Pour évaluer la sûreté des installations nucléaires, le CEA développe, valide et utilise des outils de simulation en thermohydraulique. Il s'intéresse en particulier à la modélisation des écoulements diphasiques eau-vapeur par différentes approches de la plus fine à la plus intégrale. La simulation fine (DNS, Simulation Numérique Directe diphasique) joue un rôle particulier en produisant des données de référence, ensuite comparées aux modèles à plus grande échelle.

Pour produire ces données, le service a développé une méthode de simulation fine diphasique (Front-Tracking). Cette méthode est implémentée dans notre code Open-Source de thermo-hydraulique: TRUST/TrioCFD (code orienté objet, C++) [1]. La méthode Front-Tracking offre une grande précision des résultats mais elle est associé au suivi d'un maillage surfacique mobile et déformable (le Front), immergé dans une grille volumique fixe (maillage dit Eulerien). La qualité de ce maillage est importante. Les interactions entre les deux grilles sont complexes, en particulier au niveau de la gestion des conditions aux limites.

Pour satisfaire aux contraintes HPC (Calcul Haute Performance), une refonte importante du code a été entreprise il y a 10 ans, afin d'évaluer le gain de performance lié à l'utilisation d'une discrétisation structurée couplée à la création d'un solveur multi-grille et à l'utilisation intensif de la vectorisation. Une application très spécifique (nommée TrioIJK), dédiée aux écoulements en canal plan est ainsi née, puis a évoluée pour prendre en compte les écoulements diphasiques. Elle est utilisée intensivement pour des simulations massivement parallèles.

D'un point de vue informatique, le code est intégralement écrit en C++ et se base sur un parallélisme de type SPMD (Single Process Multiple Data) mis en œuvre grâce au standard MPI. Les domaines de calcul (Eulérien et le Front) sont découpés en sous-parties traitées chacune par un processeur. L'échange d'information entre les processeurs se fait par l'adjonction aux bords de chaque sous-domaine d'éléments fantômes (ghost cells) servant de vecteur d'échange avec les processeurs voisins.
D'un point de vue physique, et afin de simuler un domaine d'étude d'étendue infinie dans certaines directions, des conditions limites périodiques sont appliquées sur certains bords du domaine. Ainsi dans ces directions les grandeurs physiques se raccordent continûment d'un bord à l'autre du domaine. Il est alors difficile de maintenir la connectivité nécessaire sur le Front pour évaluer la courbure par exemple. En pratique, l'implémentation informatique sous-jacente de la périodicité fait appel à un domaine étendu dans lequel le front d'interface est dupliqué artificiellement de part et d'autres des bords du domaine. Ce mécanisme lourd et complexe rend le code peu flexible et alourdit inutilement son empreinte mémoire.

[1] TRUST/TrioCFD website - http://www-trio-u.cea.fr

Mots clés : LGLS, CFD