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Plate-forme Alliances de modélisation et simulation des
     stockages et entreposages des déchets nucléaires
     Atelier LogicieL d’Intégration, d’ANalyse et de Conception pour
                       l’Entreposage et le Stockage

                Estelle Deville DEN/SM2S/SFME/LSET – estelle.deville@cea.fr

Journée des utilisateurs Salomé                    23/11/2010                 1
Plan de l’exposé


   Le pourquoi

   Le principe

   Le comment

   Alliances et Salomé

   Conclusion




Journée des utilisateurs Salomé          23/11/2010   2
Le pourquoi
                   Elaborer une plate-forme permettant de simuler tous les phénomènes
                   impliqués dans le stockage des déchets radioactifs
                   Multi-échelle
                             du colis au milieu géologique
                             de quelques années à 1 Ma
                   Multi-physique
                             Multi-physique : phénomène Thermo Hydro Mécanique Chimique
                            Radioactif (THMCR)     couplages forts
                            Milieux hétérogènes et naturels    anisotropies, maillages déformés
                   Étude de sensibilité aux paramètres
                                                                                                                                                                 LA BIOSPHERE
                                                                                                                                       C                             DOSE
                                                                                             Champ lointain       LE MILIEU GEOLOGIQUE ΦMG

Milieu                                              Migration long terme
géologique
                       Hydraulique                  Relâchement des RN
Puits,                 Désaturation/Resatu
galeries               ration
                                                                                                             LE STOCKAGE                     Φstockage

Modules                        Mécanique, dégradation
                                                                                                                                                         Φ : débit molaire (mol/an)
                                                                               Champ proche                                                              C : concentration 3(mol/m
                                                                                                                                                                            )
                           Chimie, interaction BO
Alvéole      Thermique,                                                                         L ’ALVEOLE      Φalvéole
             puissance colis
                                                                                LE COLIS


                                                                                           Φ
Colis        Thermique,        Hydraulique, Chimie                                          colis




                   102 y          103 y       104 y        105 y       106 y

             Journée des utilisateurs Salomé                                      23/11/2010                                                                       3
Le principe
  Co-développement avec ANDRA et EDF (depuis 2003)
  Réutilisation de modules Salome pour se concentrer
  sur la physique et le numérique
  Extension progressive de la modélisation physique
  Intégration et couplage de codes existants
  Importante phase de qualification
  Atouts
      Uniformisation de l’interface utilisateurs et des formats
      maillages et champs (MED mémoire) pour différents codes
      Comparaison de codes pour une même application (ex. :
      Porflow/Castem)
           Même jeux de données – même maillage (MED)
           Même format de sortie (champ MED, tables)
           Possibilités de comparaison et de calcul de normes sur
           les sorties
      Chaînage (Hydraulique/Transport, Colis/BO…) :
            format MED (fichier ou mémoire) pour les échanges
           entre codes
           Modèle de données commun pour différents problèmes
           physiques
      Couplages de codes
Journée des utilisateurs Salomé                       23/11/2010    4
Le comment

                                                                                                          ALLIANCES



                                  Pre and post processing components                     Textual and Graphical
                           Geometry            Meshing             Visualization               Interface


                                                                                   Coupling of Numerical Component
Mesh and Field                        Transport /
                                                           Waste / Environment           sensitivity         identification
                                      Chemistry
Data Model
        MED
                                         Waste                       Statistics
                                                                                                   Numerical Component

       XData
                     DATA Model




                                   Hydraulic           Transport      Chemistry       Two-phase          THM       groundwater
                                                                                         flow
Open sources
tools
Python (high-level                  Codes :            Codes :         Codes :         Codes :          Codes :       Codes :
language and                      -PORFLOW          -PORFLOW          -PHREEQC        - ASTER          - ASTER      - Modflow
easy wrapping of                  -CAST3M           -CAST3M           -CHESS          -TOUGH2
dynamic libraries)                -TRACES           -MT3D                             -MPCube
                                                    -TRACES
QT (GUI toolbox),                                   -MT3DMS
VTK (3D viewer)




Journée des utilisateurs Salomé                                                    23/11/2010                                    5
Le comment

   Architecture Alliances
        Langage Python
             Langage de haut niveau, technologie objet
             Accès à des librairies C, C++ , Fortran (encapsulation de codes
             existants)
             Pour Alliances : Modèle de données, algorithmes de couplages et
             jeux de données en Python
        Intégrations des composants numériques
             Sous forme de classes et méthodes Python
             « Boite noire » ou mémoire (librairies dynamiques)
             TOUS les échanges sont au format MED (fichier ou mémoire)
        Couplages de codes
             Script Python indépendants des codes utilisés
             Échange de données via la mémoire
        Interface utilisateur : script Python et interface graphique
        (via XData)



Journée des utilisateurs Salomé                  23/11/2010                    6
Alliances et Salomé : XData

 XData et IHM : les
 classes accessibles à
 l'utilisateur sont
 "Xdata-isées"
      Gestion de la
      vérification des
      données
      IHM automatique
      Surcharge de
      certaines IHMs




                                            Rajout menu « Edit constraints »
                                            dans l’IHM automatique




                                                    Fenêtres spécifiques appelées à
                                                    partir des fenêtres automatiques


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Alliances et Salomé : géométrie - maillage

    Maillage :
         Conversion de maillage GIBI
         (Cast3M)
         Conversion de maillage Porflow
         Utilisation du mailleur Salomé




                                                 Entreposage slovène sub-surface type silo pour
                                                 déchets faible et moyenne activité maillé avec
                                                 NetGen2D



Ecoulement autour d’un milieu sphérique en
milieu saturé maillé avec NetGen1D-2D-3D : cas
de non-régression Alliances (avec solution
analytique)

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Alliances et Salomé : MED mémoire

    MED : format d’entrée (maillages) et de sortie (champs)
         comparaison résultats entre codes,
         enchaînement de différents codes                              Cast3M, Porflow,
                                                                       Traces …


Colis (0D)       Package           source term


  Galerie/
   Champ
                 Hydraulic        Darcy velocity           Transport         RN flux
   proche
  (2D/3D)

                  Average
                                   Source term
                computations

    Milieu
 géologique/                                                              •RN flux
    champ        Hydraulic        Darcy velocity           Transport      •RN concentrations
lointain (3D)
                                        Cast3M, Porflow,
                                        Traces …
Journée des utilisateurs Salomé                     23/11/2010                         9
Alliances et Salomé : MED mémoire
                         FH_MARL
    695 m
  FG_MARL     Kim eridgian m
                 m          arls                    FD_MARL
    595 m
                                                    FD_LIME
  FG_LIME     Oxfordianlimestones


    295 m                                             350 m
                COx clays                             250 m FD_CLAY
  FG_CLAY                                             244 m
    200 m
  FG_DOG                                            FD_DOG
                                                                      Charge hydraulique   Charge hydraulique    Différence entre
                Dogger limestones
                                                                      avec Castem          avec Porflow          Porflow et Castem
      0m
                    FB_DOG
        0km                         18,44 km 21,68 km25 km




        Transport (concentration à 5e4, 1e6 et 1e7 ans) : Porflow
        (ci-dessus) et Castem (ci- dessous)


                                                                                                         profil Vx à x=20km
                                                                                                         (stockage) avec
                                                                                                         Porflow et Castem




Journée des utilisateurs Salomé                                                            23/11/2010                         10
Alliances et Salomé : Visualisation

                                                                                                                                                     Calcul champ lointain sur les
                                                                                                                                                     quatre couches géologiques
                                                                                                                                                     Charge hydraulique (m)

                                                                                                                          L A B IO S P H E R E
                                                                                         C                                        D O SE
                        C h am p lo intain
                                                        LE M ILIE U G E O LO G IQ U E
                                                        L E IL IE         LO            Φ MG



                                                                                                                                                                    Calcul champ lointain
                                                                                                                                                                    dans la couche
                                                                                                                                                                    géologique
                                                 LE STOCKA GE                                  Φ stocka ge
                                                                                                                                                                    du stockage
                                                                                                             Φ : d éb it m olaire (m ol/an )
C h a m p p roch e                                                                                           C : con cen tration (m ol/m 3 )
                                                                                                                                                                    Concentration d’I129
                               L ’A LV E O L E
                                    LV               Φ a lvéole                                                                                                     (mol/m3) à 50 000 ans
  L E C O LIS
  LE      L IS


                     Φ colis




                                                                                                                                                     Coupe 2D d’une ensemble
                                                                                                                                                     d’alvéoles
                                                                                                                                                     Concentration de Selenium (mol/m3)
                                                                                                                                                     à 500 000ans


                                                                                                                   Radionucléides sortants du colis (en moles par m3 par an) en
                                                                                                                                   fonction du temps (en ans).
                                  Journée des utilisateurs Salomé                                                                                23/11/2010                          11
Conclusion

   Alliances s’appuie sur les modules Salomé :
        MED mémoire et les drivers fournis
        XData

           A permis à Alliances d’axer ses développements sur les
           intégrations et les couplages entre composants

   Alliances utilise les modules GEOM, MESH et VISU

   La principale amélioration souhaitée de Salomé concerne MED
   mémoire : son optimisation pour pouvoir réaliser des calculs
   Alliances sur de plus gros maillages




Journée des utilisateurs Salomé             23/11/2010              12

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  • 1. Plate-forme Alliances de modélisation et simulation des stockages et entreposages des déchets nucléaires Atelier LogicieL d’Intégration, d’ANalyse et de Conception pour l’Entreposage et le Stockage Estelle Deville DEN/SM2S/SFME/LSET – estelle.deville@cea.fr Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 1
  • 2. Plan de l’exposé Le pourquoi Le principe Le comment Alliances et Salomé Conclusion Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 2
  • 3. Le pourquoi Elaborer une plate-forme permettant de simuler tous les phénomènes impliqués dans le stockage des déchets radioactifs Multi-échelle du colis au milieu géologique de quelques années à 1 Ma Multi-physique Multi-physique : phénomène Thermo Hydro Mécanique Chimique Radioactif (THMCR) couplages forts Milieux hétérogènes et naturels anisotropies, maillages déformés Étude de sensibilité aux paramètres LA BIOSPHERE C DOSE Champ lointain LE MILIEU GEOLOGIQUE ΦMG Milieu Migration long terme géologique Hydraulique Relâchement des RN Puits, Désaturation/Resatu galeries ration LE STOCKAGE Φstockage Modules Mécanique, dégradation Φ : débit molaire (mol/an) Champ proche C : concentration 3(mol/m ) Chimie, interaction BO Alvéole Thermique, L ’ALVEOLE Φalvéole puissance colis LE COLIS Φ Colis Thermique, Hydraulique, Chimie colis 102 y 103 y 104 y 105 y 106 y Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 3
  • 4. Le principe Co-développement avec ANDRA et EDF (depuis 2003) Réutilisation de modules Salome pour se concentrer sur la physique et le numérique Extension progressive de la modélisation physique Intégration et couplage de codes existants Importante phase de qualification Atouts Uniformisation de l’interface utilisateurs et des formats maillages et champs (MED mémoire) pour différents codes Comparaison de codes pour une même application (ex. : Porflow/Castem) Même jeux de données – même maillage (MED) Même format de sortie (champ MED, tables) Possibilités de comparaison et de calcul de normes sur les sorties Chaînage (Hydraulique/Transport, Colis/BO…) : format MED (fichier ou mémoire) pour les échanges entre codes Modèle de données commun pour différents problèmes physiques Couplages de codes Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 4
  • 5. Le comment ALLIANCES Pre and post processing components Textual and Graphical Geometry Meshing Visualization Interface Coupling of Numerical Component Mesh and Field Transport / Waste / Environment sensitivity identification Chemistry Data Model MED Waste Statistics Numerical Component XData DATA Model Hydraulic Transport Chemistry Two-phase THM groundwater flow Open sources tools Python (high-level Codes : Codes : Codes : Codes : Codes : Codes : language and -PORFLOW -PORFLOW -PHREEQC - ASTER - ASTER - Modflow easy wrapping of -CAST3M -CAST3M -CHESS -TOUGH2 dynamic libraries) -TRACES -MT3D -MPCube -TRACES QT (GUI toolbox), -MT3DMS VTK (3D viewer) Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 5
  • 6. Le comment Architecture Alliances Langage Python Langage de haut niveau, technologie objet Accès à des librairies C, C++ , Fortran (encapsulation de codes existants) Pour Alliances : Modèle de données, algorithmes de couplages et jeux de données en Python Intégrations des composants numériques Sous forme de classes et méthodes Python « Boite noire » ou mémoire (librairies dynamiques) TOUS les échanges sont au format MED (fichier ou mémoire) Couplages de codes Script Python indépendants des codes utilisés Échange de données via la mémoire Interface utilisateur : script Python et interface graphique (via XData) Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 6
  • 7. Alliances et Salomé : XData XData et IHM : les classes accessibles à l'utilisateur sont "Xdata-isées" Gestion de la vérification des données IHM automatique Surcharge de certaines IHMs Rajout menu « Edit constraints » dans l’IHM automatique Fenêtres spécifiques appelées à partir des fenêtres automatiques Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 7
  • 8. Alliances et Salomé : géométrie - maillage Maillage : Conversion de maillage GIBI (Cast3M) Conversion de maillage Porflow Utilisation du mailleur Salomé Entreposage slovène sub-surface type silo pour déchets faible et moyenne activité maillé avec NetGen2D Ecoulement autour d’un milieu sphérique en milieu saturé maillé avec NetGen1D-2D-3D : cas de non-régression Alliances (avec solution analytique) Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 8
  • 9. Alliances et Salomé : MED mémoire MED : format d’entrée (maillages) et de sortie (champs) comparaison résultats entre codes, enchaînement de différents codes Cast3M, Porflow, Traces … Colis (0D) Package source term Galerie/ Champ Hydraulic Darcy velocity Transport RN flux proche (2D/3D) Average Source term computations Milieu géologique/ •RN flux champ Hydraulic Darcy velocity Transport •RN concentrations lointain (3D) Cast3M, Porflow, Traces … Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 9
  • 10. Alliances et Salomé : MED mémoire FH_MARL 695 m FG_MARL Kim eridgian m m arls FD_MARL 595 m FD_LIME FG_LIME Oxfordianlimestones 295 m 350 m COx clays 250 m FD_CLAY FG_CLAY 244 m 200 m FG_DOG FD_DOG Charge hydraulique Charge hydraulique Différence entre Dogger limestones avec Castem avec Porflow Porflow et Castem 0m FB_DOG 0km 18,44 km 21,68 km25 km Transport (concentration à 5e4, 1e6 et 1e7 ans) : Porflow (ci-dessus) et Castem (ci- dessous) profil Vx à x=20km (stockage) avec Porflow et Castem Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 10
  • 11. Alliances et Salomé : Visualisation Calcul champ lointain sur les quatre couches géologiques Charge hydraulique (m) L A B IO S P H E R E C D O SE C h am p lo intain LE M ILIE U G E O LO G IQ U E L E IL IE LO Φ MG Calcul champ lointain dans la couche géologique LE STOCKA GE Φ stocka ge du stockage Φ : d éb it m olaire (m ol/an ) C h a m p p roch e C : con cen tration (m ol/m 3 ) Concentration d’I129 L ’A LV E O L E LV Φ a lvéole (mol/m3) à 50 000 ans L E C O LIS LE L IS Φ colis Coupe 2D d’une ensemble d’alvéoles Concentration de Selenium (mol/m3) à 500 000ans Radionucléides sortants du colis (en moles par m3 par an) en fonction du temps (en ans). Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 11
  • 12. Conclusion Alliances s’appuie sur les modules Salomé : MED mémoire et les drivers fournis XData A permis à Alliances d’axer ses développements sur les intégrations et les couplages entre composants Alliances utilise les modules GEOM, MESH et VISU La principale amélioration souhaitée de Salomé concerne MED mémoire : son optimisation pour pouvoir réaliser des calculs Alliances sur de plus gros maillages Journée des utilisateurs Salomé 23/11/2010 12