19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate IL CALCOLO SCIENTIFICO NELLE SCIENZE DELLA TERRA Claudio Mazzoli, Dipartimento di Geoscienze

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Geofisica della Terra solida, geodesia: Determinazione e interpretazione dei tassi attuali di deformazione superficiale su scala regionale mediante elaborazione dei dati GPS da stazioni permanenti; Interpretazione geofisica delle anomalie gravitazionali in termini di reologia della litosfera, e determinazione delle velocità delle placche continentali per mezzo di tecniche spaziali; Geologia stratigrafica, ricerca petrolifera, paleoclimatologia: Modelli di affioramento a scala sismica di dati LiDAR e ricostruzione 3D di strutture geologiche profonde; Analisi di serie storiche paleoclimatiche da archivi naturali e teleconnessioni nei modelli generali di circolazione;

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Petrologia dei processi magmatici e metamorfici: Modellazione 3D della crescita cristallina in funzione delle anisotropie energetiche dei cristalli e della deformazione; Modellazione 3D di microstrutture di reazione, velocità di reazione e diffusione nel metamorfismo; Geologia strutturale, geologia applicata: Modelli 3D dell’architettura di zone di faglia nella costruzione di gallerie; Simulazione agli elementi finiti del comportamento dei materiali durante flusso duttile e deformazione fragile; Modellazione strutturale di fenomeni di instabilità di versante;

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Modello 3D di un duomo salino basato su rilievi Laser Scanner, sismici e di terreno Simulazione 3D della porosità in un giacimento di idrocarburi Geologia stratigrafica, ricerca petrolifera:

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Simulazioni di sviluppo cristallino in sistemi a rapido raffreddamento, con formazione di strutture dendritiche. Importanti implicazioni sulle proprietà di molti materiali e processi produttivi. Modelli di sviluppo di microstrutture di reazione in rocce metamorfiche. Importanti implicazioni sulla conoscenza della cinetica dei processi metamorfici. Petrologia dei processi magmatici e metamorfici:

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Petrologia dei processi magmatici e metamorfici: Problemi inversi in meccanica computazionale; Approcci matematici allo studio dei processi di transizione di fase nei materiali su base termodinamica che vanno sotto il nome di “Phase Field Theory”; Codici di simulazione agli elementi finiti basati su sistemi di equazioni di diffusione e di equilibrio termodinamico locale, considerando sistemi complessi (numero elevato di fasi mineralogiche, con modelli di soluzione solida complessi), applicabili a situazioni microstrutturali qualsiasi: -Stima delle condizioni P e T del metamorfismo e percorsi P-T-t; -Stima della velocità delle reazioni metamorfiche; -Stima dei coefficienti di diffusione assoluti durante il metamorfismo; -Ricostruzione della evoluzione di rocce poli-metamorfiche;

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Geologia strutturale: Modello 3D dell'architettura di una zona di faglia delle Alpi Centro- Orientali interessata dallo scavo della galleria di base del Brennero. La simulazione agli elementi finiti (FEM) del comportamento dei materiali durante flusso duttile e deformazione fragile potrà richiedere rilevanti risorse di calcolo parallelo.

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Geologia strutturale: Attualmente i calcoli sono eseguiti in 2D con basso dettaglio, sia per la limitatezza dei dati, sia per i limiti nelle capacità di calcolo; Il calcolo parallelo è richiesto per: Il cunicolo pilota della galleria del Brennero permetterà di avere una visione dettagliata, e quindi di passare ad un’analisi marcatamente 3D dell’architettura di una zona di faglia e con mesh raffinate. -Passaggio a 3D -Uso di mesh raffinate o di geometrie complesse (già in 2D) -Studio della cinematica dei processi deformativi con reologie di tipo non lineare

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Geologia applicata: Modello 3D della Torre Inglese (Cinque Torri). Sono evidenziati due piani di discontinuità. La modellazione strutturale di fenomeni di instabilità di versante potrà richiedere l’uso di risorse di calcolo parallelo.

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Geologia applicata: Attualmente il calcolo parallelo non è richiesto (struttura 3D dei corpi di frana non nota con sufficiente dettaglio); In prospettiva, considerando i nuovi sistemi di monitoraggio ad alta risoluzione acquisiti dal Dipartimento di Geoscienze, il calcolo parallelo potrà avere un ruolo per: -Simulazione Montecarlo della possibile orientazione dei piani di discontinuità sulla base del rilievo geomeccanico di superficie, e conseguente modellazione strutturale agli elementi distinti (DEM) -Simulazione Montecarlo di frane di terra, e modellazione strutturale FEM utilizzando i dati laser scanner e GPS; -Studio del flusso termico in superficie degli ammassi rocciosi -Analisi di comportamenti non lineari

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Necessità di calcolo delle Geoscienze: Determinazione orbitale, soluzione iterativa di sistemi ridondanti di equazioni linearizzate, con i minimi quadrati pesati, analisi e modellazione strutturale agli elementi finiti in 2 e 3 dimensioni; Gestione di grafica in movimento, con capacità di gestione di grandi moli di dati spaziali (presumibilmente > 100 Gb), con software tipo CAD e GO-CAD; Calcolo parallelo per simulazioni Montecarlo di corpi geologici di varia natura, e relativa evoluzione temporale; Modelli 3D ad elementi finiti di sistemi deformabili, ed evoluzione temporale di microstrutture combinando relazioni differenziali e termodinamica irreversibile, avendo come riferimento per la meccanica computazionale il calcolo parallelo; Necessità prevalente di calcolo parallelo, con utilizzo intenso ma in genere limitato nel tempo.

19 dicembre Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate Dipartimento di Geoscienze Situazione attuale per il Calcolo Scientifico: Calcolo Scientifico prevalentemente affidato a singole workstation per la soluzione di problemi relativamente semplici (in genere 2D) o ad array di poche workstation dedicate; Collaborazioni con colleghi del Dipartimento di Matematica Pura ed Applicata nello sviluppo di modelli ad elementi finiti di microstrutture di reazione; Prossimo allestimento di un’aula informatica (circa 20 postazioni) con potenzialità di utilizzo per calcolo parallelo; Problemi strutturali di comunicazione con altri dipartimenti (e con la sede distaccata ex-INAIL) dovuti ad inadeguatezza del collegamento con il Centro di Calcolo, almeno fino a quando non avverrà il trasferimento nel nuovo edificio ora in costruzione nell’area Sud Piovego.