Postdoc H/F : Calcul haute performance pour des simulations multiphysiques de récepteurs solaires à lit fluidisé

Description du Poste

Les Missions

Dans les récepteurs solaires, le rayonnement solaire est concentré sur des tubes verticaux contenant un mélange gaz-particules, l'objectif étant de chauffer les particules jusqu'à environ 1000 °C. Toutefois, les simulations actuelles de type Euler-Euler (modèle à deux fluides ou TFM) ne parviennent pas à prédire avec précision les coefficients de transfert thermique entre la paroi et le lit granulaire ; on observe des écarts pouvant aller jusqu'à un facteur 2 par rapport aux résultats expérimentaux (par exemple, 1200 W/(m²·K) contre 600 W/(m²·K)). La physique complexe en jeu implique :
• Des couplages multi-échelles (particules micrométriques face à des récepteurs de l'ordre du mètre).
• Le transfert thermique par rayonnement entre les particules et les parois.
• Des phénomènes collectifs liés aux particules (par exemple, la formation de « paquets » de particules).
• Des formes de particules complexes (aplaties, à arêtes vives) influençant l'hydrodynamique et le transfert thermique.
Ce poste de post-doctorat visera à relever ces défis en développant des simulations avancées afin de réduire l'écart entre les expériences et les modèles numériques. La plateforme multiphysique waLBerla permet déjà de simuler des écoulements chargés en particules sur de grands clusters de calcul. Dans le cadre de ce projet, l'enjeu consistera à étendre et adapter la simulation DEM (méthode des éléments discrets) ainsi que le couplage fluide-particules pour prendre en compte des particules de formes complexes et les transferts thermiques par rayonnement.

L'Activité

Le chercheur postdoctoral contribuera aux tâches clés suivantes :
1. Simulations haute fidélité de récepteurs solaires
• Développer des simulations à résolution complète en utilisant le framework waLBerla (DEM pour les particules + LBM pour le fluide).
• Modéliser le transfert thermique radiatif entre les particules et les parois, ainsi que le rayonnement entre particules.
• Prendre en compte les formes complexes des particules (géométries non sphériques) et leur impact sur la concentration près des parois et sur le transfert thermique.

2. Couplage multiphysique
• Étudier les couplages entre la température, la vitesse et l'écoulement diphasique dans des récepteurs chauffés de manière asymétrique.
• Analyser les phénomènes locaux (par ex. chauffage individuel des particules, variations des propriétés du gaz) et leur impact sur la performance globale du récepteur.
• Valider les simulations par comparaison avec des données expérimentales.

3. Passage à l'échelle et optimisation des performances
• Réaliser des simulations à grande échelle (10⁶ particules) pour capturer les phénomènes collectifs (par ex. mouvement coordonné des particules près des parois).
• Optimiser les performances de calcul pour l'informatique exascale (accélération CPU/GPU).
• Collaborer avec la FAU (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) et d'autres partenaires européens.

Votre Profil

Compétences

Doctorat en mécanique des fluides, ingénierie numérique, thermique ou domaine connexe.
Solides compétences en :
o Méthodes numériques (DEM, LBM, CFD).
o Modélisation d'écoulements multiphasiques (écoulements gaz-solide, lits fluidisés).
o Transferts thermiques (conduction, convection, rayonnement).
Expérience en :
o Calcul haute performance (HPC) (MPI, OpenMP, accélération GPU).
o Programmation scientifique (C++, Python, Fortran).
o Codes CFD open-source ou commerciaux (waLBerla, OpenFOAM, Neptune_CFD, TrioCFD…).
o Simulations à résolution particulaire.

Votre Environnement de Travail

Le laboratoire PROMES-CNRS (Procédés, Matériaux et Énergie Solaire) lance un appel à candidatures pour un poste de chercheur postdoctoral portant sur la modélisation haute fidélité des transferts thermiques entre paroi et lit dans des récepteurs solaires à haute température. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de projets visant à développer des technologies innovantes de solaire à concentration (CSP) utilisant des lits fluidisés denses circulants gaz-solides comme alternative aux fluides caloporteurs traditionnels. Le travail proposé s'intègre au projet européen LBM4HPC (« Lattice Boltzmann for Exascale »). Ce projet introduit une couche d'abstraction unificatrice, spécifiquement conçue pour répondre aux exigences de structure algorithmique et de performance des solveurs basés sur la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) ; cette couche permet de dissocier la formulation du problème de l'implémentation du solveur et de l'optimisation spécifique au matériel.

Contraintes et risques

Travail sur ordinateur

Rémunération et avantages

Rémunération

à partir de 3071€ brut mensuel ajustable en fonction de l'expérience professionnelle sur des postes de niveau équivalent

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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