Recherche

2 axes thématiques, 6 équipes de recherche, 2 sites

L'originalité du M2P2 réside dans ses thèmes de recherche dans les domaines de la Mécanique des Fluides Numérique et du Génie des Procédés. La recherche en mécanique et modélisation est associée à un fort développement méthodologique autour de codes de calcul pour la simulation d'écoulements naturels et industriels. Dans le domaine du génie des procédés, la recherche concerne le développement de procédés innovants ainsi que l'étude des verrous mis en jeu dans ces procédés dans le cadre d'une forte activité contractuelle.
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6 équipes de recherche sur deux sites

Projets en Cours

  • Un Projet dans le domaine de la fusion...

    Dans le cadre de l'appel "Emergence & Innovation Fusion", l'Initiative d'excellence d'Aix-Marseille Université (AMIDEX) vient de labelliser le projet KFC, Kinetic Fluid Computing, pour un montant de 500 keuros sur deux années. Ce projet piloté par notre laboratoire fédère quatre UMR de l'Université, le Mésocentre et le CEA IRFM autour d'un effort pour la modélisation des plasmas de fusion par confinement magnétique. L'objectif de ce projet est de soutenir nos efforts sur l'ensemble des couplages fluide/cinétique dans les codes de calcul de dernière génération développés entre AMU et le CEA pour la simulation de la turbulence plasma.

Publications

  • Philippe Meliga. Harmonics generation and the mechanics of saturation in flow over an open cavity: a second-order self-consistent description. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2017, 826, pp.503 - 521. Plus de détails...
  • Henri Gouin, Pierre Seppecher. Temperature profile in a liquid-vapor interface near the critical point. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and physical sciences, Royal Society, The, 2017, 473 (20170229), pp.1-13. Plus de détails...
  • Gwenn Boedec, Marc Leonetti, Marc Jaeger. Isogeometric FEM-BEM simulations of drop, capsule and vesicle dynamics in Stokes flow. Journal of Computational Physics, Elsevier, 2017, 342, pp.117 - 138. Plus de détails...
  • S.A. Toudji, Jean-Philippe Bonnet, J-L. Gardarein, Emilie Carretier. New experimental setup for continuous mass flux measurement in pervaporation. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2017, 124 (1), pp.252 - 259. Plus de détails...
  • E. Constant, J. Favier, M. Meldi, P. Meliga, E. Serre. An immersed boundary method in OpenFOAM : Verification and validation. Computers & Fluids, 2017, 157, pp.55 - 72. Plus de détails...
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Seminaires & Conférences

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

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