhaite utiliser les technologies de l'équipe pour « développer des répliques actuelles d'instruments historiques », l'Institut technologique européen des métiers de la musique (pour la création d'une plate-forme dédiée aux luthiers), ou encore la Cité de la musique-Philharmonie de Paris, qui travaille « sur un projet de numérisation de certains instruments patrimoniaux de la famille des cuivres ». Tous s'intéressent aux nouvelles technologies de simulation des ondes acoustiques « dans le but d'en déduire les caractéristiques physiques des instruments qu'ils souhaitent reproduire. »

Acquisition de signal acoustique d'un instrument de musique
© Inria / Photo B. Fourrier

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