Soutenance de thèse de HUTINET Henri

Résumé de la thèse

La méthode Monte-Carlo est largement utilisée pour simuler le transport de particules dans une configuration donnée. Elle est même considérée comme la simulation
de référence, car elle n'implique « aucune approximation » dans sa méthode pour
résoudre l'équation de Boltzmann. Cependant, elle présente un inconvénient majeur :
son temps d'exécution peut être long pour obtenir une variance convenable sur les observables d'intérêt. Ce comportement est notamment exacerbé dans les problèmes de
radioprotection, qui, par définition, impliquent une forte atténuation entre la source
de rayonnement et la zone de détection. Or, les deux estimateurs usuels, permettant
d'établir ces observables (flux, taux de réaction, débit de dose ...), nécessitent l'accès, par la marche aléatoire, des particules au détecteur.
Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse consiste à mettre en oeuvre et à étudier le
comportement d'un estimateur rarement utilisé, mais qui ne nécessite pas d'accéder
à la zone de détection pour estimer des grandeurs d'intérêt telles que le flux, le taux de
réaction ou le débit d'équivalent de dose. Cet estimateur est désigné ici sous le nom de
eTLE . Cependant, il présente une contrepartie en termes de coût computationnel, car
il implique davantage de calculs aux intersections avec des primitives géométriques
et d'interpolations de sections efficaces macroscopiques totales. Pour remédier à
cela, deux solutions ont été étudiées : l'utilisation d'un échantillonnage préférentiel
pour dévier les pseudo-particules propres à la méthode en direction de la zone de
détection, et le transfert des étapes de calcul coûteuses en temps de calcul mais
nécessaires à l'estimateur sur un processeur graphique (GPU). Chaque version est
nommée respectivement eTLE DF et seTLE . Après avoir validé les résultats pour
l'implémentation des deux méthodes dans TRIPOLI-4® , ces dernières ont montré des
gains en variance par rapport aux estimateurs de référence pour différents types de
configurations.
L'eTLE DF offre des facteurs d'accélération d'une voire deux décades pour des
configurations de type « void » ou des blindages modérés ou forts. Il est particulièrement efficace pour des détecteurs à neutrons rapides. Il peut également être utilisé
avec d'autres méthodes de réduction de variance sans biaiser le score recherché, permettant ainsi de multiplier le gain offert par la méthode de biaisage d'une décade
supplémentaire. L'eTLE , associé au transport en ligne droite porté sur GPU de façon asynchrone, offre lui aussi des gains d'une voire deux décades. Ce dernier est
particulièrement efficace dans les zones où les particules ont du mal à accéder par
leur marche aléatoire, comme dans les régions absorbantes. Les paramètres de la méthode, tels que l'ordre de multiplicité, le nombre de CPUs et l'échantillonnage des
paramètres de renvoi sur GPU, possèdent un optimum qui dépend de la physique et
des caractéristiques du matériel utilisé et permettent de tirer pleinement parti des
performances de l'estimateur.