Soutenances de thèse et HDR

14 décembre 2018 - L'Etudes Numérique des Dynamiques Filamentaires dans les Plasmas des SOLs de tokamak / Soutenance de thèse William GRACIAS
Doctorant : William GRACIAS

Date de la soutenance : vendredi 14 décembre 2018 à 10h00 /   Av. de la Universidad 30, Universidad Carlos III de Madrid, Leganés 28911, Madrid, Espagne 

Résumé de la thèse
Le transport filamentaire a été expérimentalement observé dans une multitude de machines de fusion par confinement magnétique, en particulier du genre tokamak. Dans cette thèse la dynamique de ces structures turbulentes filamentaires est étudiée par des études paramétriques. L'’impact de la résistivité parallèle dans le plasma est un aspect important pour la compréhension du mouvement filamentaire dans la région du bord, et ces études montrent la possibilité de changer la dynamique de la vélocité radiale des filaments en fonction de la taille. L'étude d'impact de cisaillement magnétique sur la dynamique des filaments montrent la capacité d'un cisaillement fort de redistribuer la densité d'un filament en l'interdisant de se propager vers le paroi. Le transport turbulent de filament est aussi étudié et montre la tendance de ce transport à varier en fonction de volume du SOL. 

Mots clés : Turbulence, transport, filaments, blobs, bord

Jury:
Directeur de thèse Eric SERRE                 CNRS / laboratoire M2P2
Examinateur                 Carlos HIDALGO        Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)
Examinateur                 Teresa ESTRADA        Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)
Examinateur                 Luis CONDE LóPEZ Universidad Politécnica de Madrid
Examinateur                 Raúl SANCHEZ         Universidad Carlos III de Madrid
Examinateur                 Jean-Marc LAYET         AMU / laboratoire P2IM
28 novembre 2018 - Les réacteurs à biofilm pour la valorisation des eaux usées : Approche multi-échelle, intégrée pour l’optimisation des procédés / Soutenance de HDR Audrey SORIC
Dr. Audrey SORIC

Date de la soutenance : le 28 novembre 2018 à 10h - Amphi 3, Centrale Marseille 


Mots clés : Procédés propres; optimisation; réacteurs à biofilm 

Jury:
Claire Albasi,                                 LGC  (Directrice de recherche CNRS)
Olivier Boutin,                               M2P2 (Professeur AMU)
Florent Chazarenc,                       IRSTEA Lyon (Directeur de Recherche)
Frédéric Fotiadu,                          ISM2 (Professeur Centrale Marseille)
Marie-Thérèse Giudici-Orticoni, BIP (Directrice de Recherche CNRS)
Christian Larroche,                       Institut Pascal (Professeur Polytech Clermont-Ferrand)
Michaël Tatoulian,                         IRCP (Professeur Chimie-Paristech) 
26 novembre 2018 - Etude des mécanismes de cristallisation en milieu supercritique : Application à des principes actifs pharmaceutiques / Soutenance de thèse Sébastien CLERCQ
Doctorant : Sébastien CLERCQ

Date de la soutenance : Lundi 26 Novembre 2018 à 10h / Grand Amphithéâtre du CEREGE, site de l'Arbois

Résumé de la thèse
Ce manuscrit présente une étude du procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) en combinant un travail expérimental et une étude de modélisation moléculaire. En comparaison aux méthodes traditionnelles de cristallisation en solution, le procédé SAS permet une baisse significative des quantités de solvants utilisées, un meilleur contrôle des caractéristiques des poudres générées ainsi qu’une plus grande sélectivité polymorphique. De nombreuses études expérimentales ou de modélisation numérique ont permis une meilleure compréhension de ce procédé, mais certains aspects, liés aux mécanismes de cristallisation sous pression, demeurent moins discutés. Par une investigation de ces mécanismes, l’objectif de ce travail a été de développer et de valider des méthodes permettant un meilleur contrôle du faciès des poudres générées et de la forme du polymorphe. De ces caractéristiques dépendent certaines propriétés des cristaux, telles que leur cinétique de dissolution ou encore leur stabilité physique et chimique, particulièrement importante pour le domaine pharmaceutique.
Le travail expérimental a conduit à la recristallisation du sulfathiazole, un soluté polymorphe modèle permettant une étude cristallographique complète grâce à sa faculté de cristalliser sous cinq formes différentes. Il a été micronisé avec succès à partir de différents solvants organiques et pour différentes conditions opératoires. Deux formes ont majoritairement été obtenues. En utilisant l’acétone comme solvant, la forme I (la moins stable) est formée lorsque le débit de solution organique et la sursaturation globale sont élevés. La forme IV (plus stable que la forme I) est formée lorsque les conditions de mélange sont peu intenses, à savoir pour de faibles débits des deux phases et quelles que soient les conditions de sursaturation.
L’étude de modélisation moléculaire a eu pour objectif de prédire le faciès des cristaux en fonction de l’environnement de croissance. Dans un premier temps, les cristaux de sulfathiazole ont été modélisés in vacuo. Ensuite, la nature du milieu de cristallisation a été prise en compte grâce à des simulations d’adsorption des solvants sur les différentes faces du cristal. Il a ainsi été prédit une faible adsorption de l’acétonitrile et du CO2, n’engendrant aucune modification des caractéristiques des cristaux de sulfathiazole, une adsorption significative de l’acétone et du tétrahydrofurane sur certaines faces identifiées, modifiant le faciès des cristaux, et enfin, une adsorption très importante de l’acide acétique sur l’ensemble des faces. Ces résultats ont été validés par l’observation des cristaux obtenus expérimentalement. La cohérence entre les résultats de modélisation et les résultats expérimentaux montre la pertinence de cette approche novatrice pour les milieux supercritiques.

Jury:
Elisabeth BADENS Prof. Aix Marseille Université, M2P2         Directrice
Brice CALVIGNAC         MC         Université d’Anger, MINT         Rapporteur
Séverine CAMY         Prof. INP ENCIACET Toulouse         Rapporteur
Nadine CANDONI         Prof. Aix Marseille Université, CINaM         Examinatrice
Sylvaine LAFONT         Dr. Sanofi Sisteron         Examinatrice
Antoine LEYBROS Dr. CEA Marcoule, LPSD         Examinateur
Philip LLEWELLYN Prof. Aix Marseille Université, MADIREL Examinateur
Adil MOUAHID         MC         Aix Marseille Université, M2P2         Directeur
Gérard PEPE         DR Membre invité         Encadrant
19 novembre 2018 - Etude hydraulique et statistique d'écoulements métastables en faisceaux d'assemblage REP / Soutenance de thèse Florian MULLER
Doctorant : Florian MULLER

Date de la soutenance : lundi 19 Novembre 2018 à 10h00 /  INSTN Centre CEA Saclay D36, 91190 Saclay ; Grand amphithéâtre 

Résumé de la thèse
L’'analyse des écoulements au sein des faisceaux d’'assemblages combustibles constitue un volet important des études de sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). En effet, une mauvaise répartition thermique au sein de ces écoulements peut conduire à une crise d’'ébullition nuisible à la sûreté de fonctionnement du réacteur. De nombreuses études expérimentales ou basées sur la simulation numérique ont montré l’'existence de phénomènes de réorganisation de structures aux grandes échelles dans ces écoulements. 
Ce travail de thèse vise à progresser dans notre compréhension de ces phénomènes, tant pour mieux les caractériser que pour identifier leur origine, l’'objectif in fine étant de développer des modélisations aux petits échelles adaptées à ce type d’'écoulements. Un travail bibliographique a mis en évidence les difficultés rencontrées par les simulations numériques pour reproduire ces phénomènes, ainsi que de nombreux questionnements concernant leur caractère physique. Des simulations 3D fines ont été réalisées pour analyser l’'écoulement et ont permis d’'identifier deux mécanismes de réorganisation distincts pour les structures aux grandes échelles : un changement de signe de la vitesse transverse entre les crayons ou du tourbillon dans un sous-canal. Il est apparu qu'’il semblait pertinent d’'adopter l’'hypothèse de Taylor pour considérer que les grandes structures 3D évoluaient comme un écoulement 2D transporté. Un gros volet de la thèse a concerné la mise en œoeuvre d’'un code basé sur une méthode statistique pour un champ 2D dans le but de déterminer les états thermodynamiquement stables dans des géométries avec obstacles (représentatives des assemblages combustibles) via la résolution d’un problème variationnel. Des similarités intéressantes ont été obtenues entre les structures cohérentes en REP et les états stables dans une géométrie 2D simplifiée. Des simulations numériques 2D ont permis de plus d'’identifier deux bifurcations possibles pour l’'écoulement, qui présentent un parallèle avec les deux mécanismes de réorganisations observés dans les simulations 3D, et permettent ainsi de poser les bases d’'une explication physique du phénomène. Des premiers résultats de synthèse entre les approches 3D et 2D sont également proposés. 

Mots clés : CFD, Turbulence, Nucléaire, Ecoulements métastables

Jury:
Directeur de these Pierre SAGAUT                 Aix-Marseille Université / M2P2
Examinateur                 Jean-Camille CHASSAING Sorbonne Université
Examinateur                 Aziz HAMDOUNI                 Université de La Rochelle
Examinateur                 Elie HACHEM                 Ecole de Mines de Sofia-Antipolis
Examinateur                 Aurore NASO                 CNRS / Ecole Centrale Lyon - MFAE/LMFA
Examinateur                 Anne BURBEAU ​                CEA / Cesta
Rapporteur                 Thomas GOMEZ                 Université de Lille / Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille
Rapporteur                 Eric GONCALVES DA SILVA    ENSMA - INSIS (Institut des sciences de l'ingénierie et des systèmes) 
19 novembre 2018 - Simulations numériques du transport et du mélange de mucus bronchique par battement ciliaire métachronal / Soutenance de thèse Sylvain CHATEAU
Doctorant : Sylvain CHATEAU

Date de la soutenance : lundi 19 Novembre 2018 à 9h30 / amphithéâtre n°3 / Centrale Marseille

Résumé de la thèse
La clairance mucociliaire est un processus physico-chimique qui sert à transporter et éliminer le mucus bronchique. Pour cela, des milliers d'appendices de taille micrométrique, que l'on nomme cils, recouvrent l'épithélium respiratoire. Ces cils propulsent le mucus en suivant un motif périodique comprenant une phase de poussée où leur pointe peut pénétrer dans le mucus, et une phase de récupération où ils sont totalement immergés dans le fluide périciliaire. Un dysfonctionnement de ce processus peut engendrer de nombreux problèmes de santé. Il a été observé que les cils ne battent pas aléatoirement, mais synchronisent leurs battements avec leurs voisins, formant ainsi des ondes métachronales. Toutefois, du fait que les observations expérimentales sont extrêmement difficiles à réaliser, les propriétés de ces ondes restent mal connues. Dans cette thèse, nous utilisons la simulation numérique afin de reproduire un épithélium bronchique et étudier l'émergence, ainsi que les capacités de transports et de mélanges, de ces ondes. Dans un premier temps, nous considérons des tapis de cils battant initialement dans des étapes aléatoires de leur battement. Nous observons qu'une rétroaction purement hydrodynamique de la part des fluides sur les cils permets la synchronisation de ces derniers, et amène soit à l'émergence d'ondes métachronales antiplectiques, symplectiques, ou bien synchrones. Dans un second temps, nous analysons les capacités de transport et de mélange de ces trois types d'ondes. Les ondes antiplectiques se révèlent être les meilleures à transporter et mélanger les fluides, et les plus avantageuses d'un point de vue énergétique. Pour les trois types de coordination ciliaire, le mélange est chaotique. Il est puissant près de la région ciliée, et faible dans les régions éloignées. Dans un troisième temps, nous expliquons la meilleure efficacité des ondes antiplectiques sur les ondes synchrones et symplectiques par un phénomène d'aspiration-soufflage qui se produit au niveau de l'interface entre le mucus et le fluide périciliaire. Ce mécanisme permet à la pointe des cils battant en organisation antiplectique de pénétrer plus profondément dans le mucus durant la phase de poussée, et d'en être plus éloignés lors de la phase de récupération. La compétition entre ce phénomène, et l'effet de lubrification du mucus grâce au fluide périciliaire, est aussi étudiée aux travers de différents paramètres. Enfin, dans un dernier temps, les effets de l'asymétrie temporelle dans le battement des cils sont étudiés. Nous trouvons qu'une phase de poussée occupant environ 30 % de la période de battement, tel ce qui est observé dans la nature, correspond à un optimum énergétique dans le cas des ondes antiplectiques. 

Mots clés : Frontières Immergées, Clairance mucociliaire, Propulsion ciliaire, Ondes métachronales

Jury:
Directeur de these Julien FAVIER         Aix Marseille Université, Laboratoire M2P2
Rapporteur                 Franck NICOUD         Université de Montpellier
Rapporteur                 Philippe PONCET         Université de Pau et des Pays de l'Adour
Examinateur                 Benjamin MAUROY CNRS / Université de Nice
CoDirecteur de these Sébastien PONCET Université de Sherbrooke & Aix Marseille Université
CoDirecteur de these Umberto D'ORTONA CNRS / Aix Marseille Université, Laboratoire M2P2
Examinateur                 Annie VIALLAT         CNRS / Aix Marseille Université
Examinateur                 Stéphane MOREAU Université de Sherbrooke
19 octobre 2018 - Préparation et évaluation de l’activité d’un nouveau catalyseur monolithique en microréacteur / Soutenance de thèse Xiaotong ZHAN
Doctorant : Xiaotong ZHAN 

Date de la soutenance : vendredi 19 octobre 2018 à 10h00 / Salle des thèses de St Jérôme, AMU

Résumé de la thèse
Cette étude présente la préparation et l’évaluation de l’activité d’un nouveau catalyseur monolithique en microréacteur. La réaction d’hydrogénation du p-nitrophénol par transfert d’hydrogène avec l’acide formique a été choisie comme réaction modèle pour comparer les performances du monolithe à celles d’un catalyseur commercial en lit fixe.
Cette thèse comporte une partie expérimentale importante. D’un côté, un montage expérimental et des protocoles d’analyse en ligne ont été mis au point pour faire une étude quantitative précise de la réaction modèle. De l’autre côté, les conditions de préparation d’un monolithe de silice fonctionnalisée dans le tube-réacteur en acier chemisé de verre ont été optimisées. Il a été chargé en nanoparticules de Pd par une méthode en écoulement. Le monolithe comporte un réseau de macropores pour l’écoulement et une organisation hexagonale typique de mésopores et micropores, et cela presque sans retrait au séchage.
L’activité des 2 types de catalyseurs dans la réaction modèle a été comparée par leur cinétique de réaction et leur comportement dynamique dans la phase de mise en régime du microréacteur. Une partie théorique présente la modélisation du microréacteur en régime stationnaire pour l’établissement des cinétiques et en régime transitoire pour rationaliser les observations expérimentales. Le monolithe Pd@silice et le catalyseur commercial Pd@alumine ont des comportements différents et obéissent à des lois cinétiques différentes. Un modèle réactionnel impliquant un changement de propriétés de la surface catalytique pourrait expliquer le profil de concentration inhabituel observé avec le catalyseur commercial. La comparaison démontre la supériorité du nouveau catalyseur monolithe, et lui ouvre de bonnes perspectives industrielles. 

Mots clés : Microréacteur, Catalyse hétérogène, Transfert d’hydrogène, Modélisation cinétique, Synthèse de catalyseur 

Jury:
Rapporteurs : Véronique DUFAUD-NICCOLAI,   Directeur de Recherche CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1
Rapporteurs : Jean-Marc COMMENGE,               Professeur, Université de Lorraine.
Examinateur : Alain FAVRE-REGUILLON,            Maître de Conférences, Conservatoire National des Arts et Métiers.
Examinateur : Pierrette GUICHARDON,              Professeur, Ecole Centrale Marseille.
Invité : Frédéric FOTIADU,                                    Professeur, Ecole Centrale Marseille.
Directrice de thèse : Françoise DUPRAT,            Professeur, Ecole Centrale Marseille.
Co-directeur de thèse : Damien HERAULT,         Maître de Conférences, Ecole Centrale Marseille.
8 juin 2018 - Développement de méthodes de Boltzmann sur réseau en maillages non-uniformes pour l’'aéroacoustique automobile / Soutenance de thèse Félix GENDRE
Doctorant : Félix GENDRE

Date de la soutenance : Vendredi 8 Juin   2018 à 10:30, amphithéâtre A / RdC de l'Equerre , Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse
L'objectif de ce travail est d'étudier les capacités de la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) dans un cadre numériquement contraignant : celui de la simulation aéroacoustique en maillage non-uniforme, à très haut nombre de Reynolds et à nombre de Mach non négligeable (Ma>0.1), appliquée à l'automobile. La problématique industrielle est celle du calcul du bruit intérieur d'origine aérodynamique, dont le calcul du champ de pression pariétal instationnaire sur le vitrage conducteur est la première étape décisive. Il a été constaté qu'un manque de précision sur la faible part acoustique du champ de pression total sur le vitrage, provenant très probablement d'erreurs au niveau des transitions de résolution du maillage, était la cause d'une surestimation du bruit intérieur. Nous présentons d'abord une contruction cohérente et unifiée de la méthode de Boltzmann sur réseau à partir de l'équation de Boltzmann, dans un cadre athermal faiblement compressible. Nous insistons particulièrement sur la cohérence des adimensionnements ainsi que sur la question de la limite hydrodynamique de l'équation de Boltzman sur réseau. Nous étudions ensuite en détail les propriétés aéroacoustiques de la LBM, en parcourant toutes les grandes familles d'opérateurs de collision de la littérature. Une variante de modèle à temps de relaxation multiples, utilisable pour l'aéroacoustique, est présentée et testée. Les modèles basés sur un filtrage sélectif de l'équation de Boltzmann sur réseau sont aussi étudiés. Un modèle alternatif simplifié de filtrage sélectif, rapide et compact, est développé et validé numériquement. Une étude préliminaire est également menée pour utiliser l'hyperviscosité introduite par ce dernier dans le cadre de calculs LES (Large Eddy Simulation), avec des résultats prometteurs. La problématique des maillages non-uniformes est abordée. Un recensement exhaustif des études LBM menées dans ce cadre dans la littérature montre qu'aucune ne correspond à nos contraintes. Un algorithme alternatif est développé pour traiter les problèmes observés aux transitions de résolution. Nous apportons également des modifications à un algorithme plus classique, validées numériquement. Enfin, des applications industrielles sont réalisées à l'aide des modèles développés dans le mémoire, en particulier sur un véhicule complet. Le potentiel impact positif sur la qualité du champ aéroacoustique en maillage non-uniforme de la stratégie LES basée sur l'hyperviscosité du filtrage sélectif est discuté. 

Mots clés : Boltzmann sur réseau, Aéroacoustique, Maillage non uniforme, Turbulence, Fltrage, 

Jury:
Directeur de these Pierre SAGAUT Université d'Aix Marseille
Examinateur                 Julien FAVIER Université d'Aix Marseille
Examinateur                 Denis RICOT         Renault S.A.S
Examinateur                 Charles HIRSCH Université libre de Bruxelles
Rapporteur                 François DUBOIS Conservatoire National des Arts et Metiers
Rapporteur                 Irina GINZBURG IRSTEA 

5 juin 2018 - Rhéologie du mucus bronchique: caractérisation et modélisation pour l'aide à la clairance par un dispositif médical / Soutenance de thèse Olivier LAFFORGUE
Doctorant : Olivier LAFFORGUE

Date de la soutenance : Mardi 5 juin 2018 à 10h00 Grand amphithéâtre du CEREGE

Résumé de la thèse
Aujourd’hui, les pathologies respiratoires chroniques constituent un fardeau sanitaire mondial. Beaucoup sont associées à une modification rhéologique du mucus. Le rôle de clairance du mucus tapissant les voies respiratoires est de capturer des particules étrangères afin qu’enzymes et anticorps le nettoient, puis d’être transporté vers le pharynx pour être digéré ou expectoré. Dans des conditions pathologiques (e.g. mucoviscidose), les propriétés physiques assurant cette fonction vitale sont entravées par des modifications de la composition du mucus. L’objectif ici est de caractériser en profondeur les propriétés mécaniques du mucus vis-à-vis du développement d’appareils d’aide à la clairance. Ceci est réalisé par des moyens expérimentaux et de la modélisation depuis la base de données qui en découle. Le mucus réel implique de sérieuses problématiques de collecte, c’est pourquoi le choix a été fait de préparer des simulants à partir de glycoprotéines à différentes concentrations reproduisant la variété naturelle du mucus. Cela a permis de tester chacune des variétés vastement, palliant ainsi les problèmes de cohérence intrinsèque. La microscopie optique et la MEB ont donné un aperçu visuel du réseau 3D des simulants et confirmé sa similarité avec des mucus réels. La tension de surface, liée à la mouillabilité et l’adhésivité du mucus sur la surface épithéliale a été mesurée. Cela a montré une bonne concordance avec des mucus pathologiques, en particulier les concentrations élevées, en cohérence avec les observations cliniques. Le mucus est sujet aux changements de température in-vivo et peut varier de 20°C près de la bouche à 40°C en cas de fièvre. Ainsi les diffusivité, conductivité et capacités thermiques ont été mesurées dans cet intervalle. Les résultats sont proches de ceux de l’eau. Des tests SAOS ont permis la caractérisation rhéologique de la structure au repos. Les effets de la contrainte, fréquence et température sur la viscoélasticité ont été mesurés ainsi que les phénomènes viscoplastiques quantifiés en termes de seuils de contrainte et d’écoulement et d’énergie de cohésion en fonction de la concentration. Les tests en écoulement permanent montrent des comportements viscoplastiques et rhéofluidifiants bien ajustés par un modèle d’Herschel-Bulkley. Ses paramètres quantifient la viscoplasticité et la rhéofluidifiance en fonction de la concentration. En complément, des essais transitoires ont été conçus pour étudier la thixotropie du mucus. Celle-ci est liée à des évolutions lentes des propriétés rhéologiques dues à la restructuration au repos ou la déstructuration initiée par une déformation. Dans le cadre de la kinésithérapie respiratoire – visant à déstructurer l’épais mucus afin que le patient puisse l’expectorer – une telle dépendance du temps est une propriété cruciale. Elle fut d’abord observée qualitativement en écoulement continu comme une boucle d’hystérésis. La thixotropie a ensuite été mesurée indépendamment des comportements indépendants du temps et quantifiée par des échelons de cisaillement. Cela a fourni des temps de reprise ainsi que des courbes d’écoulement permanent isostructurelles (rhéogramme d’un niveau de structure donné). Ces dernières permettent de relier les paramètres HB au degré de structure. Enfin, la modification du modèle d’HB pour qu’il tienne compte de la cinétique de la structure a permis d’ajuster les échelons positifs à partir d’une référence proche des conditions de respiration vers des conditions proches de la toux (1 à 100 s-1). En conclusion, des tests complémentaires et intrinsèquement cohérents ont fourni une caractérisation thermo-physique et rhéologique complète d’une variété de simulants de mucus dans des conditions de repos, d’écoulement permanent et transitoires. Il en résulte un nouveau modèle prenant en compte la thixotropie. Ces résultats quantitatifs fournissent une base de données utile pour de futures simulations numériques dédiées au transport du mucus bronchique. 

Mots clés : rhéologie, mucus, SIMEOX, transport, clairance, modélisation

Jury
Directeur de these Sébastien PONCET Université de Sherbrooke
Rapporteur                 Albert MAGNIN         CNRS, Université Grenoble Alpes
CoDirecteur de these Julien FAVIER         Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these Isabelle SEYSSIECQ Aix-Marseille Université
Rapporteur                 Gladys MASSIERA Université Montpellier
Examinateur                 Michaël BAUDOIN Université de Lille
Examinateur                 Benoit HAUT                 Université libre de Bruxelles
31 mai 2018 - Linear and semi-linear analysis of large-scale oscillations in laminar and turbulent open flows / Soutenance HDR Philippe MELIGA
Dr. Philippe MELIGA

Date de la soutenance : Jeudi 31 Mai à 14h00 en amphi 3 de Centrale Marseille

Abstract
I will review several lines or research committed to raising the state-of-the-art capability of theoretical, linear stability and sensibility analyses in view of tackling flows of engineering importance, where Reynolds numbers of several millions are common occurrences and the small amplitude assumption is inherently faulted. I will focus on two different, yet not unrelated approaches:
- the linear stability and sensitivity analysis of turbulent flows performed in the frame of the triple decomposition,
- the semi-linear analysis of laminar flows, that uses a self-consistent model of the mean flow/fluctuation interaction to predict how an instability grows and saturates at a finite amplitude.
I will also describe ongoing efforts undertaken to benefit from advanced numerical methods and high performance computing.

Jury :
L. Jacquin,        ONERA (rapporteur)
P. J. Schmid,     Imperial College (rapporteur)
S. Zaleski,         IJLRA (rapporteur)
M. Braza,           IMFT
J.-M. Chomaz,  LadHyX
U. Ehrenstein,  M2P2
F. Gallaire,        EPFL

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
30 novembre 2017 - Dégradation de micropolluants organiques par un bioréacteur hybride / Soutenance de thèse Camille GRANDCLEMENT
Doctorante : Camille GRANDCLEMENT

Date et lieu de soutenance : le jeudi 30 novembre 2017 à 10h00 dans le grand amphithéâtre du CEREGE; Arbois

Résumé des travaux
La présence de micropolluants organiques dans l’environnement et notamment le milieu aquatique, est devenue une préoccupation grandissante au cours des années. En effet, les micropolluants sont éliminés de façon variable par les différents systèmes de traitement des eaux, notamment du fait des propriétés physico-chimiques des composés à traiter mais également des conditions opératoires du traitement appliqué. Ainsi, les stations d’épuration constituent une voie majeure de dissémination de ces composés dans l’environnement. Parmi ces substances chimiques présentes en très faibles concentrations, les composés pharmaceutiques et les pesticides doivent être suivis et traités car ils peuvent avoir des effets indésirables sur les organismes une fois rejetés dans l’environnement. La biodégradation étant un des mécanismes de transformation dominant pour les micropolluants, les procédés biologiques, et notamment les procédés hybrides (biomasse libre et fixée), semblent pertinents pour les éliminer efficacement. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur la biodégradation de la carbamazépine, du diclofénac et du diuron par des microorganismes sélectionnés en utilisant un bioréacteur hybride. La méthodologie proposée a reposé sur la mise en place de tests de biodégradation en batch afin de sélectionner des microorganismes pertinents pour la dégradation des molécules cibles, avant de travailler avec un bioréacteur hybride. Les souches sélectionnées ont permis de dégrader complètement le diclofénac par co-métabolisme en moins de 24 heures et ont montré des résultats encourageants en 72 heures pour les autres composés. Un sous-produit a pu être identifié et son écotoxicité a été comparée à celle du diclofénac. L’efficacité des souches a ensuite été évaluée sur des bioréacteurs hybrides prototypes sous différentes conditions. Bien que l’élimination du diclofénac ait été importante en conditions stériles, la cinétique observée était plus faible. La carbamazépine et le diuron ont quant à eux été faiblement éliminés. Une optimisation des paramètres et l’acclimatation des microorganismes sélectionnées pourraient permettre d’améliorer les résultats, notamment en conditions non stériles.

Mots clés : Traitement de l’eau, Micropolluants, Procédé hybride, Biodégradation, Ecotoxicité

Jury

Pr. Damia Barcelo, Professeur, Université de Barcelone
Pr. Christophe Dagot, Professeur, Université de Limoges
Pr. Elena Gomez, Professeur, Université de Montpellier
Dr. Aurore Zalouk-Vergnoux, Maître de conférence, Université de Nantes
Dr. Anne Piram, Maître de conférence, Aix Marseille Université
Pr. Nicolas Roche, Professeur, Aix Marseille Université
Dr. Isabelle Seyssiecq, Maître de conférence, Aix Marseille Université
Pr. Pierre Doumenq, Professeur, Aix Marseille Université

Membres invités :
M. Guillaume Vanot, Société Seakalia
M. Samuel Bernard, Société Occitane d'Environnement
17 Novembre 2017 - Généralisation des modèles stochastiques de pression turbulente pariétale pour les études vibro-acoustiques via l'utilisation de simulations RANS / Soutenance de thèse Myriam SLAMA
Doctorante:  Myriam SLAMA

Date de soutenance: Vendredi 17 Novembre 2017 à 10:00 Amphithéâtre A de l'Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse:
Le développement d’une couche limite turbulente sur des structures entraîne des vibrations et des nuisances sonores. Celles-ci sont estimées par des calculs vibro-acoustiques qui nécessitent le spectre de pression pariétale turbulente en fréquence-nombre d’onde. Ce spectre est généralement calculé via des modèles empiriques. Or ces modèles ont un domaine de validité très restreint et ne permettent pas de prendre en compte correctement les effets de gradient de pression dus aux courbures des structures par exemple. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une méthode est proposée pour calculer les corrélations spatio-temporelles de pression pariétale à partir d’une solution sous forme intégrale de l’équation de Poisson. Le spectre de pression est obtenu à partir de la transformation de Fourier de ces corrélations. L’expression retenue pour ces dernières fait intervenir les dérivées d’une fonction de Green ainsi que les champs de la vitesse moyenne et des tensions de Reynolds qui sont obtenus par simulation RANS. Elle fait aussi intervenir des coefficients de corrélation de vitesse spatio-temporelle qui doivent être modélisés. Pour cela, un nouveau modèle de coefficient de corrélation spatiale a été développé : l’Extended Anisotropic Model (EAM). Pour réaliser le calcul des corrélations et du spectre de pression, une méthode numérique, appelée KEAM pour Kriging-based Extended Anisotropic Model, a aussi été développée. Elle fait intervenir la modélisation des coefficients de corrélation via l’EAM ainsi qu’une stratégie d’échantillonnage adaptatif combinée à du krigeage. Cette dernière permet de réduire le nombre de valeurs de corrélation de pression nécessaires pour obtenir le spectre de pression pariétale et donc de réduire le temps de calcul. Dans un premier temps, la méthode est appliquée à un écoulement de couche limite turbulente sur plaque plane afin de la valider. Les spectres de pression obtenus concordent bien avec les modèles empiriques. La méthode est ensuite appliquée à un écoulement au-dessus d’un profil NACA-0012 avec un gradient de pression adverse. Le modèle permet de retrouver les tendances observées dans la littérature.  

Mots clés : turbulence, pression pariétale, formulation intégrale, équation de Poisson

Jury
Directeur de thèse Pierre SAGAUT Université d'Aix-Marseille
Examinateur Cédric LEBLOND         Naval Group
Rapporteur Luminita DANAILA         Université de Rouen, laboratoire CORIA
Rapporteur Xavier GLOERFELT ENSAM - Arts et Métiers ParisTech, laboratoire DynFluid
Examinateur Régis MARCHIANO UPMC, laboratoire d'Alembert
Examinateur Fabien ANSELMET Ecole Centrale Marseille, laboratoire IRPHE  
12 octobre 2017 - Cristallisation par procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) : influence des conditions opératoires sur le polymorphisme des cristaux / Soutenance de thèse Samia ABDELLI - HAROUN
Doctorante: Samia ABDELLI - HAROUN

Date de soutenance :  jeudi 12 octobre à 15h, la soutenance se déroulera dans la salle des thèses à Saint-Jérôme (la salle est située au rez- de - chaussée du département des longues)

Résumé des travaux :

Ce travail de thèse de doctorat a eu pour objectif d’étudier la cristallisation d’un principe actif pharmaceutique, le sulfathiazole, par procédé Supercritique Anti-Solvant. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l’influence des conditions opératoires sur les caractéristiques des cristaux générés en termes de taille, nature polymorphique et faciès. Une attention plus particulière a été portée sur la nature polymorphique des cristaux formés en regard des conditions thermodynamiques et hydrodynamiques du milieu de cristallisation. En effet, le polymorphisme concerne plus de 80% de molécules pharmaceutiques et l’obtention d’une forme polymorphique non désirée peut avoir des conséquences dramatiques sur la biodisponibilité du médicament ou sur sa stabilité dans le temps. Lors d’une campagne expérimentale de cristallisation, nous avons fait varier la température (313 K et 328 K), la pression (10 et 20 MPa), le rapport molaire solvant/CO2 (2,5 à 15%) et la concentration massique de la solution organique (0,5 à 1,8%). Le caractère original de ce travail est que nous avons également étudié l’influence de la durée de l’étape de cristallisation sur les caractéristiques des cristaux formés. Ce paramètre est particulièrement important et à prendre en compte lors du changement d’échelle. Plusieurs expériences ont été réalisées pour des durées de précipitation différentes, de 4, 5 et 8 h. Nous avons également étudié au préalable les équilibres de phases et mesuré les solubilités du principe actif dans la phase fluide afin de connaître l’état de sursaturation dans le milieu de cristallisation pour toutes les conditions étudiées.


Les résultats ont montré que dans certaines conditions la forme polymorphique IV (la plus stable à pression ambiante) est obtenue pure alors que dans d’autres conditions elle est obtenue en mélange avec la forme instable I. Nous avons par ailleurs observé une variation des caractéristiques des cristaux en fonction de la durée de l’étape de cristallisation. Dans les conditions correspondant à de faibles sursaturations et à des phénomènes de transfert limités, la forme IV est initialement obtenue alors que la formation de la forme I est ensuite favorisée au cours du temps. Ces résultats démontrent clairement l’importance du contrôle de la durée de l’étape de cristallisation par le procédé SAS.

Jury :

Dr. Pascale SUBRA-PATERNAULT           Université de Bordeaux                                  

Pr. Denis MANGIN                                      Université de Lyon I

Examinateur :

Dr. B. CALVIGNAC                                    Université d’Angers

Directrices de thèse :

Pr. Elisabeth BADENS                                 Aix-Marseille Université

Dr. Yasmine MASMOUDI                           Aix-Marseille Université

 

21 juillet 2017 - Caractérisation du colmatage chimique et biologique et leurs interactions au sein d’un dispositif de micro-irrigation dans le contexte de la réutilisation des eaux usées épurées en irrigation / Soutenance de thèse Nancy RIZK
Doctorante: Nancy RIZK

Date de soutenance: le 21 juillet 2017 à 10h30 au centre IRSTEA de Montpellier

Résumé des travaux :
Dans le contexte d’un changement global atteignant les paramètres hydro-écologiques et biodémographiques généraux, la micro-irrigation utilisée en agriculture avec des eaux usées traitées constitue une approche prometteuse visant à réduire les dépenses en eau. Cependant, le colmatage des systèmes de micro-irrigation constitue une contrainte à l’utilisation de ces eaux contenant des micro-organismes, nutriments et sels dissous. Ces contaminants peuvent entrainer des précipitations chimiques avec développement de biofilms qui dégradent les performances des systèmes d’irrigation. Consécutivement on peut ainsi situer les objectifs de cette étude: i) Caractériser la précipitation des sels dissous due aux variations des conditions opératoires le long des systèmes de micro-irrigation, ii) étudier le développement des biofilms par l’utilisation d’une eau usée traitée sous différentes conditions hydrodynamiques, iii) analyser certaines interactions entre la précipitation chimique et le développement du biofilm. En premier lieu une étude a été conduite sur l’impact des paramètres qui influent sur la précipitation chimique, comme la température le pH et la pression partielle du CO2. Cette étude a permis de quantifier l’augmentation de la masse du précipité produit sous forme de calcite (carbonate de calcium) en fonction de l’augmentation du pH et de la température. Les résultats expérimentaux ont permis de valider et de calibrer la modélisation de la précipitation sous PHREEQC. Cette modélisation permet de prédire et de quantifier la précipitation chimique pour une qualité d’eau donnée dans des conditions opératoire variées de pH, de température et de pression partielle du CO2. Des expérimentations ont ensuite été réalisées à l’aide d’un banc d’essai d’irrigation pour étudier l’influence du carbonate de calcium sur la croissance des biofilms au niveau des conduites de micro-irrigation et des goutteurs (organe de distribution). En parallèle un réacteur de Taylor-Couette (RTC) fut utilisé pour étudier l’influence de la contrainte de cisaillement sur le développement des biofilms. Selon la position dans le système d’irrigation, 3 contraintes de cisaillement ont été identifiées puis analysées. Dans la conduite une contrainte de 0.7 Pa a été retenue et 2.2 et 4.4 Pa dans les goutteurs. On constate que le biofilm a tendance à se développer sous la plus forte contrainte de cisaillement. Une précipitation du carbonate de calcium sous forme de calcite, à été observée en interaction avec la croissance du biofilm.

Mots-clés: Biofilm, carbonate de calcium, contrainte de cisaillement, précipitation chimique, PHREEQC.

Jury :

Dr. Nassim AIT MOUHEB Chargé de recherche G-EAU, IRSTEA, Montpellier Examinateur
Pr. Christophe DAGOT Professeur Université de Limoges Rapporteur
Dr. Renauld ESCUDIE Directeur de recherche LBE, INRA, Narbonne Rapporteur
Pr. Marc HERAN Professeur Université de Montpellier Examinateur
Dr. Bruno MOLLE Ingénieur de Recherche G-EAU, IRSTEA, Montpellier Examinateur
Pr. Nicolas ROCHE Professeur Université d’Aix-Marseille Directeur de thèse

 

5 juillet 2017 - Mise en forme et enrobage d’ingrédients pharmaceutiques par procédés supercritiques / Soutenance de thèse Rania DJERAFI
Doctorante: Rania DJRAFI

Date de soutenance: le 5 juillet à 14h30 - Grand Amphi du CEREGE / Arbois

Résumé des travaux :
Ce travail de thèse a été dédié à l'élaboration de formulations de médicaments par procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS). L'étude a été divisée en deux sections : la production de co-précipités de médicament / polymère en utilisant le procédé SAS et l’enrobage de particules de taille micrométrique en utilisant un lit fluidisé couplé au procédé SAS. L'éthyl cellulose a été choisi comme polymère biocompatible pour la préparation des deux systèmes. La micronisation de l'éthyl cellulose par procédé SAS a été réalisée avec succès ; des particules submicroniques ayant une taille moyenne de 300 nm ont été obtenues. Des formulations composites micronisées, de quercétine et de rifampicine avec de l'éthyl cellulose, ont été élaborées par co-précipitation à pression et température modérées (10 MPa et 35 °C). Selon les conditions opératoires utilisées, des tailles et distributions de taille des particules, des morphologies, mais aussi des taux de cristallinité et des taux de chargement du médicament différents ont été observés. La co-précipitation de la quercétine avec de l'éthyl cellulose a conduit à l'obtention de particules quasi-sphériques amorphes avec une taille moyenne comprise entre 150 et 350 nm et avec une efficacité d'encapsulation élevée allant jusqu'à 98%, permettant ainsi une bonne stabilité dans le temps de la quercétine encapsulée contre l'oxydation. Des co-précipités de taille submicronique chargés par la rifampicine avec des granulométries comprises entre 190 et 230 nm ont été obtenus avec une efficacité d'encapsulation élevée allant jusqu'à 96%. La forme amorphe des co-précipités est restée stable après 6 mois de stockage à 75% d'humidité relative et à température ambiante. Les études de libération in vitro ont montré une libération prolongée de la rifampicine à partir des co-précipités.

L'étude de faisabilité d'une nouvelle méthode d’enrobage par lit fluidisé en milieu supercritique couplé à l'utilisation du procédé SAS a été réalisée. Ce procédé vert alternatif permet d’enrober des particules micrométriques avec peu d'agglomération et une bonne qualité du film d’enrobage. Des expériences d’enrobage de billes de verre ont été effectuées dans des conditions opératoires variées pour deux configurations d'injection différentes, pulvérisation par le haut ou par le bas de l’autoclave. De meilleurs résultats ont été obtenus dans les expériences de pulvérisation par le haut, notamment en termes de qualité du film d’enrobage. Ce travail de thèse apporte des éléments nouveaux et pertinents pour un meilleur contrôle des procédés d’enrobage en milieu supercritique.

Mots-clés : Systèmes de délivrance de médicaments, procédé anti-solvant, fluidisation, co-précipitation, enrobage.

Jury:

Rapporteurs :

Pr Jacques FAGES

Ecole des Mines d’Albi-Carmaux

Dr Soraya RODRIGUEZ

Université de Valladolid

Examinateur :

Pr Abdeslam MENIAI

Université de Constantine 3

Directrices de thèse :

Pr Elisabeth BADENS

Aix-Marseille Université – Marseille

 

Dr Christelle CRAMPON

Aix-Marseille Université – Marseille

 

Dr Yasmine MASMOUDI

Aix-Marseille Université – Marseille

 

19 Juin 2017 - Le fractionnement supercritique applique à des composes d’intérêt industriel / Soutenance de thèse Cyril DUFOUR
Doctorant Cyril DUFOUR

Date de soutenance: Lundi 19 juin 14h30 - Amphi du CEREGE

Résumé:
Le fractionnement par CO2 supercritique est un procédé séparatif très sélectif mais encore peu exploité à l’échelle industrielle. L’industrie des plantes à parfum est en recherche constante de techniques séparatives permettant la purification de molécules d’intérêt issues d’extraits végétaux. Les travaux de cette thèse ont eu pour objectif de mettre en avant le potentiel du fractionnement supercritique et d’étudier ses performances lorsqu’il est appliqué à des mélanges complexes. L’étude a été focalisée sur la purification du sclaréol contenu dans un mélange complexe. Pour cela, une étude préliminaire a permis d’identifier l’alimentation ayant les propriétés les plus adaptées à un fractionnement supercritique. Des mesures de masses volumiques, de viscosités et d’équilibres de phases ont été réalisées pour caractériser les différents types d’alimentation, mais aussi identifier les conditions opératoires les plus favorables pour mettre en place un fractionnement supercritique sélectif. Par la suite, une première phase expérimentale de fractionnement supercritique a été menée à température constante sur une colonne garnie d’une hauteur utile de 2,6 m pour un diamètre interne de 30 mm. Ces essais ont permis de montrer les paramètres opératoires les plus influents sur la purification du sclaréol. Certains de ces résultats ont pu être modélisés avec succès à l’aide d’un modèle simple. Une seconde phase expérimentale a permis de mettre en évidence l’intérêt d’un reflux interne pour augmenter la sélectivité de la séparation. Enfin, un couplage du fractionnement supercritique avec la distillation moléculaire a été proposé pour ouvrir une nouvelle voie dans la chaîne de purification du sclaréol. Une amélioration significative du taux de pureté en sclaréol et du rendement a été démontrée. 

Mots clés: fractionnement supercritique, sclaréol, plan d’expériences, modélisation.

Rapporteurs :
Dr Séverine CAMY   
ENSIACET – Toulouse
Pr Xavier FERNANDEZ   
Université Nice – Sophia Antipolis

Examinateur :
Dr Hubert Alexandre TURC   
LPSD – CEA Marcoule

Co-encadrants :
Mme Claire DELBECQUE   
Bontoux SAS –Saint-Auban-sur-l’Ouvèze
M Pierre-Philippe GARRY   
Bontoux SAS –Saint-Auban-sur-l’Ouvèze

Directrices de thèse :
Pr Elisabeth BADENS   
Aix-Marseille Université – Marseille
Dr Christelle CRAMPON   
Aix-Marseille Université – Marseille

 
19 Mai 2017 - "Applicabilité de la réduction de modèles à la conception aérothermique collaborative des systèmes d'air secondaire des turbomachines" / Soutenance de thèse Pierre COSTINI
Doctorant Pierre COSTINI

Date de soutenance: Vendredi 19 Mai  à 14h00 dans l’amphithéâtre A ( ECM )

Résumé:
La conception de turboréacteurs nécessite la capacité de réaliser des calculs thermiques couplés instationnaires sur un moteur complet et l'intégralité d'une mission du moteur monté. Pour faire face à ce besoin quotidiennement en bureaux d'études, l'approche de conception actuelle emploie des modèles simplifiés de l'écoulement interne de refroidissement, basés en grande partie sur l'expérience accumulée au cours des programmes moteurs précédents. 
Les futurs concepts de moteurs, attendus comme plus en rupture avec les architectures actuelles, risquent par conséquent de sortir du domaine de validité de ces modèles simplifiés. Ceci crée un besoin pour des approches de modélisation alternatives afin de faire face à ces situations hors domaine d'expérience.\par 
 
Les méthodes actuelles de calcul haute fidélité impliquant des calculs de mécanique des fluides numérique sont suffisamment générales et précises pour être appliquées à ces problématiques. Néanmoins, ces approches souffrent toujours d'un temps de restitution inadapté pour traiter de longs calculs couplés transitoire sur une mission complète en bureaux d'études. Une réponse séduisante à cette contradiction serait la construction de modèles de remplacement moins coûteux à partir de l'exploitation en amont de ces modèles haute fidélité. Ces modèles de coût réduit pourraient ensuite être intégrés dans un modèle simplifié d'écoulement dans le système d'air secondaire. Cette solution est explorée dans cette thèse qui investigue son applicabilité pour la modélisation aérothermique d'ensemble. 
 
Dans le contexte industriel, les approches de réduction de modèles non intrusives sont favorisées. Elles se heurtent toutefois rapidement au "fléau de la dimensions" lorsque le nombre de paramètres d'entrée augmente, comme c'est le cas en pratique pour espérer les utiliser en bureaux d'études. Pour contourner cette difficulté, une approche basée sur l'application de la Décomposition Orthogonale en modes Propres pour réduire simultanément les dimensions des espaces d'entrée et de sortie est  proposée puis appliquée sur un cas simple de cavité aval de turbine basse pression fictive. Cette approche est rendue possible par le couplage des modèles de référence de l'écoulement et de la structure lors de la phase d'échantillonnage. A conditions limites d'entrée du fluide fixées, les modèles réduits construits à partir des premiers échantillons de couplage permettent une bonne approximation du modèle de référence jusqu'à la convergence. Des résultats encourageants sont obtenus à conditions limites variables, ouvrant la voie à une intégration de ces modèles réduits dans des modèles d'ensemble.
 
Mots clés : turboréacteur, système d'air secondaire, réduction de modèle, modèle de remplacement, écoulement, Kriging, ANOVA, décomposition orthogonale en modes propres, couplage, thermique d'ensemble, réseau fluide

Jury:

M. Pierre SAGAUT Université Aix-Marseille Directeur de these
Mme Maria Vittoria SALVETTI Università di Pisa Rapporteur
M. Angelo IOLLO Université de Bordeaux et Inria Bordeaux Sud-Ouest Rapporteur
M. Eric SERRE Université Aix-Marseille, CNRS Examinateur
M. Sébastien DA VEIGA Safran Tech Examinateur
M. Jean-Christophe JOUHAUD CERFACS Examinateur
M. Michel BERGMANN INRIA Examinateur
M. Thomas FEDERICI Safran Tech Invité
15 Décembre 2016 - "Développement d'un dispositif de production et de purification portatif d'un médicament : Application à la mucoviscidose" / Soutenance de thèse Sophie ARENILLAS
Doctorant: Sophie ARENILLAS

Date de soutenance: jeudi 15 décembre à 10h à l'Europôle de l'Arbois (huit clos)

Résumé:
La mucoviscidose est une maladie génétique mortelle qui limite ou empêche la production de composés antimicrobiens tels que l’hypothiocyanite (OSCN-) et la lactoferrine. L’objectif de cette étude est de produire un médicament contenant ces deux composés antimicrobiens (10 mL). Cependant l’hypothiocyanite est instable et nécessite une production juste avant administration. Pour cela, une unité de production de médicament portable, destinée à une utilisation par le patient à domicile, est développée avec un appareil réutilisable comprenant le système de pilotage du procédé et une cassette jetable composée par le circuit fluidique et le module membranaire. Le développement du circuit fluidique associé à un module membranaire nécessaire à la purification de l’hypothiocyanite, présent dans le milieu réactionnel, en prenant en compte les contraintes pharmaceutiques, constitue le verrou scientifique et technologique de cette thèse. Au travers de deux géométries membranaires testées, l’étude des paramètres opératoires pour la réalisation de la réaction enzymatique (mécanique des fluides, ultrafiltration, réaction) a permis de mieux appréhender et d’optimiser la production d’hypothiocyanite mais aussi de mettre en évidence les paramètres clés de l’élimination de la glycérine, présente initialement dans les membranes. En parallèle des essais cliniques modifiant les contraintes imposées, l’unité de production et la cassette jetable développées ont permis d’obtenir des résultats proches de ces nouvelles contraintes.


Jury
Philippe BORDEAU, Directeur de recherche, Alaxia, Lyon

Eric FAVRE,  Professeur des Universités, LRGP, Nancy
Emmanuel MONNIN, Chef de projet, Eveon, Montbonnot Saint Martin
Philippe MOULIN, Professeur des Universités, Aix Marseille Université
Christophe SERRA, Professeur des Universités, Institut Charles Sadron, Strasbourg
Christelle WISNIEWSKI, Professeur des Universités, Faculté des Sciences pharmaceutique et biologiques, Montpellier
16 novembre 2016 - "Modélisation et simulation numérique d’écoulements au voisinage de parois biologiques ciliées et de revêtements aéronautiques bioinspirés" / HDR Julien FAVIER
Soutenance HDR:  Julien FAVIER

Date de soutenance: Mercredi 16 novembre dans l’amphithéâtre ECM

Résumé:
Cette présentation synthétisera dix années de recherche en simulation numérique d’écoulements de fluides en interaction avec des structures à géométries complexes ou déformables. Ce travail comprend une composante méthodologique numérique forte, centrée sur les frontières immergées. Le premier domaine d’application concerne l’étude des écoulements biologiques, avec la nage de micro-organismes par propulsion ciliaire et le transport de fluide par cellules épithéliales ciliées dans le corps humain. L’autre secteur applicatif de ces recherches concerne l’amélioration de performances aérodynamiques, par le développement de concepts de contrôle d’écoulements biomimétiques, avec l’étude de revêtements aéronautiques inspirés de plumage ou de peaux d’animaux.


Le jury sera composé de :

Jean-Paul Bonnet (Rapporteur)
Alessandro Bottaro 
Pascal Chanez 
Bastien Chopard (Rapporteur)
Uwe Ehrenstein 
Franck Nicoud (Rapporteur)
Alfredo Pinelli 
Pierre Sagaut
9 décembre 2016 - "Etude du couplage d'un procédé d'oxydation en voie humide et d'un bioprocédé à biofilm aérobie en lit fixe pour le traitement de composés organiques réfractaires aux traitements conventionnels" / Soutenance de thèse Marine MINIERE
Doctorant: Marine MINIERE

Date de soutenance: le vendredi 9 décembre à 9h dans l'amphithéâtre du CEREGE à l'Europôle de l'Arbois. 

Résumé :

    Le couplage d’une oxydation en voie humide (OVH) et d’un réacteur à biofilm aérobie en lit fixe (PBBR) a été étudié afin d’évaluer sa faisabilité pour le traitement d’un effluent donné, d’une part, et de modéliser et simuler le procédé couplé en vue de l’évaluation de ses performances énergétiques et de son coût d’investissement, d’autre part. Afin de valider la démarche, deux composés modèles ont été sélectionnés : le phénol, représentatif des margines, et le colorant Acid Orange 7, représentatif de certains effluents textiles.
      Dans un premier temps, l’OVH du composé modèle a été étudiée afin de sélectionner des conditions opératoires permettant la formation d’un effluent adapté au traitement biologique. Des PBBR ont ensuite été développés : l’influence de l’acclimatation au composé modèle et de la configuration du réacteur (courant descendant ou ascendant) a été étudiée. Enfin, les PBBR ont été alimentés par l’effluent pré-oxydé afin de conclure sur la faisabilité du procédé couplé. Dans un second temps, l’OVH du composé modèle a été simulée sur ProsimPlus® via des données thermodynamiques, hydrodynamiques et cinétiques – issues de la littérature et/ou expérimentales. De même, un modèle de PBBR a été développé à partir de données physiques et cinétiques issues de la littérature, a été validé expérimentalement, puis implémenté sur ce même logiciel. Ainsi, le traitement par procédé couplé OVH – PBBR des effluents sélectionnés a été simulé. Dans les deux cas, la faisabilité du couplage OVH – PBBR a été démontrée expérimentalement, le réacteur biologique permettant d’affiner le traitement du composé modèle et/ou du COT, avec des abattements allant jusqu’à 99% et 96% respectivement. De plus, via les simulations, un bilan énergétique positif a été déterminé – indiquant le potentiel autothermique du procédé couplé – ainsi qu’une économie significative sur le coût d’investissement de l’OVH, validant ainsi l’intérêt du couplage.

Le jury sera composé de :


Mme Laure MALLERET, maître de conférence, Aix Marseille Université

M. Florent CHAZARENC, maître assistant, Ecole des Mines de Nantes

Mme Esther ALONSO, Professeur, Université de Valladolid

M. Eric OLMOS, Professeur, Université de Lorraine

M. Olivier BOUTIN, Professeur, Aix Marseille Université

Mme Audrey SORIC, Maître de conférence, Ecole Centrale Marseille


8 novembre 2016 - "Immersed Boundary model for the simulation of fluid flows in interaction with moving porous structures" / Soutenance de thèse Marianna PEPONA
Doctorant: Marianna PEPONA

Date de soutenance: Mardi  8 novembre dans l’amphithéâtre ECM

Abstract:
A wide spectrum of engineering problems is concerned with fluid flows in interaction with porous structures, ranging from small length-scale problems - encountered, for instance, in biological and biomedical applications - to large ones - for example, in aeronautics. These structures, often of complex geometry, may move/deform in response to the forces exerted by the surrounding flow. Despite the advancements in computational fluid dynamics, the numerical simulation of such configurations - a valuable tool for the study of the flow physics involved - remains a challenging task.

The aim of the present work is to propose a numerical model for the macroscopic simulation of fluid flows interacting with moving porous media of complex geometry, that is easy to implement and can be used in a range of applications. To achieve this, the lattice Boltzmann method is employed for solving the flow in porous media at the representative elementary volume scale. For the implementation of the desired body motion, the concept of the Immersed Boundary method is adopted. In this context, a novel model is proposed for dealing with moving volumetric porous media, whose resistance to the surrounding flow obeys the Brinkman-Forchheimer- extended Darcy law. This generalized porous model is suitable for both low- and high-velocity flows, where the near wall effects are crucial.

To validate this novel simulation technique, several configurations have been considered. The algorithm is initially tested for flow past a static cylinder. The simplicity of this academic test case allows us to assess in detail the accuracy of the proposed method. The model is later used to simulate fluid flows around and through moving porous bodies, both in a confined geometry and in open space. We are able to demonstrate the Galilean invariance of the macroscopic volume-averaged flow governing equations. Excellent agreement with reference results is obtained in all cases.

The present model forms the numerical base for simulating fluid flows interacting with deformable porous media.


Le jury sera composé de :

Julien FAVIER 
Li-Shi LUO (Rapporteur)
Orestis MALASPINAS 
Alfredo PINELLI 
Pierre SAGAUT 
Stéphane ZALESKI (Rapporteur)

26 Juillet 2016 - "Suivi de réactions biochimiques par calorimétrie en vue de la production de biocarburants de 2ème génération" / Soutenance de thèse Djida Tafoukt
Doctorant: Djida TAFOUKT

Directeurs de thèse: 

M. Jean-Henry FERRASSE, Dr, Université Aix Marseille

Mme Audrey SORIC, Dr, Ecole Centrale de Marseille


Date de soutenance: Mardi  6 juillet à 10h00 dans l’amphithéâtre  du CEREGE à l'europôle de l'Arbois

Résumé:

The potential of isothermal calorimetry to monitor biochemical transformation such as enzymatic hydrolysis is tested. Isothermal calorimetry is an effective method to determine the optimum temperature of the enzymes used for hydrolysis and to highlight the amount of substrate and enzyme ratio, an important parameter of the hydrolysis yield. Furthermore it has been determined that a better enzyme cocktail consisting of Cellulases + Cellobiose Dehydrogenase (CDH)  allows the production of gluconic acid, which could improve the attractiveness of these biofuels. In the same run, the heat of hydrolysis of wheat straw has been measured for the first time. The value of this heat is very low and in the same order of magnitude than a standard cellobiose. By deriving the calorimetric signal, consistant kinetic parameters for hydrolysis have been obtained. 

The effect of cellulases + CDH on wheat straw is that this enzyme cocktail is faster at 45 °C in the range of temperatures tested with a rate of 7,36 ± 0,62 mmol/L.min. In addition, runs with a reaction calorimeter of 1L showed that even if not  measured accurately, the heat generated by the hydrolysis reaction and fermentation gives a clear indication of the development and advancement of these reactions.


Le jury sera composé de :

M. Jean-Louis FANLO, Pr, École des Mines d’Alès

M. Marc HERAN, Pr, Université de Montpellier

M. Jean-Claude SIGOILLOT, Pr, Université Aix Marseille 

M. Erwin FRANQUET, Dr, Université de Pau et des Pays de l’Amour

M. Jean-Henry FERRASSE, Dr, Université Aix Marseille

Mme Audrey SORIC, Dr, Ecole Centrale de Marseille

6 Juillet 2016 - "Conception et mise en place d'un co-gazéifieur pilote de mélanges boues - déchet en lit fluidisé bouillonnant " / Soutenance de thèse Salah AKKACHE
Doctorant: Salah AKKACHE

Directeur de thèse:  Nicolas ROCHE
Co-Directeur de thèse:  Jean-Henry FERRASSE

Date de soutenance: Mercredi  06 juillet à 10h30 dans l’amphithéâtre  du CEREGE à l'europôle de l'Arbois

Résumé:

       Les boues de stations d’épurations sont un combustible difficile à valoriser par voie thermochimique à cause des fortes teneurs en eau, en azote et en fraction minérale. La co-gazéification avec d’autres gisements pourrait compenser ces faiblesses. Afin d’étudier la faisabilité de ce procédé, un pilote industriel de de co-gazéification en lit fluidisé bouillonnant est conçu.

       Six co-combustibles potentiels ont été présélectionnés, à partir d’un large panel de gisements issus de la région PACA. La démarche expérimentale de ce travail concerne trois volets principaux qui consistent à :

I. Etudier la faisabilité technique de co-gazéification à l’échelle laboratoire en vue de déterminer quel co-combustible est apte à compenser les faiblesses que présentent les boues.

II. Dimensionner du réacteur de co-gazéification en lit fluidisé.

III. Etudier le comportement en fluidisation des gisements sélectionnés dans une maquette à température ambiante en mélange avec du sable.

       Les résultats indiquent que les tous les gisements retenus sont apte à être valorisés par co-gazéification. L’aptitude à la fluidisation des combustibles seuls est médiocre, l’utilisation de sable permet de l’améliorer. Un critère prédictif de la capacité maximale des lits fluidisés à contenir des déchets a été développé, une corrélation prédictive de la vitesse minimum de fluidisation de mélanges dissimilaires est également proposée. La teneur en combustible ne doit pas excéder les 10% en masse pour garantir une fluidisation correcte. Une vitesse de trois fois la vitesse minimale de fluidisation de l’inerte est la limite basse qui garantit un bon mélange.

Jury :

Rapporteurs

Frediric MARIAS      Pr Université de Pau

Ange NZIHOU         Pr Ecole des Mines d'Albi-Carmaux 

Examinateur 

Franck GELIX          Dr Veolia Recherche Innovation

6 Avril 2016 - “Etude et Modélisation des Forces Fluides Fluctuantes s’Exerçant sur les Crayons Combustibles en Réacteur à Eau Pressurisée” / Soutenance de thèse Saptarshi BHATTACHARJEE
Doctorant: Saptarshi BHATTACHARJEE (soutenance en anglais)

Directeur de thèse:  Stéphane VIAZZO
M2P2, CNRS, Aix-Marseille Université, 13451 Marseille

Co-Directeur de thèse:  Guillaume RICCIARDI
CEA Cadarache, DTN/STCP/LHC, 13108 St. Paul lez Durance  

Date de soutenance: le 6 Avril 2016 à 14h au  Chateau de Cadarache, CEA Cadarache, 13115 St Paul lez Durance

Résumé:
Les vibrations induites par l’écoulement dans le cœur du réacteur à eau pressurisée (REP) peuvent provoquer une usure par frottement des crayons combustibles par friction au niveau des contacts entre la cellule de grille et les crayons des assemblages combustibles. Cela peut entraîner des dommages irréversibles de la gaine du crayon combustible et compromettre la première barrière de sûreté du réacteur. Assurer l’intégrité de la gaine est une préoccupation majeure dans la sûreté du réacteur. Par conséquent, il est n´nécessaire d’améliorer les connaissances sur les forces fluides agissant sur les crayons. Cependant, les spectres d’excitation de ces forces fluides ne sont pas bien connus. Le but de cette thèse est d’utiliser des éléments géométriques simples pour reproduire des cellules de grilles d’un REP. Tout d’abord, des simulations des grandes échelles ont été effectuées sur une conduite annulaire concentrique avec différents maillages en utilisant le code TrioCFD (précédammant Trio_U) développé par le CEA. Une étude de sensibilité de maillage a été réalisée afin de proposer un maillage reproduisant correctement les résultats de la  littérature. Ces informations de résolution de maillage ont été utilisées lors de la réalisation des simulations en utilisant divers obstacles géométriques intérieurs à la conduite, i.e., des ailettes de mélange, une grille circulaire et une combinaison de grille carrée et d’ailettes de mélange. La dernière des trois configurations est la plus proche d’un REP. Un maillage structuré a été généré dans le cas de la conduite annulaire et dans le cas de la grille circulaire. Un maillage hybride a été utilisé dans le cas des ailettes de mélange et dans le cas de cellule de grille carrée : le maillage est non-structuré autour des obstacles et structuré dans le reste du domaine. La paroi interne du domaine représente la gaine du crayon combustible. Les caractéristiques hydrauliques ainsi que la pression pariétale ont été analysées dans chaque cas. Il apparaît que la grille carrée est une combinaison approximative du cas des ailettes de mélange et du cas de la grille circulaire. Les résultats des simulations ont été comparés avec des mesures réalisées au CEA Cadarache. De plus, des comparaisons préliminaires ont été effectuées avec certains modèles empiriques classiques.  

Mots-clés : simulation des grandes échelles, fluctuations de pression pariétale, cellule de grille, ailettes de mélange, CFD, Trio_U, TrioCFD.
29 Janvier 2016 - "Imprégnation supercritique pour l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments" / Soutenance de thèse Abir BOULEDJOUIDJA
Doctorante: Abir BOULEDJOUIDJA

Directrices de thèse:

Pr. Elisabeth BADENS AMU

Dr. Yasmine MASMOUDI AMU

Date de soutenance: le 29 Janvier 2016 à 10h à l’Amphithéatre du CEREGE sur le site de l’Europôle de l’Arbois à Aix en Provence.


Résumé
Le procédé d’imprégnation en milieu supercritique est une alternative « propre » à l’imprégnation par voie liquide. Entre autres applications, les procédés d’imprégnation peuvent être utilisés pour l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments appliqués aux domaines pharmaceutique et médical. Cette étude porte sur l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments en utilisant l'imprégnation supercritique de principes actifs sur deux types de supports : des matrices polymériques (lentilles intraoculaires) et des matrices poreuses (silice mésoporeuse). Dans le premier cas, des lentilles polymériques intraoculaires (IOLs), utilisées pour la chirurgie de la cataracte, ont été imprégnées par un anti-inflammatoire (Dexaméthasone 21-phosphate disodium: DXP) et un antibiotique (Ciprofloxacine: CIP). Plus particulièrement, deux types de lentilles ont été étudiés : des IOLs rigides à base de PMMA et des IOLs souples à base de P-HEMA. Les expériences d'imprégnation supercritique ont été effectuées en mode batch et les taux d'imprégnation ont été déterminés par des études de cinétique de relargage des principes actifs dans une solution simulant l’humeur aqueuse. L’influence des conditions opératoires sur l’efficacité de l’imprégnation a été étudiée en réalisant des expériences d’imprégnation préliminaires suivies par des plans d’expériences. Des lentilles transparentes présentant une imprégnation effective ont été obtenues. Les taux d’imprégnation les plus élevés obtenus pour l’imprégnation du DXP et CIP dans le PMMA sont de 18,3 et 2,8 µgdrug /mgIOL respectivement et les taux d’imprégnation les plus élevés obtenus pour l’imprégnation du DXP et CIP avec le P-HEMA sont de 14,5 et 4,1 µgdrug /mgIOL respectivement. Ces résultats indiquent une plus grande affinité du DXP pour les PMMA et P-HEMA IOLs que pour la CIP, ce qui a été confirmé par les valeurs du coefficient de partage obtenues. En dépit de la faible solubilité de chaque principe actif dans la phase fluide, une imprégnation homogène et en profondeur dans les IOLs (PMMA et P-HEMA) a été observée. Un relargage prolongé dans le temps durant 40 jours a été obtenu pour la plupart des expériences d'imprégnation (pour les deux types d'IOLs). Dans le second cas, une silice mésoporeuse a été utilisée comme support d’imprégnation pour un médicament faiblement hydrosoluble (Fénofibrate), afin d’augmenter sa cinétique de dissolution. L’imprégnation supercritique a été effectuée avec le CO2 pur en faisant varier la pression entre 100 et 200 bar et les conditions de dépressurisation (rapide et lente). Tandis que l’imprégnation supercritique a permis d’obtenir des taux d’imprégnation pouvant atteindre 485 µgdrug/mgIOL durant 120 min d’imprégnation, l’imprégnation conventionnelle a permis d'obtenir des taux de 300 µgdrug/mgsilica après une imprégnation de 48 h. Un faible degré de cristallinité (de l’ordre de 1%) comparable pour les deux techniques d’imprégnation a été obtenu.

Mots-clés: systèmes de délivrance de médicament, imprégnation supercritique, lentilles intraoculaires, silice mésoporeuse.

Discipline : GÉNIE DES PROCÉDÉS

La soutenance se fera devant le jury suivant
Rapporteurs:
          Dr. Stéphane SARRADE, CEA Saclay - Saclay  
          Dr. Vivek TRIVEDI,  Université de Greenwich - Londres  
Directrices de thèse:
          Pr. Elisabeth BADENS, AMU - Marseille
          Dr. Yasmine MASMOUDI, AMU - Marseille
Examinateurs:
          Pr. Abdeslam MENIAI, Université Constantine 3 - Constantine
          Pr. Michelle SERGENT, AMU - Marseille
Membre invité:      
          D. Olivier FORZANO, Hôpital de la Timone - Marseille

10 Décembre 2015 - "Numerical Modeling of Fluid-Structure Interaction in Bio-Inspired Propulsion" / Soutenance de thèse Thomas ENGELS
Author: Thomas ENGELS

Jointly supervised thesis (thèse en cotutelle)
Supervisor (France): Prof. Kai Schneider, Aix-Marseille Université
Supervisor (Germany): Prof. Jörn Sesterhenn, Technische Universität Berlin

Date de soutenance: le jeudi 10 décembre 2015 à 15h00, Amphi 2 de l'Ecole Centrale.

Abstract:
Flying and swimming animals have developed efficient ways to produce the fluid flow that generates the desired forces for their locomotion. These bio-inspired problems couple fluid dynamics and solid mechanics with complex geometries and kinematics. The present thesis is placed in this interdisciplinary context and uses numerical simulations to study these fluid-structure interaction problems with applications in insect flight and swimming fish. Based on existing work on rigid moving obstacles, using an efficient Fourier discretization, a numerical method has been developed, which allows the simulation of flexible, deforming obstacles as well, and provides enhanced versatility and accuracy in the case of rigid obstacles. The method relies on the volume penalization method and the fluid discretization is still based on a Fourier discretization. The code, designed to run on massively parallel supercomputers, is entirely open source and freely available on the internet. We first apply this method to insects with rigid wings, where the body and other details, such as the legs and antennae, can be included. After presenting detailed validation tests, we proceed to studying a bumblebee model in fully developed turbulent flow. Our simulations show that turbulent perturbations affect flapping insects in a different way than human-designed fixed-wing aircrafts. While in the latter, upstream perturbations can cause transitions in the boundary layer, the former do not present systematical changes in aerodynamic forces. We conclude that insects rather face control problems in a turbulent environment than a deterioration in force production. In the next step, we design a solid model, based on a one-dimensional beam equation, and simulate coupled fluid-solid systems. Applications deal, in a two-dimensional setup, with insect flight, but also with simplified three-dimensional models for swimming fish. In these 'swimmers', consisting of a flexible plate with one rigid direction, we study the influence of the shape on the hydrodynamic efficiency. A contracting shape, as found in some amphibians, is found to swim faster and require less power than an expanding shape, which is more similar to most caudal fins observed in fish. We present evidence that this finding can be explained by a favorable interaction with the tip-vortices in the case of the contracting shape.

Thesis comite:
Rapporteur: Prof. Angelo Iollo, Université de Bordeaux, France
Rapporteur: Prof. Hao Liu, Chiba University, Japan
Examinateur: Prof. Marie Farge, ENS Paris, France
Examinateur: Prof. Fritz-Olaf Lehmann, Universität Rostock, Germany
Invité: Dr. Dmitry Kolomenskiy, JSPS Fellow, Chiba University, Japan
Directeur de thèse: Prof. Kai Schneider, Aix-Marseille Université, France
Directeur de thèse: Prof. Jörn Sesterhenn, Technische Universität Berlin, Germany

11 Décembre 2015 - "Étude des vitesses de dérive fluides dans le plasma de bord des tokamaks : Modélisation numérique et comparaison simulation/expérience" / Soutenance de thèse Robin LEYBROS
Doctorant: Robin LEYBROS

Directeur de thèse : Patrick Bontoux
Codirecteur de thèse : Guido Ciraolo
Codirectrice de thèse : Pascale Hennequin

Date de soutenance: le vendredi 11 décembre 2015 à 10h30, Amphi 3 de l'Ecole Centrale.

Résumé:
Le transport des particules et de la chaleur dans la zone de bord des tokamaks joue un rôle déterminant à la fois sur les performances du plasma confiné et sur l’extraction de la puissance et ainsi la durée de vie des composants face au plasma. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, qui porte sur le rôle joué par les écoulements transverses au champ magnétique dans l’équilibre entre dynamique parallèle et dynamique perpendiculaire qui régit la région périphérique d’un tokamak. Ces écoulements peuvent produire des asymétries poloidales du dépôt de chaleur et de particules sur les composants face au plasma, et plus généralement des asymétries des diverses quantités dans le plasma. Les vitesses de dérive radiale sont d’origine électrique (liées à la présence d'un champ électrique radial résultant de l’équilibre des charges) ou liées aux effets de la géométrie toroïdale induisant une inhomogénéité du champ magnétique (vitesse de gradient-courbure). Pour progresser dans la compréhension de ces phénomènes, la modélisation numérique du transport et de la turbulence en géométrie complexe est indispensable. En complément, des outils de diagnostic synthétique permettant de modéliser les processus de mesure dans les plasmas numériques sont développés pour permettre une comparaison réaliste entre modèles et expériences. La modélisation des vitesses de dérive perpendiculaire a été introduite dans le code SOLEDGE2D décrivant le transport de la densité, quantité de mouvement et énergie d’un plasma de tokamak. Nous avons d’abord étudié l'impact d'un champ électrique prescrit sur les équilibres plasma, pour comprendre les mécanismes à l'origine des asymétries du plasma et étudier l'établissement d'écoulement parallèle et d'asymétrie du dépôt de chaleur sur les composants face au plasma. Nous avons ensuite implémenté un modèle auto-consistant de résolution du potentiel électrique dans les équations fluides de SOLEDGE2D afin de comprendre l'équilibre du champ électrique et d'étudier l'effet de la configuration magnétique du tokamak et de la vitesse de gradient-courbure sur ce dernier. Dans la deuxième partie de cette thèse, un diagnostic synthétique permettant de modéliser les mesures expérimentales de rétro-diffusion Doppler a été développé et testé en vue d'être appliqué aux simulations du code fluide 3D turbulent, TOKAM3X. Ce diagnostic permet de mesurer la vitesse perpendiculaire du plasma à partir du mouvement des fluctuations de densité. Il a été utilisé ici pour comparer les asymétries de vitesse observées expérimentalement aux asymétries mesurées dans les simulations numériques.

Jury:
M. Giovanni MANFREDI, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (rapporteur)
M. Ulrich STROTH, Institut Plasma Physik, Garching, Allemagne (rapporteur)
M. Benoit LABIT,  Ecole Polytechnique de Lausanne, Suisse (examinateur)
M. Paolo INNOCENTE, Consorzio RFX, Padoue, Italie (examinateur)
M. Guido CIRAOLO, IRFM et M2P2/École Centrale Marseille, France (codirecteur de thèse)
Mme Pascale HENNEQUIN, Laboratoire de Physique des Plasmas, Palaiseau, France. (codirectrice de thèse)
M. Philippe GHENDRIH, IRFM Cadarache, France (examinateur)
M. Patrick BONTOUX , M2P2, Marseille, France (directeur de thèse)

11 Décembre 2015 - "Traitement d’effluents nucléaires aqueux : étude de la dégradation des membranes d’osmose inverse sous irradiation gamma" / Soutenance de thèse Nicolas Combernoux
Doctorant: Nicolas COMBERNOUX

Date de soutenance: le 11 décembre 2015 à 9h30 à l’Amphithéatre du CEREGE sur le site de l’Europôle de l’Arbois à Aix en Provence.

Le jury sera composé de :
Emmanuel Balanzat
Directeur de recherche, CIMAP 
Emilie Carretier
Maître de conférences, Aix Marseille Université
Benny Freeman
Professeur, Université Austin, Texas, USA
Véronique Labed
Ingénieur chercheur, CEA
Philippe Moulin
Professeur, Aix Marseille Université
Stéphane Pellet-Rostaing
Directeur de recherche, ICSM
Hélène Schneider
Ingénieur chercheur, EDF
Luc Schrive
Ingénieur chercheur, CEA
Alexandre Ragouilliaux
Ingénieur chercheur, AREVA
Yvan Wyart
Maître de conférences, Aix Marseille Université

10 Novembre 2015 - "Turbulent transport modeling in the edge plasma of tokamaks : V&V, Simulation and Synthetic Diagnostics"/ Soutenance de thèse: Clothilde Colin-Bellot
Doctorant: Clothilde COLIN-BELLOT

Directeurs de thèse: Eric SERRE
Co-directeur de thèse: Frédéric SCHWANDER

Date de soutenance: le 10 novembre 2015 à 10h, Amphi A, zone de l'Equerre de l'école Centrale.

Abstract: The possibility to produce power by using magnetically confined fusion is a scientific and technological challenge. The perspective of ITER conveys strong signals to intensify modeling effort on magnetized fusion plasmas. The success of the fusion operation is conditioned by the quality of plasma confinement in the core of the reactor and by the control of plasma exhaust on the wall. Both phenomena are related to turbulent cross-field transport that is at the heart of the notion of magnetic confinement studies, particle and heat losses. The study of edge phenomena is therefore complicated by a particularly complex magnetic geometry.
This calls for an improvement of our capacity to develop numerical tools able to reproduce turbulent transport properties reliable to predict particle and energy fluxes on the plasma facing components. This thesis introduces the TOKAM3X fluid model to simulate edge plasma turbulence. A special focus is made on the Verification and the Validation of fluid code. It is a necessary step before using a code as a predictive tool.
Then new insights on physical properties of the edge plasma turbulence are explored. In particular, the poloidal asymmetries induced by turbulence and observed experimentally in the Low-Field-Side of the devices are investigated in details. Great care is dedicated to the reproduction of the MISTRAL base case which consists in changing the magnetic configuration and observing the impact on parallel flows in the poloidal plane. The simulations recover experimental measurements and provide new insights on the effect of the plasma-wall contact position location on the turbulent features, which were not accessible in experiments.
At the present time, a link between simulations and experiments is still missing. This issue is due to the geometrical complexity of the edge plasma and to the complexity of experimental measurements themselves which are often indirect (using models) and sometimes perturbative. One way to improve this point is to implement synthetic diagnostics in numerical simulations. In this work, we focus on the main diagnostic used in edge plasma measurements which is the Langmuir probe (LP). Various synthetic probes have be implemented in the 2D fluid turbulence code TOKAM-2D in order to clarify the physical variables actually measured by LPs and the perturbations induced by the presence of the probe on turbulence.

Jury:
- Jury president :   Etienne Gravier, Prof IJL (Nancy)
-  Reviewers :        Bruce Lipschultz, Prof York University (York)
                              Alberto Loarte, Dr ITER Organization(St Paul lèz durance)
 -  Advisor :           Eric Serre, DR CNRS CNRS-M2P2 (Marseille)
                              Frédéric Schwander, MdC Ecole Centrale Marseille-M2P2
 - Advisor CEA :    Patrick Tamain Dr CEA-IRFM (St Paul lèz durance)

19 Octobre 2015 - "Une méthode multidomaine parallèle pour les écoulements incompressibles en géometries cylindriques : application aux écoulements turbulents soumis à la rotation" / Soutenance de thèse: Romain OGUIC
Doctorant: Romain OGUIC

Directeurs de thèse: Stéphane VIAZZO
Co-directeur de thèse: Sébastien PONCET

Date de soutenance: le Lundi 19 octobre 2015 à 14h00 au M2P2

Résumé: Ce travail concerne l’étude d’écoulements incompressibles soumis à la rotation avec un solveur haute précision dans des géométries semi-complexes. La technique numérique mise en oeuvre tout au long de cette thèse combine des schémas compacts, une méthode de projection multidomaine directe et un traitement efficace de la singularité à l’axe basée sur des conditions de parité dans l’espace de Fourier. Cette singularité mathématique est due à l’utilisation des coordonnées cylindriques. Afin de limiter les temps de calcul, le solveur a été parallélisé avec une approche hybride MPI-OpenMP. Dans un premier temps, les précisions spatiale et temporelle de la méthode numérique ainsi que la scalabilité du solveur ont été vérifiées. Puis, la capacité du solveur à traiter des écoulements plus complexes a été évaluée. Des écoulements de type éclatement tourbillonnaire et un écoulement turbulent en conduite cylindrique ont été considérés. Dans un second temps, plusieurs écoulements typiques des machines tournantes et des turbomachines ont été étudiés. Le premier écoulement est un écoulement turbulent incompressible et isotherme dans un étage simplifié d’un compresseur haute pression d’une turbine à gaz. Les simulations menées ont permis de mettre en évidence l’effet de la rotation sur l’écoulement, notamment sur les instabilités se développant le long des parois et sur les différentes structures cohérentes. Le second cas traité est un écoulement turbulent de jet impactant un disque en rotation avec un fort confinement et transfert thermique. Une attention particulière a été portée sur les champs hydrodynamiques et thermique le long du rotor. Enfin, une étude préliminaire d’un jet turbulent impactant un disque fixe d’épaisseur non nulle dans une configuration moins contrainte et avec prise en compte du couplage conduction / convection a été réalisée.

Mots clés : Singularité à l’axe, Méthode de projection multidomaine, Parallélisation hybride, Ecoulement soumis à la rotation, Turbulence, Transfert thermique.

Jury:
Prof. Souad HARMAND Université de Valenciennes, TEMPO (Rapporteur)
Prof. Eric LAMBALLAIS Université de Poitiers, PPRIME (Rapporteur)
Dr. Stéphane ABIDE Université de Perpignan, LAMPS (Examinateur)
Dr. Sofiane BENHAMADOUCHE EDF, Chatou (Examinateur)
Prof. Richard PASQUETTI Université de Nice, LJAD (Examinateur)
Prof. Pierre SAGAUT Aix-Marseille Université, M2P2 (Examinateur)
Dr. Stéphane VIAZZO Aix-Marseille Université, M2P2 (Directeur de thèse)
Dr. Sébastien PONCET Université de Sherbrooke, Canada (Co-directeur de thèse)
28 Mai 2015 - "Formes d'une vésicule en géométrie confinée" / Soutenance de thèse: Roberto TROZZO
Doctorant: Roberto TROZZO

Directeurs de thèse: Marc  JAEGER

Date de soutenance: le jeudi 28 mai à 14 heures, dans l'amphi 3A de l'Ecole Centrale

Résumé: Les vésicules sont des gouttes de rayon de quelques dizaines de micromètres, limitées par une membrane lipidique imperméable d'environ 4 nm d'épaisseur, et immergées dans un fluide visqueux externe. Les propriétés spécifiques de la membrane de la vésicule rendent le système très déformable et très contraint dans le même temps. Les vésicules représentent également un modèle simplifié intéressant pour les globules rouges, car ils partagent aussi certains comportements mécaniques similaires. Mon étude s’intéresse à la modélisation d'une vésicule soumise à des contraintes externes d'origine hydrodynamique, dans le régime Stokes et dans des domaines confinés. À partir d'un modèle BEM déjà existant pour des fluides infinis, des méthodes numériques originales sont développés pour faire face au calcul des interactions entre la membrane de la vésicule et les frontières solides. Une attention particulière est accordée à la situation d'une vésicule qui sédimente vers un mur horizontal et une vésicule soumise à un écoulement de Poiseuille dans un capillaire étroit.


Abstract: Vesicles are drops of radius of a few tens micrometers, bounded by an impermeable lipid membrane of approximately 4 nm thickness, and embedded in an external viscous fluid. The specific properties of the vesicle membrane make the system very deformable and very constrained at the same time. Vesicles represent also an interesting simplified model for red blood cells, since they also share some similar mechanical behaviours. My study deals with the modeling of a vesicle subjected to external stresses of hydrodynamical origin, in the Stokes regime and in confined domains. Starting from an existing BEM model for free space flows, original numerical methods are developed to deal with the computation of interactions between the vesicle membrane and solid boundaries. A particular attention is paid to the situation of a vesicle sedimenting towards a planar wall and a vesicle submitted to a Poiseuille flow in a narrow capillary.

Jury:
M.   Patrick  BONTOUX - M2P2 - AMU
M.  Marc  JAEGER - M2P2 - Centrale Marseille (Directeur de thèse)
M.  Marcel   LACROIX - Université de Sherbrooke (Rapporteur)
M.  Simon  MENDEZ - I3M - Université de Montpellier
M.  Thomas   PODGORSKI - Liphy - Université Joseph Fourier (Rapporteur)
M.  Pierre   SAGAUT - M2P2 - AMU

05 Mai 2015 - "Développement d’outils pour l’implémentation d’un procédé de fractionnement supercritique à l’échelle industrielle" / Soutenance de thèse: Carlos Ariel PIECK

Doctorant: Carlos Ariel PIECK

Directeurs de thèse: Elisabeth Badens et Christelle Crampon

Date de soutenance: le Mardi 5 Mai 2015 à 10 h, amphithéâtre du CEREGE, sur l’Europôle de l’Arbois
Résumé: Le fractionnement supercritique est un procédé prometteur avec un potentiel certain d’application encore peu exploité à grande échelle. Les travaux expérimentaux et la discussion théorique qui font l’objet de cette thèse ont pour objectif d’apporter des outils fiables permettant d’effectuer la mise en œuvre d’un procédé de fractionnement supercritique à l’échelle industrielle, en abordant le changement d’échelle et la modélisation du procédé. Cette étude comporte plusieurs volets. La première partie du travail de thèse porte sur le fractionnement de mélanges éthanol-eau en utilisant du dioxyde de carbone supercritique à 333 K et 10 MPa, sur des unités de fractionnement à échelle du laboratoire, pilote et industrielle, avec des diamètres de colonne respectivement de 19, 58 et 126 mm. Les compositions d’extrait et de raffinat obtenues à différentes échelles, ainsi que les prédictions d’un modèle d’étages d’équilibres, montrent une bonne concordance. Le phénomène d’engorgement est discuté suite à son observation sous certaines conditions de travail. Une corrélation permettant d’estimer la capacité d’engorgement d’une colonne garnie à contre-courant sous pression est proposée, après avoir exprimé l’ensemble des données répertoriées dans la littérature sous forme adimensionnelle. Les possibles sources de déviations observées sont également discutées afin de proposer des perspectives à ce travail. Enfin, le traitement de mélanges complexes est abordé par la mise en œuvre et la modélisation du fractionnement supercritique d’éthyl esters issus d’huiles de poisson, sous des conditions de 14.5 MPa et 333 K, en variant le rapport solvant sur charge entre 21,8 et 143. Un modèle simplifié dérivé de la méthode des groupes est développé afin de représenter la relation entre le taux d’extraction et la composition de l’extrait et du raffinat.

Mots-clés : fractionnement supercritique, modélisation, changement d’échelle, capacité d’engorgement.


Jury:

Maria-José COCERO, Université de Valladolid, Espagne (Rapporteur)

Jean-Stéphane CONDORET, ENSIACET, Toulouse, France (Rapporteur)

Elisabeth BADENS, Aix Marseille Université, France (Examinateur)

Frédéric CHARTON, CEA Marcoule, France (Examinateur)

Christelle CRAMPON, Aix Marseille Université, France (Examinateur)

Agnès GRANDJEAN, CEA Marcoule, France (Examinateur)

Vincent PERRUT, Atelier Fluides Supercritiques, Nyons, France (Examinateur)

15 Décembre 2014 - "Numerical simulation of incompressible flows interaction with forced deformable bodies: Application to fish swimming" / Soutenance de thèse: S. A. Ghaffari
Doctorant: Seyed Amin Ghaffari

Directeurs de thèse: Kai Schneider et Stéphane Viazzo

Date de soutenance: le 15 Décembre 2014
Résumé: Une m éthode numérique précise et efficace est propos ée pour la simulation de corps déformables interagissant avec un écoulement incompressible. Les équations de Navier-Stokes, consid er ées dans leur formulation vorticit é fonction de courant, sont discr etis ées temporellement et spatialement à l'aide respectivement d'un schéma d'ordre quatre de Runge-Kutta et par des diff érences finies compactes. Grâce à l'utilisation d'un maillage uniforme, nous proposons un nouveau solveur direct au quatri ème ordre pour l' équation de Poisson, permettant de garantir l'incompressibilit é au zéro machine sur une grille optimale. L'introduction d'un corps d éformable et mobile dans l' écoulement de fluide est r éalis ée au moyen d'une méthode de p énalisation de volume. La d éformation du corps est impos ée par l'utilisation d'un maillage lagrangien structur é mobile qui interagit avec le fluide environnant en raison des forces hydrodynamiques et du moment (calcul és sur le maillage eul érien de r éf érence). Une loi de contrôle efficace de la courbure d'un poisson anguilliforme nageant vers une cible prescrite est proposée. Ensuite pour augmenter l'efficacité, une analyse multi- échelle est appliquée à l'algorithme, permettant de r éduire signifi cativement le nombre de points n écessaires. La grille se raffine automatiquement dans les régions avec un fort gradient. La strat égie d'adaptation est basée sur la transform ée en ondelettes et le seuillage des coefficients. Les r ésultats obtenus montrent que le temps de calcul peux être r éduit consid érablement avec la m éthode multi échelles en conservant la pr écision. Finalement une simulations de nage tri-dimensionnelle a ét é faite par la m éthode de pénalisation de volume appliqu ée au code Incompact3d qui est accessible pour tous. La méthode num érique d éveloppée prouve son efficacit é et précision tant dans le cas de la nage du poisson mais aussi plus g én éralement dans le cas d'un grand nombre de probl èmes d'interactions fluide-structure.

Jury:
Jean-Paul CALTAGIRONE Professeur, Universit é de Bordeaux ( Rapporteur)
Michael SCHAFER Professeur, Universit é de Darmstadt, Allemagne (Rapporteur)
Frédéric BOYER Professeur, Ecole des Mines de Nantes (Examinateur)
Michel VISONNEAU Directeur de recherche CNRS, Ecole Centrale de Nantes (Examinateur)
Patrick BONTOUX Directeur de recherche CNRS, M2P2, Marseille (Examinateur)
Fabien CANDELIER Maitre de conférences, IUSTI, Aix-Marseille Université (Invité)
Stéphane VIAZZO Maitre de conférences, HDR, M2P2, Aix-Marseille Université (Directeur de thèse)
Kai SCHNEIDER Professeur, M2P2, Aix-Marseille Université (Co-directeur de thèse)

10 Décembre 2014 - "On the Coupling of Membrane Transport to Hydrodynamics and Bulk Mass Transfer in Reverse Osmosis: Numerical Modeling and Experimental Studies" / Soutenance de thèse: Gustavo Henndel Lopes
Doctorant: Gustavo Henndel LOPES

Directrice de thèse: Pierrette GUICHARDON
Co-Directeur de thèse: Nelson IBASETA

Date de soutenance: le 10 Décembre 2014 à 10h00,  amphithéâtre 1 de l'École Centrale Marseille

Résumé: The prediction of the performance of pressure-driven membrane separations, deeply affected by concentration polarization, would be an important advance for process design and optimization. In this context, the dimensionless coupled Navier-Stokes and solute conservation equations are solved numerically for a steady laminar cross-flow filtration. The two-dimensional flat channel consists of permeable walls subject to solution-diffusion boundary conditions. The permeate flux, the rejection rate and the retentate's flow rate, concentration and pressure drop are determined locally. The simulations highlight the influence of the membrane solute and solvent permeabilities on concentration polarization and the non-asymptotic dependence of the rejection rate on the applied pressure. The model is validated for reverse osmosis and tight-nanofiltration plate-and-frame and spiral-wound modules by comparison to experimental results from the literature and from our own pilot desalination tests. Furthermore, a bench-scale method enabling the determination of solute and solvent permeabilities from osmotic-diffusive experiments is developed and applied to reverse osmosis and nanofiltration membranes. The divergence between the transport mechanisms engendered by pressure and by an osmotic gradient is evidenced. The numerical model and the experimental method are new promising tools with immediate applicability in the membrane field.

Jury:
Sébastien DÉON, Maître de conférences, Université de Franche-Comté (Rapporteur)
Pierrette GUICHARDON, Professeur des universités, École Centrale Marseille  (Directrice de thèse)
Pierre HALDENWANG, Professeur des universités, Aix Marseille Université (Examinateur)
Nelson IBASETA, Maître de conférences, École Centrale Marseille (Codirecteur de thèse)
Alain LINÉ, Professeur des universités, Inst. Nat. de Sci. Appl. de Toulouse (Rapporteur)
Ana María URTIAGA, Profesora catedrática, Universidad de Cantabria (Examinatrice)
23 Octobre 2014 - Influence of Vortex Structure and Dynamics on Turbulence Statistics at Large Scales / Séminaire K. Yoshimatsu

Orateur: Katsunori Yoshimatsu

Associate Professor Université de Nagoya, Japon


Résumé: We examine the importance or unimportance of the role of vortices in the determination of turbulence statistics, on the basis of the method of the so-called `Computational Surgery’. Two fields, true and false fields, are generated. The true field obeys the Navier-Stokes (NS) equations for an incompressible fluid. In the false field, the NS dynamics are artificially modified so that the intense tube-like vortices are lost. Comparing the two fields, we may get some idea on the role of the vortices. The comparison so far made suggests that the statistics at large-scales are not sensitive to the exact vortex structure and dynamics at smaller scales.


Date et lieu:  Jeudi 23 Octobre à 11h, M2P2.

16 Octobre 2014 - A one-dimensional model of the self-heating mechanisms observed in stockpiles of biosolids / Séminaire R. Aganetti
Orateur: Rachael Aganetti
Victoria University, College of Engineering and Science, Melbourne, Australia

Résumé: Biosolids are the subsequent residuals of the waste water treatment process. They are predominantly organic materials that are susceptible to spontaneous combustion when they are stockpiled. Biological and oxidative exothermic reactions cause the rise in temperature and as a result buoyancy driven flows arise within the piles of solids. Interaction with the atmosphere modifies these convection currents. The Western Treatment Plant (WTP) in Melbourne, Australia treats around 52% of Melbourne’s waste water, producing on average around 20,000 tonnes of biosolids per year. With the continually accumulating supply of biosolids, the WTP regularly encounters the abovementioned problem of spontaneous combustion. A one-dimensional numerical model, describing the biological and oxidative reactions contributing to the heat and mass transfer within a stockpile of biosolids will be presented along with preliminary results.

Date et lieu: le Jeudi 16 Octobre 2014 à 11h dans le petit amphithéâtre du laboratoire
25 Septembre 2014 - Adaptive multiresolution methods applied to hydrodynamics and magnetohydrodynamics / Séminaire M.O. Domingues
Orateur: Margarete Oliveira Domingues
National Intitute for Space Research in Brazil

Date et lieu: le 25 Septembre 2014 à 11 heures dans le petit amphithéâtre du laboratoire.
15 Avril 2014 - Workshop: "Instabilities and Transport in Magnetized Plasmas, Geophysical and Astrophysical Flows"
Le professeur Kai Schneider fait partie du Comité Scientifique du workshop "Instabilities and Transport in Magnetized Plasmas, Geophysical and Astrophysical Flows" organisé dans le cadre de la résidence d'Aziz Salhi (professeur de physique à l'Université de Tunis) à l'IMéRA, qui aura lieu le 15 avril 2014
14 Octobre 2015 - "Eclatement tourbillonnaire dans le sillage turbulent d’un véhicule générique" / Soutenance de thèse: Cyril JERMANN
Doctorant: Cyril JERMANN

Directeurs de thèse: Eric SERRE
Co-directeur de thèse: Philippe MELIGA

thèse M2P2 - Aix-Marseille Université - CNRS - Centrale Marseille - PSA Peugeot-Citroën

Date de soutenance: le Mercredi 14 octobre 2015 à 14h00 au M2P2 (amphi B au RDC de la Jetée)

Résumé: cette thèse est une contribution à l’étude des tourbillons longitudinaux qui se développent sur la lunette arrière des véhicules automobiles, dans l’idée de provoquer leur éclatement afin de réduire la traînée aérodynamique. On conçoit tout d’abord un système d’acquisition dénommé A-SPIV, permettant de reconstruire le champ moyen de vitesse 3D d’un sillage turbulent à partir de plans stéréo-PIV acquis par translation du système caméras-laser, sans qu’il soit nécessaire de le recalibrer. Il en résulte un gain de temps et une souplesse d’utilisation considérables dans un contexte d’utilisation industriel. En complément, on propose une méthode de reconstruction de la pression moyenne reposant sur les  données A-SPIV et sur une série de mesures de pression pariétale. L’ensemble forme un nouveau protocole expérimental validé dans le sillage d’un corps d’Ahmed 25° et dont les résultats sont comparés à la littérature existante. L'analyse topologique des tourbillons longitudinaux suggère l’existence d’un éclatement tourbillonnaire spontané dans le sillage proche, ceci malgré l’absence de point de stagnation. On démontre formellement l’existence de cet éclatement par deux critères théoriques qui considèrent ce phénomène, soit comme la conséquence d’une réorganisation de la vorticité, soit comme la résultante d’une accumulation, en un point critique, d’ondes inertielles se propageant le long du tourbillon. Les analyses sous-jacentes (analyse du signe de la vorticité azimutale d’une part, et analyse de stabilité locale des profils de vitesses moyens turbulents d’autre part) sont menées dans un repère cylindrique attaché à l’axe tourbillonnaire et prédisent une même position d’éclatement, en bon accord avec la position singulière issue des mesures A-SPIV. La thèse se conclut par une analyse de stabilité globale de l'écoulement moyen qui suggère un lien possible entre l’éclatement et une instabilité globale de l’écoulement tourbillonnaire.

Jury:
    Jacques BOREE, professeur à l'ENSMA Poitiers (rapporteur)
    Maurice ROSSI, directeur de recherches à l'Institut Jean Le Rond d'Alembert (rapporteur)
    Jean-Marc CHOMAZ, directeur de recherches au LadHyX (examinateur)
    François GALLAIRE, assistant-professeur à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (examinateur)
    Benjamin LECLAIRE, ingénieur de recherches à l'ONERA (examinateur)
    Grégory PUJALS, ingénieur à PSA Peugeot-Citroën (examinateur)
    Philippe MELIGA, chargé de recherches au M2P2 (co-directeur de thèse)
    Eric SERRE, directeur de recherches au M2P2 (directeur de thèse)
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