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Calculs hautes performances, méthodes numériques (CMN)

Le CMN est un groupe de travail transversal sur les méthodes numériques, codes de calcul et supercalculateurs avec pour mission d'harmoniser les développements numériques et les pratiques informatiques du laboratoire.

Projet 1. dNami

À completer

Projet 2. Développement d’un code Lattice-Boltzmann et portage GPU

Les activités de simulations numériques instationnaires du laboratoire comportent un axe de recherche autour des méthodes « Lattice Boltzmann » (LBM). Ces activités, portées par Simon Marié, sont réalisées à l’aide du code de Recherche PyLB développé par le laboratoire depuis 2016. Elles se focalisent sur 3 aspects principaux :
  1. La modélisation LBM des écoulements multi-espèces miscibles pour l’étude d’instabilités de type Saffman-Taylor et a fait l’objet de la thèse de Lucien VIENNE soutenue en 2019. Cet aspect a permis notamment la validation des modèles pour la simulation de la digitation visqueuse à 3 espèces.
  2. L’étude numérique de la LBM et la comparaison du schéma avec d’autres type d’approche. Cet aspect a fait l’objet de plusieurs collaborations avec le laboratoire M2N du CNAM pour la comparaison avec les méthodes Vortex à remaillage, puis avec l’ONERA dans le cadre de la thèse d’Alexandre SUSS sur la comparaison de solveurs LBM/Navier-Stokes et le couplage zonal des 2 méthodes. Cette dernière collaboration a permis de montrer l’intérêt du couplage des 2 méthodes dans le contexte de simulations instationnaires en présence de paroi.
  3. L’étude des écoulements instationnaires en présence de milieu poreux pour les faibles nombres de Darcy. Ce dernier aspect a fait l’objet d’une collaboration avec le laboratoire M2N et s’intéresse notamment à l’étude des transitions de sillage en aval de parois poreuses ainsi qu’à l’étude de la couche limite au voisinage de cette parois.
L’ensemble des activités LBM du laboratoire a été appuyé par des heures de calculs sur les centres nationaux HPC à travers les projets A5, A7, A9, A11 et A13. Le code PyLB a également été récemment porté sur les architectures GPU acquises par le laboratoire en 2022.

Projet 3. Développement d’outils de haute performance

L'importance du HPC pour la CFD ne peut être surestimée. Les simulations CFD utilisent des modèles mathématiques complexes pour représenter les comportements des fluides, ce qui nécessite des calculs numériques intensifs pour résoudre les systèmes d’équations différentielles partielles non linéaires. L'HPC permet aux chercheurs de réaliser ces calculs rapidement et efficacement, ce qui leur permet de tester de nombreux scénarios différents en peu de temps. Cela est particulièrement important pour la conception et l'optimisation de systèmes tels que les ailes d'avion ou les turbomachines, où chaque petit changement peut avoir un impact significatif sur les performances.

Les méthodes numériques sont également essentielles pour la CFD. Les équations qui décrivent les mouvements des fluides sont souvent trop complexes pour être résolues analytiquement, il est donc nécessaire d'utiliser des méthodes numériques pour approximer les solutions. Les méthodes numériques modernes sont très sophistiquées et permettent de résoudre des problèmes CFD complexes avec une grande précision.

Le laboratoire DynFluid a pour objectif de surveiller les avancées technologiques et les paradigmes de programmation émergents, en vue d'utiliser de manière efficiente les ressources disponibles dans les centres de calcul intensif. Ceci, dans le but de réaliser des études scientifiques portant sur des phénomènes de physique des écoulements d'une grande complexité, nécessitant une quantité considérable de ressources de calcul.

Une pratique courante dans cette thématique consiste à optimiser les codes du laboratoire en fonction des compilateurs, des méthodologies de calcul et des langages de programmation adaptés à l'architecture informatique cible. Cette activité contribue au développement d'outils numériques de haute performance au sein du laboratoire, ainsi qu'à la publication de travaux scientifiques dans ce domaine, tels que :