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.
Suite...

6 équipes de recherche sur deux sites

Publications

  • Hélène Cervo, Jean-Henry Ferrasse, Bernard Descales, Greet van Eetvelde. Blueprint: A methodology facilitating data exchanges to enhance the detection of industrial symbiosis opportunities – application to a refinery. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2020, 211, pp.115254. ⟨10.1016/j.ces.2019.115254⟩. ⟨hal-02319708⟩ Plus de détails...
  • Martin Victor Johansson, Fabrice Testa, Pierre Perrier, Jérôme Vicente, Jean Philippe Bonnet, et al.. Determination of an effective pore dimension for microporous media. International Journal of Heat and Mass Transfer, Elsevier, 2019, 142, pp.118412. ⟨10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.07.062⟩. ⟨hal-02196396⟩ Plus de détails...
  • Angèle Ricolleau, Nicole Floquet, Jean-Luc Devidal, Robert Bodnar, Jonathan Perrin, et al.. Lead (Pb) profiles in red coral skeletons as high resolution records of pollution in the Mediterranean Sea. Chemical Geology, Elsevier, 2019, 525, pp.112-124. ⟨10.1016/j.chemgeo.2019.07.005⟩. ⟨hal-02318778⟩ Plus de détails...
  • Xueru Yan, Stéphane Anguille, Marc Bendahan, Philippe Moulin. Ionic liquids combined with membrane separation processes: A review. Separation and Purification Technology, Elsevier, 2019, 222, pp.230-253. ⟨10.1016/j.seppur.2019.03.103⟩. ⟨hal-02119807⟩ Plus de détails...
  • Yongliang Feng, Pierre Boivin, Jérome Jacob, Pierre Sagaut. Hybrid recursive regularized lattice Boltzmann simulation of humid air with application to meteorological flows. Physical Review E , American Physical Society (APS), 2019. ⟨hal-02265484⟩ Plus de détails...
x >

Seminaires & Conférences

Mercredi 4 Décembre 2019 - Etude des méthodes lattice Boltzmann pour les simulations de systèmes d'air secondaires de turbomachines / Soutenance de thèse de Gauthier WISSOCQ
Doctorant : Gauthier WISSOCQ 

Date de la soutenance : Mercredi 4 décembre 2019 à 10:00,  CERFACS 42 Avenue Gaspard Coriolis, 31100 Toulouse / Salle Jean-Claude André 

Résumé de la thèse :
Ces dernières décennies, l'optimisation du rendement des turbomachines s'est traduite par une augmentation constante de la température d'air en veine primaire. Des températures élevées pouvant avoir des effets néfastes sur la durée de vie du moteur en raison de charges thermiques trop importantes ou de jeux mal contrôlés, un système de refroidissement efficace et bien dimensionné est indispensable. C'est notamment le rôle du circuit de bore cooling, composé d'une succession de cavités tournantes, dans lesquelles une compétition a lieu entre les forces d'inertie, les gradients de température et la convection forcée induite par un jet axial. Ces phénomènes donnent naissance à des écoulements instationnaires complexes, non-axisymmétriques et de périodicité a priori inconnue. La simulation de tels écoulements représente un défi majeur pour la modélisation numérique, nécessitant des codes adaptés aux calculs instationnaires longs et tridimensionnels. Cette thèse se consacre à l'étude d'une méthode numérique particulière pour la simulation de tels écoulements : la méthode de Boltzmann sur réseau, ou lattice Boltzmann method (LBM), qui possède les avantages d'être intrinsèquement instationnaire, relativement rapide et parfaitement adaptée aux géométries tridimensionelles complexes. Dans un premier temps, une étude des instabilités apparaissant dans les cavités tournantes soumises à des gradients de température radiaux est proposée. Des analyses de stabilité linéaire sont appliquées à des cas de géométries annulaires représentatives des plans axiaux des cavités tournantes. Elles permettent de déterminer la structure de l'écoulement en régime linéaire ainsi que les nombres de Rayleigh et Reynolds critiques d'apparition d'instabilités. Néanmoins, ces analyses ne permettent pas de rendre compte des effets non linéaires du cycle limite qui nécessitent une méthode adaptée. La suite de la thèse se consacre au potentiel de la LBM pour de telles simulations. Une étude fine des instabilités numériques pouvant survenir dans les conditions d'application de la méthode est proposée. Une méthodologie particulière développée durant cette thèse, basée sur l'approche de von Neumann, permet d'identifier clairement les ondes propagées par le schéma et souligne les phénomènes numériques à l'origine des instabilités. Cette étude met en évidence l'effet de nombreux paramètres sur la stabilité numérique tels que le choix du lattice et du modèle de collision. Une analyse proposée sur les modèles régularisés souligne deux propriétés fondamentales de ces schémas qui ont une grande influence sur la stabilité numérique en écoulement subsonique. Des applications de la LBM aux écoulements de cavités tournantes sont finalement réalisées. Le logiciel commercial PowerFLOW, seul code LBM suffisamment mature pour des modélisations de gaz parfait, est utilisé. Le code est évalué sur des cas académiques de complexité croissante (cavité bidimensionnelle, cavité fermée et cavité tournante avec flux d'air de refroidissement) et comparé aux résultats d'analyse linéaire, à des calculs issus de la littérature et à des données expérimentales. Une configuration multi-étagée est enfin simulée, pour laquelle un couplage à flux de chaleurs conjugués est réalisé afin de rendre compte des transferts radiatifs et exploiter au mieux les données d'essai. Les résultats soulignent de très bonnes estimations des profils de température, indiquant une bonne modélisation des phénomènes complexes contribuant aux échanges thermiques. 

Mots clés : LBM,Lattice-Boltzmann,turbomachines,cavités tournantes

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université
Rapporteur M. Florian DE VUYST Université de Technologie de Compiègne
Rapporteur M. Tony ARTS Von Karman Institute for Fluid Dynamics
Examinateur Mme Françoise BATAILLE Université de Perpignan
Examinateur M. Nicolas GOURDAIN ISAE-Supaero
Lundi 18 Novembre 2019 - Optimisation de filières de traitements des eaux par couplage de procédés physico-chimiques, thermiques et biologiques / Soutenance de thèse de Kelly OHANESSIAN
Doctorant : Kelly OHANESSIAN 

Date de la soutenance : Lundi 18 Novembre 2019 à 14:00 ,  Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, 13545 Aix-en-Provence / Amphithéâtre CEREGE 

Résumé de la thèse :
La modélisation, la simulation et l'optimisation de différentes filières de traitement des eaux usées industrielles par la méthode du couplage de procédés ont été étudiées afin de comparer leurs performances épuratoires, d'une part, et d'évaluer les dépenses énergétiques et économiques associées. Pour cela, trois effluents caractéristiques de l'industrie microélectronique ont été sélectionnés : les effluents d'acides fluoré et phosphoré (AFP) ainsi que les effluents provenant des procédés des polissage des micropuces de Tungstène (CMP W) et de Cuivre (CMP Cu). Dans un premier temps, une étude bibliographique a permis de déterminer les données d'entrées de chacune des filières étudiées (débits, composition) ainsi que les procédés de traitement conventionnels employés. Les filières de traitement classiques des trois effluents sélectionnés ont ensuite été simulées sur ProSimPlus®. A partir des fonctionnalités disponibles du logiciel (modules, constituants, modèle thermodynamique), certains procédés ont été modélisés à partir de données physiques, chimiques et cinétiques issues de la littérature : Oxidation de Fenton, adsorption, échange ionique sur résine, ultrafiltration ; ou développés comme le module de cristallisation. Dans un second temps, de nouvelles filières de traitement ont été proposées pour chacun des effluents considérés. Le couplage d'un procédé d'OVH aux procédés de précipitation, d'ultrafiltration et d'échange ionique sur résine a été proposé pour l'optimisation de la filière CMP Cu. Ce couplage a montré de fortes performances épuratoires permettant premièrement, de s'affranchir de l'étape d'adsorption qui était le point noir de la filière CMP Cu, deuxièmement, de réduire la consommation en produits chimiques et troisièmement de rejeter l'effluent en milieu naturel. Le bilan économique réalisé sur les filières CMP Cu conventionnelle et alternative a montré que la filière CMP Cu alternative permet non seulement une nette économie sur la consommation en produits chimiques mais également une production de chaleur non négligeable, qui convertie en électricité, pourrait engendrer un revenu annuel conséquent. Cinq configurations AFP différentes ont été proposées faisant intervenir des couplages entre des procédés physico-chimiques de précipitations et des procédés de traitement biologiques. Un procédé à boues activées ainsi qu'un procédé à biofilm sur membrane aérée ont été modélisés à partir de données hydrodynamiques et cinétiques tirées de la littérature et intégrés sur ProSimPlus®. Les différents couplages proposés montrent des performances épuratoires intéressantes permettant de rejeter l'effluent soit en milieu naturel soit en zone sensible. D'autre part, la valorisation de sous-produits de précipitation (Struvite et CaF2) a permis de réaliser des bénéfices. Cependant, la pureté de l'hydroxyapatite obtenue est très faible (44,8%), par la présence de fluorapatite au sein du même cristalliseur, et ne peut être valorisée sans l'ajout d'un cristalliseur supplémentaire. Finalement, le bilan économique sur le couplage des filières CMP Cu alternative et CMP W a montré que cette configuration était intéressante des points de vue des dépenses en produits chimiques et de la production potentielle d’électricité permettant ainsi une économie de près de 1,44 M par rapport aux filières séparées. 

Mots clés : traitement de l'eau, procédés, optimisation, simulation

Jury
Directeur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Cristian BARCA Aix Marseille Université
Examinateur Mme Audrey SORIC Ecole Centrale Marseille
Examinateur M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Rapporteur Mme Marie Noëlle PONS Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, CNRS-Univ. de Lorraine
Rapporteur M. Florent CHAZARENC Irstea – UR REVERSAAL
Examinateur Mme Raphaële Thery HETREUX ENSIACET CAMPUS INP – ENSIACET
Examinateur M. Denis BOUYER Institut Européen des Membranes - Université de Montpellier
Mercredi 30 Octobre 2019 - Vers un modèle prédictif pour reproduire les transitions de régime dans les écoulements gaz-liquide dans le code Neptune_CFD: d'un régime dispersé à un régime séparé / Soutenance de thèse de Emmanuel Vianney KUIDJO
Doctorant : Emmanuel Vianney KUIDJO

Date de la soutenance : Mercredi 30 Octobre 2019 à 14:00, Amphithéâtre de l'INSTN, CEA Saclay

Résumé de la thèse :
Dans les réacteurs nucléaires, différents régimes d'écoulements gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d'interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d'interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l'hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bifluide à trois champs dans NEPTUNE_CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu'à /recherche-m2p2-19/.5$ et une emphase est mise sur la prédiction de l'aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d'écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinés. 

Mots clés : écoulements gaz-liquide, régimes d'écoulement, modèle bifluide multichamp, équation de transport de l'interfaciale, NEPTUNE_CFD

Jury
Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Eric GONCALVES École Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechnique (ENSMA)
Rapporteur Mme Maria Vittoria SALVETTI Université de Pise
CoDirecteur de these M. Rémi ABGRALL Université de Zürich / Institut de Mathématiques
Examinateur Mme Maria Giovanna RODIO CEA Saclay
Examinateur M. Marc MASSOT Ecole Polytechnique / Centre de Mathématiques Appliquées
Vendredi 20 Septembre 2019 - Méthodes numériques alignées pour problèmes elliptiques anisotropes en domaines bornés pour simulations du plasma de bord / Soutenance de thèse de Juan Antonio SOLER VASCO
Doctorant : Juan Antonio SOLER VASCO

Date de la soutenance : 20 septembre 2019, à 13h30 / Amphithéâtre 3, Centrale de Marseille, 38 rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille 

Résumé de la thèse :
Les problèmes elliptiques hautement anisotropes se présentent dans de nombreux modèles physiques qui doivent être résolus numériquement. Une direction de diffusion dominante est alors introduite (appelée ici direction parallèle) le long de laquelle le coefficient de diffusion est plusieurs ordres de grandeur plus grands que dans la direction perpendiculaire. Dans ce cas, les méthodes aux différences finies standard ne sont pas conçues pour fournir une discrétisation optimale et peuvent conduire à une diffusion perpendiculaire artificielle potentiellement importante, résultant d’erreurs dans l’approximation de la diffusion parallèle.
Cette thèse se concentre sur trois axes principaux pour résoudre les équations elliptiques anisotropes de manière appropriée : un schéma aligné et conservatif de différences finies pour discrétiser l’opérateur Laplacien, une reformulation de l’équation de Helmholtz pour réduire la diffusion numérique, et un solveur basé sur les méthodes multi-grille comme préconditionneur d’un solveur GMRES.
Les deux premiers chapitres sont consacrés à la présentation du cadre de cette thèse.
Au chapitre 1, une brève introduction à la fusion par confinement magnétique est présentée, identifiant les problèmes numériques soulevés par la résolution des équations fluides, en particulier dans la région proche au bord (Scrape-Off-Layer). Le problème numérique que nous allons traiter est essentiellement un problème elliptique anisotrope où la diffusion est de 5 à 8 ordres de grandeur plus grande dans la direction parallèle que dans la direction perpendiculaire.
Dans le chapitre 2, une introduction bibliographique aux méthodes numériques résolvant les équations elliptiques anisotropes est présentée, avec un accent sur les méthodes aux différences finies.
Dans le chapitre 3, un schéma de discrétisation aligné est proposé en utilisant des grilles cartésiennes non alignées. Selon la méthode Support Operator Method (SOM), la propriété d’autoajoint de l’opérateur de diffusion parallèle est maintenue au niveau discret. Par rapport aux méthodes existantes, la formulation actuelle garantit la conservation des flux dans des directions parallèles et perpendiculaires. De plus, dans les domaines bornés, une discrétisation des conditions aux limites est présentée afin d’assurer une précision comparable de la solution. Des tests numériques basés sur des solutions manufacturées montrent que la méthode est capable de fournir des approximations numériques précises et stables dans des domaines périodiques et bornés avec un nombre considérablement réduit de degrés de liberté par rapport autres approches non aligneés.
Une reformulation de l’équation de Helmholtz est présentée au chapitre 4 pour limiter la diffusion numérique liée à la discrétisation du Laplacien pour les valeurs élevées de diffusion parallèle. La méthode est basée sur la séparation de la solution en une partie alignée et non alignée, par rapport à l’opérateur de diffusion parallèle, gr\^ace à des méthodes de filtrage. Les cas de tests montrent que cette reformulation de l’équation de Helmholtz élimine la diffusion perpendiculaire numérique, avec une efficacité d’autant plus accrue que les valeurs de diffusivité parallèle sont élevées.
Afin de résoudre efficacement les équations anisotropes elliptiques pour les grands systèmes d’équations, un solveur itératif basé sur des algorithmes multi-grilles géométriques est proposé au chapitre 5. Cet algorithme est plus tard posé comme préconditionneur d’un solveur GMRES, exhibant une réduction drastique du temps et de la mémoire requise par rapport à des solveurs directs résolvant les équations Helmholtz et Poisson, et ce pour différents types de conditions aux limites.
La thèse est conclue par une analyse critique des aspects numériques des discrétisations alignées étudiées. Une attention particulière est accordée à l’application des méthodes étudiées dans les codes de turbulence plasma 3D, tels que TOKAM3X développé par le CEA.


Jury
Monsieur Bruno DESPRES, Professeur, CNRS / Laboratoire Jacques Louis Lions, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France.
Monsieur Sergio AMAT PLATA, Professeur, Universidad Politécnica de Cartagena, Espagne.
Madame Francesca RAPETTI, Maître de Conférences, Université de Nice Sophia Antipolis, Nice, France.
Monsieur Éric SERRE, Directeur de Recherche, CNRS / M2P2, Marseille, France.
Monsieur Frédéric SCHWANDER, Maître de Conférences, M2P2/École Centrale de Marseille, France.
Monsieur Jacques LIANDRAT, Professeur, I2M/ École Centrale de Marseille, France.
Membres invités
Monsieur Giorgio GIORGIANI, M2P2, Marseille, France.
Monsieur Patrick TAMAIN, IRFM-CEA Cadarache, St. Paul-lez-Durance, France
Jeudi 11 Juillet 2019 - Etude du Procédé Hydrothermal dédié aux traitement des déchets amiantés / Soutenance de thèse de Christ Terence NZOGO METOULE
Doctorant : Christ Terence NZOGO METOULE

Date de la soutenance : Jeudi 11 Juillet 2019 / 24 rue Joseph Fourier, 38400 Saint Martin d'Hères, Grenoble 

Résumé de la thèse :
L'objectif de ce travail de doctorat est de démontrer la faisabilité de convertir des amiantes pures (chrysotile, amosite, crocidolite) et un matériau contenant de l'amiante (tuile en amiante ciment) en matériaux non dangereux via le traitement hydrothermal supercritique (400 ≤ T ≤ 750°C et P ≥ 21 MPa). Les expériences sont réalisées dans un réacteur fermé haute pression (30 MPa) et haute température (800°C) en inconel, conçu pour cette étude. Les conditions de température, concentration initiale et durée de traitement pour réaliser la destruction de l'amiante, observée en DRX, ont été obtenues à partir d'une étude paramétrique (T=750°C, t ≥ 1h et C ≥ 2.10-2 mg.mL-1). Les essais ont ensuite montré que la variété chrysotile et la tuile en amiante ciment sont transformés, respectivement en forstérite, qui peut évoluer en enstatite pour le premier et en un mélange de calcite, gehlenite et spurrite pour le second après une heure de traitement hydrothermal (analyses DRX, META). Dans le même temps, l'analyse META montre qu'aucune fibre de crocidolite n'est détectée après 3h de traitement pour une concentration initiale de 2.10-2 mg.mL-1 tandis que l'analyse DRX révèle le maintien de la structure asbestiforme à une la concentration de 20 mg.mL-1, pour la même durée de traitement. Aucun effet n'a été observé sur la structure cristalline des fibres d'amosite. Dans tous les cas, la persistance de résidus microparticulaire (structures allongées) fragilisés de 200 à 400nm (MEB) de longueur supérieure à 5 µm est observée. Un post-traitement aux ultrasons a été appliqué dans le but d'améliorer la fragmentation des structures allongées. Les analyses MEB appliquées à la méthode de comptage des particules montrent une diminution de 27 µm à 6 µm après post-traitement. Finalement, une première étude énergétique sur le procédé hydrothermal donné de premiers éléments sur son intérêt à l'échelle industrielle et sa viabilité à long terme par rapport au procédé à torche à plasma. Des travaux supplémentaires de confirmation des résultats sur la fragmentation des structures allongées doivent être menés. Des études énergétiques plus développées sont également nécessaire pour positionner le procédé. 

Mots Clés : Hydrothermal, Amiante, Déchets, Procédés, Supercritique

Jury
Directeur de these M. Olivier BOUTIN                         Aix Marseille Université
Examinateur         Mme Séverine CAMY                                ENSIACET
Rapporteur         Mme Elsa WEISS-HORTALA                IMT Mines Albi-Carmaux
CoDirecteur de these M. Jean Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Examinateur M. Stéphane DELABY                         Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
Rapporteur M. Sylvain FAURE                                 CEA - Marcoule

Nos Partenaires industriels et institutionnels