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Le supercalculateur, l'adjoint incontournable du scientifique

Le matériel génétique d'un organisme est composé à la fois de séquences codantes et d’autres non codantes. Les scientifiques ignorent lesquelles sont justement utiles. Il faut donc faire d’innombrables essais pour trouver les dizaines de millions de configuration pour une même structure d’acides aminés, donc d’une même protéine.

Le matériel génétique d'un organisme est composé à la fois de séquences codantes et d’autres non codantes. Les scientifiques ignorent lesquelles sont justement utiles. Il faut donc faire d’innombrables essais pour trouver les dizaines de millions de configuration pour une même structure d’acides aminés, donc d’une même protéine. - Pixabay

"Les supercalculateurs sont devenus irremplaçables pour certaines recherches scientifiques, en génomique et dans le domaine météorologique notamment."

"Les supercalculateurs ont ouvert la voie à des tests impossibles à réaliser auparavant. On peut calculer cent milliards de possibilités en une journée avec un supercalculateur, contre un million avec un ordinateur traditionnel", s’écrit Claude Touzet, Maître de Conférences en Neurosciences Intégratives et Adaptatives au sein de l’université d’Aix-Marseille.

Le calcul à hautes performances permis par ces gros ordinateurs a changé la vie de bien des chercheurs scientifiques. Grâce à ces machines, il devient possible de modéliser mathématiquement des comportements physiques, plutôt que de les évaluer grâce à des prototypes.

Cela est particulièrement utile en biologie. Claude Touzet a ainsi travaillé durant deux ans au sein du Oak Ridge National Laboratory, dans le Tennessee, où les chercheurs ont accès à l’un des plus puissants supercalculateurs au monde.

Décoder le génome

Il explique : "Ces machines servent par exemple à décoder le génome. Le matériel génétique d'un organisme est composé à la fois de séquences codantes et d’autres non codantes. Les scientifiques ignorent lesquelles sont justement utiles. Il faut donc faire d’innombrables essais pour trouver les dizaines de millions de configuration pour une même structure d’acides aminés, donc d’une même protéine. L’objectif étant de déterminer la forme la plus stable de la protéine. Cela est d’autant plus difficile que la configuration évolue dans le temps. Or, on a besoin de déterminer la forme des protéines pour savoir comment créer une molécule chimique qui concorde avec l’aspect d’une protéine à un moment donnée".

Pour tester ces innombrables possibilités, les calculs sont incroyablement complexes. D’où l’utilité de supercalculateurs pour gagner du temps et rendre ne serait-ce que possible de telles recherches dans des délais acceptables. C’est ainsi qu’a été rendu possible le projet européen Human Brain. Son but consiste à modéliser l’ensemble du cerveau humain afin de trouver des moyens de guérir les maladies cérébrales, comme l’autisme par exemple. Le projet est financé par l’Union européenne, à hauteur de 1,2 milliard d’euros répartis sur la période 2013-2023. "Au moins 50% de ce budget est dédié à financer le supercalculateur", précise Claude Touzet. C’est dire l’importance mais aussi le coût de ces calculs à haute performance.

Les supercalculateurs au service de la météo

Au-delà des neurosciences, les supercalculateurs sont également très utilisés dans les recherches météorologiques et climatiques. En l’espace de trente ans, les prévisions de Météo France ont par exemple gagné un jour tous les dix ans. Les prévisions à quatre jours sont aujourd’hui aussi fiables que les prévisions à trois jours des années 2000. Les supercalculateurs permettent de modéliser l’atmosphère et les océans. Météo France en utilise depuis vingt-deux ans. "La surface de la Terre est divisée en carrés de quelques dizaines de kilomètres de côté. Puis on découpe l’atmosphère en une centaine de niveaux, et on regarde sur chacune de ces petites boîtes une dizaine de paramètres (vitesse du vent, température…). Au total on suit un milliard d’objets pour nos prévisions météo", expliquait Jacques Parent du Chatelet, directeur adjoint de la recherche à Météo France, le 6 avril, sur BFM Business.

Il s’agit donc d’un maillage de la surface de la planète, dont la finesse détermine la précision des prévisions. Outre la météo des jours à venir, des équipes de Météo France travaillent aussi sur le climat à plus long terme et participe aux exercices du GIEC. Outre la météorologie, la climatologie et les neurosciences, les supercalculateurs rendent possibles de nouvelles recherches en astrophysique et en thermodynamique, pour simuler la combustion dans les moteurs et turbines afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Adeline Raynal