Mots-clés : Simulation EM, DAS, GPU et CPU computations parallèles.
Responsables : Abdelrahman IJJEH (LEAT), Marylène CUEILLE (LEAT), Jean-Lou DUBARD (LEAT)
Lieu du stage : LEAT, Campus SophiaTech, Bâtiment Forum, 930 Route des Colles, 06903 Sophia Antipolis
Durée : 5-6 mois
Thématique(s) : CMA
Début du stage : Mars ou avril 2023
Gratification : environ 550 €/mois selon la réglementation en vigueur
Contacts : marylene.cueille@univ-cotedazur.fr, Abdelrahman.IJJEH@univ-cotedazur.fr, jean-lou.dubard@univ-cotedazur.fr
Sujet, Contexte
Avec le déploiement de la 5G, la problématique des éventuels effets des ondes électromagnétiques sur la santé est plus que jamais d’actualité. Du fait de la difficulté des mesures, la simulation numérique est un outil privilégié pour quantifier la puissance absorbée par les tissus (DAS, W/kg) et l’élévation de température qui en découle : on parle de dosimétrie numérique.
Le LEAT (UCA) travaille depuis quelques années sur la caractérisation des niveaux de champs dans des modèles complexes de corps humains (ex. Virtual Family [ITIS]). De nombreuses études ont déjà été menées sur ces aspects aux fréquences de la 4G mais peu de données existent dans la bande de fréquences utilisées pour la 5G. De plus, à mesure que la fréquence augmente (ex., f > 26 GHz), le problème de calcul devient très difficile à résoudre en utilisant les techniques de simulation électromagnétique 3D traditionnelles (par exemple, FDTD, FIT, TLM, FEM). Cela est lié au grand nombre de cellules volumiques nécessaires pour représenter le domaine de calcul. Il est alors impossible de traiter des cas d’usage réalistes (ex., abri de bus, voiture connectée, bureaux…) avec ces méthodes de simulation 3D. Cependant, étant donné que la majeure partie de l’énergie EM est absorbée dans les premières couches du corps humain, une approche alternative basée sur la méthode des moments (MOM) peut être envisagée.
Le LEAT développe des solveurs numériques pour résoudre des problèmes électromagnétiques pour des milieux et des structures complexes arbitraires. Plusieurs études ont été menées avec succès pour la bande de fréquence 5G (f < 6 GHz) en utilisant le solveur TLM volumique 3D. Les prochaines études s’orientent vers des scénarios aux fréquences supérieures de la 5G pour pallier les manques de données dans la gamme de fréquence de 26 GHz en particulier.
L’idée serait de traiter les grandes scènes via la méthode des moments afin d’obtenir les courants à la surface des individus présents. Ces courants serviraient alors de données d’entrée aux logiciels temporels (TLM, CST, FDTD…) pour le calcul volumique du DAS. Il ne serait alors plus nécessaire de mailler tout l’environnement en particulier les modèles humains 3D.
Développement, Objectifs
Les récents travaux menés sur la méthode des moments permettent l’obtention des courants à la surface d’une structure simple : une sphère diélectrique homogène. L’objectif de ce stage sera de créer un code permettant de traiter ces courants afin qu’ils deviennent la donnée (le fichier) d’entrée des logiciels temporels (comme celui du LEAT basé sur la méthode TLM ou CST) utilisés pour le calcul du DAS. En d’autres termes il s’agira de calculer le DAS dans la sphère à partir des courants obtenus avec la méthode des moments. Ces résultats seront comparés à la méthode analytique de Mie pour laquelle des cartographies de DAS à différentes fréquences ont déjà été obtenues [1].
De plus, il a été remarqué lors des précédents travaux que les calculs de DAS sur la même structure mais à des fréquences plus élevées engendraient des temps de mémoire colossaux et prohibitifs pour la capacité des machines. Pour cela, différents schémas d’accélération de calcul seront étudiés. Les principaux objectifs du stage sont :
- Utiliser la méthode des moments (MOM) [2] pour calculer les distributions des courants sur les modèles humains. Puis, d’utiliser ces distributions de courants dans un solveur EM 3D (TLM, FDTD, FIT) pour calculer le DAS à l’intérieur du modèle humain.
- Etudier la méthode multipolaire rapide (FMM) pour accélérer les simulations-EM pour les applications de dosimétrie [3], cette technique nous permettra de gérer de grands scénarios/problèmes EM.
Compétences et qualités requises
- Etudiant(e) motivé(e) et dynamique.
- Compétences en informatique (programmation) et en mathématiques.
- Des notions en électromagnétisme et en simulation numérique seraient un plus.
- Facilité d’intégration dans une équipe.
Références
[1] A.Ijjeh, S. Mifdal, M. Cueille, J-L. Dubard, M. Ney, “Numerical Dosimetry at 5G-Bands Using Time-Domain Methods and the Impact of Discretization and Uncertainty in Tissues Constitutive Parameters,” EUCAP 2022, Mar 2022, Madrid, Spain. , pp.1-5.
[2] J. Chakarothai, J. Wang, O. Fujiwara, K. Wake and S. Watanabe, « A Hybrid MoM/FDTD Method for Dosimetry of Small Animal in Reverberation Chamber, » in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 56, no. 3, pp. 549-558, June 2014.
[3] N. Engheta, W. D. Murphy, V. Rokhlin and M. S. Vassiliou, « The fast multipole method (FMM) for electromagnetic scattering problems, » in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 40, no. 6, pp. 634-641, June 1992.