Calcul haute performance en espace-temps courbe : vers de nouvelles méthodes numériques pour la cosmolo

Sujet de thèse :
L’entrée de la cosmologie dans une ère de précision portée par une nouvelle génération de télescopes spatiaux et d’observatoires tels que LSST et Euclid fait émerger de nouveaux défis en astrophysique computationnelle. En effet, la prise en compte de phénomènes jusqu’alors considérés comme négligeables dans les modèles est en passe de devenir une problématique centrale pour la simulation et l’analyse des structures à grande échelle de l’Univers. C’est en particulier le cas des effets de relativité générale qui sont susceptibles de laisser leur empreinte aussi bien dans la dynamique de la matière que dans la propagation de la lumière. Or aujourd’hui, la plupart des simulations cosmologiques reposent encore sur un traitement newtonien de la gravitation dans un Univers en expansion. Dépasser ce cadre nécessite de repenser en profondeur les méthodes numériques et les architectures logicielles qui sous-tendent les codes de calcul. Cette thèse vise à lever certains des verrous numériques associés dans une démarche interdisciplinaire à la croisée de l’informatique, des mathématiques appliquées et de la physique computationnelle. Il s’agit en particulier de s’intéresser
conjointement aux schémas d’intégration, de différentiation, de discrétisation, et d’interpolation de façon à concevoir un ensemble cohérent adapté aux variétés différentiables sur lesquelles sont construits les espaces-temps cosmologiques. Le raytracing relativiste destiné à la simulation et à l’analyse fine du lentillage gravitationnel dans les relevés de dernière génération constituera un cadre d’application
privilégié pour développer, tester et valider les nouvelles méthodes et leur implémentation haute performance.
Sur le plan computationnel, cela implique de résoudre en parallèle des milliards de systèmes d’équations différentielles ordinaires sur des grilles à raffinement adaptatif, tout en effectuant à chaque pas d’intégration des opérations d’interpolation et de calcul tensoriel. À cela s’ajoute, si l’on souhaite reconstruire directement à partir des observations la courbure de l’espace-temps et la distribution de
masse associée, la résolution d’un problème inverse prenant la forme d’une optimisation non convexe dans l’espace des configurations possibles de lentillage. La concomitance de l’arrivée d’une nouvelle génération de télescopes et de machine exascale créent un contexte inédit pour s’attaquer à ce problème.
La thèse proposée vise ainsi à développer les méthodes numériques et les implémentations nécessaires pour relever ce défi, en s’appuyant sur les avancées les plus récentes en programmation et sur tout le potentiel des architectures modernes de calcul haute performance.

Compétences:
Titulaire d’un diplôme de MASTER 2 ou en voie de l’acquérir.

Savoir-faire:
Capacité de présenter ses travaux en anglais (niveau C2).

Savoir-être:
Passion pour la recherche et pour la physique expérimentale.
Savoir travail
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...