Logiciel SWASHES

« Shallow Water Analytic Solutions for Hydraulic and Environmental Studies »

(Solutions analytiques des équations de Saint-Venant
pour les études d’hydraulique et environnementales)

Les équations de Saint-Venant décrivent très bien des phénomènes tels que le ruissellement à la surface d’un champ ou l’écoulement dans une rivière. Comme elles ne peuvent pas être résolues simplement, on utilise des codes informatiques. Ces codes sont en général validés en comparant les simulations à des mesures de terrain ou de laboratoire. Une autre possibilité existe.

La comparaison aux solutions analytiques : une approche sous-exploitée

En fait, si l’on ne connaît pas de solution générale aux équations de Saint-Venant, on connaît des solutions exactes (dites analytiques) pour des cas particuliers. En comparant les résultats informatiques à ces cas particuliers, on peut s’assurer que les logiciels donnent les bons résultats.

Ces cas particuliers ont été publiés au cours de plusieurs décennies. Autrement dit, ils sont éparpillés dans la littérature scientifique et donc difficilement accessibles. Cela explique que la comparaison des résultats numériques aux solutions analytiques soit une approche sous-exploitée.

SWASHES : la vérité selon Saint-Venant                                                 

Il existe plusieurs dizaines de solutions (semi-)analytiques. Celles actuellement incluent dans SWASHES couvrent déjà une large gamme d’écoulements : sous-critique, super-critique, choc, rupture de barrage, écoulement transitoire ou permanent, transition sec-mouillée, avec ou sans frottement, avec ou sans pluie, en 1D ou en 2D, etc. Ne pas utiliser cette approche, c’est passer à côté de la vérité selon les équations de Saint-Venant.

SWASHES : l’assurance qualité de vos simulations

Développé en collaboration avec le laboratoire de mathématiques de l’Université d’Orléans (Mapmo), SWASHES rassemble des solutions analytiques et semi-analytiques des équations de Saint-Venant. SWASHES génère les conditions initiales et les résultats à trouver. Votre code arrive-t-il au bon résultat ?

SWASHES propose actuellement une trentaine de solutions couvrant des conditions d’écoulement très variées. Provenant de la littérature, elles ont été ré-écrites dans un formalisme commun et programmées dans le logiciel SWASHES. Elles sont ainsi faciles à comprendre, centralisées, et disponibles. En choisissant les solutions qui sont proches du type d’écoulement que vous simulez, vous pouvez construire un banc d’essai pour tester votre code.

Exemple d’utilisation : FullSWOF

SWASHES permet d’assurer la qualité des résultats produits par FullSWOF.

La comparaison aux solutions analytiques est mise en œuvre à deux moments : lors du développement et lors de l’utilisation par un tiers.

• Lors du développement.
  Afin de valider chaque nouvelle version de FullSWOF, un script de benchmarking compare les résultats de la nouvelle version à ceux de la version précédente. S’il n’y a pas d’écart, les changements effectués dans le code n’ont pas modifié la précision des calculs. Si des écarts sont constatés, on vérifie qu’ils vont bien dans le sens d’une amélioration.
  Concrètement, cette approche a permis :
  - de corriger des bogues avant la diffusion du logiciel ;
  - d’adapter l’ordre des opérations pour limiter la propagation des erreurs de calcul

• Lors de la première utilisation.
  Après téléchargement et installation, il est demandé à l’utilisateur du code de lancer le script de benchmarking. S’il ne rapporte pas de différences, c’est que FullSWOF fournit sur la machine de l’utilisateur des résultats identiques à ceux obtenus par les développeurs. La reproductibilité des calculs est donc assurée.

Cas test « Canal court avec transition douce puis choc ».
Hauteurs d’eau de la solution analytique et selon FullSWOF_1D.

Cas test « Surface plane dans un paraboloïde ».
Hauteurs d’eau de la solution analytique et selon FullSWOF_1D.

Cas test « Surface plane dans un paraboloïde ».
Hauteurs d’eau de la solution analytique et selon FullSWOF_1D.

SWASHES : un code source libre

SWASHES est un logiciel libre distribué sous la licence CeCILL-V2 (compatible GPL). Vous avez donc accès à l’ensemble du code source (en C++), et vous êtes libre de l’utiliser, de le modifier et de le redistribuer à condition d'inclure une citation.

La forge SWASHES permet de regrouper les développements.

La structure modulaire de SWASHES facilite l’ajout d’une nouvelle solution analytique. Si vous redistribuez une version modifiée de SWASHES, celle-ci doit être sous licence CeCILL-V2 et porter un nouveau nom.

En pratique, pour faire profiter la communauté de vos améliorations, le plus simple est d’intégrer directement vos solutions analytiques dans SWASHES : contactez-nous à swashes.contact@listes.univ-orleans.fr.

Pour être tenu informé des évolutions de SWASHES, souscrivez à la liste de diffusion swashes.contact@listes.univ-orleans.fr.

Distribution : Code source libre, en anglais.

Documentation :Manuels de SWASHES

O. Delestre, C. Lucas, P.-A. Ksinant, F. Darboux, C. Laguerre, T. N. T. Vo, F. James, S. Cordier,  International Journal for Numerical Methods in Fluids, 72(3): 269-300, 2013, doi:10.1002/fld.3741  http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00628246/fr/

           Errata:

1. dans l’équation (4), lire A(W) = F'(W) = (0   1 \\ -u^2+gh   2u),      
2. dans les sections 4.1.1, 4.1.2 et 4.1.3, dans les expressions de h, u, alpha_1, alpha_2, x doit être remplacé par x-x_0.

Téléchargement :  depuis SourceSup

Contact :Frédéric DARBOUX

Voir aussi :

FullSWOF, un code résolvant les équations de Saint-Venant, et validé par SWASHES

GARS, un générateur de surfaces rugueuses.

Bibliographie :

O. Delestre, C. Lucas, P.-A. Ksinant, F. Darboux, C. Laguerre, T. N. T. Vo, F. James, S. Cordier, SWASHES: a compilation of Shallow Water Analytic Solutions for Hydraulic and Environmental Studies, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 72(3): 269-300, 2013, doi:10.1002/fld.3741

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