Le CERFACS fait progresser les méthodes de simulation par calcul haute performance (HPC) pour les écoulements multiphysiques à l’aide de techniques numériques de pointe afin de soutenir la conception d’avions de nouvelle génération. Ces travaux ciblent des phénomènes complexes (aérodynamique instable, aéroacoustique, transfert de chaleur et combustion) dans des composants critiques des avions tels que les ventilateurs, les turbines et les chambres de combustion. Les modèles traditionnels de Navier-Stokes moyennés par Reynolds (RANS) ont des limites pour capturer ces effets, ce qui a conduit à la recherche d’alternatives plus précises telles que la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) et la méthode des différences spectrales (SDM). Ces méthodes avancées visent à fournir des simulations haute fidélité avec des coûts de calcul réduits, rendant la simulation des grandes échelles (LES) viable pour une utilisation industrielle.
Les principales priorités de recherche comprennent l’application de la LBM à la modélisation de la formation des traînées de condensation, le développement de modèles de loi de paroi pour le transfert de chaleur dans les turbines à haute pression, l’amélioration des simulations aéroacoustiques des hélices à l’aide de modèles LBM isotropes et l’adaptation de la SDM aux écoulements réactifs à l’aide de maillages non structurés. Chaque défi aborde un obstacle technique spécifique à l’adoption industrielle de la LES, tel que la résolution de la turbulence, la flexibilité du maillage ou l’efficacité de calcul.
Sur le plan stratégique, ces travaux soutiennent les objectifs plus larges du CERFACS en matière d’algorithmes numériques, de programmation durable et de modélisation basée sur les données. La LBM et la SDM offrent un fort potentiel d’utilisation sur des plateformes HPC massivement parallèles, avec le développement d’outils de coprocessing pour gérer en temps réel des données de simulation à grande échelle. Des techniques d’IA, telles que le deep learning, sont également envisagées pour des sous-modèles complexes comme la turbulence de paroi, afin de réduire encore davantage le coût de la simulation.
Le CERFACS collabore avec des partenaires industriels et institutionnels majeurs, notamment Airbus, SAFRAN, l’ONERA, le CNES, EDF et Météo France. L’objectif est de permettre le déploiement à grande échelle de workflows de simulation basés sur la LES dans ces organisations. Les outils logiciels impliqués comprennent ProLB et BLAST pour la LBM, CODA pour la RANS, et JAGUAR et AVBP pour les simulations basées sur la SDM. Ces efforts s’inscrivent dans les axes stratégiques du CERFACS et s’insèrent dans des partenariats plus larges avec l’ONERA, l’INRIA, le CEA et aussi d’autres organismes, favorisant le transfert de technologies et la validation en conditions réelles.
À terme, cet axe d’application vise à faire évoluer les méthodes CFD haute fidélité vers la maturité industrielle, en tirant parti de schémas numériques avancés et du calcul exascale pour aborder la physique complexe de la propulsion des avions modernes et futurs et leur impact environnemental.
