HPC TotalEnergies : voyage au cœur du calcul scientifique

Piloter la performance des supercalculateurs de la Compagnie et développer des logiciels capables de simuler des phénomènes physiques complexes, dans le domaine des énergies, c’est le métier de Elies Bergounioux Ingénieur HPC (High Performance Computing).

Arrivé au CSTJF à Pau au moment du lancement de Pangea 1, il en a suivi toutes les évolutions jusqu'à aujourd'hui. Il a une double mission. Garantir, d'une part, la performance continue des supercalculateurs et anticiper leur obsolescence. Concevoir, d'autre part, des logiciels capables de simuler des phénomènes physiques complexes, pour le domaine de l'Exploration-Production, mais aussi pour de nouveaux usages, en particulier ceux liés aux énergies renouvelables. Voyage au cœur des mathématiques et des méga calculs !

Le nom Pangea, celui de la lignée des HPC de TotalEnergies fait écho à La Pangée, supercontinent originel et massif, symbole de puissance et clin d'œil assumé à la géologie et aux sciences de la terre… Diego Klahr, HPC Senior advisor, chez TotalEnergies à Pau depuis 2011 a piloté le lancement de Pangea 1 en 2013 et suit toujours les évolutions.

« Le HPC, c’est la Formule 1 de l’informatique. Tout est conçu sur mesure, à petite échelle, et « tuné » en permanence. Pour chaque circuit (datacenter, algorithme) il va falloir affiner les réglages, optimiser le moteur en fonction des données, des contraintes, des exigences… et corriger en temps réel. Les codes de calcul sont le carburant qui permet de faire tourner cette belle mécanique de précision. Sur le podium de ces courses de vitesse, on ne voit que les supercalculateurs, mais derrière, il y a une équipe, et surtout des choix stratégiques ! »

Elies quel est ton parcours en quelques mots ?

Elies Bergounioux : Après mon stage de fin d'études d’ingénieur au CSTJF de Pau, en 2009, j'ai rejoint l’INRIA comme ingénieur de recherche, avant de réintégrer TotalEnergies Pau en 2011, en tant qu'ingénieur concepteur-développeur, spécialisé en calcul haute performance (HPC). Mon arrivée a coïncidé avec le lancement de Pangea 1. J’ai donc suivi son évolution au fil des générations, et aujourd'hui je suis spécialiste en environnement HPC.
 

Quelles sont les missions du département HPC de TotalEnergies ?

E.B : L'une des premières responsabilités de notre département est de garantir le fonctionnement des différents supercalculateurs de TotalEnergies (près d'une dizaine), avec un haut niveau de performance. Notre enjeu est d'exploiter la quintessence de ces monstres de calcul. Nos équipes visent l'excellence opérationnelle avec une disponibilité des machines supérieure à 99% du temps. Aussi les technologies évoluent très vite : il faut sans cesse préparer les renouvellements pour éviter toute perte de compétitivité et maintenir nos supercalculateurs au meilleur niveau.

Ensuite, nous développons et optimisons des logiciels scientifiques conçus pour fonctionner sur nos supercalculateurs, notamment sur Pangea 4. L'objectif est de transformer la puissance de calcul en connaissance exploitable. A partir d’équations mathématiques, nous simulons des phénomènes physiques complexes. En simulation de réservoir, par exemple, nous modélisons l’écoulement des fluides dans le sous-sol afin d'éclairer des décisions industrielles.
 

Justement, à quoi servent les supercalculateurs comme Pangea ?

E.B : A son lancement en 2013, Pangea 1 est en très grande partie utilisé par l’imagerie sismique pour la branche Exploration-Production de la Compagnie, dédiée au pétrole et au gaz. Il s'agit, en fait, de réaliser une véritable échographie de la Terre, sur des centaines de kilomètres carrés. Ce qui nécessite une puissance de calcul considérable pour identifier dans le sous-sol de nouveaux champs d’hydrocarbures. Autre domaine demandeur en ressources de calcul, la simulation réservoir, avec une autre logique : optimiser la production et améliorer les rendements des champs d'hydrocarbures déjà découverts. En 2016, Pangea 2 a gagné en puissance pour accompagner de nouveaux algorithmes sismiques, plus avancés, plus gourmands en calcul mais offrant une meilleure qualité d'image sismique. Puis Pangea 3 a multiplié par six la puissance de calcul et introduit de nouveaux usages, notamment autour de l’intelligence artificielle.

La création de la branche OneTech s’est accompagnée d’une ouverture des besoins en calcul. Ultra-compact, polyvalent, Pangea 4 répond à une palette de cas d’usages, en particulier ceux liés aux énergies renouvelables, au stockage géologique du CO₂ ou à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Avec une puissance de 1,4 pétaflops (soit 1,4 million de milliards d’opérations par seconde !), Pangea 4 revient à connecter l’équivalent de 5000 ordinateurs personnels simultanément. Et pour une puissance équivalente, il consomme quatre fois moins que "son frère” Pangea 2. Pangea 4 est également accompagné de Pangea@Cloud, notre premier supercalculateur hébergé dans le cloud, qui nous offre de la flexibilité pour faire évoluer notre capacité de calcul. Aujourd’hui, Pangea 4 est utilisé par une centaine d’utilisateurs TotalEnergies à travers le monde, pour près de 100 000 calculs quotidiens.
 

Un exemple de projet réussi avec Pangea 4 ?

E.B : Nous avons récemment utilisé Pangea 4 pour un projet de champ éolien offshore en Allemagne. Nous avons lancé une série de simulations via notre suite logicielle GRIF pour tester différents scénarios et sécuriser nos choix techniques. Cela nous a permis d'optimiser au mieux le design du parc éolien avec à la clé des gains économiques significatifs et une meilleure gestion des cycles de maintenance.

Plus largement, ces capacités de calcul de nos différents HPC permettent de réduire l'incertitude et d’éviter des erreurs coûteuses. Elles peuvent confirmer l’existence d’un gisement, ou au contraire éviter de forer un puits sec. L'imagerie sismique a par exemple été un facteur clé des succès en exploration et production sur le Block 32 en Angola, où seules les techniques d'imagerie de pointe, rendues possibles grâce à Pangea 3, étaient capables d'imager les champs pétroliers situés sous des canopées de sel.
 

Comment travaillez-vous avec les autres équipes ?

E.B : Nous sommes dans une logique de collaboration permanente, car notre rôle n'est pas de développer des outils pour nous-mêmes, mais bien de mettre la puissance de calcul au service de nos activités. Cela suppose une proximité forte avec les utilisateurs : comprendre leurs besoins, connaître les contraintes opérationnelles, coller aux réalités du terrain afin d'offrir un supercalculateur au plus juste des usages. Nous travaillons avec notre équipe R&D à Houston et de façon transverse avec l’ensemble des équipes du CSTJF où sont hébergées tous nos supercalculateurs. Mais notre périmètre est international : nos utilisateurs sont aux États-Unis, en Europe, en Afrique…
Aujourd’hui, les usages se multiplient, portés par toutes les activités de la Compagnie. Cela nous oblige à être extrêmement agiles. La cybersécurité est un autre sujet clé, et nous travaillons étroitement avec les équipes dédiées. Nous avons beaucoup œuvré et nous continuerons de travailler à renforcer nos systèmes de protection pour limiter les risques d'intrusion et à se tenir prêt à réagir en cas d'attaque.
 

Qu'est-ce qui vous plaît dans ce métier ?

E.B : C’est un métier à la croisée de plusieurs mondes : l’informatique, les mathématiques et les opérations terrain. On a accès à des infrastructures parmi les plus puissantes au monde, mais pour répondre à des problématiques terrains très concrets. Ce que j'aime, c’est cette passerelle permanente entre la complexité scientifique et l’utilité réelle. Chaque calcul vient servir un projet. De nouveaux défis arrivent avec l’intelligence artificielle, dont une demande croissante en puissances de calcul ; il nous faut être au rendez‑vous de cette révolution qui débarque et qui évolue très rapidement. Je pense notamment à un projet HSE (hygiène-sécurité-environnement), en Papouasie-Nouvelle-Guinée sur lequel notre département est très impliqué. Nous utilisons des modèles d’IA pour anticiper la montée rapide des eaux et alerter les populations locales sur les risques d'inondations. Là, on n'est plus du tout dans la théorie et l'abstraction : c'est très concret… et cela peut sauver des vies !