Les progrès en précision des codes de calcul neutronique ont pour contrepartie un volume de calcul nettement plus important qu’avec le code historique et industriel, ce qui malgré les optimisations algorithmiques accroît les temps de résolution.

Une application particulièrement sensible à l’enjeu de performance temporelle est l’« outil d’aide au pilotage » des réacteurs. Installé en salle de commande d’une tranche, il simule en continu l’état physique du cœur en fonctionnement. Ce jumeau numérique offre aux opérateurs à la fois une vision physique détaillée de l’état courant du cœur, et permet la simulation prédictive à plusieurs heures des conséquences d’une action donnée des opérateurs à l’instant t, fournissant un précieux outil d’aide à la décision. Si de tels calculs bénéficieraient naturellement du passage au nouveau code COCAGNE de la chaine EDF-FRAMATOME, la contrainte en performance, requérant des prédictions bien plus rapides que le temps réel, rend cette évolution inenvisageable sur les machines actuelles en l’absence d’une refonte radicale de l’effort computationnel de ces simulations. Les méthodes de réduction de modèle (« Reduced Order Modelling »), en reportant la masse des calculs sur une phase d’entraînement amont, afin de construire une approximation fidèle des résultats en un temps minimal en phase aval de production, constituent un paradigme de méta-modélisation à erreur contrôlée particulièrement adéquat au contexte exigeant de l’aide au pilotage de réacteur.

Objectif du stage :

Un premier module de simulation par modèle d’ordre réduit du transport neutronique dans le code de cœur COCAGNE adoptera le cadre théorique suivant :

• La méthode visera la réduction des calculs neutroniques statiques et quasi-statiques, à paramètre de point de fonctionnement du cœur variable, par l’approche « non-intrusive » en priorité.
• Un module hors-ligne construira la base réduite par « Principal Order Decomposition », à partir d’un espace paramétrique d’entraînement choisi, qui pourra faire l’objet d’optimisations automatiques.
• Un module en-ligne reconstruira la solution par interpolation, où différents moteurs pourront être testés (Splines, Gaussian Processes, etc.), à partir d’un nouveau point de fonctionnement.

Nous proposons dans ce stage de construire et développer ce module, puis de le tester dans le contexte de calculs prédictifs d’aide au pilotage. Cela comprendra :

• le développement de ses modules constitutifs, sur la base d’une architecture globale définie, en particulier des composantes i) de création de la base réduite et ii) de résolution par interpolation;
• l’étude de performance du module sur différentes configurations d’essai, ouvrant la possibilité de comparer des variantes de moteur d’interpolation, voire de construction de base réduite.
  
  

Après le développement d’un noyau minimal, les nombreuses voies possibles pour le module seront sélectionnée selon les performances observées et l’intérêt du stagiaire.

Compétences développées au cours du stage :
Les schémas de calcul neutronique seront abordés au cours de ce stage permettant d’enrichir les connaissances du stagiaire sur l’ensemble des étapes du calcul neutronique, des choix de modélisation et de leurs impacts sur les performances des résultats de calcul. Cela s’accompagne d’une formation aux enjeux du développement de codes industriels (COCAGNE), allant de pair avec les notions d’informatique scientifique et de calcul haute performance. Enfin ce projet impliquera une familiarisation progressive avec la branche mathématique de la réduction de modèle pour la résolution accélérée d’équations aux dérivées partielles.

Profil recherché : 
3ème année d'école d'ingénieur, Master 2 avec une formation solide en analyse numérique et calcul scientifique et un intérêt fort pour le développement informatique (Python/Fortran).

Une compétence en neutronique serait un plus.

Le sujet pourrait si validation se poursuivre par une thèse.