Pangéa : le super-ordinateur qui modélise le pétrole

Les conditions d’exploration et d’exploitation des hydrocarbures ont changé. Elles demandent plus de technicité, de connaissances et de précision. Pour optimiser les enjeux financiers, les plannings et la production, la phase d’analyse des sous-sols est devenue encore plus déterminante. À Pau, Total s’est doté d’un des plus puissants supercalculateurs au monde pour mieux évaluer les risques et prendre un avantage concurrentiel.

L’époque où il suffisait de forer un puits dans le sol pour que le pétrole jaillisse est bien terminée. L’état actuel des réserves mondiales conduit à déployer plus de techniques et plus de moyens pour identifier des gisements d’hydrocarbures exploitables, avec les investissements importants qui en découlent.

Dans sa stratégie Better Energy, Total veut garantir l’accès à l’énergie au plus grand nombre. Ce qui se traduit, entre autres, par une optimisation du process industriel global. Au début de celui-ci, la phase d’identification des réserves, de leur potentiel et de leur volume, devient donc une étape cruciale pour laquelle des outils fiables d’aide à la décision sont indispensables.

De la donnée à l’image

Ce sont les campagnes sismiques qui permettent d’identifier un réservoir potentiel. Le principe est similaire à celui d’une échographie : sur terre, des ondes sont générées par des camions vibreurs, et en mer, elles sont produites par des canons d’air comprimé ou à eau. Elles se réfléchissent sur les différentes couches géologiques du sous-sol, puis sont recueillies et enregistrées par des antennes acoustiques. La grande quantité de données générées est convertie en images grâce à un traitement adapté. Autrefois en deux dimensions, elles sont aujourd’hui reproduites en trois dimensions. En reprenant la technique du dessin animé, il est même possible d’analyser plusieurs images 3D dans le temps, pour donner des informations d’écoulement des hydrocarbures et d’évolution de la production du réservoir.

Mais cette phase d’imagerie du sous-sol est gourmande. Elle traite de plus en plus de données brutes pour les transformer en visuels de plus grande qualité et faciliter ainsi la prise de décision de forer ou non. Et cette qualité à un prix, celui du temps passé à modéliser des images : jusqu’à plusieurs mois !

80 000 ordinateurs au travail !

C’est la puissance affichée de Pangéa, le supercalculateur -ou HPC pour High Performance Computing-, dont s’est doté Total en 2013. Fabriqué par Silicon Graphics International, il suit un schéma adapté aux besoins spécifiques de Total. Installé dans les locaux du Centre Scientifique et Technique Jean Féger de l’Exploration-Production de Total à Pau, il a bénéficié, début 2016, d’un investissement de 35 millions d’euros pour améliorer significativement sa capacité de calcul à 6,7 pétaflops*, soit l’équivalent de plus de 80 000 ordinateurs portables. Son stockage, quant à lui, a été élargi à 26 pétaoctets, soit six millions de DVD. C’est le onzième supercalculateur le plus puissant au monde et le premier dans le domaine industriel**.

Au-delà des caractéristiques techniques, ce sont les résultats produits qui impressionnent. Les temps de calculs et de production d’une imagerie ont été divisés par 15. Ce qui prenait deux semaines prend un jour et ce qui prenait plusieurs mois, « seulement » quelques jours.

En plus de la vitesse de calcul, la précision de l’imagerie du sous-sol est accrue. En s’affinant, elle donne accès à une connaissance plus fine des réservoirs et contribue à l’optimisation de leur exploitation. La quantité s’allie à la qualité.

Les algorithmes, toujours plus complexes

L’intelligence de ce super-ordinateur tient aussi dans les formules de calcul qu’il traite. Autrement appelées algorithmes***, ces successions d’opérations sont en amélioration continue pour réduire le plus possible les approximations et produire des résultats toujours plus fiables. Qu’il s’agisse de précision de l’image du sous-sol ou de scénarios possibles de l’évolution du réservoir sur le long terme, les équipes de recherche de Total ont ainsi pu développer des algorithmes de nouvelle génération permettant de tirer le meilleur potentiel du super calculateur.

Enrico Zamboni, chef du service Imagerie Sismique chez Total, précise : « Ce qui constitue la plus grosse partie de nos activités, c’est la visibilité, c’est à dire parvenir à imager correctement le réservoir pour lequel nous avons reçu des données. Puis, nous devons définir la position de celui-ci, sa géométrie. En ayant la capacité de produire des détails de plus en plus fins, nous obtenons des informations plus précises sur le réservoir et réduisons les incertitudes et le taux d’échec ».

La puissance de calcul et la précision obtenue permettent de réduire les campagnes d’études et d’optimiser l’exploitation des champs. Elle « dé-risque » l’activité. Ce que confirme Arnaud Breuillac, Directeur Général Exploration-Production de Total : « À l’ère du “big data”, être à la pointe du calcul intensif représente un avantage compétitif. Cette puissance va nous permettre d’améliorer notre performance globale et de réduire nos coûts ».

* 6,7 millions de milliards d’opérations par seconde

** classement TOP500 06/2016

*** Un algorithme est une méthode qui a pour but de résoudre une succession de problèmes pour arriver à un résultat souhaité. Pour chaque étape du problème posé, il doit fournir une réponse non-ambiguë pour passer au suivant. Le temps de calcul et de traitement doit être acceptable pour chaque type d’opération. En plus du résultat, la performance d’un algorithme se juge donc également sur sa capacité à utiliser au mieux les ressources énergétiques ou informatiques dont il dispose.

Découvrez les enjeux des nouvelles technologies dans la transition énergétique dans l’émission « Sustainable Energy » dédiée à cette thématique : ici

Lexique :

Migration : algorithme géophysique de construction du cube sismique

Cube : image des différentes couches géologiques du sous sol

Tomographie : méthode de calcul pour reconstruire les images du sous-sol.

Réservoir : Gisement de pétrole ou de gaz naturel

• Pore : Micro-cavité au sein d’une roche dans laquelle se trouve le pétrole

Pangéa chauffe les bâtiments du Centre Jean Féger.

Avec un besoin de consommation de 4,5 MW soit l’équivalent d’une commune de 8 à 10 000 habitants, Pangéa est un gros consommateur d’énergie électrique. Chacun a déjà expérimenté la sensation de chaleur d‘un ordinateur portable posé sur ses genoux à la lecture d’un film ou d’un fichier gourmand. Pour Pangéa, le même principe se produit en 80 000 fois plus grand ! Toute cette chaleur dégagée par le HPC est maintenant récupérée pour chauffer l’ensemble des locaux du centre de Pau.

De la chaleur intelligente en quelque sorte !

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