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10 avril 2018 - Pervaporation de composés purs : approche expérimentale du couplage entre transfert de matière et transfert de chaleur / Soutenance de thèse Amine Sid Ali Toudji
Doctorant: Amine Sid Ali TOUDJI

Date de la soutenance : Vendredi 10 avril 2018 à 09:45 Grand amphithéâtre du CEREGE

Résumé de la thèse
L'objectif de ce travail est l'étude du procédé de pervaporation et plus particulièrement la compréhension des mécanismes de transfert dans une membrane en polymère qualifiée de dense. La compréhension de ces mécanismes permettrait de lever les verrous limitant le développement de ce procédé, comme les faibles flux de matière ainsi que l'origine et la quantité de chaleur nécessaire au transfert à travers la membrane. Afin de répondre à ces questions, nous avons développé un dispositif expérimental qui permet de mesurer en simultané les densités de flux de matière et de chaleur. La configuration frontale statique de perméation du dispositif donne accès au profil de température du liquide d'alimentation. Ces données de température ont permis de calculer les densités de flux de chaleur engagées durant les expériences de pervaporation grâce à un calcul par méthode inverse couplé à une simulation STAR CCM+. La densité de flux de matière est mesurée par une nouvelle méthode en complément de la méthode gravimétrique qui a servi de référence. La nouvelle méthode utilise un capteur de pression situé dans réservoir d'alimentation permettant de mesurer en continu la densité de flux de matière avec fréquence d'acquisition de 1Hz synchronisée avec la mesure des températures. Afin de faciliter la compréhension des mécanismes de transfert, nous nous sommes restreints à la perméation de composés purs. La corrélation des deux flux (de matière et de chaleur) mesurés nous a conduit à la conclusion que la quantité de chaleur prise au fluide en amont pour pervaporer une unité de masse de liquide pur est inférieure à la quantité de chaleur nécessaire pour vaporiser ce même liquide. Elle représente 50 % de celle-ci dans le cas de l’eau et seulement 25 % dans le cas de l’'éthanol. 

Mots clés : Pervaporation,densité de flux de matière,densité de flux de chaleur,membrane dense

Jury:
Directeur de these     Emilie CARRETIER                 Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these     Jean-Philippe BONNET         Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these     Jean-Laurent GARDAREIN Aix-Marseille Université
Rapporteur                     Eric FAVRE                         Université de lorraine
Rapporteur                     Laetitia PEREZ                         Université de Nantes
Examinateur                     Violaine ATHES                 Agro Paris Tech
Examinateur                     David BRUTIN                         Aix-Marseille Université
Examinateur                     Murielle RABILLER BAUDRY Université de Rennes
4 avril 2018 - Développement de procèdes propres utilisant le co2 supercritique/ Soutenance HDR Christelle CRAMPON
Dr. Christelle CRAMPON

Date de la soutenance : Mercredi 4 avril 2018 à 10:00 Grand amphithéâtre du CEREGE

Résumé des travaux
Lors de cette présentation, je vais faire une rétrospective de mes activités de recherche depuis le début de ma carrière d’enseignant-chercheur, effectuée en grande partie au sein de l’équipe « Procédés et Fluides Supercritiques » du laboratoire Mécanique, Modélisation et Procédés Propres. Mes activités concernent essentiellement le développement de procédés utilisant le CO2 supercritique. L’utilisation de ce solvant garantit la mise en place de procédés propres et compacts. Le CO2 supercritique est en effet reconnu par “the U.S. Food and Drug Administration” (US FDA) comme étant un solvant GRAS (Generally Recognized As Safe) dont l’utilisation est en adéquation avec des applications alimentaires ou liées à la santé. Il est d’ailleurs approuvé pour la production de produits agroalimentaires sans déclaration. Ce solvant est également plutôt sélectif ; cette sélectivité est modulée en faisant varier la pression et la température. La récupération du produit ciblé ou sa séparation avec le fluide supercritique se fait par simple dépressurisation puisque le CO2 est gazeux et perd son pouvoir solvant dans les conditions ambiantes de pression et de température. Les coordonnées critiques du CO2 sont facilement accessibles (Tc = 304,21 K ; Pc = 7,38 MPa) et notamment la température critique qui permet d’utiliser le CO2 supercritique pour travailler avec des composés thermosensibles. 

Parmi les procédés étudiés, je vais aborder l’extraction de composés d’intérêt par CO2 supercritique à partir de matière solide (plantes, microalgues…), le fractionnement supercritique et enfin l’élaboration de systèmes à libération contrôlée en milieu supercritique. Ces activités de recherche ont trouvé des applications larges allant de l’énergie avec la production de biocarburants, la santé avec l’élaboration de liposomes et de systèmes à libération contrôlée, la parfumerie avec le fractionnement de mélanges liquides complexes issus de plantes… Pour chacun des procédés présentés, je vais rappeler les résultats essentiels et proposer des perspectives de recherches. 

Mots clefs : CO2 supercritique, procédés propres, extraction, fractionnement, génération de particules

Jury:
Rapporteurs
Dr Nora Ventosa – Université de Barcelone
Professeur Jean-Stéphane Condoret – Université Paul-Sabatier
Professeur Jacques Fages - Ecole des Mines d’Albi-Carmaux
Évaluateurs
Dr Stéphane Sarrade - CEA Saclay
Tutrice
Professeur Elisabeth Badens - Aix-Marseille Université

18 décembre 2017 - Contrôle des vibrations induites par vortex dans le sillage d'un cylindre monté sur ressort / Soutenance de thèse Eddy CONSTANT
Doctorant: Eddy CONSTANT

Date de la soutenance : Lundi 18 Décembre 2017 à 14:00, amphithéâtre de la Jetée, Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse
Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la simulation et du contrôle des vi- brations de structures montées sur ressort qui peuvent apparaître sous l’effet de l’interaction avec l’écoulement de sillage instationnaire. Le contrôle de ce phé- nomène, appelé Vibrations Induites par Vortex (VIV), est un enjeu critique dans l’optimisation de nombreux systèmes, notamment en aérodynamique autour des voilures d’avion et en hydrodynamique autour de structures offshore. Dans cette thèse, une méthode de frontières immergées (IBM) a été inté- grée dans l’algorithme PISO du code OpenFOAM, dédié à la simulation d’écou- lements fluides incompressibles. La méthode de frontières immergées permet une représentation précise de corps fixes ou en mouvement, tout en conservant des maillages structurés conduisant à des algorithmes plus précis et efficaces en termes de performances numériques. Un schéma itératif basé sur des sous- itérations entre l’IBM et la correction de pression a été intégré dans le solveur PISO, permettant de conserver un solveur de Poisson rapide tout en satisfaisant simultanément la condition d’incompressibilité de l’écoulement et la condition de non-glissement à la surface. Pour calculer la divergence de l’équation de quantité de mouvement dans la boucle PISO et l’interpolation des flux, un calcul hybride orignal a été proposé avec une résolution analytique utilisant l’équation de la fonction noyau des quantités impliquant le terme force de l’IBM (quantités sin- gulières). Un soin particulier a été apporté à la vérification et à la validation du nouvel algorithme. La convergence en maillage de différentes erreurs a été mon- trée au moyen d’une solution manufacturée, permettant d’analyser aussi bien les erreurs de discrétisation que les erreurs relatives à l’IBM. Le nouvel algorithm a été par la suite étendu au formalisme RANS et DDES proposés dans OpenFOAM pour la simulation d’écoulements en régimes turbulents. Une loi de paroi a été intégrée dans la méthode IBM permettant de modéliser les fines couches limites qui se développent autour des corps à grand nombre de Reynolds. Le travail de validation a été réalisé au regard des données expérimentales et numériques disponibles dans la littérature pour l’étude d’écoulements autour de cylindres et de sphères, sur une large gamme de nombres de Reynolds. Avec l’objectif de développer des lois de contrôle optimal pour le VIV, basées sur les mécanismes d’instabilité linéaire du système couplé dans le cadre de la théorie du contrôle, un solveur adjoint a été développé et validé dans OpenFOAM. 

Mots clés : Aérodynamique, Elasticité, Mécanique des Fluides, Contrôle d'écoulement, Vibrations induites par vortex, Instabilité 

Jury:
Directeur de these Eric SERRE CNRS UMR7340
Rapporteur Elie HACHEM Mines Paris Tech.
Rapporteur Alfredo PINELLI City University of London
Examinateur Julien REVEILLON Université de ROUEN, CORIA
Examinateur Michael SCHAEFER TU Darmstadt
CoDirecteur de these Julien FAVIER Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Philippe MELIGA CNRS UMR7340

8 décembre 2017 - Modélisation numérique du transport et de la turbulence dans le plasma de bord des tokamaks avec configuration divertor / Soutenance de thèse Davide GALASSI
Doctorant : Davide GALASSI

Date de la soutenance : Vendredi 8 Décembre 2017 à 15:00, Faculté des Sciences Aix-Marseille Université, 52 Avenue Escadrille Normandie Niemen
13013 Marseille, Salle Multimédia 

Résumé de la thèse
La fusion nucléaire pourrait offrir une nouvelle source d'énergie stable, non émettrice de CO2 et pérenne. Aujourd’hui, les tokamaks offrent les meilleures performances, en confinant un plasma à haute température au moyen d’un champ magnétique. Deux des enjeux technologiques majeurs pour l'exploitation des tokamaks sont l’extraction de puissance et le confinement du plasma sur des temps longs. Ces enjeux sont associés au transport de particules et de chaleur, déterminés par la turbulence, depuis le plasma centrale vers la zone de bord. Dans cette thèse, nous sommes intéressés par la modélisation de la turbulence dans la région de bord du plasma dans le tokamak. En particulier, nous étudions la configuration divertor, adoptée par la plupart des tokamaks, dans laquelle le plasma central est isolé des parois au moyen d’un champ magnétique additionnel. Cette géométrie magnétique complexe est simulée avec le code de turbulence fluide TOKAM3X, né de la collaboration de l'IRFM au CEA et du laboratoire M2P2 de l'Université Aix-Marseille.
Une comparaison avec des simulations en géométrie simplifiée montre une nature intermittente similaire de la turbulence. Néanmoins, l'amplitude des fluctuations, maximale au plan équatorial, est fortement réduite près du point X, où les lignes de champ deviennent purement toroïdales, en accord avec les données expérimentales récentes. Les simulations en configuration divertor montrent un confinement significativement plus élevé que en géométrie circulaire. Une inhibition partielle du transport radial de matière au niveau du point X contribue à cette amélioration. Ce mécanisme est potentiellement important pour comprendre la transition du mode de confinement faible au mode de confinement élevé, le mode opérationnel prévu pour ITER.

Mots clés : Modélisation, tokamak, turbulence, transport, plasma, divertor

Jury:
Directeur de these Eric SERRE CNRS M2P2 / AMU
Rapporteur Paolo RICCI École polytechnique fédérale de Lausanne
Rapporteur Pascale HENNEQUIN Ecole Polytechnique
Examinateur Giovanni LAPENTA University of Leuven
Directeur de these Domiziano MOSTACCI University of Bologna
CoDirecteur de these Guido CIRAOLO CEA IRFM - Centrale Marseille
Invité   Benjamin DUDSON   University of York
Invité   Patrick TAMAIN    CEA IRFM
6 décembre 2017 - Caractérisation du colmatage des membranes d’ultrafiltration de production d’eau potable par des nanoparticules fluorescentes / Soutenance de thèse Morgane LE HIR
Doctorante : Morgane Le HIR

Date et lieu de la soutenance : Mercredi 6 décembre 2017 à 10h15, Amphithéâtre du CEREGE, Europôle de l’Arbois, Aix-en-Provence

Résumé de la thèse: 
La production et l’utilisation croissante des nanomatériaux et nanoparticules (NP) dans de nombreux secteurs d’activité conduisent inévitablement à un relargage de NP dans l’environnement et notamment dans les eaux devenant ainsi une pollution émergente dans le schéma de la production d’eau potable. Les membranes d’ultrafiltration (UF), semblent présenter un réel potentiel de rétention envers les NP du fait de leur taille de pores proche de 20 nm. La filtration de NP fluorescentes de diamètre 100, 10 et 1,5 nm en suspensions, seules ou en mélange, a été étudiée. Les tailles des NP ainsi sélectionnées permettent de travailler avec des dimensions plus grandes, plus petite et du même ordre de grandeur que la taille des pores. L’influence des conditions opératoires, à travers la variation de la pression transmembranaire (PTM) et du facteur de concentration volumique (FCV) sur la rétention et la récupération des NP a été traitée par plan d’expériences. La considération de la concentration des flux de la filtration en nombre de NP, notamment grâce à l’utilisation d’un Nanosight NS300, a permis d’estimer le nombre de NP bloquées sur et/ou dans la membrane. Une méthodologie précise et fiable permettant la localisation de ces NP bloquées a été consolidée par une précision de mesure plus importante grâce à une caractérisation multi-échelle. Des profils de pénétration des NP fluorescentes dans la membrane ont été ainsi réalisés grâce à une imagerie au Microscope Confocal à Balayage Laser (MCBL). L’application des modèles de colmatage aux données expérimentales a montré une bonne adéquation avec la localisation microscopique des NP et les résultats expérimentaux obtenus. L’influence des conditions opératoires, de la présence de sel et/ou de la polydispersité de la suspension d’alimentation sur l’établissement et la localisation du colmatage a pu être déterminée.

Mots clés : Ultrafiltration, nanoparticule, fluorescence, colmatage, caractérisation, eau 

Jury :
C. Charcosset, LAGEP Lyon, Rapporteur
G. Georges, Aix-Marseille Université, Examinateur
C. Guigui, INSA Toulouse, Rapporteur
P. Moulin, Aix-Marseille Université, Directeur de thèse
B. Teychene, Université de Poitiers, Examinateur
Y. Wyart, Aix-Marseille Université, Co-directeur de thèse
Membre invité :
P. Sauvade, Société Aquasource, SUEZ

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Responsables séminaires:

Cristian BARCA  ( Arbois )
Aymeric LAMORLETTE  ( Château Gombert )

Communication: 

Elena ROSU