Outils modulaires scalables pour les simulations complexes multiphysiques et multi-échelles. Application à la propagation d’ondes de choc en milieux complexes – MAPIE

De part son large spectre d’applications, la simulation et la modélisation de la propagation d’ondes en milieux complexes reste un sujet majeur. En effet, ces phénomènes font intervenir des problèmes multi-physiques très complexes et sont présents dans des domaines très variés allant de l’astrophysique, la dynamique des gaz et celles des structures, les sciences des matériaux jusqu’à la nouvelle génération de propulseurs. Le but du projet MAPIE est de mettre au point des méthodes numériques innovantes permettant de résoudre des problèmes multi-échelles et multi-physiques en tirant parti du calcul massivement parallèle. Dans le cadre de ce projet, l’accent sera mis sur les phénomènes de propagation d’ondes dans les milieux complexes parmi lesquels figurent, en mécanique des fluides, la turbulence compressible et les détonations, et en dynamique des structures linéaire, la propagation haute fréquence des ondes et leur atténuation dans les milieux hétérogènes (matériau poly-cristallin) ou solides cellulaires (nids d’abeille ou mousses), ou dans des cas plus contraignants, impact et pénétration à grande vitesse de milieux composés de matériaux multiples conduisant à des déformations des structures fortement non-linéaires. Le projet s’articule autour du concept de modularité, le couplage multi-physique reposant sur des codes adaptatifs distincts et spécialisés dans la modélisation des divers phénomènes mis en jeu. Deux codes serviront de cadre pour le développement et l’application de différents modèles et méthodes. Le premier, CHOC-WAVES, développé au laboratoire CNRS CORIA, est un code d’ordre élevé en différences finies dédié à la simulation des grandes échelles en aérodynamique compressible. Le second, OOFE, est un code éléments finis orienté objet pour la mécanique des structures et développé au laboratoire CNRS MSSMat de l’Ecole Centrale Paris.

Les simulations menées en mécanique des fluides et des structures sont très gourmandes en moyen de calcul. Pour y répondre, MAPIE s’appuie sur les calculateurs massivement parallèles des grands centres nationaux, dans le cadre des projets GENCI. L’objectif est de démontrer l’efficacité, la portabilité et la performance des algorithmes existants ou nouveaux qui seront mis en œuvre dans un environnement de calcul intensif.

L’intégration et la validation des modèles physiques efficaces ainsi que les expériences numériques conduites dans le cadre de ce projet, tout comme le post-traitement des résultats et la visualisation du fluide permettront d’améliorer significativement la fiabilité des résultats et de gagner davantage en efficacité, flexibilité et coût de calcul.

Une des ambitions du présent projet est d’améliorer les outils numériques existants et d’en développer de nouveaux permettant de repousser les limites du calcul scientifique en mécanique des fluides et structures.