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.
Modèle de rupture d'agglomérat et homogénéisation par simulations DEM : Calibration avec des micro-compressions tomographiques dans la ligne de faisceau de rayons X Soleil
Le processus de fabrication de la céramique de référence comprend trois étapes principales : le broyage, le pressage et le frittage. Le compactage des granulés pendant le pressage repose sur trois étapes principales de densification : le réarrangements par déplacement, le compactage par déformation et l'agglomération des fractures par compression. Ce projet de recherche vise à explorer l'influence de l'étape de pressage sur le comportement de la microstructure pendant le processus de frittage. L'étude porte sur une poudre composée d'agglomérats dont la microstructure est basée sur un mélange homogène de TiO2-Y2O3, TiO2 et Y2O3 sont respectivement utilisés comme substituants pour UO2 pour PuO2. Ces agglomérats cassable sont constitués de particules élémentaires incassables, synthétisés par granulation cryogénique (CGSP) [1].
Des études récentes menées sur la ligne Anatomix du synchrotron Soleil [2] ont validé les résultats des micro-compressions tomographiques, en accord avec la théorie de Kendall (Fig. 1). Les expériences comprenaient des essais de micro-compression cyclique unidirectionnelle sur des agglomérats soumis à un simple cycle de charge et de décharge jusqu'à la rupture.
Les post-traitements tomographiques ont permis de mieux décrire la porosité, et d'appréhender l'initiation et la propagation des fissures. Plusieurs études de simulation DEM ont également été utilisées pour explorer (modéliser ?) le comportement des agglomérats sous chargement dynamique ou quasi-statique avec et sans rupture, sans toutefois calibrer complètement le modèle de rupture [3], [4], [5].
Calculs d'évolution à grande échelle avec code Monte-Carlo de transport de neutrons
L'un des principaux objectifs de la physique des réacteurs modernes est d'effectuer des simulations multi-physiques fidèles du comportement d'un cœur de réacteur nucléaire, avec une description détaillée de la géométrie à l'échelle des crayons de combustible. Les calculs multi-physiques en conditions nominales impliquent un couplage entre un solveur de transport pour les neutrons et les précurseurs, des solveurs thermiques et thermohydrauliques pour le transfert de chaleur, et un solveur Bateman pour calculer l'évolution isotopique du combustible nucléaire au cours d'un cycle du réacteur. L'objectif de ce post-doc est de réaliser un tel calcul entièrement couplé, à l'aide de PATMOS, une mini-app Monte-Carlo pour le transport de neutrons, et de la plateforme de couplage C3PO, toutes deux développées au CEA. Le système cible est un cœur de la taille d'un réacteur commercial.
Simulation des écoulements multiphasiques réactifs gaz-liquide
L'objectif de ce travail postdoctoral est de développer et mettre en œuvre une méthode de simulation pour la modélisation d'incendies provoqués par une pulvérisation de sodium. Pour cela, deux aspects du problème sont à considérer: tout d'abord, il est nécessaire de proposer une représentation adéquate des gouttelettes de sodium (phase dispersée) depuis leur génération par un jet (phase séparée) jusqu'à leur comportement (mouvement, oxydation, combustion) dans l'atmosphère. Cela nécessite de dériver un modèle d'écoulement' prenant en compte plusieurs composants avec plusieurs régimes topologiques d'interface (dispersé et séparé). Deuxièmement, il est nécessaire de développer une stratégie de discrétisation robuste pour ce modèle d'écoulement complexe.
Le travail numérique sera mis en œuvre dans un nouvel outil numérique pour effectuer des simulations d'incendies provoqués par la pulvérisation de sodium développé au CEA. Cet outil est basé sur la bibliothèque CanoP. Canop est une bibliothèque conçue pour résoudre des problèmes de dynamique des fluides numériques en utilisant une approche de raffinement de maillage adaptatif basée sur des cellules et un calcul parallèle.
Application de la méthode Hybrid-High-Order (HHO) pour le traitement des effets non locaux en plasticité cristalline via une approche micromorphe
La description du comportement des matériaux à l’échelle cristalline est l’objet de nombreux travaux universitaires et présente un intérêt croissant dans les études de R&D à vocation industrielle. Cette description se fait classiquement à l’aide de lois de comportement décrivant l’évolution locale de l’état microstructural du matériau : déformation (visco-)plastique, densité de dislocations, etc. Le principal moteur de cette évolution est la cission résolue, projection de la contrainte locale sur chaque système de glissement du cristal.
Le formalisme de ces lois de comportement locales est aujourd’hui bien établi, que l’on considère des transformations infinitésimales ou des transformations finies, et bénéficie d’un support particulier au sein du générateur de code MFront. L’utilisation de MFront permet le partage des lois entre les solveurs du CEA (Manta, Cast3M, Europlexus, AMITEX_FFTP) et EDF (code_aster, Europlexus).
L’objectif du post-doctorat est de mettre en place une stratégie numérique robuste, permettant de résoudre de manière fiable des problèmes de structure utilisant des lois de plasticité cristalline non locales et garantissant la transférabilité des lois entre les codes du CEA et d’EDF.
Méthodes robustes de pilotage indirect du chargement pour la simulation de structures en béton armé
Les algorithmes de pilotage indirect (« path-following ») sont généralement employées pour décrire des réponses structurales instables caractérisées par des « snap-backs » et/ou des « snap-troughs ». Dans ces formulations, l’évolution des actions extérieures (efforts/déplacements) est calculée pendant la simulation pour satisfaire un critère de pilotage donné. Adapter le chargement externe pendant le calcul est utile pour obtenir la solution du problème, mais également pour réduire le nombre d’itérations à convergence. Ce second aspect est d’une importance primordiale, notamment pour les calculs à grande échelle (c.-à-d., à l’échelle de la structure). Différentes formulations « path-following » ont été proposées dans la littérature. Malheureusement, un critère objectif pour choisir une formulation plutôt qu’une autre pour la simulation de la réponse de structures en béton armé (BA) (en présence de mécanismes dissipatifs différents et complexes) n’est pas encore disponible. Le travail proposé portera sur la formulation d’algorithmes de pilotage indirect du chargement adaptés pour simuler des structures BA.
Accélération GPU d’un code de transport déterministe DSN 3D en neutronique.
Dans le cadre des Programmes Transversaux de Compétences (PTC), les équipes du DES/ISAS/DM2S et celles du CEA-DIF montent une collaboration sur le portage GPU de leurs codes de transport déterministe en neutronique.
D’un côté, les équipe du DES/ISAS/DM2S sont en charge du développement et de la prospective sur les codes de calcul de neutronique déterministe pour la physique des réacteurs, en particulier le code APOLLO3®. De l’autre, le laboratoire de neutronique du CEA-DIF est impliqué dans le développement des codes de neutronique déterministe utilisés dans le cadre du programme Simulation.
Les deux unités cherchent aujourd’hui à préparer l’arrivée d’une nouvelle génération de supercalculateurs massivement dotés en GPU. Elles entament simultanément des études de faisabilité et de prospective sur cette thématique. Parce que les problématiques à étudier, la démarche mise en œuvre et les conclusions qui en seront tirées peuvent largement être mutualisées, il a été identifié un fort intérêt pour créer des synergies entre les deux unités. Ces synergies passent par la mise en place d’échanges réguliers et ont abouti à l’ouverture d’un poste de post-doctorat commun. Ce poste sera accueilli par les équipes du SERMA au CEA Saclay, mais constituera l’interface privilégiée entre les deux unités.
Le sujet de post-doctorat a pour objectif d’étudier le portage d’un code-jouet de neutronique déterministe DSN3D sur GPU.
Il s’appuie sur les expériences de portage déjà réalisées dans les deux unités d’accueil sur la base d’approches complémentaires : une approche haut-niveau est choisie côté DES au travers de la plate-forme Kokkos, tandis qu’une approche bas-niveau en langage Cuda est retenue côté CEA-DIF.
Modélisation multi-échelle de la structure et la mobilité des petits amas de défauts dans les métaux
L’irradiation par des particules de haute énergie provoque dans les matériaux cristallins la formation de défauts lacunaires et interstitiels. En migrant dans le matériau ces défauts peuvent se recombiner avec leur anti-défaut, s’éliminer sur des défauts étendus (surface, dislocation, joint de grain) ou former des amas de défauts. La structure et la mobilité des amas d’auto-interstitiels est une question encore largement ouverte. Début 2012 nous avons proposé une nouvelle structure tridimensionnelle périodique pour ces amas dans les métaux de structure cubique centrée, par opposition à la morphologie classique de la boucle bidimensionnelle [1]. La structure cristalline sous-jacente correspond à la phase de Laves C15. Ils se forment directement dans les cascades de déplacements et peuvent croître en capturant des auto-interstitiels. Ils constituent ainsi un nouvel élément important à prendre en compte dans les prévisions des évolutions microstructurales des matériaux à base de fer sous irradiation. Le principal enjeu maintenant est d’éclaircir plusieurs questions ouvertes : la stabilité relative des nouveaux amas en comparaison avec les amas traditionnels pour les tailles intermédiaires, les chemins de réaction qui relient les amas traditionnels aux C15, la cinétique d’interaction des nouvelles amas avec les boucles de dislocations, les effets de température finie etc.
Développement d’une mesure de Xe et Kr par « Cavity RingDown Spectroscopy » pour l’amélioration de la sûreté des réacteurs à neutrons rapides
L’augmentation de la demande énergétique mondiale a incité plusieurs pays à travailler sur des réacteurs nucléaires de 4ième génération, économes en minerai, plus sûrs, moins proliférant et générant des déchets moins toxiques. Dans ce cadre, la France doit concevoir le démonstrateur ASTRID, un réacteur à neutrons rapides, refroidi au sodium. Des techniques analytiques innovantes sont étudiées pour améliorer la sûreté et le pilotage du réacteur. L’apparition de faibles quantités de produits de fission xénon et krypton dans le ciel de pile, constitué d’argon, indique une rupture de gaine de combustible. La détection rapide, sensible et sélective (isotopique) de ces gaz rares par la technique CRDS (Cavity RingDown Spectroscopy) est en cours de développement et d’évaluation au CEA Saclay. Cette activité s’insère au département de physico-chimie (DPC) dans le service d’étude du comportement des radionucléides (SECR), dont une des missions est le développement des techniques d’analyse de gaz. Le service collabore avec D. Romanini du LIPhy, à l’Université J. Fourier de Grenoble, pour les mesures de traces par CRDS et OFCEAS (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy).
Un banc de mesure CRDS couplé à une décharge luminescente a été mis en œuvre et mesure des fractions molaires inférieures à la partie par milliard de xénon dans l’argon. Pour quantifier les différents isotopes, le candidat devra prendre en compte la saturation optique de la transition dans l’analyse des données expérimentales. Les mesures optimisées et caractérisées pourront être ensuite appliquées au krypton.
A. Pailloux & al., depôt de brevet 11 62436 (2011)
P. Jacquet, A. Pailloux, submitted to J. Anal. Atom. Spectrom. (2013)
N. Sadeghi, J. Plasma Fusion Research 80 (9), pp 767-776 (2005)
Etude du couplage neutronique-thermohydraulique dans les coeurs RNR-Na hétérogènes
Dans le cadre du développement du prototype ASTRID (Advanced Sodium Test Reactor for Industrial Demonstration) un processus de mise à jour des méthodes de calcul du cœur est initié. Ces méthodes bénéficieront du développement des calculs à hautes performances ainsi que des capacités de couplage avancé des codes de nouvelle génération. L’objectif est d’intégrer ces méthodes dans les démonstrations de sûreté à venir avec en particulier les méthodes couplées neutronique, thermo-hydraulique et physique du combustible.
Parmi ces méthodes, les couplages neutronique/thermo-hydrauliques diphasiques sont envisagés en particulier pour les études de sûreté de type :
• Perte de réfrigérant (Loss Of Flow transients)
• Passage d’incondensables gazeux
Ces couplages sont particulièrement pertinents pour l’analyse de réacteurs hétérogènes (exemple du réacteur CFV) dont la démonstration de sûreté repose en partie sur un calcul fidèle des fuites neutroniques.