Rencontres SMAI Mathématiques - Industrie
[ENERGIE]
Vendredi 17 Juin 2016
Contact : C. Gout et I. Ciotir
avec le support de :
La 20ème Rencontre SMAI Mathématiques-Industrie ont eu lieu le Vendredi 17 Juin à l'INSA Rouen :
de 9h30 à 17h (Dumont d'Urville, Amphi Curie, B-RJ-02-CURIE).
COMPTE RENDU DE LA JOURNEE >>>
Intervenants prévus:
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 Sylvain Delacroix Arnaud Fur E. Rivoalen (LOFIMS) |
 Marie-Sophie Cabot Patrick Bousquet-Melou |
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Programme
A partir de 9h15 : Accueil café-viennoiseries
10h : P. Alexandre LCV, C. Gout (LMI)
10h45 : P. Deglaire ADWEN, N. Warncke ADWEN, V. Moureau (CORIA)
11h30 : A. Caruso, EDF.
12h15 : Déjeuner offert pour les participants : Novotel Rouen Sud
14h : A. Zoia, J. Segré, S. Kokh CEA
14h45 : S. Delacroix, A. Fur, IFREEMER - EEL ENERGY, E. Rivoalen (LOFIMS)
15h30 : E. Rouland AREELIS, I. Danaila (LMRS)
16h : Marie-Sophie Cabot et Patrick Bousquet-Melou (CRIANN)
16h15 : TBA.
Fin
Résumés
| Development of a numerical wind tunnel for wind turbines under realistic conditions par Norbert Warncke et Paul Deglaire ADWEN 76800 Et Etienne du Rouvray |
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Abstract : The aim of the INWIT project partly funded by the Normandy region is the development of a toolbox for the simulation of a wind turbine under realistic, unsteady conditions. For the flow solver, we rely on the Boundary Element Method (BEM) as a compromise between simpler, steady-state models and the more accurate, but also computationally more costly CFD tools. Both detailed (CFD) and wind-turbine scale simulations (BEM) require a lot of computational power with different concurrency levels. Within the Large-Eddy Simulation framework, CFD necessitates to solve large linear systems using thousands of threads in parallel.
Parallel and sequential efficiency are equally important. Inversely, BEM methods require a high sequential computational efficiency, getting closer to real time, in order to enable the computation of thousands of operating conditions for the certification of wind turbines. For both approaches, it is important to leverage the computational power of future computing architectures (GPU, Many-core architectures). Furthermore, our presentation will address some of the issues that we have encountered in the development process in more details:
- Going beyond the collocation point method : fulfilling the boundary conditions pointwise only (at the collocation points) allows the use of fast analytical formulas for the surface integrals of the boundary element method, but does have disadvantages in terms of convergence and the numerical properties of the matrix of the LSE to solve. On the contrary, the Galerkin solution of the von Neumann problem provides a positive definite and symmetric matrix, but at the cost of more expensive numerical integration. We present the ideas that have been used in the literature and our tests and findings.
- Reducing the computational time of the simulations ie going below O(N^2) : to reduce the most computationally costly part of the flow solver, we work together with a group from Coria to implement a Fast Multipole Method for the self-induction of the wake. Our aim is to reduce the complexity, while preserving all properties of an incompressible fluid flow model
- Reduced order models, coupled structural mechanics and control : a positive definite and symmetric matrix allows to create a reduced order model of the flow solver, something that might further reduce the computational time needed. Deriving a LSE for the structural part, both can be solved simultaneously. Finally, linearising both the flow solver and the structural dynamics is required for the design and optimisation of the controller. These are three ideas for the future, but we would like to make use of the opportunity to discuss them with the audience.
| Des mathématiques appliquées dans l’éolien et le solaire par Philippe Alexandre La Compagnie du Vent - Groupe ENGIE Le Triade II - 215 rue Samuel Morse - CS 20756 34967 Montpellier cedex 2 |
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Résumé : La loi sur la transition énergétique adopté courant 2015 repose sur des objectifs ambitieux notamment sur la part des énergies renouvelables (32%) dans le mix énergétique d’ici à 2030. Elle prévoit en particulier un nouveau mécanisme de rémunération appelé à progressivement tendre vers la vente sur le marché, comme toute énergie conventionnelle et mature. Cette situation crée alors des exigences en terme de maîtrise du caractère intermittent et fatal de ces énergies, et accentue l’intérêt de creuser des problématiques liées à la prédiction court terme, au stockage de l’énergie, à l’évaluation de la performance des centrales, à la gestion SmartGrid de l’électricité ou encore à l’au-consommation… Autant de sujets annonçant un fort développement numérique et logiciel, reposant inévitablement sur des algorithmes complexes donc sur de la recherche en mathématiques. Petit tour d’horizon (non exhaustif) sur les maths appli dans les EnR.
| Quelques défis de la simulation Monte Carlo pour la physique des réacteurs par Andrea Zoia CEA Saclay |
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Résumé : Nous allons détailler deux des défis des méthodes de Monte Carlo pour la simulation du transport des neutrons dans les cœurs des réacteurs nucléaires.
En conditions stationnaires, la simulation Monte Carlo des systèmes critiques se base sur le suivi des chaines de fission, dans le cadre de l'algorithme de « l'itération de la puissance » (power iteration). La phase de convergence des neutrons vers l'équilibre (le mode
fondamental) et ensuite les fluctuations de la population neutronique autour de l'équilibre sont affectées par l'effet des corrélations spatiales induites par les événements de fission, et des phénomènes parasites (« clustering ») viennent contaminer l'échantillonnage du mode fondamental et l'estimation de sa variance.
Pour les problèmes non-stationnaires, le suivi des trajectoires des neutrons dans l'espace des phases élargi, comprenant position, vitesse et temps, nécessite la prise en compte d'un deuxième type de particules (dites « précurseurs »), dont le temps de vie est largement supérieur (d'un facteur 105) à celui des neutrons : la simulation Monte Carlo de ces systèmes « à deux échelles de temps » demande donc le développent de techniques de biaisage adaptées au transport cinétique.
| Applications des matériaux à changements de phase par Eric Rouland AREELIS 675 Rue Isaac Newton, 76800 St Etienne du Rouvray |
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Résumé : La présentation va démarrer avec une présentation de la société, et des liens avec l'Université de Rouen.
On focalisera ensuite sur l'utilisation des Matériaux à Changement de Phase (MCP) pour le refroidissement de composant/système électronique embarqué en insistant sur :
- la technologie,
- les applications,
- le développement des MCP et le besoin en modélisation, en lien avec le projet M2NUM (collaboration avec I. Danaila).
Un intérêt particulier sera porté sur l'utilité pour l'entreprise de la modélisation des phénomènes mis en jeu (matériau, changement de phase, thermique, intégration industrielle,...).
| Caractérisation du fonctionnement d’une hydrolienne à membrane ondulante par Sylvain Delacroix & Arnaud Fur Eel Energy 60 rue de Folkestone 62200 Boulogne sur Mer |
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Résumé : Une première partie sera constituée par une présentation des travaux de R&D (développements de modèles analytique/expérimentaux/numériques) liés à la technologie Eel Energy.
Un focus particulier concernera des travaux en cours de développement d'un code d'interaction fluide/structure dédié.
| Enjeux de modélisation et de simulation à EDF pour la production d'électricité par Ange Caruso EDF R&D – EDF Lab Paris-Saclay Délégation Technologies et Systèmes d'Information, Bur O3C.14A 7, Boulevard Gaspard Monge, 91120 Palaiseau |
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Résumé : Un industriel comme EDF a besoin de maitriser le comportement de ses infrastructures de production d’énergie (nucléaire, thermique, ENR,...), des réseaux électriques, mais également le management de l’énergie. L’objectif est d’améliorer la sureté, la performance, la durée de vie des systèmes, mais également d’optimiser les process. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire de mieux comprendre les différents phénomènes physiques rencontrés dans les infrastructures, par exemple : les composants de production nucléaire (enceinte de confinement, cuve de réacteur, générateur de vapeur, assemblage combustible), les réseaux électriques (optimisation) ou management d’énergie (qualité de l’électricité). Il s’agit donc de gagner des marges (de sureté, de fonctionnement, d’optimisation). Les études sont réalisées via différents codes de calcul développés en propre à EDF R&D. L’usage de la simulation, notamment intensive via le HPC, permet de nouvelles approches et de nouvelles perspectives. On montrera quelques exemples d’applications illustrant les enjeux liés à l’énergie.
| Présentation du Centre Régional Informatique et d'Applications Numériques de Normandie par Marie Sophie Cabot et Patrick Bousquet-Melou CRIANN 76800 St Etienne du Rouvray |
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Résumé :
Mésocentre de calcul pour la Normandie, le CRIANN propose une plateforme de calcul intensif qui constitue un outil mutualisé pour les chercheurs des laboratoires publics de la ComUE Normandie Université. Il assure en outre la découverte, la formation et la prise en main du calcul intensif à l’échelle régionale et s'articule ainsi avec les moyens de calcul nationaux et européens.
L’ensemble des moyens pour le calcul intensif (matériels, logiciels, service d’assistance aux utilisateurs) constitue le Pôle Régional de Modélisation Numérique (PRMN) qui est cofinancé par la Région Normandie, l’État et l’Union Européenne. Le CRIANN est en particulier l’un des centres de calcul régionaux du projet Equip@meso (Investissements d’Avenir 2011) coordonné par GENCI.
La principale ressource de calcul du CRIANN est actuellement constituée d’un super-calculateur nommé ‘Antares’ de type grappe x86-64, de la gamme IBM iDataPlex. Sa mise en production a commencé en fin d’année 2010, et elle comporte actuellement 3048 coeurs de calcul, auxquels s’ajoutent 624 cœurs appartenant à l’Ecole Centrale de Nantes. Son renouvellement est prévu prochainement.
Le service d’assistance scientifique forme et accompagne les chercheurs pour une utilisation optimale des ressources de calcul, en particulier dans l’optimisation de leurs codes sur architecture parallèle.
L’accès aux ressources est gratuit pour les laboratoires académiques français sous condition de déposer un dossier à l’appel à projet scientifique réalisé deux fois par an. Un service payant est accessible aux industriels.
Sur les 17 M.heures de calcul produites annuellement sur le calculateur Antares, une bonne part concerne des applications qui peuvent être directement reliées à l’énergie, puisque la mécanique des fluides (écoulements réactifs ou non) constitue généralement de l’ordre de 70-80% de ce volume. En matériaux, certaines applications sont également liées à l’énergie, comme par exemple mise au point de nouveaux matériaux conducteurs d’électricité (laboratoire GPM).
Enfin, le CRIANN est le porteur de l’une des 7 plateformes régionales retenues pour le volet «Accompagnement de proximité et sur mesure» du projet SiMSEO, coordonné au plan national par Teratec et GENCI. SiMSEO a pour objectif de faciliter l’accès des PME/TPE/ETI françaises à la simulation numérique et au calcul intensif.
Mis à jour le 17/06/2016
Org. : C. Gout et I. Ciotir (LMI, Rouen) et V. Moureau (CORIA, Rouen),
avec le soutien d'Annalisa Ambroso (SMAI),
Stéphane Cordier et Richard Fontanges (Labex AMIES),
This workshop is supported by
SMAI (Société des Mathématiques Appliquées et Industrielles),
Labex AMIES,
FR CNRS 3335 Normandie Mathématique,
& le projet M2NUM (GRR LMN - Normandie, FEDER).
