Stage - Optimisation d'Un Solveur Parallèle pour la Modélisation du Contact H/F CEA

Le stage est proposé sur le site du CEA Cadarache à 30 minutes d'Aix en Provence dans le sud-est de la France. L'institut IRESNE mène des activités de R&D sur les combustibles nucléaires dans l'objectif d'accroître la sûreté et la performance des réacteurs actuels et de développer les combustibles des réacteurs du futur.

Les matériaux intervenants dans les réacteurs nucléaires sont le siège de nombreux phénomènes physiques complexes et couplés lors de leur utilisation. Pour simuler le comportement des combustibles nucléaires, la modélisation des interactions thermiques et mécaniques lors d'un contact entre solides est primordiale (contacts entre fragments de combustible et avec la gaine qui entoure le combustible).

Bien que le sujet du contact soit ancien et abordé par de nombreux travaux de recherche, il y a peu de méthodes disponibles et efficaces pour modéliser correctement le contact de solides déformables sur des maillages de grande taille et sur calculateurs hautes-performance.

La méthode du troisième corps est une formulation implicite utilisée en mécanique des contacts. Les corps en contact sont intégrés dans un milieu (nommé troisième corps), qui devient de plus en plus rigide lors d'une compression. Bien qu'approximative, la méthode du troisième corps possède de bonnes propriétés mathématiques et numériques qui la rendent attractive vis-à-vis d'autres méthodes de modélisation du contact plus anciennes.

L'objectif du stage est de transformer un code séquentiel mettant en oeuvre la modélisation du contact par la méthode du troisième corps avec le solveur éléments finis MANTA, vers une version parallèle. De plus, différents solveurs linéaires creux parallèles seront investigués (typiquement ceux disponibles dans la bibliothèque PETSc ou MUMPS). En effet les solveurs directs et les solveurs itératifs possèdent des propriétés et comportements différents lorsqu'on les emploie sur machine parallèle. Des benchmarks sur supercalculateur permettront d'évaluer si les solveurs itératifs (combinés avec des préconditionneurs adaptés), sont des solutions viables pour résoudre les systèmes linéaires issus de la méthode du troisième corps.

Un autre but sera d'étudier la performance des simulations sur supercalculateur (étude de scalabilité).

Si la durée du stage le permet, une implémentation sera réalisée aussi avec le solveur éléments finis MFEM-MGIS. Des benchmarks seront engagés pour comparer MANTA (https://cea.hal.science/hal-03688160/) versus MFEM-MGIS (https://joss.theoj.org/papers/10.21105/joss.07719).