Accélération des simulations numériques du stockage souterrain de gaz par les techniques d'intégration verticale améliorées

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Stage M2 - Accélération des simulations numériques du stockage souterrain de gaz par les techniques d'intégration verticale améliorées

Le stockage souterrain d'énergie fait intervenir des phénomènes physiques complexes, couplés et multi-échelles. Leur compréhension, qui est essentielle pour la planification et l'évaluation des risques, requiert des simulations numériques intensives en taille de domaine et en nombre d'exécutions. Le coût extrêmement élevé en temps de calcul de ces simulations a suscité le développement de nombreux modèles simplifiés qui consomment moins de ressources.

Parmi ceux-ci, les modèles dits d'équilibre vertical (VE) ont l'avantage de réduire le problème tridimensionnel de départ à un problème bidimensionnel sous une hypothèse sur les temps de ségrégation des phases qui n'est vérifiée que dans certaines régions. Une fois ce problème bidimensionnel résolu, il est facile et peu onéreux de reconstruire la solution le long de chaque colonne.

Introduits dans les années 1970, les modèles VE ont rencontré un certain succès et ont connu plusieurs évolutions. La plus récente, proposée par Beatrix Becker (Université de Stuttgart), consiste à ajuster dynamiquement les fronts entre les zones VE (2-D) et les zones non-VE (3-D) au moyen d'un critère quantitatif. Malgré des gains notables en performance, la méthode présente encore quelques défauts en termes de rapidité et de précision.

L'objectif de ce stage est d'explorer les amélioration possibles d'une partie des procédures numériques non optimales impliquées dans le code de calcul VE développé par l'Université de Stuttgart.

Cette partie concerne la détermination de la hauteur du panache de gaz comme fonction de la position dans le fond du domaine. Pour chaque position considérée, cette hauteur est la racine d'une équation scalaire fortement non linéaire, ce qui pose de sérieux problèmes de convergence et de lenteur à la méthode de Newton. Nous envisageons d'appliquer les techniques de préconditionnement récemment proposées pour remédier à ces difficultés.

Mots clés. écoulement en milieu poreux, schéma de volumes finis, méthode de Newton, préconditionnement non linéaire

Compétences :

Formation en calcul scientifique et analyse numérique,

• connaissances solides de programmation C++,
• anglais fluide

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