Simulations et visualisations physiques

Une aile qui décroche, un plasma confiné, calculés en direct.

  • Simulation physique

2026

Un projet personnel, par passion : comprendre des phénomènes physiques en les simulant, et progresser en mécanique des fluides, en physique des plasmas ou dans l’étude des foules. Plutôt que des scripts isolés, un atelier : un noyau commun, des moteurs d’affichage et un panneau de réglages partagés, où chaque nouvelle simulation s’ajoute à peu de frais et où la physique est vérifiée par des tests contre des résultats connus.

Deux simulations y tournent aujourd’hui, dans le navigateur, sans rien installer : une soufflerie, pour voir l’air porter une aile puis décrocher, et un tokamak, pour voir un champ magnétique retenir un plasma et ses particules ; une troisième, plus simple, fait avancer une foule vers un but. Quatorze situations sont prêtes à regarder, et chaque réglage se partage par l’adresse de la page. Le projet date de 2026, repris à l’automne pour montrer des effets physiques intéressants.

Ces simulations me servent aussi de base quand je construis des modèles pour des projets clients : le même noyau anime la foule de la page d’accueil de ce site.

Dessin en perspective. Devant, une veine de soufflerie avec un profil d’aile NACA 0012 et les filets de fumée calculés par la simulation : à 4°, ils suivent le profil ; à 16°, ils se décollent et s’enroulent en tourbillons. Derrière, un tokamak : le bord du plasma en fil de fer et une ligne de champ qui s’enroule en hélice. Selon l’étape : un panneau de réglages, avec ses situations, ses curseurs et une courbe de mesure ; une coupe du tore qui montre l’orbite en banane d’une particule piégée, puis, sans courant plasma, des flèches qui montent vers la paroi ; un plan où des agents contournent deux piliers vers un objectif.
Simulation d’un profil d’aile NACA 0012 incliné à 16°, en filets de fumée noirs sur fond papier : l’air quitte le dessus du profil et s’enroule en tourbillons qui partent vers la droite. Deux flèches rouges, portance et traînée, partent du profil.
Le même décrochage en vorticité : des tourbillons bleus et rouges se détachent du profil l’un après l’autre, sur fond papier.
L’écoulement derrière un cylindre noir : filets de fumée et teintes bleues et rouges forment une allée de tourbillons alternés.
Le tokamak en deux vues : à gauche, un tore en fil de fer gris et la trajectoire bleue d’une particule qui fait des allers-retours ; à droite, la coupe du tore, où cette trajectoire dessine un croissant bleu, côté extérieur.
Le tokamak en deux vues : à gauche, une ligne de champ rouge qui fait deux tours et se referme ; à droite, la coupe, couverte de cercles de points emboîtés, avec près du bord deux îlots en forme de croissant.
Le tokamak en deux vues, sans courant plasma : un nuage de points noirs autour du tore ; dans la coupe, les points se sont déplacés vers le haut, jusqu’à la paroi.
L’application de soufflerie : à gauche, le profil décroché et ses filets de fumée ; à droite, le panneau avec les situations prêtes à regarder, les boutons Lecture, Un pas et Recommencer, et les réglages du profil et de l’incidence.

Ce qui a été fait

  1. 01

    L’atelier

    Un noyau commun : la boucle de calcul à pas de temps fixe, séparée de l’affichage, les corps, une grille spatiale, les comportements de groupe, et des paramètres typés d’où naissent le panneau de réglages, les situations et les paramètres d’adresse.

    TypeScript · Vite · pnpm

  2. 02

    Les moteurs d’affichage

    Trois façons de dessiner une même simulation : un canvas 2D avec ses cartes de couleurs et ses courbes, PixiJS, et Three.js avec ses instances pour des milliers de corps.

    Canvas 2D · PixiJS · Three.js

  3. 03

    La soufflerie

    L’air calculé par la méthode de Boltzmann sur réseau, sur le processeur, des dizaines de millions de cellules par seconde ; les profils tracés d’après leurs équations ; la portance et la traînée mesurées sur le corps.

    Boltzmann sur réseau (D2Q9)

  4. 04

    Le tokamak

    Un champ magnétique analytique, à divergence nulle, dont la torsion suit le courant du plasma, des îlots sur demande ; les lignes de champ et leurs coupes de Poincaré ; les particules en orbite complète ou en centre-guide.

    Pousseur de Boris · Centre-guide

  5. 05

    La foule

    Des agents qui s’écartent, s’alignent et se rassemblent, attirés par un but et repoussés par des obstacles, sur une grille pour rester rapide.

    Boids

  6. 06

    Les vérifications

    Les calculs comparés à des résultats connus : le sillage d’un cylindre, le décrochage, le champ sans divergence, l’énergie conservée, la largeur des bananes, la part des particules piégées, la dérive sans courant.

    Vitest

  7. 07

    Le générateur

    Une nouvelle simulation créée en une commande, avec son application, son port et sa place dans l’atelier.

    Node.js

Dessin en perspective. Devant, une veine de soufflerie avec un profil d’aile NACA 0012 et les filets de fumée calculés par la simulation : à 4°, ils suivent le profil ; à 16°, ils se décollent et s’enroulent en tourbillons. Derrière, un tokamak : le bord du plasma en fil de fer et une ligne de champ qui s’enroule en hélice. Selon l’étape : un panneau de réglages, avec ses situations, ses curseurs et une courbe de mesure ; une coupe du tore qui montre l’orbite en banane d’une particule piégée, puis, sans courant plasma, des flèches qui montent vers la paroi ; un plan où des agents contournent deux piliers vers un objectif.

Fonctionnement détaillé

  1. Faites défiler : le dessin suit.

  2. 01 / 08

    Un atelier de simulations, dans le navigateur

    Un projet pour construire des simulations physiques visuelles qui tournent dans n’importe quel navigateur, sans rien installer. Un noyau commun porte la boucle de calcul, à pas de temps fixe, séparée de l’affichage ; des moteurs d’affichage en 2D et en 3D ; un panneau de réglages tiré des paramètres de chaque simulation. Une nouvelle simulation s’ajoute à peu de frais, et sa physique doit être juste et vérifiée.

  3. 02 / 08

    Régler, regarder, mesurer, partager

    Chaque simulation offre les mêmes services : des situations prêtes à regarder, chacune avec sa phrase ; des réglages groupés, changés pendant que ça tourne ; des mesures lues en direct et tracées dans le temps ; lecture, pause, un pas, recommencer, au clavier. Chaque réglage s’écrit dans l’adresse de la page, pour partager une situation ou en capturer une image après un nombre de pas donné, à l’identique.

  4. 03 / 08

    La soufflerie : voir l’air porter une aile

    Pour comprendre ce qui fait voler une aile. On choisit un corps, quatre profils d’aile, une plaque plane ou un cylindre, son incidence de −10° à 30°, et la vitesse de l’air, du vol d’un insecte à celui d’un petit drone. L’air se calcule en direct, cellule par cellule, et se regarde en fumée, en tourbillons, en vitesse ou en pression. À 4°, la fumée suit le profil et la portance reste stable.

  5. 04 / 08

    Le décrochage, et le sillage d’un cylindre

    À 16°, l’air quitte le dessus de l’aile et s’enroule en tourbillons : la traînée bondit, la portance oscille. Derrière un cylindre, les tourbillons se détachent en alternance, l’allée de von Kármán. Des tests comparent ces calculs à des résultats connus : pas de portance à 0°, le décrochage à 16°, et la cadence des tourbillons du cylindre, à quelques pour cent de la valeur mesurée en laboratoire.

  6. 05 / 08

    Le tokamak : voir le champ tenir un plasma

    Pour comprendre comment un champ magnétique retient un plasma. Un tokamak en 3D, à tourner et à zoomer, et sa coupe. On règle le champ, de 1 à 6 teslas, le courant du plasma, de 0 à 2 mégaampères, et la forme de la machine. Chaque ligne de champ s’enroule en hélice sur sa surface ; le facteur de sécurité se trace en direct, et une petite perturbation déchire une surface en îlots magnétiques.

  7. 06 / 08

    Une particule piégée

    Un deutéron, un électron ou une particule alpha, à l’énergie choisie, lâché à la vitesse et à l’endroit voulus. Trop lent le long du champ, il rebondit côté intérieur, où le champ est plus fort, et dessine une banane dont la largeur s’affiche en centimètres ; sinon il passe, ou se perd sur la paroi. Ou un nuage de cent à quatre mille particules, et la part qui reste piégée. Les tests vérifient la largeur de la banane et la part piégée contre la théorie, à quelques pour cent.

  8. 07 / 08

    Sans courant, le plasma s’échappe

    Coupez le courant du plasma : les lignes ne tournent plus, les ions dérivent vers le haut, les électrons vers le bas, jusqu’à la paroi, à la vitesse que prévoit la théorie. Huit situations sont prêtes, des lignes en hélice à l’alpha de fusion, qu’un courant plus fort garde dans la machine.

  9. 08 / 08

    La foule : des agents vers un but

    Une troisième simulation, plus simple : des agents qui rejoignent un objectif en s’écartant de leurs voisins et en contournant deux piliers, de dix à mille deux cents, qu’on déplace d’un clic. Le même noyau anime la foule de la page d’accueil de ce site.

Fiche technique

Date
2026
Technique
TypeScript · Canvas 2D · Three.js · Vite · Vitest
Supports
Web
Échelle
14 situations prêtes à regarder · 16 tests de la physique