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https://emploi.cnrs.fr/Offres/CDD/UMR5563-LAUORG-003/Default.aspx

Les pergélisols (ou permafrost, sols gelés en profondeur tout au long de l'année), représentent près de 25% des terres de l'hémisphère Nord. Leur évolution sous l'effet du changement climatique est un enjeu scientifique majeur qui dépend de nombreux processus encore mal représentés dans les modèles climatiques. Le projet ANR HiPerBorea (hiperborea.omp.eu) vise à quantifier les impacts du réchauffement climatique sur les pergélisols boréaux par la modélisation mécaniste à haute résolution (e.g. : Orgogozo et al., 2019, 2023). L'objectif visé est d'évaluer l'impact d'une évolution climatique, telle que donnée par le GIEC sur une durée de 50 à 100 ans, sur la dynamique hydrologique et thermique de bassins versants boréaux. L'approche mise en œuvre consiste notamment à réaliser des simulations numériques à l'échelle du bassin versant en s'appuyant sur le code permaFoam (Orgogozo et al. 2023). Les implications du devenir du pergélisol (partie du sol gelé) tiennent par exemple au stock de carbone qu'il contient ou encore aux problèmes de stabilité d'ouvrages civils induits par son dégel.

Dans le cadre de ce projet, les laboratoires GET de Toulouse (Géosciences Environnement Toulouse) et LSCE de Saclay (Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement) proposent un contrat d'ingénieur de recherche sur la simulation haute performance de l'impact du changement climatique sur l'hydrologie des milieux boréaux, avec un focus sur les couplages entre écoulements de surface et écoulements souterrains. L'ingénieur recruté débutera son activité par la validation d'une version avancée de permaFoam déjà développée par ailleurs, version avancée qui permet de prendre en compte l'anisotropie du milieu souterrain dans la résolution des transferts d'eau, avec une forme tensorielle pour la conductivité hydraulique à saturation. En effet un tel solveur tensorialisé est nécessaire pour mettre en œuvre l'approche de l'équation de Richards généralisée pour le couplage surface-subsurface (e.g. : Weill et al., 2009). Il s'agira ensuite 1) de développer au sein de l'environnement numérique OpenFOAM un module hydrologique couplant les écoulements hydrologiques de surface (hydrographie), de subsurface (nappes) et le transfert thermique dans le sol en prenant en compte le changement de phase eau libre-eau gelée ; 2) de valider le module ainsi développé sur des cas tests de la littérature, et notamment des benchmarks internationaux, 3) d'appliquer le modèle à des sites expérimentaux de haute latitude (milieux boréaux). L'environnement numérique utilisé est le code « open source » OpenFOAM développé pour des applications de mécanique des fluides. Celui-ci est utilisé par le laboratoire GET pour simuler le pergélisol, avec le développement du simulateur cryohydrogéologique permaFoam (Orgogozo et al., 2019, 2023). Dû aux forts couplages et aux fortes non-linéarités des processus physiques modélisés, des discrétisations spatio-temporelles fines sont nécessaires pour ce type de simulation numérique, ce qui conduit à des charges computationnelles très importantes. Le recours aux méthodes de calcul intensif est donc indispensable, et, dans cette optique, l'utilisation d'OpenFOAM permet de bénéficier d'un environnement de pointe, maintenu à jour pour le calcul massivement parallèle sur les plus grands supercalculateurs. Ainsi permaFoam a montré d'excellentes performances parallèles sur des cas tests avec des maillages allant jusqu'à un milliard de cellules (sur Olympe du méso-centre CALMIP à Toulouse), en utilisant jusqu'à 16 000 cœurs (sur IRENE-ROME du centre national TGCC du CEA). Dans le cadre du présent contrat, cette puissance de calcul sera pleinement sollicitée pour ajouter le couplage non-linéaire entre écoulement de surface et écoulement de sub-surface à la dynamique du permafrost modélisée par permaFoam.

Activités

  • Prise en main et validation de la version tensorielle de permaFoam
  • Développement de cas test basés sur les benchmarks de couplage surface-subsurface de la littérature
  • Premiers tests d'application à la modélisation du site d'Abisko en Suède Arctique (https://eu-interact.org/field-sites/abisko-scientific-resarch-station/)
  • Valorisation des résultats sous forme de publications en revues scientifiques et de communications en conférence

Compétences

  • Première expérience avec la compilation et l'utilisation d'un code numérique scientifique
  • Maîtrise d'un langage de programmation compilé
  • Capacité à utiliser au quotidien l'environnement LINUX
  • Anglais lu, écrit, parlé (lecture et rédaction de documentation, papier de revues scientifiques, participation possible à des conférences internationales, ...)

Compétences techniques optionnelles :

  • Expérience dans l'utilisation des infrastructures de calcul
  • Maîtrise du langage de développement C++
  • Première expérience avec le code OpenFOAM