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

  • Harold Berjamin, Bruno Lombard, Guillaume Chiavassa, Nicolas Favrie. Analytical solution to 1D nonlinear elastodynamics with general constitutive laws. Wave Motion, Elsevier, 2017, 74, pp.35 - 55. 〈10.1016/j.wavemoti.2017.06.006〉. 〈hal-01631056〉 Plus de détails...
  • Shang-Gui Cai, Abdellatif Ouahsine, Julien Favier, Yannick Hoarau. Moving immersed boundary method. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Wiley, 2017, 85 (5), pp.288 - 323. 〈10.1002/fld.4382〉. 〈hal-01592822〉 Plus de détails...
  • V. Mons, Luca Margheri, J.-C. Chassaing, Pierre Sagaut. Data assimilation-based reconstruction of urban pollutant release characteristics. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Elsevier, 2017, 169, pp.232 - 250. 〈10.1016/j.jweia.2017.07.007〉. 〈hal-01631036〉 Plus de détails...
  • Nicolas Combernoux, Luc Schrive, Véronique Labed, Yvan Wyart, Emilie Carretier, et al.. Treatment of radioactive liquid effluents by reverse osmosis membranes: From lab-scale to pilot-scale. Water Research, IWA Publishing, 2017, 123, pp.311 - 320. 〈10.1016/j.watres.2017.06.062〉. 〈hal-01631038〉 Plus de détails...
  • 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. 〈10.1017/jfm.2017.439〉. 〈hal-01585331〉 Plus de détails...
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Seminaires & Conférences

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 géométrie magnétique point-X / Soutenance de thèse Davide GALASSI
Doctorant : Davide GALASSI

Date de la soutenance : Vendredi 8 Décembre 2017 à 15:00, amphithéâtre de la Jetée, Ecole Centrale de Marseille

Résumé de la thèse
L'énergie nucléaire provenant de la fusion pourrait offrir dans l’avenir une nouvelle source d'énergie stable, non émettrice de CO2, pérenne et disponible. 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 à l’équilibre complexe entre la dynamique du plasma dans la direction perpendiculaire aux lignes de champ magnétique, et l’existence de sources et de puits liés à l’interaction avec les parois adjacentes. Dans cette thèse, on s’intéresse à la modélisation de la région de bord du plasma qui s’étend de l’extérieur du cœur, jusqu’à la scrape-off-layer où les lignes de champ magnétique interceptent la paroi. Dans cette région, le plasma a une nature turbulente, et le transport turbulent détermine les gradients de pression radiaux, influençant à la fois le flux de chaleur sortant et la pression centrale, contrôlant le confinement. L’objectif de cette thèse est de caractériser ce transport turbulent, dans une géométrie magnétique « divertor ». Dans cette configuration le plasma central est isolé du bord en introduisant un point, dit X, où les lignes de champ magnétique ont une longueur théoriquement infinie. La simulation numérique est réalisée au moyen du code de turbulence TOKAM3X, né de la collaboration de l’IRFM au CEA et du laboratoire M2P2 à Aix-Marseille Université. TOKAM3X est le premier code capable d’effectuer une simulation fluide globale de la turbulence dans une géométrie magnétique divertor. Une comparaison avec des simulations en géométrie circulaire simplifiée montre une nature intermittente similaire de la turbulence dans la région la plus externe du plasma. Les structures turbulentes sont quasi alignées sur le champ magnétique, conséquence d’une plus grande efficacité du transport parallèle sur le transport perpendiculaire aux lignes de champ magnétique. En particulier, les structures turbulentes s'étirent radialement, avec une proportionnalité inverse à l’intensité du champ poloïdal. Cette déformation conduit à un accroissement des flux turbulents au point X. Par contre, l'amplitude des fluctuations est plus forte au plan équatorial, où la courbure magnétique est maximale. Les fluctuations sont fortement amorties au voisinage du point X, en raison de la variation de l'angle d’incidence des lignes de champ, en accord avec des données expérimentales récentes. Le profil du flux dans la direction parallèle aux lignes de champ a été reconstruit, en évaluant les sources engendrées par le transport perpendiculaire. Les flux perpendiculaires associés aux champs fluctuants et moyens contribuent de manière comparable au flux parallèle. Cette interprétation permet d'expliquer l'asymétrie des flux parallèles observée dans les expériences, et qui est bien reproduite par les simulations. Dans la direction radiale, on constate que la géométrie magnétique du divertor modifie de manière significative les gradients d'équilibre: à cause des surfaces de flux magnétique plus comprimées au niveau du plan équatorial externe, le système est plus stable. En raison de la nature non locale de la turbulence, cela peut être interprété comme un effet intégré de la courbure sur l'extension parallèle de la structure turbulente. Un autre processus, appelé barrière de transport, intervient systématiquement dans la configuration divertor, en inhibant partiellement le transport radial à un rayon donné. Pratiquement, les structures turbulentes créées dans une région interne du tokamak, plus instable, se propagent radialement jusqu'à la barrière de transport, que seuls les événements les plus intenses arrivent à dépasser. Ce mécanisme est potentiellement très important pour la compréhension de la transition du mode de confinement faible à élevé, qui sera le mode opérationnel d’ ITER. 

Mots clés : Modélisation, tokamak, turbulence, transport, plasma, géométrie complexe 

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
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

 

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