L'open source au coeur de la recherche sur la fusion nucléaire anglaise

Début avril, le financement du réacteur expérimental de fusion nucléaire Joint European Torus (JET), à l'avant-garde de la recherche sur la fission à faible production de déchets, promesse pour un avenir sans carbone, a été validé. Cette prolongation de contrat va permettre à l'équipe HPC du Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) de poursuivre son travail. Lors de l'Open Infrastructure Day organisé à Londres début avril, Andrew Lahiff, spécialiste Data Centric & High Performance Computing de l’UK Atomic Energy Authority (UKAEA), a expliqué comment son équipe avait amélioré l'infrastructure sous-jacente, en s’appuyant en grande partie sur des outils et des plateformes open source comme Openstack.

Aujourd’hui, l’énergie des centrales nucléaires est produite à partir de réacteurs à fission : une réaction en chaine casse les atomes pour libérer l'énergie. Mais elle produit aussi une quantité relativement élevée de déchets radioactifs. Les expériences du JET sur la fusion nucléaire cherchent une autre voie : la fusion réunit les particules à une température suffisamment élevée pour libérer de l'énergie sans produire autant de déchets, sur le modèle de la nucléosynthèse, l'interaction chimique qui alimente les étoiles, dont celle qui se trouve au centre de notre système solaire. C’est l'Union soviétique et ses physiciens Igor Tamm et Andreï Sakharov qui, au début des années 1950, a inventé la première chambre torique de confinement magnétiques tokamak, à la base de la recherche sur la fusion nucléaire. C’est cette même machine qui sera installée au JET au début des années 1990 où elle permettra la première libération contrôlée de l'énergie de fusion au monde. 200 tokamaks ont été construits dans le monde, dont un certains nombre sont toujours opérationnels.

Un démonstrateur associé au projet Horizon 2020

L'Autorité de l'énergie atomique, qui gère et exploite le Culham Centre for Fusion Energy (CCFE) où est hébergé le JET, est associé au projet Horizon 2020 de la Commission européenne en tant que « démonstrateur scientifique » pour le prochain European Open Science Cloud (EOSC). Ce cloud servira de plaque tournante unique pour les logiciels, les services et les données produits par la recherche en Europe. Le rôle du CCFE dans ce partenariat sera de démontrer comment exécuter des charges de travail comme celles qui traitent les données des expériences de fusion sur plusieurs clouds en même temps. « L'un des défis, c’est que le logiciel de fusion est un peu démodé et qu'il utilise beaucoup de modules et de logiciels qui ont été installés dans les systèmes HPC », a expliqué Andrew Lahiff. « On ne peut l'utiliser qu'à un seul endroit. Donc, si l’on veut exécuter un logiciel particulier, il faut avoir accès à ce cluster. C’est ce que nous voulons changer. Nous devons aussi convaincre les gens d'utiliser des conteneurs qui leur permettront de travailler de manière plus autonome, notamment d’exécuter leurs tâches n'importe où ».

Les pilotes sont difficiles, car les chercheurs n’avaient accès qu'à quelques clouds de petite taille qu'ils devaient utiliser simultanément. « Même si dans le passé un gros travail a été fait pour l'exécution HPC dans le cloud, ce cas d’usage très particulier n’a pas été exploré », a encore déclaré Andrew Lahiff. « C’est pourquoi, nous avons dû développer nous-même un système qui soit capable d'approvisionner l'infrastructure sur de nombreux cloud différents, d’exécuter les charges sur ces clouds, et de supprimer in fine l'infrastructure ». À court et moyen terme, l'équipe va perfectionner les systèmes et s'assurer que les clouds sont prêts pour la production et capables de s'intégrer à divers systèmes de stockage.

L'usage des clouds jusqu'à présent positif pour le CCFE

Même si ce travail mené au sein de l’European Open Science Cloud (EOSC) n’est pas un travail à grande échelle, les futurs projets le seront. Par exemple, à Cadarache (Bouches-du-Rhône), dans le sud de la France, on construit actuellement un réacteur thermonucléaire expérimental international (International Thermonuclear Experimental Reactor) basé sur un tokamak. Ce projet de réacteur de recherche civil à fusion nucléaire ITER a été proposé pour la première fois à la fin des années 80, mais sa construction n'a commencé qu'en 2013 et elle devrait être achevée d'ici 2025. Quand ce réacteur expérimental sera opérationnel, il sera le plus grand du genre jamais construit. « L’ITER produira plusieurs pétaoctets de données par jour, plus que tout ce que la communauté de la fusion a collecté jusque-là, c’est dire si la capacité à pouvoir travailler à grande échelle est importante », a déclaré Andrew Lahiff.

Jusqu'à présent, le feedback reçu par le CCFE sur l’usage des clouds est positif. L'utilisateur ne voit que le front-end, malgré la complexité de l'infrastructure sous-jacente. Le rapport des premières personnes ayant utilisé la plate-forme à ses débuts a été récemment publié - leurs travaux concernaient essentiellement le combustible au tritium utilisé pour faire fonctionner le réacteur de fusion nucléaire - avec tous les calculs effectués par Andrew Lahiff et son équipe. « Sans notre plateforme, ils n'auraient probablement pas pu terminer leur travail - ou ils y travailleraient encore », a déclaré M. Lahiff. « C’est le meilleur constat que l’on peut faire actuellement ».