Développement de métamodèles pour la simulation rapide des ondes de choc

Contexte :

Les explosions dans l’air génèrent des ondes de choc, appelées ondes de souffle, dont les effets mécaniques sur les structures peuvent être dévastateurs. Afin de prédire ces effets, le CEA DAM a développé plusieurs outils de calcul complémentaires, simulant les effets des ondes de souffle avec des degrés de précision et des coûts d’utilisation variés.
Il existe un premier code de calcul, haute-fidélité, qui modélise toute la complexité du champ d’ondes 3D, avec la prise en compte de la topographie et de bâtiments de forme complexe. Ce code demande cependant des ressources conséquentes, qui sont fournies par les supercalculateurs du CEA DAM. Un second code de calcul 2D, beaucoup plus rapide, simplifie la physique du problème en ne résolvant que l’évolution de la géométrie du front de choc. Ce second solveur est moins précis et ne peut pas prédire de manière satisfaisante certains indicateurs mécaniques tels que l’impulsion mécanique produite par l’onde de souffle sur le sol ou sur les bâtiments. Ces deux codes sont relativement lourds à mettre en oeuvre et sont donc peu adaptés aux urgences opérationnelles, aux quantifications des incertitudes et aux problèmes d’optimisation.

Objectif :

L’objectif du post-doctorat est de développer des métamodèles, c’est-à-dire des modèles de substitution à réponse rapide. Ces métamodèles seront construits à partir d’un apprentissage statistique réalisé sur les sorties des deux codes de simulation mentionnés ci-dessus. De cette manière, les métamodèles établiront un lien simplifié entre les paramètres d’entrée (caractérisation de la source explosive, topographie, géométrie des bâtiments) et les sorties d’intérêt (champs de surpression, impulsions, durée de phase positive).
La principale activité de recherche du(e la) post-doctorant(e) sera de développer une méthodologie pour générer ces métamodèles, en prenant en compte les spécificités du problème physique considéré. Le(a) post-doctorant(e) disposera d’une grande liberté sur le choix de la méthodologie (krigeage, train de tenseurs, réseau de neurones…). Cependant, étant donné la cohabitation de deux codes de simulation, une approche multi-fidélité serait a priori souhaitable. L’application des métamodèles aux ondes de choc étant un sujet très peu exploré dans la littérature scientifique, le(a) post-doctorant(e) bénéficiera d’opportunités de publications. Il(elle)disposera également d’un accès unique aux ressources des supercalculateurs de la DAM pour réaliser la phase d’apprentissage.
Une fois la méthodologie choisie, des métamodèles opérationnels seront générés en prenant en compte la topographie 2D/3D, et validés sur des topographies réalistes. L’estimation des erreurs associées à ces modèles de substitution serait souhaitable. Par ailleurs, une preuve de concept d’une approche multi-fidélité, et/ou une preuve de concept pour la prise en compte des bâtiments.
Sont attendues au moins une publication scientifique, et la participation à au moins un congrès/workshop.

CENTRE

DAM – Île-de-France
Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon
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CONTACT

TERRANA Sébastien
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