openTELEMAC

openTELEMAC : logiciel open source de calcul d'hydraulique environnementale Une illustration générée par IA montrant une grande rivière avec une carte thermique.

Une illustration générée par IA montrant une grande rivière avec une carte thermique.

openTELEMAC

openTELEMAC : logiciel open source de calcul d'hydraulique environnementale

openTELEMAC, c'est quoi ?

openTELEMAC est un logiciel open-source de simulation développé par EDF pour répondre aux enjeux de l'hydraulique environnementale. Il permet à la fois de quantifier les phénomènes et les risques générés par les milieux aquatiques (crues, houles, surcôtes...) ainsi que les impacts générés par les activités humaines sur l'environnement (rejets thermiques et chimiques, obstacle à la continuité hydrique et sédimentaire).

Développé depuis plus de 35 ans et après plusieurs années de distribution commerciale, openTELEMAC est maintenant publié en open source sous licence GNU GPL depuis 2010 par le consortium TELEMAC-MASCARET. Aujourd’hui, openTELEMAC est au centre d'un vaste réseau d'académiques et d'industriels partie prenantes des sujets de l'hydraulique environnementale.

openTELEMAC est un solveur par éléments finis basé sur l'équation de Navier-Stokes avec moyenne de Reynolds (RANS). Il propose également des solveurs volumes finis, et utilise plusieurs méthodes hybridant les deux schémas numériques. Optimisé pour des domaines de l'ordre du km et des échelles de temps pouvant couvrir des années, ce logiciel est bien plus adapté qu'un code de CFD pour décrire tout fluide à surface libre. Il est par ailleurs compatible avec la parallélisation en multi-thread et multi-core et adapté pour des usages HPC industriels.

openTELEMAC s'articule autour de trois modules principaux décrivant l'hydrodynamique qui peuvent être utilisés selon que cet écoulement peut être assimilé à un écoulement 1D, 2D ou que les effets 3D ne peuvent être négligés. On parle alors de MASCARET (1D), TELEMAC-2D ou TELEMAC-3D.

openTELEMAC possède également des modules spécialisés permettant d'inclure une grande variété de phénomènes physiques se couplant aux modules hydrodynamiques.

GAIA permet d'étudier l'évolution du relief en considérant les phénomènes d'érosion et de sédimentation. Il modélise ainsi les interactions entre les sédiments en suspension et dans le fond pour prédire une évolution des surfaces sur lesquelles les écoulements ont lieu.
KHIONE permet de prendre en compte tous les phénomènes liés au gel et à la fonte de l'eau, la formation de frasil et les échanges thermiques entre les phases.
TOMAWAC et ARTEMIS sont des modules avec des approches différentes qui permettent d'étudier respectivement les vagues. ARTEMIS utilise le résultat du calcul hydrodynamique pour prédire la propagation, diffraction ou réflexion de la houle en zone côtière et dans les ports (onde linéaire, régime stationnaire). TOMAWAC modélise la génération des vagues (et est directement couplé à l'hydrodynamique) en mer ouverte et côtière.
WAQTEL se spécialise dans l'étude de la qualité de l'eau. Avec une architecture décomposable en sous-modules, il permet d'étudier notamment l'oxygénation (avec un modèle naïf ou des modèles plus complexes pouvant inclure la photosynthèse), les algues, la température, les micropolluants et leur potentielle sédimentation dans le fond et la désintégration de polluants radioactifs (ou de bactéries). Il peut être customisé pour considérer des réactions chimiques plus complexes.

Enfin, openTELEMAC est également fourni avec 200 cas de validation représentatifs des différentes physiques qu'il modélise.

Les applications d'openTELEMAC

De par sa grande variété de modèles et de physiques étudiées, openTELEMAC est utilisé pour modéliser des phénomènes hydrodynamiques et environnementaux variés. Nous citons ici quelques usages standards.

Crues fluviales, submersions marines, ruptures de barrages...

openTELEMAC est utilisé par différents organismes chargés de l'aménagement du territoire pour étudier les zones à risque d'inondation, dimensionner les moyens de protection ou les organisations à mettre en place pour la gestion de l'eau.

Une sorte de carte thermique de l'océan près des côtes.

Fonctionnement des écosystèmes aquatiques (fluviaux, lacustre, maritimes et estuariens)

Le code est très utilisé pour modéliser une grande variété de phénomènes :

Études des courants océaniques et des vagues (prévision hydrolienne, dimensionnement des structures offshore et des protections côtières ou portuaires...)
Érosion ou sédimentation de milieux naturels (envasement des estuaires, des mangroves, des prises d'eau etc.)
Évolution des rejets de traceurs, chimiques ou thermiques dans un écosystème aquatique
Prédiction de l'évolution de la qualité de l'eau (eutrophisation, stratification thermique ou saline...) et des zones à risque (métaux lourds, e-coli, bactéries).

Une vue aérienne d'une rivière avec une carte thermique.

Recherche & enseignement

La communauté académique est très mobilisée autour d'openTELEMAC. Le consortium lui-même inclut des universitaires et des thèses sont régulièrement soutenues autour d'openTELEMAC, incluant toujours plus de modèles spécialisés et de cas d'études.

openTELEMAC est également une référence dans les formations en hydrauliques proposées par plusieurs écoles d’ingénieurs et universités, en France et à l’international. Son utilisation gratuite et la disponibilité de sa documentation complète permettent aux étudiants de se former sur un outil professionnel sans barrière financière, tout en ayant accès aux fondements théoriques via les documentations d'utilisateur, de théorie et de validation.

Les événements openTELEMAC

Chaque année la communauté et le Consortium se retrouvent pour échanger lors de la TELEMAC-Users-Conference (TUC). Cette conférence est l'occasion pour les développeurs du Consortium de présenter les récents développements et de discuter des perspectives d'évolution et d'amélioration du code. Elle permet également aux utilisateurs (académiques comme industriels) de présenter des études et projets ayant souvent mené à des publications.

Les articles et bilans des TUC des années précédentes peuvent être trouvés sur : https://henry.baw.de/browse/subject?scope=e255cbb3...

Un forum dédié est également très actif et permet aux utilisateurs d'échanger et de s'entraider autour de leurs études. Cela permet également de faire remonter d'éventuels problèmes qui sont directement transmis à EDF R&D et aux développeurs du Consortium.