Stage : Stratégie de forçage et de contrôle pour générer des fluctuations dans les simulations H/F
Vous intégrez le Laboratoire de l'Incendie et des Explosions (LIE) du Service des Agressions Internes et risques Industriels (SA2I) rattaché à la Direction de la Recherche et de l'Expertise en Sûreté à Cadarache. Le SA2I réalise des expertises concernant la maîtrise des risques d'incendies, d'explosions et induits par l'activité humaine et des travaux de R&D dans ces mêmes domaines et plus généralement de la thermique et de la mécanique des fluides réactifs. Il initie, réalise ou suit des études et des recherches propres à répondre aux besoins
de l'expertise dans son domaine de compétences. Au sein du service, le LIE a pour objectif principal d'améliorer la connaissance sur les risques incendie et explosion en milieu confiné et ventilé et de développer les modélisations physiques
associées. Cette connaissance est capitalisée par le développement de logiciels scientifiques à champ et à zones pour simuler les scénarios d'incendie et d'explosion en milieux représentatifs des installations
nucléaires. Il vient en soutien aux unités qui réalisent des expertises de sûreté et des
programmes expérimentaux par l'utilisation de ces logiciels
La simulation d'écoulements turbulents peut être réalisée selon différentes approches, en fonction
des échelles temporelles et spatiales résolues. La simulation numérique directe (DNS) vise à résoudre
l'intégralité du spectre énergétique ; elle est par conséquent réservée à des simulations très spécifiques en
raison des ressources de calcul considérables qu'elle requiert. En pratique, deux approches principales
sont donc privilégiées dans le domaine de l'ingénierie : les équations de Navier-Stokes moyennées selon
Reynolds (RANS) et la simulation des grandes échelles (LES). La première approche adopte un point
de vue statistique et consiste à décrire les écoulements turbulents au moyen d'équations de transport
pour les moments principaux (vitesse moyenne, énergie cinétique turbulente . . .). Les champs de vitesse
et de pression moyens ainsi calculés peuvent être considérés comme moyennés à la fois dans l'espace
(à une échelle inférieure à la résolution du maillage) et dans le temps (selon une définition restant à
préciser), de sorte qu'ils ne rendent pas compte de la dynamique propre de l'écoulement. La seconde
approche repose sur un filtrage des équations de Navier-Stokes permettant de capturer l'énergie des
tourbillons jusqu'à l'échelle définie par la résolution du maillage ; si elle offre généralement de meilleures
capacités prédictives, elle implique un coˆut de calcul plus élevé que l'approche RANS.
Les approches hybrides tentent de pallier les limitations de chaque méthode en combinant les approches
RANS et LES sur la base de techniques dites zonales ou continues. L'une des difficultés d'une telle
approche réside dans la génération de fluctuations de vitesse au sein d'une zone de transition située
entre les domaines RANS et LES. Différentes stratégies ont été proposées pour assurer une génération
efficace des fluctuations turbulentes et réduire cette zone de transition, souvent appelée ”zone grise”.
Le stage proposé s'inscrit dans le cadre de cette problématique et vise à générer une turbulence synth
étique au travers d'un terme de forçage. Il s'agira de rendre cette turbulence synthétique aussi
réaliste que possible en visant certaines caractéristiques cibles. L'objet du stage consistera à évaluer
différentes stratégies de contrôle, y compris l'apprentissage par renforcement, pour entretenir
une turbulence homogène et isotrope dans une boˆıte à conditions aux limites périodiques selon les
trois directions. Une attention particulière sera portée au niveau d'énergie cible ainsi qu'aux moments
statistiques d'ordre élevé. Les simulations seront réalisées à partir du logiciel CFD opensource
CALIF3S développé à l'ASNR (https://gforge.irsn.fr/gf/project/calif3s/) et de la
bibliothèque open-source d'apprentissage par renforcement dragonfly développée au CEMEF (https:
//arxiv.org/html/2505.03778v1).
École d'ingénieur et/ou M2R en thermohydraulique ou énergétique et transferts ou mathématiques appliquées
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