Stage ingénieur - Co-simulation système/CFD : bibliothèque de composants thermiques FMI pour code_saturne

Contexte

Simvia, filiale du groupe EDF, est un acteur clé dans la promotion et l'accompagnement des solutions de simulation numérique open-source, parmi lesquelles code_saturne. La simulation numérique des écoulements et des transferts thermiques constitue un outil essentiel pour étudier les performances énergétiques et le comportement thermique des bâtiments, des installations industrielles et des centres de données. Les logiciels de mécanique des fluides numérique (CFD), tels que le solveur open source code_saturne, permettent de représenter finement les écoulements d'air, les phénomènes de convection et la distribution spatiale de la température. Cependant, la représentation des équipements thermiques (radiateurs, climatiseurs, ventilateurs, racks informatiques, unités CRAC/CRAH, etc.) nécessite généralement la définition de conditions aux limites, de termes sources et, dans certains cas, le développement de fonctions utilisateur spécifiques. En parallèle, de nombreuses bibliothèques de modèles 0D/1D, notamment Modelica Buildings, BuildSysPro et ThermoSysPro, proposent des modèles dynamiques de composants thermiques et thermohydrauliques intégrant leurs caractéristiques physiques, leur inertie et leurs systèmes de régulation. Le standard Functional Mock-up Interface (FMI) permet d'encapsuler ces modèles sous forme de Functional Mock-up Units (FMU) et d'organiser leur couplage avec d'autres outils de simulation.
L'objectif de ce stage est d'explorer une approche permettant de réutiliser ces modèles pour constituer une bibliothèque de composants physiques paramétrables et intégrables dans des simulations CFD réalisées avec code_saturne.

Informations pratiques

• Type de contrat : stage de fin d'études (convention de stage obligatoire)
• Durée : 4 à 6 mois
• Début : premier trimestre 2027 (date de démarrage à convenir)
• Lieu : EDF Lab, plateau de Saclay (Palaiseau)
• Gratification : selon la réglementation en vigueur

Environnement de travail

Vous rejoindrez une équipe à taille humaine, soudée et passionnée, installée au sein de l'EDF Lab sur le plateau de Saclay, un écosystème de recherche et d'innovation parmi les plus stimulants d'Europe.

Nous attachons une importance réelle au bien-être de nos collaborateurs : ambiance bienveillante, communication ouverte, entraide au quotidien et droit à l'erreur assumé.

Description du poste

Le stage vise à étudier, développer et valider une architecture logicielle permettant d'associer des modèles dynamiques d'équipements thermiques à des zones géométriques et à des grandeurs physiques calculées par code_saturne.

À terme, l'utilisateur pourrait, par exemple, définir un radiateur de puissance nominale 1 000 W, lui associer une température de consigne de 20 °C et positionner un thermostat virtuel dans une pièce. Le système de couplage assurerait alors automatiquement l'échange des températures et des puissances entre le modèle du radiateur et le calcul CFD. L'approche recherchée devra permettre de réutiliser les modèles d'équipements sans nécessiter le développement de nouvelles routines utilisateur pour chaque composant.

Les travaux s'articuleront en quatre étapes :

1. Étude bibliographique et analyse des solutions existantes

Étudier les architectures de couplage entre modèles 0D/1D et CFD 3D. Analyser les fonctionnalités FMI existantes dans code_saturne, notamment son interface d'export FMU. Identifier des modèles thermiques adaptés dans les bibliothèques Modelica disponibles.

2. Conception d'une architecture générique de couplage 

Définir une architecture permettant d'associer des modèles FMU à des zones et capteurs d'une simulation CFD. Définir les mécanismes de synchronisation temporelle entre les modèles système et le solveur CFD. Proposer un format de configuration permettant de déclarer et paramétrer les équipements indépendamment du code du solveur.

3. Développement d'un premier démonstrateur : radiateur thermostatique  

Développer un démonstrateur de régulation thermique d'un calcul CFD code_saturne à partir d'un modèle de radiateur Modelica couplé via FMI.

4. Vérification numérique et analyse du couplage  

Vérifier la cohérence physique et numérique du couplage, notamment les bilans énergétiques et l'influence du pas de communication. Évaluer la possibilité d'étendre l'approche à d'autres équipements (ventilateurs, climatiseurs, racks informatiques, etc.). Une comparaison avec une régulation implémentée directement dans les fonctions utilisateur de code_saturne pourra également être réalisée.

Profil recherché

Étudiant(e) en Master 2 ou en dernière année d'école d'ingénieurs, spécialisé(e) en mécanique des fluides, thermique ou simulation numérique.

Compétences techniques recherchées :

• Bonnes connaissances en mécanique des fluides et thermique
• Programmation en Python et/ou C/C++
• Intérêt pour le développement d'outils de simulation scientifique

Savoir-être :

• Proactif(ve) : vous prenez plaisir à dépasser vos objectifs initiaux
• Curieux(se) : vous aimez comprendre comment les choses fonctionnent
• Autonome : vous savez gérer vos priorités et avancer sans être constamment guidé(e)

Ce que nous offrons

• Un travail sur des outils open source de l'écosystème EDF : code_saturne et ThermoSysPro
• Un sujet ouvert sur des applications concrètes : bâtiments, installations industrielles, centres de données
• Un encadrement par une équipe expérimentée, disponible et passionnée