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Passage à l'échelle des simulations de dynamique des dislocations pour l'étude du vieillissement des matériaux du nucléaire

Matériaux et applications Mathématiques - Analyse numérique - Simulation Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Les matériaux utilisés dans les systèmes nucléaires de production d'énergie sont soumis à des sollicitations mécaniques, thermiques et d'irradiation, conduisant à une évolution progressive de leur tenue mécanique. La compréhension et la modélisation des mécanismes physiques impliqués est un enjeu important.

La simulation par Dynamique des Dislocations vise plus particulièrement à comprendre le comportement du matériau en simulant de façon explicite les interactions entre les dislocations, la microstructure ainsi que les défauts cristallins induits par l'irradiation. Le CEA, le CNRS et l'INRIA développent à cet effet le code de calcul NUMODIS qui s'appuie en partie sur un parallélisme hybride MPI/OpenMP. L'objectif du travail proposé est de mettre en place de nouveaux algorithmes et outils numériques pour étendre les fonctionnalités du code, paralléliser certaines parties encore traitées séquentiellement et finalement permettre des simulations massives sur plusieurs centaines de milliers de cœur.

Le calcul des interactions à longue distance effectué par la méthode des multipôles dans la théorie élastique isotrope devra ainsi être étendue à la théorie anisotrope, au calcul des champs de déplacements, aux défauts généralisés et aux conditions aux limites périodiques. Des algorithmes d'intégration en temps avancés (subcyling) seront également explorés en combinaison avec une gestion asynchrone des collisions entre dislocations.

Le candidat recherché aura une formation en informatique et mathématiques appliquées. De bonnes bases en mécanique ou science des matériaux seront un atout pour la réussite de cette thèse. Le candidat évoluera dans une équipe encadrante constituées de physiciens spécialisés dans la théorie des dislocations, et de spécialistes du calcul haute-performance.
Essentiellement basé au CEA Saclay, il sera amené à effectuer régulièrement des séjours à l'INRIA Bordeaux pour travailler avec le directeur de cette thèse. A la frontière entre plusieurs disciplines, le candidat aura l'occasion de développer des méthodes numériques de pointe au service d'outils de compréhension du comportement mécanique des matériaux du nucléaire.

Un stage préliminaire de Master 2 visant à prendre en main le code NUMODIS , ainsi que librairie multipôles ScalFMM développée à l'INRIA Bordeaux, est également proposé.

Laboratoire

Département de Recherche sur les Matériaux et la Physico-chimie pour les énergies bas carbone
Service de Recherche en Matériaux et procédés Avancés
Laboratoire d’étude du Comportement Mécanique des Matériaux
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