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Sujet de stage Master 2013-2014
Etude comparative de m´ethodes de Calcul Haute Performance
(HPC)
Application sur la simulation (SPH et/ou VOF) d’un
´ecoulement complexe a` surface libre
Contacter:
M.REZOUG Mehdi, E-mail: mrezoug@adm.estp.fr, T´
el: 01 49 08 24 47.
M.KRIMI Abdelkader, E-mail: akrimi@adm.estp.fr , T´
el: 01 49 08 24 47.
Adresse:
28, avenue du Pr´esident Wilson . 94234 Cachan cedex

Lieu de stage
Le stage sera d´eroul´e au sein de l’Institut de Recherche en Constructibilit´e (IRC) en g´enie
civil, qui est cr´e´e en d´ecembre 2009 pour optimiser les moyens, coˆ
uts, d´elais de r´ealisation et
´
performances des projets de construction-r´ehabilitation-am´enagement. Il est situ´e dans l’Ecole
Sp´eciale des Travaux Publics, du bˆ
atiment et de l’industrie (ESTP), grande ´ecole d’ing´enieurs
et de techniciens sp´ecialis´es conducteur de travaux en France.

1

Contexte

Les ´ecoulements `
a surface libre sont caract´eris´es par le contact direct de la surface du fluide en
´ecoulement avec l’air ambiant. L’une des derni`eres grandes difficult´es de la simulation num´erique
dans ce domaine est li´ee aux probl`emes de reconstruction d’interfaces (fluide/air), telle que l’on
en rencontre dans les ´ecoulements complexes avec d´eferlement (ex : ´ecoulement des crues `
a
proximit´e des obstacles, autour d’´eoliennes off-shore ou d’hydroliennes, r´eservoirs d’un m´ethanier
”LNG tankers”,. . . ). Depuis une dizaine d’ann´ees, la simulation de ce type d’´ecoulement voit
ses limites sans cesse repouss´ees grˆ
ace au d´eveloppement de nouvelles m´ethodes rendant la
simulation d’´ecoulements comportant des topologies complexes de surface libre, non seulement
envisageables mais aussi tr`es pr´ecise. Nous citons ici deux parmi les plus pertinentes ; la premi`ere
utilise une approche eul´erienne ; l’´ecoulement du fluide est d´etermin´e en r´esolvant les ´equations
de Navier-Stokes et la surface libre est pr´edite par une m´ethode de capture d’interface appel´ee
”Volume Of Fluid” (VOF). La seconde est fond´ee une l’approche lagrangienne appel´ee ”Smooth
Particule Hydrodynamics” (SPH) ; elle a pour principe d’assimiler le fluide a un grand nombre
de particules en interaction.

2

Probl´
ematique

Une des grandes probl´ematiques d’impl´ementation de ces m´ethodes et de r´eussir `a trouver
un bon compromis entre la pr´ecision de pr´ediction de la surface libre et le temps de calcul important n´ecessaire `
a la reconstruction de cette derni`ere. Assurer une simulation pr´ecise d’un
probl`eme d’´ecoulement `
a surface libre avec un mod`ele SPH demande en contre partie d’augmenter sensiblement le nombre des particules repr´esentant le fluide, entraˆınant une augmentation
1

importante du nombre d’interactions entre celles-ci. Cependant un nombre ´elev´e de particules
densifie le calcul ce qui implique une consommation importante des ressources informatiques et
un temps de simulation ´elev´e. Quant `
a la m´ethode VOF, une proc´edure d’adaptation de maillage
tr`es raffin´e au voisinage de l’interface Fluide/Fluide (i.e. la surface libre) est indispensable. Bien
´evidemment cette op´eration engendre, tout comme la m´ethode SPH, un temps de calcul tr`es
long.

3

Objectif

Plusieurs solutions sont possibles pour r´epondre `a la probl´ematique pos´ee, n´eanmoins certaines sont tr`es couteuses et elles sont le plus souvent ´ecart´ees. Celle envisag´ee pour ce travail
de recherche consiste `
a appliquer une strat´egie de calcul haute performance (HPC). Nous allons
tenter `a travers une ´etude comparative entre trois m´ethodes HPC, bas´ees sur le parall´elisme
(i.e. MPI (Message Passing Interface), GPU (Graphics Processing Unit) et hybride CPU/GPU),
d’identifier celle qui satisfait au mieux le compromis Pr´ecision/Temps de calcul/Coˆ
ut de calcul.
Les m´ethodes de calcul sont `
a d´evelopper et `a impl´ementer dans un code de programmation
C++ et, au final, `
a valider par un code de mod´elisation commerciale ANSYS-Multiphysiques.
Un cas d’application ” Benchmark 2D ”d’un ´ecoulement `a surface libre g´en´er´e par une rupture
de barrage sera ´etudi´e.

NB :
Ce stage s’inscrit dans le cadre d’un travail de th`ese d´emarr´e cette ann´ee `a l’IRC/ESTP.
Le stagiaire sera donc accompagn´e et aid´e, en permanence, par le doctorant et son ´equipe
d’encadrement.

Mots cl´
es :
Calcul parall`ele ( MPI, GPU/CUDA), Programmation C++, SPH, VOF, ´ecoulement
`a surface libre.

Comp´
etences requises :
Maitrise de la programmation
souhaitable.

C++, des connaissances sur la mod´elisation

2

CFD est


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