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Simulation informatique

Une simulation informatique ou une simulation numérique désigne un procédé selon lequel on exécute un programme informatique sur un ordinateur en vue de simuler par exemple un phénomène physique compliqué. On parle également de calcul numérique. Les simulations informatiques sont rapidement devenues importantes pour la modélisation des systèmes naturels en physique, chimie et biologie, mais également des systèmes humains en économie et en science sociale. Les simulations informatiques sont une adaptation aux moyens numériques de la modélisation mathématique, et servent à comprendre le fonctionnement d'un système et à prédire son évolution et ses propriétés.

Histoire

La simulation informatique est apparue en même temps que l'informatique pour les besoins du projet Manhattan pendant la Seconde Guerre mondiale, afin de modéliser le processus de détonation nucléaire. Depuis, elle a évolué parallèlement à l'informatique.

Catégories de simulation informatique

On peut distinguer trois catégories de simulations :

• La simulation continue, où le système se présente sous la forme d'équations différentielles à résoudre. Elle permet de suppléer à la résolution analytique quand celle-ci est impossible. Effectuée au départ sur des calculateurs analogiques, elle s'est effectuée aussi sur des ordinateurs ainsi que des machines hybrides, et un troisième type de calculateurs qui n'a pas eu de lendemain, les calculateurs stochastiques.
• La simulation discrète dans laquelle le système est soumis à une sucession d'évènements qui le modifient. Ces simulations ont vocation à appliquer des principes simples à des systèmes de grande taille. La simulation discrète se divise en deux grandes catégories :
  • asynchrone ou time-slicing : on simule à chaque fois le passage d'une unité de temps sur tout le système.
  • synchrone ou event-sequencing : on calcule l'arrivée du prochain événement, et on ne simule qu'événement par événement, ce qui permet souvent des simulations rapides, bien qu'un peu plus complexes à programmer.
• La simulation par agents, où la simulation est segmentée en différentes entités qui intéragissent entre elles. Elle est surtout utilisée dans les simulations économiques et sociales, où chaque agent représente un individu ou un groupe d'individus. Par nature, son fonctionnement est asynchrone.

Méthodes de simulation

• Dynamique moléculaire (physique des matériaux)
• Méthode de Monte-Carlo (physique des matériaux, physique nucléaire, physique des particules)

Exemples de simulations

• Daisyworld de James Lovelock, en appuis de sa théorie d'autorégulation nommée Gaïa
• Le code MCNP développé au laboratoire de Los Alamos (Nouveau Mexique) est très utilisé pour les simulations en physique nucléaire.