Autoparamétrage pour le calcul à très haute performance en couplage partitionné

La prise en compte de physique multiples et couplées est au cœur de nombreux besoins applicatifs dans des domaines aussi variés que l'aéronautique, la défense ou la biologie. C'est également un domaine d'expertise fort pour la Direction des Energies du CEA, avec de multiples domaines tels que l'interaction fluide-structure, la neutronique couplée à la thermohydraulique et/ou à la thermomécanique ou encore la modélisation des accidents graves. L'émergence des architectures exascale ouvre la voie à de nouveaux niveaux de fidélités prometteurs pour la simulation, mais augmente également de manière significative la complexité de nombreuses applications logicielles en termes de réécriture totale ou partielle. Il encourage donc spécifiquement le couplage pour limiter le travail de développement. L'idée est de rechercher chaque physique d'intérêt dans un nombre nécessairement réduit de composants logiciels hautement optimisés, plutôt que d'effectuer des développements spécifiques, éventuellement redondants, dans des applications autonomes.
Une fois que le problème multiphysique couplé a été écrit avec les niveaux de précision et de stabilité attendus, le travail proposé se concentre sur les algorithmes de résolution pour permettre au couplage entre les applications supposées être elles-mêmes exascale-compatibles, d'être résolu efficacement à l'exascale. Il convient également de noter qu'en général, les couplages considérés peuvent présenter un niveau de complexité élevé, impliquant de nombreuses physiques avec différents niveaux de rétroaction entre elles et divers schémas de communication allant d'échanges aux frontières jusqu'à des domaines se recouvrant. Le stage post-doctoral proposé, à effectuer dans le cadre du projet collaboratif ExaMA, est en particulier consacré à l'identification et à la mise au point dynamique des paramètres numériques pertinents découlant des algorithmes de couplage et ayant un impact sur l'efficacité de la simulation globale.

Implémentation et étude de modèles multiphases compressibles et de schémas numériques

Le sujet proposé se place dans le domaine de la sûreté des réacteurs nucléaires de nouvelle génération, en s'intéressant plus généralement à la compréhension et à la simulation des conséquences de transitoires énergétiques en régime post-accidentel. Il consiste à implémenter et étudier des modèles et schémas numériques pour les écoulements multiphasiques compressibles de complexité croissante dans un code de calcul C++.
Le code nommé SCONE et développé au LMAG doit permettre la simulation de l'interaction entre du corium (cœur de réacteur fondu avec les structures environnantes) et du sodium.
La complexité des phénomènes mis en jeu impose de fortes contraintes de modélisation et de résolution. En l'état un modèle compressible à N phases en équilibre de pression est opérationnel avec une résolution semi conservative sur grille décalée. Ce schéma numérique n'est pas totalement satisfaisant pour des chocs forts. Une solution est de s'appuyer sur des schémas reconnus pour ces cas comme les schémas colocalisé de type Godunov. La première étape du post doctorat est de développer cette approche pour un modèle simple. In fine, le modèle visé est un modèle multiphasique totalement hors équilibre. Suivant l'avancement des travaux, l'adaptation de schémas sur grilles décalés à ce modèle sera envisageable en prenant pour référence les résultats des schémas colocalisés précédemment validés.
Ce post-doctorat permettra globalement d'étudier des schémas numériques et modèles multiphasiques dans un cadre complexe à N phases et plus généralement de développer/consolider une compétence dans le domaine des méthodes numériques en transitoire pour les systèmes complexes.

Développement de méthodes Monte-Carlo pour la simulation du transfert radiatif : application aux accidents graves

Ce sujet de post-doctorat porte sur le développement de méthodes Monte-Carlo par lancer de rayons pour la modélisation du transfert de chaleur par rayonnement dans le cadre des accidents graves. En partant d’un cadre logiciel abouti pour la simulation Monte-Carlo du transport de particules dans le contexte de la physique des réacteurs et la radioprotection, on cherchera à adapter les méthodes existantes à la problématique du transfert radiatif, dans un cadre de calcul haute performance. Pour ce faire, on développera une hiérarchie d’approximations associées au transfert radiatif de chaleur qui ont pour vocation de permettre la validation de modèles simplifiés mis en œuvre dans le cadre de la simulation numérique des accidents graves des réacteurs nucléaires. Orienté sur l’algorithmique et la performance de simulation, ce travail se veut une « preuve de principe » de la possible mutualisation logicielle autour de la méthode Monte-Carlo pour le transport de particules d’une part et le transfert de chaleur par rayonnement d’autre part.

Modélisation des vents de vallées par descente d'échelle statistique

Pour modéliser et suivre les émissions atmosphériques dans une zone ayant un relief significatif, il est essentiel de représenter les vents à l'échelle de ce relief. Le modèle météorologique opérationnel de Cadarache ne dispose que d’une résolution horizontale de 1km, ce qui ne lui permet donc pas de résoudre les effets orographiques de la vallée.
Cependant, obtenir des résultats de simulation avec un modèle haute résolution nécessite des temps de calculs encore incompatibles avec les contraintes de la prévision météorologique opérationnelle (6h de calcul sur nos serveurs pour 1h de prévision pour Cadarache en 2020). Ceci contraint la résolution horizontale des calculs et ne permet pas de résoudre les effets orographiques de vallée.
L’objet du post-doc est donc de mettre au point un modèle de descente d'échelle appliqué à un maillage 3D de la vallée, avec une résolution suffisante pour, à la fois, modéliser l’aérologie de la vallée et y suivre un panache de pollution à l’aide d’un modèle de dispersion atmosphérique. Elle sera mise en œuvre via l'utilisation d'un réseau de neurones artificiels dont l'apprentissage sera fondé sur des mesures de climatologie et d'aérologie locales, complétées par des données synthétiques utilisant un modèle local à haute résolution.
Le/la candidat(e) évoluera au sein d’une petite équipe CEA attentive et bienveillante tout en restant connecté à la recherche universitaire via le Laboratoire d’Aérologie de Toulouse. Il pourra à la fois devenir un spécialiste en recherche appliquée dans le domaine météorologique et acquérir des compétences numériques et scientifiques valorisables en entreprise.

Développement des traitements par Intelligence Artificielle d’une station de mesure et prévision

Le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) lance un projet appelé « MultiMod'Air » consistant à développer en 2 ans un prototype de station de mesure et de prévision de la qualité de l'air dite « intelligente ».
Ce projet pluridisciplinaire implique une vingtaine d’ingénieurs et de chercheurs du CEA, spécialisés chacun dans un domaine particulier.
Le sujet proposé consiste à mettre au point différentes briques d’Intelligence artificielle (IA) en commençant par quelques étapes, maitrisées mais innovantes, de correction par Réseau de Neurones Artificiels (RNA) des mesures de qualité de l’air effectuées par des capteurs à bas coût, ainsi que des prévisions météorologiques au niveau de la station.
Le cœur du travail de recherche concernera la mise au point d’une prévision de la pollution au niveau de la station par apprentissage sur les évènements passés.
Le post-doc sera encadré par un météorologue et par un spécialiste en IA. Il sera assisté d’un ingénieur IA pour les traitements de données.

Top