Modélisation numérique de systèmes couplés fluide structure multi-échelles : méthodes hybrides avancées pour la réduction des incertitudes sur les limites de stabilité et l’optimisation de la fiabilité de barrières de sûreté nucléaire – Baresafe

BARESAFE est un projet de recherche consacré au développement de modèles et de méthodes numériques avancées pour la simulation de systèmes multi-physiques de grande taille en mécanique. Il porte sur l’analyse de la stabilité de systèmes dynamiques soumis à des écoulements turbulents externes et vise à établir des cartes de stabilité précises, exploitables dans le cadre du design des échangeurs de chaleur. L’objectif est d’aboutir à des modèles adimensionnels, fixant les limites de stabilité avec une précision optimale, valables pour une variété de configurations en dépit de la grande taille des systèmes considérés. Le défi réside dans la prédiction d’effets locaux influençant des systèmes globaux. Aussi, la combinaison de plusieurs stratégies numériques adaptées simultanément à la résolution de systèmes multi-physiques, multi-échelles et de grande taille est requise. Fondés sur des concepts empiriques, les modèles heuristiques mis en œuvre usuellement dans le cadre des analyses de stabilité pâtissent d’une certaine insuffisance en terme de capacités prédictives. Par ailleurs, les approches numériques basées sur la résolution de systèmes dynamiques couplés restent coûteuses en raison des aspects multi-physiques et du grand nombre de degrés de liberté utilisés. Dans ce contexte, l’expérience étant hors de portée et la simulation numérique inévitable restant prohibitive, le projet propose une stratégie hybride combinant les avantages des solutions numériques locales et empiriques globales.
Le projet se décompose comme suit : WP1 modélisation, WP2 développement de schémas numériques pour la résolution de systèmes couplés, WP3 optimisation de l’environnement de Calcul Haute Performance (HPC), WP4 simulation numérique de cartes de stabilité et WP5 diffusion et dissémination de solveurs, algorithmes et solutions numériques à travers des librairies et bases de données Opensource, grâce à la plate-forme d’intégration de couplage multi-physique multi-échelle Opensource commune aux partenaires Salomé. L’objectif est la modélisation numérique de la turbulence et son interaction avec des obstacles mobiles pour permettre l’analyse de la stabilité de systèmes dynamiques sans dégradation des modèles ni recours à des raffinements de grille proche paroi pénalisants et consommateurs de temps CPU. D’un point de vue numérique des méthodes hybrides avancées sont proposées pour aborder le passage à l’échelle réelle tout en contrôlant les erreurs d’approximation, les incertitudes et la précision des solutions. Des formulations discrètes optimales en espace et en temps pour la résolution de systèmes couplés en présence d’interfaces non compatibles sont développées. Des algorithmes optimisés pour le calcul massivement parallèle par des méthodes itératives sont proposés. Le gain escompté en terme de scalabilité est de l’ordre de 100 pour l’utilisation de milliers de processeurs et de systèmes atteignant un milliard de degrés de liberté.
Tous ces développements sont possibles grâce aux concours de l’ensemble des partenaires : académiques (IMFT, IMFS, LaMSID and IRIT) spécialistes dans le domaine des méthodes numériques en mécanique et HPC et industriels du domaine nucléaire (EDF, CEA et AREVA) partageant un besoin commun en terme d’optimisation des capacités prédictives des modèles de stabilité à l’échelle réelle. Les résultats auront un impact majeur sur les projets commandités par les Autorités de Sûreté Nucléaire (ASN) et relatifs à la fiabilité des barrières de sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP)
Le programme d’une durée de 4 ans est proposé dans le cadre de l’appel à projets MN 2011 pour un montant de 3500 k€ incluant 27% de la part de l’ANR. Pour sa contribution majeure au développement d’une plate-forme d’intégration logicielle multi-physique Opensource, le projet sollicite un Label auprès du Pôle de Compétitivité SystemAtic (auquel contribuent d’ores et déjà certains partenaires).