Doctorant Analyse Numérique des Lois de Paroi et Cohérence de leur Discrétisation avec les Hypothèses Physiques H/F - INRIA

A propos d'Inria

Inria, l'institut national de recherche dans les sciences et technologies du numérique, est en appui de l'État pour les stratégies nationales de recherche et d'innovation du numérique en tant qu'Agence de programmes. Inria mène plus de 300 projets de recherche et d'innovation avec ses 3500 scientifiques, ingénieurs et personnels d'appui, en partenariat avec les universités et l'écosystème numérique (entreprises, entrepreneurs, acteurs publics). Ensemble, nous explorons des domaines clés comme l'intelligence artificielle, la cybersécurité, l'informatique quantique, le Cloud, la transformation numérique de la santé, les jumeaux numériques ou encore les technologies numériques pour la défense. Nous construisons des solutions concrètes telles que des logiciels, des startups technologiques, des partenariats avec les entreprises du tissu national et des formations de pointe. Notre objectif : l'impact scientifique, technologique et industriel au service de la souveraineté numérique de la France.

Doctorant F/H Analyse numérique des lois de paroi et cohérence de leur discrétisation avec les hypothèses physiques

Type de contrat : CDD

Niveau de diplôme exigé : Bac +5 ou équivalent

Fonction : Doctorant

A propos du centre ou de la direction fonctionnelle

Le Centre Inria de l'Université Grenoble Alpes, regroupe un peu moins de 450 personnes réparties au sein de 26 équipes de recherche et 9 services support à la recherche.

Son effectif est distribué sur 3 campus à Grenoble, en lien étroit avec les laboratoires et les établissements de recherche et d'enseignement supérieur (Université Grenoble Alpes, CNRS, CEA, INRAE, ...), mais aussi avec les acteurs économiques du territoire.

Présent dans les domaines du calcul et grands systèmes distribués, logiciels sûrs et systèmes embarqués, la modélisation de l'environnement à différentes échelles etla science des données et intelligence artificielle, le Centre Inria de l'Université Grenoble Alpes participe au meilleur niveau à la vie scientifique internationale par les résultats obtenus et les collaborations tant en Europe que dans le reste du monde.

Contexte et atouts du poste

Contexte scientifique

Les écoulements de couche limite de surface jouent un rôle central dans les échanges de quantité de mouvement et de scalaires entre une surface et l'écoulement environnant, tout en étant fortement influencés par la dynamique à grande échelle. Leur représentation numérique constitue ainsi un enjeu important pour la modélisation des écoulements géophysiques, notamment à l'interface air-mer et dans les écoulements atmosphériques influencés par la topographie. Cette thèse s'intéressera plus particulièrement à la représentation numérique des couches limites de surface (CLS) et à leur couplage avec l'écoulement à grande échelle, à travers des applications aux échanges air-mer et aux écoulements catabatiques.

Dans les modèles atmosphériques, la représentation paramétrique de la couche limite de surface repose généralement sur la théorie des similitudes de Monin-Obukhov (MO). Son utilisation et son intégration dans les modèles numériques soulèvent toutefois plusieurs difficultés :

1. l'applicabilité de la théorie MO n'est pas établie pour certains types d'écoulements. Elle est notamment remise en question dans les régimes de forte stabilité et pour les écoulements se développant le long de pentes topographiques (Blein_2016, Charrondiere_etal_2022) ;
2. la mise en oeuvre numérique de la théorie MO peut être difficilement compatible avec ses hypothèses physiques sous-jacentes et avec les hypothèses constitutives des schémas de discrétisation utilisés (e.g. Nishizawa_Kitamura_2018, Maronga_etal_2020, Clement_etal_2023).

Dans le contexte de la simulation numérique des écoulements réactifs dans les injecteurs de moteurs aéronautiques, Jaegle_etal_2010 soulignent que la manière dont une loi de couche limite de surface est implémentée dans un code donné, ainsi que son interaction avec les méthodes numériques utilisées, en particulier avec le schéma de turbulence, peuvent avoir une influence sur les résultats numériques aussi importante que le choix de la loi de couche limite elle-même. Les implications de ces interactions pour la modélisation atmosphérique restent toutefois encore largement à quantifier.

Mission confiée

Objectifs :

L'objectif de ce travail de thèse est de développer un cadre numérique d'analyse du couplage entre les couches limites de surface (CLS) et l'écoulement à grande échelle en modélisation atmosphérique, afin d'en garantir la stabilité et la cohérence. Cette notion de cohérence recouvre plusieurs aspects : une cohérence physique, les différentes composantes du modèle devant être compatibles avec les hypothèses et les processus physiques sous-jacents ; une cohérence entre paramétrisations, le schéma de surface et le schéma de turbulence devant être construits et discrétisés de manière compatible afin d'assurer une représentation continue et physiquement cohérente de la couche limite (e.g. Redelsperger_etal_2001, Lemarie_etal_2021) ; ainsi que la consistance et la convergence de la discrétisation (e.g. Clement_etal_2023).

Ce cadre d'analyse pourra s'appuyer dans un premier temps sur la théorie de Monin-Obukhov (MO) (et ses extensions aux écoulements stables, e.g. Nishizawa_Kitamura_2018, Casasanta_etal_2025), avant d'être étendu à des représentations alternatives (e.g., Dubrulle_etal_2002, Masson_Seity_2009). En particulier, Masson_Seity_2009 proposent un modèle de CLS 1D vertical multi-couche calculant explicitement l'écoulement au sein de la couche de surface, qui pourrait permettre de pallier certaines des limitations de la théorie de Monin-Obukhov dans le cas des écoulements catabatiques.

Les travaux seront menés selon un cadre applicatif de complexité croissante. Dans un premier temps, un contexte idéalisé, fondé sur un modèle simplifié de couche limite atmosphérique au-dessus de l'océan ou d'un sol plat, sera considéré. Ce modèle sera dérivé à partir de la méthode NLDE (Nonlinear Disturbance Equations) et son comportement sera évalué par comparaison avec des simulations LES de référence. Dans un second temps, les méthodes développées seront implémentées dans le modèle atmosphérique MesoNH afin d'étudier des écoulements plus complexes, notamment en présence de fortes pentes. Leur évaluation pourra alors s'appuyer sur des données expérimentales déjà acquises (Charrondiere_etal_2022).

Principales activités

Environnement scientifique :

La thèse se déroulera au sein de l'équipe projet Inria Airsea du Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), en collaboration avec l'équipe MEIGE du Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels (LEGI).
Les objectifs de l'équipeAIRSEA sont de développer des méthodes mathématiques et informatiques pour la modélisation des écoulements océaniques et atmosphériques. Les outils mathématiques utilisés reposent à la fois sur des approches déterministes et statistiques. Les domaines d'application vont de la modélisation du climat à l'étude des événements extrèmes. L'équipe MEIGE (Modélisation, Expériences et Instrumentation pour la Géophysique et l'Environnement) vise à comprendre, modéliser et prédire les processus de couche limite, de turbulence et de transport dans les écoulements géophysiques et environnementaux, en combinant approches théoriques, numériques et expérimentales.

Avantages

• Restauration subventionnée
• Transports publics remboursés partiellement
• Congés: 7 semaines de congés annuels + 10 jours de RTT (base temps plein) + possibilité d'autorisations d'absence exceptionnelle (ex : enfants malades, déménagement)
• Possibilité de télétravail (après 6 mois d'ancienneté) et aménagement du temps de travail
• Équipements professionnels à disposition (visioconférence, prêts de matériels informatiques, etc.)
• Prestations sociales, culturelles et sportives (Association de gestion des oeuvres sociales d'Inria)
• Accès à la formation professionnelle
• Participation employeur mutuelle santé et prévoyance (sous conditions)

Rémunération

2300 euros brut / mois