Quand un superordinateur recrée l’Univers : la simulation la plus ambitieuse jamais réalisée

Une réalisation absolument vertigineuse.

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© WikiImages / Pixabay 𝕏

Pendant que les plus puissants observatoires scrutent les confins de l’espace, le superordinateur Frontier vient d’accomplir un exploit inouï : modéliser l’évolution complète de notre Univers, de ses composants les plus infimes jusqu’à ses structures les plus vastes. Un véritable tournant pour la cosmologie numérique, car jusqu’alors, les scientifiques devaient se contenter de simulations partielles, incapables de reproduire simultanément l’ensemble des phénomènes physiques qui forment notre cosmos.

Une puissance de calcul titanesque

Frontier n’est pas un superordinateur comme les autres. Situé dans le laboratoire national d’Oak Ridge (Tennessee, USA), il déploie une architecture computationnelle vertigineuse : plus de 9 400 processeurs centraux (CPU) et 37 000 processeurs graphiques (GPU) travaillent de concert pour exécuter un quintillion d’opérations par seconde. Un quintillion, c’est un 1 suivi de 18 zéros ! Cela signifie que l’ordinateur peut effectuer un milliard de milliards d’opérations mathématiques chaque seconde.

Même si la comparaison peut paraître peu pertinente, elle est intéressante pour imaginer la puissance de cette machine : Frontier est des millions, voire des milliards de fois plus puissant qu’un PC haut de gamme destiné au grand public.

Pour réaliser ces simulations complexes, les chercheurs ont utilisé un code informatique très particulier appelé HACC (Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code). Fruit de 15 ans de développement, il vient d’être optimisé dans le cadre d’un projet gouvernemental à 1,8 milliard de dollars, l’Exascale Computing Project, porté par le Département de l’Énergie américain.

Matière noire, énergie sombre, étoiles : l’Univers recréé en détail

Grâce à cette puissance de calcul exceptionnelle, les chercheurs ont réussi à simuler l’ensemble de l’Univers. Salman Habib, directeur de la division des sciences computationnelles de l’Argonne National Laboratory explique : « Pour comprendre l’Univers, nous devons modéliser à la fois la gravitation et l’ensemble des autres processus physiques, incluant le gaz chaud, la formation des étoiles, des trous noirs et des galaxies ».

La simulation intègre ainsi les trois composantes fondamentales du cosmos : la matière ordinaire, représentant 5 % de l’Univers, la matière noire (27 %) dont l’influence n’est détectable que par ses effets gravitationnels, et l’énergie sombre (68 %) responsable de l’expansion accélérée de l’Univers. Cette modélisation correspond aux observations des grands télescopes comme l’Observatoire Rubin au Chili, permettant pour la première fois une confrontation directe entre théorie et observation.

Les résultats de Frontier pourraient notamment éclairer l’une des plus grandes énigmes de la cosmologie moderne : la nature de la matière noire et son rôle dans la formation des structures galactiques. En permettant d’explorer des scénarios cosmologiques complexes sur des échelles de temps de plusieurs milliards d’années, Frontier est désormais l’outil parfait pour décrypter les lois qui régissent notre Univers, de l’infiniment petit à l’infiniment grand.

• Le superordinateur Frontier a modélisé l’évolution complète de l’Univers, une première dans la cosmologie numérique.
•  Avec 9 400 CPU, 37 000 GPU, et un quintillion d’opérations par seconde, Frontier est un monstre de puissance.
• Grâce à lui, les scientifiques pourront confronter leurs modèles théoriques et les observations en direct effectuées par les observatoires.

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