A l’origine, le logiciel AiiDAlab a été développé pour simplifier les simulations informatiques en science des matériaux. Une équipe de recherche, placée sous la direction de l’Institut Paul Scherrer PSI et de l’Empa, vient de mettre en évidence de nouveaux champs d’application: de la recherche sur l’atmosphère à l’enseignement, en passant par le pilotage d’expériences.
Que ce soit sur smartphone, tablette ou PC, nous aimons avoir un confort optimal lorsque nous utilisons un ordinateur. Les applications doivent pouvoir être démarrées et arrêtées en quelques clics ou en tapant l’écran, le tout via un graphisme intuitif et agréable. L’interface utilisateurs AiiDAlab a été créée pour que les scientifiques profitent eux aussi d’une utilisation aussi confortable lorsqu’ils procèdent à des simulations informatiques ou à des analyses de données complexes. Ce logiciel a été développé par une équipe de recherche, placée sous la direction du PSI et de l’Empa. Or cette même équipe vient maintenant de présenter de nouveaux champs d’application dans la revue spécialisée RSC Digital Discovery.
AiiDAlab est basé sur le logiciel AiiDA, mis au point en 2014. Dès le début, Giovanni Pizzi a été impliqué de manière prépondérante dans son développement. Ce scientifique dirige un groupe de recherche au Centre de calcul scientifique, théorie et données du PSI. «AiiDA est avant tout un gestionnaire de flux de production, explique Edan Bainglass, postdoc dans le groupe de Giovanni Pizzi. En d’autres termes, il évite aux scientifiques un travail chronophage: démarrer à la main plusieurs programmes de simulation, les coordonner les uns avec les autres et extraire les données.» Néanmoins, le maniement d’AiiDA nécessitait toujours de solides connaissances informatiques et son utilisation se faisait encore largement via la saisie dans des terminaux, c’est-à-dire via des fenêtres de texte sur l’ordinateur.
Développé à l’origine pour la science des matériaux
«Pour AiiDAlab, notre vision était donc de créer une interface conviviale vers ce logiciel informatique compliqué, afin que les utilisateurs puissent se concentrer complètement sur leur recherche et obtenir ainsi plus rapidement de nouvelles connaissances», raconte Giovanni Pizzi. Une interface utilisateur graphique permet aux scientifiques de sélectionner le logiciel de simulation souhaité et AiiDAlab s’occupe du reste: de la préparation et de l’exécution des simulations, de l’évaluation des résultats et, enfin, de leur présentation graphique.
A l’origine, AiiDAlab ciblait les scientifiques en science des matériaux, qui doivent mener une multitude de simulations numériques lorsqu’ils cherchent de nouveaux matériaux dotés de propriétés bien particulières. AiiDAlab a permis à des scientifiques sans connaissances informatiques particulières de mener ce type de travaux et a remporté un grand succès en science des matériaux. Mais au cours des dernières années, Giovanni Pizzi et ses collaborateurs se sont rendu compte que leur logiciel pouvait également être utilisé dans beaucoup d’autres domaines.
Dans leur travail qui vient de paraître, les scientifiques du PSI mettent en évidence certaines de ces applications, qui vont de la simulation de l’atmosphère terrestre au développement de batteries. A l’Empa, par exemple, des simulations pilotées par AiiDAlab sont utilisées pour tirer des conclusions sur les émissions de gaz à effet de serre à partir de mesures effectuées dans l’atmosphère. L’Empa utilise également AiiDAlab pour la caractérisation automatisée des batteries.
Expériences: là aussi, AiiDAlab vient en renfort
Un dernier exemple montre qu’AiiDAlab peut être utilisé non seulement pour des simulations, mais aussi pour piloter et analyser des expériences. Au PSI, il est déjà mis à profit dans ce sens, par exemple à l’expérience de diffusion neutronique CAMEA menée à la source de neutrons à spallation SINQ. Là, l’objectif principal est d’épauler les scientifiques invités qui mènent leurs propres expériences au PSI. AiiDAlab leur facilite l’accès sécurisé aux bases de données du PSI, où sont enregistrés les résultats des expériences. Il s’agit parfois de volumes de données très importants.
De ce fait, la mise en place d’un accès informatique permettant de consulter et d’analyser ces données s’avère assez complexe pour les personnes qui n’ont pas de connaissances techniques approfondies. AiiDAlab se charge alors de l’authentification, d’orchestrer le transfert des données et de la présentation graphique des résultats en temps réel. «Les utilisateurs n’ont plus qu’à ouvrir un navigateur et à se connecter à AiiDAlab», conclut Edan Bainglass.
Le maniement simplifié des programmes de simulation fait qu’AiiDAlab est également indiqué dans l’enseignement. Dans le cadre de projets pilotes, menés aussi bien pendant un cours universitaire classique que lors d’ateliers de courte durée, il est apparu qu’en recourant à AiiDAlab, les étudiants étaient capables d’utiliser avec succès des logiciels de recherche avancés comme Quantum ESPRESSO pour réaliser des exercices, et ce même sans connaissances préalables.
AiiDA et AiiDAlab ont tous deux été développés dans le cadre du Pôle de recherche national MARVEL et ont également bénéficié de plusieurs autres subsides de recherche suisses et européens.
«Notre intention, pour l’avenir, est d’élargir encore le domaine d’application d’AiiDAlab, explique Giovanni Pizzi. Au sein du PSI, par exemple, en l’élargissant à d’autres lignes de faisceaux de la source SINQ, comme ICON, où les neutrons sont utilisés pour l’imagerie non destructive.» A ce titre, les retours des utilisateurs, tant au sein du PSI qu’à l’extérieur, revêtent pour lui une importance capitale.