| Resumé |
La fragmentation des disques autogravitants est un sujet d'étude central de l'astrophysique actuelle. Les disques de gaz peuvent se fragmenter en une hiérarchie de structures imbriquées les unes dans les autres, couvrant de très grands facteurs d' échelles sur cinq ordres de grandeur ou plus. Les simulations numériques sont nécessaires pour étudier les processus imbriquées, et identifier les propriétés des processus en fonction des conditions physiques de ces disques : selon la température initiale d'un disque et son état turbulent, une hiérarchie de structures l'effondrement peut se former en partant d'abord des plus grandes échelles (scénario "top-down") ou des plus petites échelles (scénario "bottom-up"). Les codes à raffinement adaptatif de maillage (AMR - adaptive mesh refinement), dont le code RAMSES, sont un outil puissant pour l' étude de ces processus multi-échelles. L'arrivée prochaine de supercalculateur de classe exascale permet d'envisager la réalisation d'une nouvelle génération de simulations numériques résolvant une grande gamme d' échelles avec une précision inégalée. Un des enjeux techniques à la réalisation de telles simulations reste le volume de données gigantesque qui sera alors mis enjeu, représentant des dizaines de téraoctets à analyser. Dans le but de rendre de telles simulations possibles sans surcoût prohibitif lié au volume de données, on présentera dans un premier temps, les optimisations effectuées concernant les écritures sur disques du code RAMSES en finalisant son couplage à la librairie d'entrées-sorties HERCULE et en intégrant une version finalisée de ce couplage à la distribution open-source du code RAMSES. Ensuite, un nouveau modèle de données spécifique pour le traitement de données, destinés aux codes à maillage AMR avec une structure en arbre, a été développé et test 'e sur des jeux données issus de différentes simulations astrophysiques. Ce nouveau modèle, ultra-compact et auto-portant, permet de réduire drastiquement le volume de données, jusqu'`a un facteur 40x en fonction des simulations, grâce à sa description compacte du maillage mais également à des algorithmes de réduction de redondance et de compression de données avec et sans perte d'information. Le méthode de compression de données utilisée, détaillée dans le manuscrit, surpasse en vitesse et/ou en ratio de compression les bibliothèques à l'état de l'art en compression de données scientifiques tels que: ZFP, FPZIP, SZ. De plus, un nouvel outil d'analyse C++, au parallélisme hybride (MPI,OpenMP), dédiés à ce nouveau format données, a été développé ainsi que plusieurs méthodes d'analyses tels que: la sélection de région d'intérêt (ROI - Region Of Interest) grâce au pavage cubique minimal, la production d'image par floutage gaussien ou par lancer de rayon. Tous ces développements, effectués en amont, ont permis de lever les verrous technologiques pour lancer une simulation numérique d'envergure d'un disque galactique isolé auto-gravitant, avec le code RAMSES, permettant de résoudre 90% de la masse du disque de gaz à une résolution de 3.4 pc, donc 50% à 1 pc, résolvant ainsi également les régions peu denses du milieu interstellaire. Les résultats de cette simulation, à la résolution spatiale jusque là inégalée, visant à identifier les signatures observables de l' état thermique et turbulent du disque, ainsi que les effets sur l' évolution ultérieure et la formation stellaire, sont présentés dans ce manuscrit. Enfin, le nouveau format de données, la bibliothèque HERCULE et l'outil d'analyses seront interfacés avec l' écosystème de la base de données des simulations numériques astrophysiques, GALACTICA (http://www.galactica-simulations.eu/db/), permettant ainsi à la communauté scientifique de bénéficier des nouveaux outils. |