15 ans sur le chemin de «Ingénieur nieur de Recherche en Calcul Scientifique»

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1 Énergies renouvelables Production éco-responsable Transports innovants Procédés éco-efficients Ressources durables 15 ans sur le chemin de «Ingénieur nieur de Recherche en Calcul Scientifique» Pascal Havé IFP Energies nouvelles Conférences métiers Université Pierre et Marie Curie 22 octobre 2012

2 Au commencement... Le parcours d un rouennais ordinaire et l amorce d un virage vers les mathématiques appliquées Bac C DEUG A + Licence de Mathématiques (L3) Maîtrises Mathématiques Fondamentales Ingénierie Mathématique (M1) Comment poursuivre mon virage vers les maths appliquées? DEA (M2 - ) + Stage ( ) De Maths appliquées à Calcul Scientifique, mais par quel chemin? En fin de compte, je n'ai pas eu le choix... 2

3 Courants électriques induits à la surface d un avion : Doctorat es Math. Appliquées Apprendre à marcher en marchant Méthodes Multipôles Rapides pour l'électromagnétisme : Parallélisme et Basses Fréquences Sous la direction de O.Pironneau Laboratoire Jacques-Louis Lions Université Pierre et Marie Curie + Soutien Dassault Aviation + Collaboration E. Darve Equations de Maxwell 3

4 La thèse, immersion dans la Recherche L environnement d un laboratoire Scientifique et technique Une longue tradition de calcul scientifique Humain Le monde de la recherche au quotidien Animé Groupes de travail variés Ecoles d'été (CEMRACS) Ouvert Participation au premier cluster du labo Mes germes du High Performance Computing Amélioration d une approximation par lissage de hautes fréquences 4 Partitionnements Pascal Havé octree Conférence vs graphe métier pondéré UPMC 22 octobre 2012 Distribution dynamique de charge de calcul

5 Post-doc Années HPC Propagation d'infrasons dans l'atmosphère Sous la direction de B.Després CEA/DAM 3 fronts d onde successifs induits par une impulsion centrale 5

6 Approche de l industrie: l mise en situation réeller Des objectifs concrets demandant de se dépasser Développement de synergies entre numérique et hardware La proximité des besoins (physiciens) La simulation pour la prédiction 6 Grand Challenge TERA procs - 11 TFlops soutenus Coupes d un front d onde dans l atmosphère sur 1000km autour de l impulsion MFlops / nb points Adaptation de schémas numériques au hardware Expérience Misty Picture 1987 Nouveau Mexique Comparaison entre la simulation et les données expérimentaales

7 2006-aujourd aujourd hui : IFP Energies nouvelles Ingénieur nieur de recherche en Calcul Scientifique 7

8 IFP Energies nouvelles Organisme public de recherche innovation formation dont la mission est de développer des technologies performantes économiques propres durables dans les domaines énergie transport environnement Trois grands défis sociétaux du 21 ème siècle Changement climatique et impacts environnementaux Diversification énergétique Gestion des ressources en eau 8

9 IFP Energies nouvelles : carte de visite Centre de recherche appliquée Assure le transfert entre recherche fondamentale et développement industriel personnes*, dont 1129 chercheurs (ingénieurs et techniciens), basés à Rueil-Malmaison et à Lyon 149 thèsards et 13 post-doctorants Plus de 50 métiers représentés: du géologue au motoriste Une environnement technique de très haut niveau (moyens d essais, équipements) * effectif moyen équivalent temps plein Prototype CLEVER Statut: établissement public à caractère industriel et commercial (EPIC) Financement: budget de l État et ressources propres provenant de partenaires privés français et étrangers Budget 2011 : 305 M dont 244 M pour la R&D En 2011 : brevets vivants 500 communications à congrès et 230 articles publiés dans les revues scientifiques internationales

10 IFP Energies nouvelles 5 priorités stratégiques complémentaires ÉNERGIES RENOUVELABLES PRODUCTION ÉCO-RESPONSABLE TRANSPORTS INNOVANTS PROCÉDÉS ÉCO-EFFICIENTS RESSOURCES DURABLES DIVERSIFICATION ÉNERGÉTIQUE RÉDUCTION IMPACT ÉCOLOGIQUE DÉCARBONATATION EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE SÉCURITÉ DES APPRO- VISIONNEMENTS CHANGEMENT CLIMATIQUE : RÉDUCTION ÉMISSIONS DE CO 2 DÉVELOPPEMENT DURABLE Produire, à partir de sources renouvelables, des carburants, des intermédiaires chimiques et de l'énergie Produire de l'énergie en réduisant l'impact sur l'environnement Développer des transports économes et à faible impact environnemental Produire, à partir de ressources fossiles, des carburants et intermédiaires chimiques à faible impact environnemental Proposer des technologies respectueuses de l'environnement et repousser les limites actuelles des réserves d'hydrocarbures 10

11 IFP Energies nouvelles : R&D Énergies renouvelables Énergies renouvelables Pour limiter la dépendance aux hydrocarbures des secteurs du transport et de la pétrochimie Pour lutter contre le changement climatique et diminuer les émissions de GES 11 Produire à partir de sources renouvelables des carburants, des intermédiaires chimiques et de l'énergie 4 axes de R&D La conversion de la biomasse en carburants La transformation de la biomasse en intermédiaires chimiques biosourcés La production d'énergie ex-biomasse à haute efficacité énergétique et environnementale La production d'énergie en milieu marin IFPEN a fortement contribué à la conception de l'usine pilote du projet Futurol qui fonctionne depuis fin Au sein du projet, IFPEN est leader des modules traitant de l'hydrolyse enzymatique et de l'intégration procédés. Futurol vise la mise en place d'ici 2015 d'une filière complète de production d'éthanol cellulosique Le projet ETE mené en partenariat par IFPEN, Total et Axens vise la mise au point d'ici fin 2012 d'un procédé éco-efficient et compétitif de production de bioéthylène à Pascal Havé Conférence métier UPMC partir 22 de octobre bioéthanol 2012pour la production de bioplastiques

12 12 IFP Energies nouvelles : R&D Production éco-responsable Production éco-responsable Produire de l'énergie en réduisant l'impact sur l'environnement Parce que l'activité industrielle génère des émissions de CO 2 et mobilise des ressources en eau Parce que la filière captage/transport/stockage du CO 2 est l'un des moyens pour réduire les émissions de gaz à effet de serre Parce que l'utilisation de l'eau par l'industrie doit se faire dans le respect de l'environnement 3 axes de R&D Le traitement de gaz (naturel ou d'origine industrielle) La gestion industrielle du CO 2, notamment l'étude de son stockage géologique et le suivi du site La gestion éco-efficiente des eaux Logiciel Coores TM : modélisation du stockage du CO 2 dans le sous-sol. Simulation de l'écoulement en milieu poreux et prise en compte des réactions du CO 2 avec les roches et les fluides en place Plateforme de séparation GOwSP : cette plateforme expérimentale à échelle semi-industrielle permet d'étudier et d'optimiser la séparation gaz/huile/eau. Elle permet également de tester des équipements en conditions Pascal Havé Conférence métier UPMC représentatives 22 octobre 2012

13 13 IFP Energies nouvelles : R&D Transports innovants Transports innovants Développer des transports économes et à faible impact environnemental Pour réduire les émissions de CO 2 des véhicules Pour poursuivre la réduction des polluants réglementés Pour développer des motorisations innovantes pour un transport durable 5 axes de R&D Les technologies moteurs propres à haut rendement L'électrification des groupes motopropulseurs Les carburants alternatifs à basses émissions de CO 2 La modélisation et la simulation Le contrôle embarqué et la supervision de la gestion de l'énergie à bord Simulation 3D grandes échelles LES (Large Eddy Simulation) : démonstration de la capacité de la modélisation LES à reproduire quantitativement les variabilités cycliques dans un moteur à allumage commandé IIE (Projet PREDIT SGEMAC) Projet FlexHybrid : réalisation d'un laboratoire roulant intégrant un groupe motopropulseur hybride prototype. Ce véhicule est utilisé pour tester, en situation de vie réelle, des algorithmes de supervision de l'énergie pour des véhicules hybrides rechargeables capables de fonctionner aussi en traction électrique pure, ainsi que pour évaluer Pascal Havé Conférence métier les UPMC packs batteries 22 octobre 2012

14 14 IFP Energies nouvelles : R&D Procédés éco-efficients Procédés éco-efficients Produire à partir de ressources fossiles des carburants et intermédiaires chimiques à faible impact environnemental Pour répondre à une demande énergétique croissante au niveau mondial en carburants et intermédiaires chimiques Pour réduire l'impact sur l'environnement en limitant les émissions de CO 2 par une meilleure efficacité énergétique des procédés Pour répondre au renforcement des réglementations et spécifications des carburants 2 axes de R&D Les technologies éco-efficientes dans l'industrie pour répondre au besoin croissant en carburants et intermédiaires chimiques (dont H 2 ) Les technologies à faible impact GES pour produire des carburants de synthèse à partir de charbon et de gaz naturel Purification : IFPEN a mis au point une masse de captation du mercure du gaz naturel dont la durée de vie est deux fois supérieure à celle des générations précédentes GtL : procédé de synthèse Fischer-Tropsch* pour la production de carburants CtL : procédé d'hydroliquéfaction H-Coal TM * produisant des Pascal Havé Conférence métier UPMC carburants 22 répondant octobre 2012 aux spécifications les plus sévères

15 IFP Energies nouvelles : R&D Ressources durables Ressources durables Proposer des technologies respectueuses de l'environnement et repousser les limites actuelles des réserves d'hydrocarbures Pour garantir la sécurité des approvisionnements en énergie Parce que le pétrole va rester pour plusieurs décennies encore la première source d énergie pour les transports et la chimie Parce que les recherches en cours permettront d augmenter significativement les réserves d hydrocarbures 2 axes de R&D Le développement de logiciels permettant de mieux explorer et mieux produire Le développement de technologies éco-efficientes permettant l'accroissement des réserves et la production d'hydrocarbures 15 TemisFlow TM : logiciel de modélisation de bassin pour comprendre l'évolution des systèmes pétroliers dans le temps et dans l'espace CobraFlow TM : géostatique et mise à l'échelle pour la simulation de réservoir ClipRiser TM : système de connexion rapide pour riser de forage. Développement en cours d'une nouvelle Pascal Havé Conférence métier UPMC 22 octobre génération 2012 destinée aux plus grandes profondeurs d'eau

16 IFP Energies nouvelles : Diffusion du savoir Formation IFP School : former les spécialistes de demain, capables de relever les défis associés à la transition énergétique Répondre ainsi aux besoins de talents en forte croissance dans l'industrie École d'application pour jeunes diplômés bac +4/+5 et professionnels Délivrance d un Master of Science Près de 600 diplômés par an (ingénieurs, masters, etc.) Près de 80 % d élèves parrainés par l industrie 50 % d élèves étrangers venant de plus de 45 pays Taux de placement > 97 % à la sortie de l École 350 professeurs venant de l industrie anciens élèves dans plus de 100 pays Plusieurs formations diplômantes organisées dans des pays étrangers Thèses : 150 étudiants en formation 16

17 IFP Energies nouvelles : Volarisation industrielle Les autres voies de la valorisation industrielle 17 Par la réalisation de projets de recherche collaborative (Joint Industry Projects, consortiums, contrats bilatéraux, etc.) et par des prestations de R&D L'accompagnement technologique des PME : IFPEN met ses compétences scientifiques et techniques au service des PME en codéveloppant avec elles des technologies qu'elles vont porter sur le marché. Le budget moyen des projets en partenariat est de 150 k La participation à trois fonds d'investissement spécialisés dans les éco-industries et les éco-énergies : IFPEN soutient l'innovation de PME organisant des levées de fonds pour développer et commercialiser de nouveaux produits et de nouvelles technologies Un soutien à l'essaimage : IFPEN aide ses salariés à créer des sociétés valorisant des technologies innovantes. Accompagnement d une PME pour le perfectionnement d un diluteur de gaz à l'aide de débitmètres volumiques [Norme ISO ]

18 IFP Energies nouvelles : le Groupe (1) Procédés catalytiques raffinage et pétrochimie Ingénierie fours de raffinage, pétrochimie et hydrogène Ingénierie traitement gaz naturel Ingénierie stockage CO 2 Ingénierie moteurs Axens 100 % Eurecat 50 % Heurtey Petrochem 37 % Prosernat 40 % Geogreen 40 % D2T 100 % Conseil et logiciels en géosciences Formation Essaimage Fonds d'investissement énergie & environnement Beicip-Franlab 100 % Tech'Advantage 100 % IFP Technologies Canada 100 % IFP Training 62 % Poweltec 24 % Demeter / Demeter 2 10 % 3E 6 % Autres participations : CGGVeritas 4 % Technip 3 % Un ensemble de sociétés étroitement liées aux activités R&D d'ifpen (1) au 31 décembre

19 2006-aujourd aujourd hui : IFP Energies nouvelles Ingénieur nieur de recherche en Calcul Scientifique Projet plateforme de simulation numérique pour les géosciences Département Mathématiques Appliquées IFP Energies nouvelles 19 De haut en bas: Principe de séquestration du CO 2 Modèle géologique structurale compressif Coupe d un dépôt d écoulement turbiditique Modèle 3D de réservoir pétrolier et ses puits Description sédimentaire d une région Modèle 3D de bassin en géométrie complexe Visuel commercial du produit Temis Flow

20 IFP Energies nouvelles Organisme public de recherche innovation formation dont la mission est de développer des technologies performantes économiques propres durables dans les domaines énergie transport environnement et moi Mes Trois activités grands défis sont orientées sociétaux autours du 21 ème des siècle priorités stratégiques Changement Production climatique éco-responsable et impacts Ressources environnementaux durables le captage, le transport et le stockage géologique du CO 2 les logiciels et technologies pour l'exploration et la production d'hydrocarbures Diversification énergétique Gestion des ressources en eau 20

21 Mon domaine d activit d activité : les Géosciences G Dépôt des sédiments Enfouissement - Compaction élévation de température Piégeage dans des réservoirs Craquage expulsion - migration 21

22 Mon domaine d activit d activité : les Géosciences G Migration des hydrocarbures compaction, gravité, forces capillaires expulsion des roches mères, migration dans les drains Rencontre d une barrière imperméable : Piège ex: «voûte» (anticlinal) + couverture imperméable La séquestration du CO 2 suit des mécanismes géologiques analogues 22

23 Simulation numérique en géosciences g Des modèles complexes Multi-physique thermique, hydrodynamique, chimie, géo-mécanique Multi-applications Réservoir, CO 2, Bassin, Turbidiques... à vocation industrielle Commercialisation des calculateurs Contact avec les attentes du marché Des solutions innovantes V t α k = ρ α µ r, α K α ( ρ αφs α C i ) α S α = α α r ( P + P ) ρ g ) ( c, α + div 1, C C V = Q α i α i α α i = 1 i + Equilibre thermodynamique Equations de Darcy polyphasiques compositionnelles Environnement OpenFlow Suite α Activités de Recherche & Développement 23

24 Workflow Temis Flow V3 Flow V3 gocad / Kine3D Powered by Code Aster Powered by Open Flow Eclipse based environment ArcTem // Mes activités de R&D en Calcul Scientifique 24

25 25 Activités s Recherche & Formation Les mathématiques, élément clef de la simulation numérique L enjeu des solveurs linéaires De 50% à 90% du temps de nos calculs Co-encadrement de thèse ( ) Solveur par décomposition de domaines algébrique Connexe aux activités de Recherche Maillages pour les géo-sciences (4D, suivi des hétérogénéités...) Méthodes numériques robustes et fiables Collaborations extérieures: LaBRI... Enseignement Cours en Master MPE (UPMC, 2009) Cours en Master MIHPS (UVSQ, 2010 ) Scalabilité de solveurs linéaires

26 26 Activités s DéveloppementD Plateforme informatique pour le développement des calculateurs de nouvelle génération en géosciences Equipe 10 personnes + Collaboration Développement logiciel Orienté Objets/C++, Génie logiciel Architecture, HPC et Parallélisme Relation avec les produits (anticipation des besoins) Industrialisation de la recherche (intégration aux produits) Modélisation de bassins sédimentaires en géométries complexes Modèle 4D, non structuré, faillé (méthodologie brevetée) Commercialisation juin 2012 Diagramme UML d organisation de composants logiciels Ecoulement et champ de température dans un bassin

27 Énergies renouvelables Production éco-responsable Transports innovants Procédés éco-efficients Ressources durables