Conception et validation de schémas de calcul neutroniques innovants pour les coeurs de réacteurs nucléaires sans bore soluble

Dans le cadre du projet NUWARD™, le CEA est en charge du développement et de la validation des schémas de calcul neutroniques de référence en appui à la conception du réacteur.
Au sein du SERMA/LPEC, le candidat participera aux développements de schémas de calcul innovants dédiés au coeur du réacteur NUWARD™ mettant en œuvre des modélisations avancées du code déterministe de nouvelle génération APOLLO3®, ainsi qu'à la réalisation des études pour la vérification et la validation des schémas développés.

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.

Cascade de circulicité en turbulence compressible

Dans le cadre de ce post-doctorat, nous proposons d'étudier les propriétés des petites échelles d'une turbulence homogène compressible forcée, et cela au travers de relations statistiques exactes de type Monin-Yaglom. L'idée, détaillée dans la référence [1], est de comprendre comment s'organise le transfert de circulicité dans la zone inertielle. La circulicité est une grandeur associée au moment angulaire et, par extension, aux mouvements tourbillonnaires. L'analyse de ses propriétés inertielles permet de compléter la description de la cascade d'énergie déjà mise en évidence dans de précédents travaux [2,3].

L'objectif du post-doctorat sera de réaliser et d'exploiter des simulations directes de turbulence compressible homogène avec forçage, de façon à mettre en évidence les propriétés inertielles de la circulicité.

Pour cela, le(la) post-doctorant(e) disposera d'un accès au très grand centre de calcul (TGCC) ainsi que d'un code, Triclade, résolvant les équations de Navier-Stokes compressibles [4]. Ce code ne possède pas de mécanisme de forçage et la première tâche du(de la) post-doctorant(e) consistera donc à ajouter cette fonctionnalité. Une fois cette tâche accomplie, des simulations seront réalisées en faisant varier la nature du forçage et notamment le rapport entre ses composantes solénoïdales et dilatationnelles. Ces simulations seront ensuite exploitées en analysant les termes de transfert de la circulicité.

[1] Soulard and Briard. Submitted to Phys. Rev. Fluids. Preprint at arXviv:2207.03761v1
[2] Aluie. Phys. Rev. Lett. 106(17):174502, 2011.
[3] Eyink and Drivas.Phys. Rev. X 8(1):011022, 2018.
[4] Thornber et al. Phys. Fluids 29:105107, 2017.

Simulations massivement parallèles de piles à hydrogène PEM

L'objectif est d'améliorer le code TRUST-FC développé conjointement par le LITEN/DEHT/SAMA et DES/ISAS/DM2S/STMF/LGLS pour la simulation fine des piles à hydrogène PEM et de l'appliquer à des géométries réelles. Financé par le laboratoire virtuel commun AIDAS (CEA/FZJ), un premier travail a permis de construire le modèle électro-chimique et fluidique complet basé sur le code CEA TRUST, et de le comparer avec son homologue basé sur OpenFoam. Suite à cela, le candidat adaptera l'ensemble de la chaine de calcul à des maillages de taille croissante pour arriver à des maillages de plaques bipolaires complètes de plusieurs centaines de millions d'éléments. D'autre part, il introduira des modèles d'écoulements diphasiques afin d'adresser les enjeux technologiques actuels(problèmes d'assèchement ou de noyage local).
Cet ambitieux projet est activement soutenu par une collaboration étroite avec la DES et avec FZJ.

Accélération par GPU d'un code de dynamique des gaz préexistant.

Le code Triclade, développé au CEA-DAM, est un code DNS tridimensionnel écrit en C++ MPI résolvant les équations de Navier-Stockes compressibles pour un mélange binaire de gaz parfaits sur des maillages cartésiens. Il est utilisé, en particulier, pour simuler le mélange turbulent se produisant aux interfaces entre fluides sous l'effet d'instabilités hydrodynamiques.

Le(a) candidat(e) aura pour tâche l'amélioration des performances de l'application en mettant en place un nouveau degré de parallélisme basé sur une programmation sur carte graphique (GPU). Le code ainsi produit devra réduire au mieux la divergence entre les approches CPU et GPU, en permettant notamment d'unifier les appels aux fonctions calculatoires de manière à masquer l'utilisation explicite des accélérateurs. Pour ce faire, il (elle) pourra se baser sur une API existante (telle que Kokkos), ou, suivant les besoins, des directives de précompilations (telles que OpenMP). Le(a) candidat(e) sera amené(e) à collaborer fortement avec plusieurs autres équipes travaillant autour de l'accélération GPU.
Une bonne connaissance de la programmation C/C++, des systèmes distribués (calculateurs) ainsi que de la programmation sur carte graphique seront nécessaires à la concrétisation de ces objectifs. Des connaissances en mécanique des fluides seraient appréciées.

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