Calcul intensif pour la modélisation des conducteurs supraconducteurs à haute température critique

Le laboratoire est une unité mixte CNRS, CentraleSupelec, Université Paris-Saclay et Sorbonne Université. Créé en 2015, il est le fruit de la fusion du LGEP (Laboratoire de Génie Electrique de Paris, unité mixte d’origine) avec une partie de l’équipe d’accueil d’ex-Supélec et l’équipe d’accueil L2E (Laboratoire d’Electronique et d’Electromagnétisme) de Sorbonne Université. Il est installé sur le campus de CentraleSupélec de l’Université Paris-Saclay à Gif-sur-Yvette et sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Université à Paris.

Pour réduire notre dépendance aux énergies fossiles et ralentir les effets du réchauffement climatique, on assiste depuis quelques années à une électrification massive dans plusieurs domaines tel que les transports et l’énergie. Pour répondre aux besoins en électricité il est nécessaire améliorer les dispositifs de production et de transport. Par souci de place et de poids, on se tourne vers de nouveaux matériaux comme les supraconducteurs à haute température critique(HTC) car ceux-ci peuvent transporter des courant 60 fois plus important que ceux transportés par les conducteurs classiques comme le cuivre.

On retrouve déjà ces supraconducteurs HTC dans des prototypes, de câbles de transport d'électricité,  de moteurs électriques, d'aimants pour appareils IRM et  tokamaks pour la fusion. Pour réduire les coûts de développement de tels dispositifs il est nécessaire d'améliorer les outils de dimensionnement et particulièrement les rendre plus rapide.

La méthode des éléments finis de Nédélec est celle que l’on rencontre en majorité dans les travaux de modélisation des supraconducteurs. Elle est utilisée dans de nombreux travaux de dimensionnement, avec des résultats conformes aux mesures expérimentales. Néanmoins, dans les cas complexes nécessitants des maillages fins de plusieurs centaines de milliers de DOF, les temps de simulation deviennent,très importants. Pour accélérer ces calculs éléments finis, des procédures de parallélisation de code sont alors mises en place.

Un couplage à une méthode de décomposition de domaine pour une meilleure efficacité de la méthode FEM sur les super-calculateurs à plusieurs centaines de noeuds de calculs à été proposés. Au sein de notre équipe nous avons développé également un code volume fini DDFV (Duality Discrete Finite Volume) utilisable sur des super-calculateurs et validé sur des cas simples de supraconducteur massif.

L'idée de ce stage est de construire des modèles complexes éléments supraconducteurs HTC tel que des câbles CORC ou de Rutherford. L'objectif est de mener une comparaison de l'utilisation des approches éléments finis et volumes finis sur des super-calculateurs pour la modélisation de dispositifs complexes supraconducteurs nécessitant la résolution de grands systèmes à plusieurs millions de dégrées de libertés (DOFs). On pourra orienter cette comparaison sur la rapidité, facilité d'utilisation, adéquation avec l'objectif expérimental. Lorsque cela s'avèrera possible, on implémentera de nouveaux outils pour améliorer le code maison volume. 
 

Etudiant en Master 2 recherche ou en dernière année d'école d'ingénieur, intéressé par la simulation numérique. Il devra être à l'aise, en programmation (Python, C, C++, Fortran, ....), avec les procédures MPI pour le calcul parallèle, avec les solveurs comme PETSc, et avec les outils de maillage comme Gmsh. Des connaissances solides sur les méthodes de discrétisation (éléments finis, volumes finis) sont fortement souhaitées. Une poursuite en thèse est fortement espérée.