Portage sur GPU d'un solveur d'élasticité linéaire discrétisé par la méthode des éléments virtuels

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.

Portage sur GPU d’un solveur d’élasticité linéaire discrétisé par la méthode des éléments virtuels

La méthode des éléments virtuels (VEM) est une extension de la méthode des éléments finis qui permet de discrétiser des équations aux dérivées partielles sur des maillages polyédriques généraux.

Ce type de discrétisation est utilisé dans le domaine des géosciences, où les maillages doivent être construits de manière conforme afin de respecter les interfaces entre les différentes couches géologiques. La forme des mailles est alors fortement influencée par la stratification des couches, leur érosion et la présence de failles. Un raffinement local du maillage peut également être mis en œuvre afin d’obtenir des solutions plus précises dans certains sous-domaines.

Une version linéaire de la méthode VEM a été implémentée à IFPEN à l’aide de l’API de la plateforme Arcane. Elle peut être utilisée par un simulateur d’écoulement en milieux poreux pour estimer la déformation de ces milieux à la suite de l’injection de gaz — notamment du CO₂ ou de l’H₂ — dans le sous-sol.

Objectif

Cette implémentation permet actuellement d’effectuer des calculs en mémoire partagée. L’API d’Arcane offre toutefois des outils permettant de réaliser des calculs sur accélérateurs GPU, ce qui pourrait accroître les performances de résolution des systèmes poroélastiques.

Le CEA a développé l’application open source ArcaneFEM, qui exploite ces mécanismes dans le contexte de la méthode des éléments finis. L’objectif de ce stage, mené conjointement avec la Direction des énergies du CEA-Saclay, est de s’appuyer sur l’expérience acquise dans le cadre de cette application afin de l’adapter à la méthode des éléments virtuels, qui présente de fortes similitudes avec la méthode des éléments finis pour l’assemblage des systèmes linéaires associés. Des bibliothèques telles qu’Alien pourront ensuite être utilisées pour résoudre de grands systèmes linéaires creux sur ce type d’architecture

Profil recherché

Étudiant·e en deuxième année de master ou en dernière année d’école d’ingénieur, suivant une formation en analyse numérique et en calcul scientifique, avec un très bon niveau en programmation C++.

• Une expérience de la programmation sur GPU serait un atout, mais n’est pas indispensable : la plateforme Arcane fournit déjà des outils destinés à réduire la complexité de ce type de développement.