Modélisations par réseaux d'automates cellulaires et simulations parallèles du phénomène de subduction-érosion en tectonique des plaques - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

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Modélisations par réseaux d'automates cellulaires et simulations parallèles du phénomène de subduction-érosion en tectonique des plaques

Thomas Leduc

Résumé

In this thesis, we successively propose two discrete models using cellular automata networks, of the process of subduction-erosion in plate tectonics, then we present the corresponding parallel computing simulations.

After a presentation of the plate tectonics and of convergent margins in subduction with extension, we expose the two existing sorts of models, study their respective advantages and disadvantages and show the interest to develop a radically different one. We describe our relatively restrictive working hypotheses and their limits: first by presenting the overall geometry of the vertical section of the model and its dynamics, then by enumerating the phenomena to be reproduced, at last the times scales and the implementation of erosion by a degradation due to ageing.

Concerning the models, we draw our inspiration from the one-dimensional Sand Pile Model to develop our own one-dimensional model and define finite generalized cellular automata networks. In the case of the two-dimensional
model, according to the same principle, we first implement a model of avalanches in a sand pile represented by a two-dimensional cellular automata network. Since the multiplication of the data stored in the structure offers better visual results, we then choose to generalize this method and undertake the description of our own cellular automata network.

The respective computing times of each sequential simulation, as well as the fact that cellular automata networks are classical models of parallel
computation with fine granularity, encourage us to develop parallel simulations and to implement them on parallel architectures such as the CRAY T3E and the ORIGIN 2000. We expose our domain decomposition strategy and we show what can be gained by using a suitable message-passing library in the field of regular domain decomposition onto parallel architecture.

The results obtained show (for the two-dimensional simulation at least) the very good parallelisability of the problem. We presents some screen dumps of the motion pictures we obtained and their validation from a geotectonics point of view. Future research works could concern the development of a specialized parallel software and the study of the concentration of the deformations within the overlapping plate.
Dans cette thèse, nous proposons successivement deux modèles discrets par réseaux d'automates cellulaires, du processus de subduction-érosion en
tectonique des plaques, puis présentons les simulations informatiques parallèles correspondantes.

Après une présentation de la tectonique des plaques et des marges convergentes de type II (avec érosion), nous présentons les deux tendances de modélisation existantes, étudions leurs avantages et inconvénients respectifs et montrons l'intérêt de développer une démarche radicalement différente. Nous exposons alors nos hypothèses de travail relativement restrictives et leurs limites, en commençant d'abord par présenter la géométrie d'ensemble du "plan de coupe de modélisation" et sa dynamique, puis en énumérant les phénomènes à reproduire, enfin, en introduisant des échelles de temps et la représentation de l'érosion par une altération (un changement de matière) due au vieillissement.

En ce qui concerne les modélisations plus précisément, nous nous inspirons très fortement du "Sand Pile Model" uni-dimensionnel pour développer notre propre modèle uni-dimensionnel et introduire la notion de réseau d'automates cellulaires fini généralisé. Dans le cas du modèle bi-dimensionnel, partant du même principe, nous cherchons à implémenter un modèle d'avalanches dans un tas de sable représenté par un réseau d'automates cellulaires bi-dimensionnel. Constatant que la multiplication des informations stockées dans la structure même du réseau offre un meilleur rendu-visuel, nous choisissons alors de généraliser cette méthode et abordons la description de notre propre réseau d'automates cellulaires.

Les temps de calcul respectifs de chacune des simulations séquentielles ainsi que le fait que les réseaux d'automates cellulaires constituent un modèle canonique du calcul parallèle à fine granularité, nous incitent à développer des simulations parallèles et à les porter sur des ordinateurs parallèles tels que le CRAY T3E et l'ORIGIN 2000. Après avoir exposé la stratégie de décomposition de domaine que nous avons employée (avec équi-répartition de la charge des sous-domaines sur l'ensemble des processeurs et minimisation de la taille des problèmes aux interfaces), nous montrons l'intérêt d'utiliser une bibliothèque d'échanges de messages appropriée dans le cadre d'une décomposition de domaine régulière sur une architecture parallèle à mémoire distribuée.

Les résultats obtenus sont révélateurs (pour la simulation bi-dimensionnelle du moins) de la très bonne parallélisabilité du problème posé. Ils nous permettent de présenter quelques copies d'écran des animations graphiques
obtenues et leur validation d'un point de vue géotectonique. Des développements futurs pourraient être orientés vers la mise au point d'une plate-forme logicielle parallèle adaptée, puis vers une étude de qualification de la concentration des déformations au sein de la plaque chevauchante.
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Dates et versions

tel-00327733 , version 1 (09-10-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00327733 , version 1

Citer

Thomas Leduc. Modélisations par réseaux d'automates cellulaires et simulations parallèles du phénomène de subduction-érosion en tectonique des plaques. Modélisation et simulation. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00327733⟩
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