Mathématiques et informatique

Le calcul haute performance ou HPC (High-Performance Computing) est un champ scientifique qui concerne à la fois les mathématiques et l’informatique, et dont l’application touche de nombreux domaines tels que l’énergie, la mobilité ou l’environnement. Dans tous ces domaines, le besoin de simuler des phénomènes physiques à grande échelle s’appuie en effet sur des modèles mathématiques qui sont gourmands en temps de calcul et en espace de stockage...

Apparues dans les années 1990, les notions de géopatrimoine et de géodiversité reçoivent une attention grandissante de la part des communautés académiques, des organisations internationales et des pouvoirs publics (...). C’est dans ce contexte qu’IFPEN a signé en 2020 un accord de partenariat avec l’UNESCO, dont l’un des objectifs est le partage d’outils numériques facilitant la promotion du géopatrimoine et de la géodiversité auprès du grand public...

Afin de répondre aux enjeux de la transition énergétique, le sous-sol a un rôle à jouer, à la fois pour fournir des ressources et pour offrir des solutions de stockage (...). Les modèles numériques peuvent aider à mieux comprendre le sous-sol pour le gérer durablement et l’utiliser de manière optimale. Développés depuis de nombreuses années à IFPEN, initialement pour l’industrie pétrolière, de tels modèles couvrent des échelles qui s’étendent du bassin sédimentaire au réservoir...

L’utilisation de méthodes d’apprentissage pour accélérer les calculs de cinétique chimique est une approche qui a récemment gagné en popularité. C’est le cas notamment pour la simulation des écoulements réactifs...

Un grand nombre de simulateurs, qu’ils portent sur le dimensionnement des procédés réactionnels, sur l’évolution des réservoirs pétroliers ou de celle des dispositifs de combustion, nécessitent d’accéder à des propriétés thermodynamiques. Pour fournir ces propriétés, IFPEN a développé une bibliothèque de modules de calculs, nommée « Carnot », du nom du célèbre thermodynamicien français. Or ces calculs, en particulier ceux concernant l’équilibre entre phases (aussi appelés « flash »), sont généralement très consommateurs en ressource de calcul du fait de la complexité des systèmes considérés, et représentent dans de nombreux cas la partie la plus chronophage de la simulation.

La conception de matériaux poreux performants est un enjeu majeur pour l’efficience énergétique des procédés industriels : en catalyse, biocatalyse ou encore pour les opérations de séparation et de purification. Pour de telles applications, ces matériaux tirent leurs propriétés d’intérêt de leur microstructure particulière, comportant une grande quantité d’espaces vides organisés et connectés à l’échelle du nanomètre. IFPEN et Saint Gobain Research Provence (SGRP) se sont associés afin de se doter d’un outil facilitant à terme la mise au point de matériaux poreux optimisés en fonction d’usages donnés.

La caractérisation des réservoirs géologiques, thème historique de l’exploitation pétrolière, est aujourd’hui un socle d’intérêt pour des domaines applicatifs variés tels que le stockage de CO2 ou d’hydrogène, ou encore la géothermie. Ces dernières années, l’utilisation conjointe de l’imagerie 3D par microtomographie (ou micro-CT) et de techniques de simulation avancées a permis l’émergence d’une approche digitale du calcul des propriétés pétrophysiques de roches de réservoir (Digital Rock Physics). Ceci représente un vrai complément voire, dans certains cas, une alternative aux mesures traditionnelles en laboratoire.