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Parallélisation de simulations physiques utilisant un modèle de Boltzmann multi-phases et multi-composants en vue d’un épandage de GNL sur sol.

Julien Duchateau - Manuscrit partie 1 et partie 2

mercredi 9 décembre 2015 à 14h00

amphi Parreau


Le GNL est un gaz naturel constitué à 90% de méthane et d’un mélange d’hydrocarbures qui a subi une liquéfaction pour faciliter son transport sur de longues distances, généralement par voie maritime à bord d’un navire spécialisé que l’on appelle « Méthanier ». En passant d’un état gazeux à l’état liquide à -163˚C, son volume est divisé par 600. Son utilisation domestique ou industrielle nécessite finalement que le GNL repasse à l’état gazeux. Un terminal méthanier est actuellement en construction à proximité du port de Dunkerque et sa mise en fonctionnement est prévue pour décembre 2015. Ces ports sont généralement connectés à un ou plusieurs gazoducs de grande taille, ou équipés en systèmes de traitement et de transport du GNL, avec notamment des réservoirs de stockage temporaire, ainsi que des unités de gazéification (par réchauffage du gaz qui peut alors être injecté dans les tuyaux des réseaux de distribution). L’exploitation d’une très grosse quantité de GNL nécessite l’évaluation du risque, car le GNL est un gaz inflammable voire explosif au delà d’un certain niveau de concentration dans l’air. Maîtriser le risque passe alors par une meilleure connaissance du comportement du GNL. Les accidents sont généralement imprévisibles, mais l’expérience, la connaissance physique et la modélisation de son comportement ont pour objectif de mieux prévoir l’impact d’un scénario nouveau ou standard, voire de mieux prévenir les accidents ou de se protéger des conséquences. C’est dans ce cadre que le projet Innocold-Simulation s’inscrit.

Dans le cadre de ce projet, un noyau de simulation a été mis en place permettant la simulation de phénomènes incluant plusieurs composants physiques en interaction. Ce noyau de simulation a été mis en place en parallèle aux travaux décrits dans cette thèse. Ces travaux concernent l’implémentation et l’optimisation des calculs sur des structures multiprocesseurs du noyau de simulation sur de gros domaines de simulation liés à une géométrie complexe. La réalisation de simulations physiques complexes sur de grandes installations, telles qu’un terminal méthanier, soulève de nombreuses problématiques sur le plan informatique. Les calculs de dynamique des fluides impliquent généralement une grosse quantité de calculs ainsi qu’une quantité extrêmement importante de mémoire à gérer. L’optimisation et la parallélisation des algorithmes de calculs sont donc des éléments indispensables afin de pouvoir réaliser ces simulations dans des temps acceptables.

Cette thèse a pour but de mettre en place des solutions permettant de pouvoir traiter et paralléliser de grands domaines de simulation en vue d’un épandage sur un site industriel. Pour cela, différentes architectures ont été considérées telles qu’un processeur central multi-cœurs, un processeur graphique ou encore plusieurs processeurs graphiques. Des solutions permettant d’obtenir une parallélisation efficace de notre noyau de simulation sur plusieurs processeurs graphiques sont étudiées. Une approche de maillage progressif du maillage de simulation est également abordée pour gérer dynamiquement la quantité de mémoire nécessaire pour simuler en fonction des besoins de la simulation et de sa progression. Son intégration sur une architecture de calcul composée de plusieurs processeurs graphiques est également mise en avant. Finalement, une solution de type « out-of-core » a été mise en place pour traiter des cas où la mémoire liée aux processeurs graphiques est insuffisante pour simuler. En effet, les processeurs graphiques disposent généralement d’une quantité de mémoire nettement inférieure à celle de la RAM du processeur central. La mise en place d’un système d’échanges efficace entre les processeurs graphiques et la RAM est donc essentielle.