développement des méthodes et des outils dans la cadre du programme de simulation de l’andra

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Dveloppement des mthodes et des outils C TR ACSS 07-0044 - *Journes Scientifiques MoMaS 14-16 novembre 2007GdRMoMaS

Dveloppement des mthodes et des outils dans la cadre du programme de simulation de lAndra Laurent LOTH Andra - Service Calculs Scientifiques


Le projet HAVLLes programmesLes jalons

Le programme de modlisation et simulation de lAndraLe domaine dapplicationLes acquisLes units de programmes

Mthodes et outilsStratgie de dveloppementModlisation des processusMthodes numriques de rsolutionMthodes danalyse

Conclusion
Sommaire


Les programmes
Le projet HAVL est structur en 9 programmes thmatiquesProgramme dexprimentation et dessais de dmonstrations au laboratoireProgramme de reconnaissance depuis la surfaceProgramme dinformation et de consultation
Dveloppements mthodes et outils
Programme dtudes dingnierie et essais technologiquesProgramme dobservation et surveillance de lenvironnement du stockageProgramme de gestion, surveillance et transport de colisProgramme dentreposageAvec des activits transversesSret,RversibilitCotSant et scurit du travailtude dimpact
Programme scientifiqueProgramme de simulations
Le projet HAVL


Les jalons
Choix dune zone dintrt restreinteProposition des options de base pour la conception du stockage (sret, rversibilit, modle dinventaire de dimensionnement)Proposition doptions dentreposage

Prparation du dbat public prvu par la loiProposition dun(de) site(s)Dossier prsentant les bases scientifiques et techniques

Dossier DAC
2012
2014
2009
Le projet HAVL


Des domaines dapplication varis
Reprsentation de lvolution phnomnologique du stockage et son environnementEvaluation de la sret du stockage en exploitation et post fermetureAide aux choix de conception et au dimensionnementAide la gestion de la rversibilit, lobservation et la surveillance du stockage et environnementAide la conception et linterprtation des expriences
La simulation : outil privilgi pour accder la reprsentation du stockage et notamment aux grandes chelles de temps et despace
Le programme de simulation


Les acquis
Un effort de simulation considrable afin de rpondre aux objectifs du dossier 2005Des sauts de progrs importants quant la reprsentation du comportement du stockage et lvaluation de sret
Mise en uvrede calculs dimpact sophistiqus De calcul phnomnologiques complexesDune mthodologie de calcul rigoureuse

Dveloppement de la plateforme Alliances

Dveloppement de partenariats avec la communaut scientifiqueGdR MoMaS, Forpro,


Structuration du programme
8 units de programmesHydrogologie et transport en champ lointain, lactuel et sur le million dannesCharge thermiqueTransitoire hydraulique du stockage (gaz inclus)Evolution mcanique du stockagevolution chimique des ouvrages dominante cimentaire et du COx en champ proche (alvoles de dchets MA-VL, galeries, scellements, accs)volution chimique des alvoles de dchets HARelchement et transfert des radionuclides sans le stockageStratgie outils et dveloppement de la plateforme AlliancesA chaque unit correspond un groupe dingnieurs de diffrentes directions de lAndra (scientifique, projet, laboratoire, sret)Dfinition, suivi et ralisation du programme de simulationInterface avec le programme scientifique et dexprimentation (acquisition de donnes, de modles, )Cohrence avec la slection, le dveloppement et la qualification des outils


Stratgie de dveloppement (1/2)
Stratgie de dveloppement base sur :Lexploitation doutils existant robustes et performantsLe dveloppement de fonctionnalits complmentairesLinter comparaison des codes (benchmark)

Intgration dans Alliances des outils de modlisation et simulation des processus au cur des besoins de lAndra pour les tudes de conception, sret oprationnelle et post fermeture, rversibilitModlisation des processus et notamment Hydraulique gaz et transport ractifMthodes danalyseMthodes numriques de rsolution et notammentCalcul haute performanceCouplage et traitement des changements dchelles despace et de temps
Mthodes et outils


Stratgie de dveloppement (2/2)
Une planification cohrente avec les chances2007-2009 : dveloppement, intgration et validation
Mthodes et outils
MoMaS : acteur privilgi pour dvelopper et valider les mthodes ncessaires la reprsentation du stockage toutes les chelles de temps et despace
Alliances 2.1
2.2
Alliances 2.3
Outils pour les calculs prparatoires
2010-12 : ConsolidationPhase de qualification pousse et exploitation pour les calculs de performances quantifiant le poids relatif des diffrents processusFinalisation des dveloppements des outils danalyse
Outils pour les calculs dimpact
2010-12 : ExploitationUne stratgie de dveloppement sur le long termeLes besoins en simulation iront croissants avec des modles de plus en plus complexes
Alliances 3.1
3.0


Modlisation des processus (1/2)
Rendre compte finement des processus physiques et chimiques et de lvolution du stockage et du milieu gologiquePrise en compte de linsatur, des phases, dans tous les processusModlisation et simulation du transitoire hydraulique Evaluation des volutions spatiales et temporelles de tous les composants du stockageDveloppement de phnomnologies spcifiquesDplacement osmotique, exclusion anionique, double porositSurface libre (couplage coulements souterrain et de surface)Dveloppement des couplagesRtroaction volution chimique sur proprits des matriaux (hydraulique/transport/mcanique)Cintique de corrosion, production de gaz en fonction de lenvironnement hydrauliqueAraulique et thermo hydraulique bi phasique
Mthodes et outils
Ncessit de disposer doutils de simulation efficaces et robustes dont on connat les limites de validit et le degr dapproximation


Modlisation des processus : exemples (2/2)
Transitoire hydraulique avec gazMulti composant gazThermo osmose (lie T) et osmose chimique (C)Couplage mcanique, arauliqueTransport ractifGochimie en milieu insaturCintique en phase aqueuseDiffusion par espceColmatage, corrosionMcaniqueModle rhologique pour les matriaux de type bton, argilite, bentonitePrise en compte du degr la saturation du milieu
Mthodes et outils
Ncessit de disposer de modles
Mthodes mathmatiques pour llaboration de modles macroscopiques


Mthodes de rsolution (1/2)
Finesse des reprsentations Algorithmes de maillage capables de travailler sur des gomtries complexes avec un nombre trs lev de maillesTopographie, coulements de surface, Capacit faire voluer le maillageSuivi de front, volution de forme, raffinement/draffinementSystmes dquations de grande tailleSolveurCalcul haute performance : paralllisme, dcomposition de domaineComplexit des processusTraitement de forte non linaritsRobustesse des approximations numriquesEstimation derreurCouplagesTraitement des changements dchelles spatiales et temporellesAlgorithmes de couplage
Mthodes et outils


Mthodes de rsolution (2/2)
ExemplesTransport ractifSplitting doprateurTraitement de prcipitation dissolutionCouplage en milieu insatur

coulement et transport en milieu insaturChangement de phaseContraste de paramtresParalllisme, dcomposition de domaine algbrique

coulement et transport en milieu satur en champ lointainDcomposition de domaines cf. expos de B. VialayMaillage non conformeMaillage adaptatifMthode particulaire pour les encaissants cf. expos de G. Ppin
Mthodes et outils


Mthodes danalyse
Incertitudes sur les processus ou les paramtresLes mthodes probabilistes donnent des informations globalesPour les processus complexes les indicateurs classiques sont insuffisants pour analyser finement des processus fortement non linaires et non monotonesPour des temps calcul importants, les mthodes probabilistes montrent leurs limites et ne permettent pas daccder des mthodes danalyse de variances type Sobol ou Fast
Mthodes et outils
Exploiter les complmentarits des diffrentes mthodes Dvelopper des mthodes dapproximation de type surface de rponse pour accder des analyses fines cf. expos de G. Ppin
Problme inverseCaractrisation du milieu gologique et des matriauxIdentification de zones et structuration du milieuAnalyse de ladquation et la pertinence des modlesCouplage avec mthode de sensibilit
Application privilgie : thermique, coulement et transport


Attentes vis--vis du GdR
Conclusion
Orientation des thses
Passage des outils oprationnels
Dveloppement de mthodes sur des problmes concrets et traitant de la complexit des processus (couplage, non linarits, )Collaboration accrue entre les quipes, et les comptences Dmarche systmatique dvaluation au travers dexercices ou de benchmark
Un travail de recherche qui se positionne en amont des applicationsQui fait le lien entre la modlisation et les mthodes numriques
Passe par une phase de validation, valuation et comparaison des mthodes sur des applications reprsentatives des problmatiques AndraCollaboration spcifique entre les laboratoires/projets et lAndraPost doctorat

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Documents