Informations générales
Entité de rattachement
Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service des citoyens, de l'économie et de l'Etat.
Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité sur un socle de recherche fondamentale. Le CEA s'engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l'Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs.
Implanté au cœur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA dispose d'un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l'international.
Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
• La conscience des responsabilités
• La coopération
• La curiosité
Référence
2025-37671
Description du poste
Domaine
Mathématiques, information scientifique, logiciel
Contrat
Stage
Intitulé de l'offre
Stage Simulations HPC d'écoulements diphasiques par LBM H/F
Sujet de stage
Contexte général
Les systèmes passifs de transfert thermique, et en particulier les boucles de circulation naturelle [1], suscitent un intérêt croissant pour leur capacité à assurer des échanges de chaleur sans dispositif mécanique ni pompe. Ces systèmes exploitent les différences de masse volumique induites par des gradients thermiques pour générer un écoulement diphasique naturel du fluide caloporteur présent sous forme liquide et vapeur. La compréhension fine des phénomènes physiques intervenant dans ces boucles – tels que les régimes d'écoulement, les instabilités, la stratification thermique ou encore les transitions de régime – est essentielle pour garantir leur bon fonctionnement dans des contextes industriels exigeants. Pour cela, l'utilisation de la simulation numérique (CFD – Computational Fluid Dynamics) permet d'accéder à une description détaillée des champs de vitesses, de températures, et des comportements dynamiques.
Durée du contrat (en mois)
6
Description de l'offre
Objectifs du stage
Le sujet du stage consiste à mettre en œuvre des simulations CFD d’écoulements de la branche chaude de la boucle, dans laquelle les écoulements sont diphasiques et générés par une source de chaleur.
Le modèle mathématique est établi à partir de la théorie du champ de phase qui modélise les effets capillaires par des interfaces diffuses. Dans cette approche, les modèles mathématiques de changement de phase peuvent se formuler (a) par les équations de Navier-Stokes incompressibles couplées à une équation de Allen-Cahn ; ou bien (b) en version compressible bas Mach avec une loi d’état de type van der Waals. Ces modèles sont développés dans le code HPC du CEA LBM_Saclay, écrit en C++, qui simule les équations aux dérivées partielles (EDPs) par la méthode de Boltzmann sur réseaux (Lattice Boltzmann Method – LBM) [2].
Le sujet de stage consiste à étudier une nouvelle application physique impliquant des écoulements diphasiques avec changement de phase et vise à enrichir la base de cas tests de LBM_Saclay [3]. Le travail pourra s’appuyer sur de la littérature existante sur le sujet (e.g. en incompressible [4]). On réalisera ensuite plusieurs simulations comparatives d’écoulements diphasiques par sensibilité aux paramètres pertinents du modèle. Des simulations 3D pourront être réalisées en exploitant les différents clusters de calculs de GPUs (supercalculateur Topaze-A100 du CEA, ou Jean-Zay de l’IDRIS).
Contacts
alain.cartalade@cea.fr
Références
[1] P. Boyer, Etude expérimentale des phénomènes dynamiques dans les thermosiphons diphasiques, Ph.D. thesis, Université de Toulouse, IMFT (2024).
[2] T. Krüger, H. Kusumaatmaja, A. Kuzmin, O. Shardt, G. Silva, E. Viggen, The Lattice Boltzmann Method. Principles and Practice, Springer, 2017. doi:10.1007/978-3-319-44649-3.
[3] CEA, Code LBM_Saclay, Dépôt Git – Documentation (2025).
[4] W. Verdier, P. Kestener, A. Cartalade, Performance portability of lattice Boltzmann methods for two-phase flows with phase change, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 370 (2020) 113266. doi:10.1016/j.cma.2020.113266.
Moyens / Méthodes / Logiciels
Méthode de Boltzmann sur réseaux, Navier-Stokes, modèle à champ de phase, C++ dans LBM_saclay
Profil du candidat
Le stage d'effectuera au sein du laboratoire LDEL du STMF qui regroupe des compétences sur les aspects LBM et les modèles à champ de phase. Ce travail se réalisera en collaboration avec un expert des systèmes passifs. La durée recommandée est de 6 mois pour un début effectif au CEA–Saclay au premier trimestre 2026.
Le profil requis est celui d’un Mastère 2 ou d’une dernière année d’école d’ingénieur ayant un goût prononcé pour le calcul scientifique, la modélisation physique et la programmation en C++.
À l’issue du stage, l'étudiant(e) aura la possibilité de poursuivre en thèse sur un sujet connexe intitulé "Simulations HPC diphasiques par méthodes de Boltzmann sur réseaux et adaptation automatique de maillage".
Localisation du poste
Site
Saclay
Localisation du poste
France, Ile-de-France, Essonne (91)
Ville
Gif-sur-Yvette
Critères candidat
Diplôme préparé
Bac+5 - Master 2
Possibilité de poursuite en thèse
Oui
Demandeur
Disponibilité du poste
01/03/2026
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