aXqua
À propos
aXqua est conçu comme une extension QGIS destinée à faciliter les simulations numériques des eaux de surface avec les codes de calcul libres TELEMAC et OpenFOAM. Cette extension, développée en vibe coding, est hébergée sur GitHub et maintenue par Sebastian Schwindt avec l’aide de Claude Code. L’extension QGIS nécessite l’installation du programme aXqua (backend) qui travaille en arrière-plan. Veuillez donc suivre chaque étape des sections Extension de QGIS et Configuration de l’extension, y compris les instructions de mise en place de TELEMAC et d’OpenFOAM, ainsi que de ParaView et de Visit DAV pour le post-traitement. Cette documentation est publiée sur axqua.eu.
Objectif
La construction manuelle d’un modèle numérique comporte de nombreuses étapes au cours desquelles les fichiers d’entrée peuvent se contredire sans que rien ne le signale, par exemple une numérotation des frontières qui ne correspond pas au maillage ou une zone de rugosité qui ne correspond pas au terrain. aXqua génère tous les fichiers d’entrée à partir d’une seule description du cas, de sorte que les mêmes données d’entrée produisent toujours le même modèle. Plus précisément, aXqua met en place, exécute et évalue des simulations numériques standardisées d’écoulements à surface libre géoréférencés, ouvrages hydrauliques compris, avec les codes de calcul libres TELEMAC et OpenFOAM. Le logiciel traite chaque cas comme un tronçon (domaine de calcul), décrit une seule fois par un modèle numérique de terrain, des frontières, la rugosité des parois et des mesures de terrain. TELEMAC et OpenFOAM lisent tous deux cette même description, de sorte qu’un modèle bidimensionnel (2D) moyenné sur la verticale et un modèle tridimensionnel (3D) du même tronçon reposent sur des données d’entrée identiques. La chaîne de traitement comprend les étapes suivantes, qui permettent aussi de juger, au moyen d’études de convergence en maillage et d’une quantification des incertitudes, si un résultat de simulation est fiable :
Le prétraitement convertit les données géographiques en un maillage de calcul, des conditions aux limites et des fichiers d’entrée (Prétraitement).
Les simulations hydrauliques commencent par un calcul TELEMAC à partir d’un lit sec. Le résultat sert de point de départ aux simulations 3D avec TELEMAC-3D ou OpenFOAM (Simulations hydrauliques).
Les études de convergence en maillage quantifient dans quelle mesure un résultat dépend de la résolution du maillage, au moyen de l’indice de convergence de maillage de Celik et al. (2008) (Convergence en maillage).
Les simulations morphodynamiques ajoutent le transport sédimentaire et l’évolution de la cote du fond (Simulations morphodynamiques).
Le calage et la validation ajustent les paramètres incertains du modèle aux mesures de terrain par une méthode bayésienne assistée par un modèle de substitution (Oladyshkin et al. 2020) et indiquent l’incertitude restante (Calage et validation), en s’appuyant sur le projet hydroBayesCal.
Le post-traitement transforme les résultats en cartes et en figures (Post-traitement) avec QGIS, ParaView et Visit DAV.
aXqua s’utilise depuis une extension QGIS, car les données géographiques d’un tronçon sont généralement déjà ouvertes dans un logiciel SIG. Les simulations s’exécutent comme des tâches indépendantes en dehors de QGIS et se poursuivent après la fermeture de QGIS. Chaque fonction est aussi accessible depuis un terminal, sans QGIS (Automatisation & Terminal Utilisation).
Références
Celik, I. B., Ghia, U., Roache, P. J., Freitas, C. J., Coleman, H., and Raad, P. E. (2008). « Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications. » ASME Journal of Fluids Engineering, 130(7), 078001.
Oladyshkin, S., Mohammadi, F., Kroeker, I., and Nowak, W. (2020). « Bayesian3 active learning for the Gaussian process emulator using information theory. » Entropy, 22(8), 890. doi:10.3390/e22080890