OpenFOAM ou Ansys Fluent : lequel pour votre équipe ?

La question est généralement posée à l’envers

Savoir lequel d’OpenFOAM ou d’Ansys Fluent est le plus précis est l’une des questions les plus fréquentes en CFD. Je travaille surtout avec Ansys et je l’enseigne, on pourrait donc s’attendre à ce que je réponde Fluent.

Les deux codes résolvent les mêmes équations avec la même famille de méthodes. Donnez à deux ingénieurs soigneux le même maillage, les mêmes modèles et les mêmes conditions aux limites, et les résultats devraient être proches. Là où ils s’écartent, la cause se trouve en général dans les réglages. La différence qui compte se situe dans tout ce qui entoure le solveur, c’est-à-dire le temps nécessaire pour obtenir un résultat fiable, l’aide disponible quand quelque chose tourne mal et le coût en argent et en heures.

Ce qu’ils ont en commun

Ils partagent plus que les débats ne le laissent penser. Tous deux sont des codes en volumes finis sur maillages non structurés. Tous deux proposent les modèles de turbulence RANS courants, des méthodes à résolution d’échelles, le transfert thermique, le multiphasique et la combustion. Tous deux tournent en parallèle sur de grands calculateurs, et tous deux sont utilisés dans l’industrie et dans la recherche publiée.

Aucun des deux ne vous empêchera de produire une réponse fausse. Un mauvais maillage, une condition aux limites erronée ou une solution non convergée échouent de la même manière dans l’un et dans l’autre.

Là où ils diffèrent

• Le coût de la licence. OpenFOAM est open source et s’exécute gratuitement sur autant de cœurs que vous en avez. Fluent est commercial, et sa licence dépend de la configuration, calcul parallèle compris. Je ne cite aucun prix ici, car Ansys établit ses prix sur devis. Demandez-en un, et demandez comment le prix évolue avec le nombre de cœurs, car pour les gros calculs parallèles c’est souvent ce chiffre qui tranche.
• Le coût du temps. C’est ici que l’option gratuite devient chère. Fluent offre un flux de travail graphique de la géométrie au post-traitement, un maillage guidé et des réglages par défaut raisonnables, et un nouvel ingénieur peut produire un premier résultat en quelques jours. OpenFOAM se pilote par fichiers texte et en ligne de commande. Il récompense ceux qui comprennent déjà les méthodes numériques et Linux, et il sanctionne les essais au hasard. Attendez-vous à un chemin plus long vers le premier résultat fiable, et prévoyez-le.
• Le support. Avec une licence commerciale, vous pouvez ouvrir un ticket et quelqu’un est tenu de répondre. Avec OpenFOAM, vous avez la documentation, les forums et votre persévérance, sauf si vous achetez du support auprès de l’une des sociétés qui en vendent.
• La transparence et la personnalisation. Le code source d’OpenFOAM est ouvert. Vous pouvez lire exactement ce que fait un modèle et écrire votre propre solveur, condition aux limites ou modèle de turbulence. Dans Fluent, l’extension passe par des fonctions utilisateur à l’intérieur d’un solveur fermé. Pour la recherche sur de nouveaux modèles, c’est un réel avantage d’OpenFOAM. Pour les problèmes industriels courants, cela compte rarement.
• Le maillage et la préparation. Les outils commerciaux ont de l’avance pour traiter une CAO imparfaite et construire de bons maillages de couche limite avec peu d’effort. Les outils de maillage d’OpenFOAM fonctionnent et demandent plus de soin, et beaucoup d’utilisateurs d’OpenFOAM maillent dans un logiciel séparé.
• L’automatisation. Des cas décrits en fichiers texte sont faciles à scripter, à versionner et à lancer par centaines. Si vous prévoyez une grande étude paramétrique ou une boucle d’optimisation, OpenFOAM s’y prête naturellement. Fluent se scripte aussi.
• Le recrutement et la transmission. Demandez ce que vos clients et vos nouvelles recrues utilisent déjà. Un cas que vous ne pouvez pas transmettre à l’ingénieur suivant, ou livrer dans le format exigé par votre client, a un coût qui ne figure sur aucun devis.

OpenFOAM est-il alors aussi précis que Fluent ?

Pour le même maillage, les mêmes modèles et les mêmes réglages, les deux devraient s’accorder d’assez près pour que d’autres erreurs dominent. Lorsqu’une comparaison publiée montre un écart, regardez ce qui différait par ailleurs, comme le maillage, le traitement de paroi, les schémas de discrétisation ou le niveau de convergence. Les réglages par défaut diffèrent entre les deux codes, et un test « défaut contre défaut » teste les réglages par défaut.

La précision de votre résultat vient de votre étude de maillage, de vos contrôles de convergence et de votre validation. Ils relèvent de votre responsabilité dans les deux outils, et aucune licence ne les inclut.

Un tableau de décision

Le conseil que je donne aux étudiants

Apprenez-en un à fond. Apprenez ce que fait le solveur, c’est-à-dire comment les équations sont discrétisées, ce qu’est un résidu, pourquoi le maillage compte et comment vérifier un résultat.

Ce savoir vous suit, alors que l’emplacement des menus reste dans le logiciel. Un ingénieur qui comprend la vérification produira un résultat défendable dans l’un ou l’autre code quelques semaines après avoir changé. Celui qui ne connaît que l’emplacement des boutons produira des absurdités pleines d’assurance dans les deux.

Ce que je demanderais avant de choisir

1. Combien de simulations par an, et de quelle taille ?
2. Qui les lancera, et que sait déjà cette personne ?
3. Qui doit recevoir, vérifier ou poursuivre le travail ?
4. Avons-nous besoin de modifier les modèles, ou seulement de les utiliser ?
5. Que nous coûte une semaine d’ingénieur, comparée à une licence ?

Répondez à ces questions et le choix se fait généralement de lui-même. Si la réponse honnête à la première est « quelques-unes », vous n’avez peut-être besoin ni de l’un ni de l’autre, car pour une étude occasionnelle, confier le travail à l’extérieur coûte moins que de bâtir la compétence.