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.
Clémence Cordier, Christophe Stavrakakis, Benjamin Morga, Lionel Degremont, Alexandra Voulgaris, et al.. Removal of pathogens by ultrafiltration from sea water. Environment International, Elsevier, 2020, 142, pp.105809. ⟨10.1016/j.envint.2020.105809⟩. ⟨hal-02891935⟩ Plus de détails...
Among water treatment processes, ultrafiltration is known to be efficient for the elimination of micro-organisms (bacteria and viruses). In this study, two pathogens were targeted, a bacterium, Vibrio aestuarianus and a virus, OsHV-1, with the objective to produce high quality water from seawater, in the case of shellfish productions. The retention of those microorganisms by ultrafiltration was evaluated at labscale. In the case of OsHV-1, the protection of oysters was validated by in vivo experiments using oysters spat and larvae, both stages being highly susceptible to the virus. The oysters raised using contaminated seawater which was then subsequently treated by ultrafiltration, had similar mortality to the negative controls. In the case of V. aestuarianus, ultrafiltration allowed a high retention of the bacteria in seawater with concentrations below the detection limits of the 3 analytical methods (flow cytometry, direct seeding and seeding after filtration to 0.22 µm). Thus, the quantity of V. aestuarianus was at least, 400 times inferior to the threshold known to induce mortalities in oysters. Industrial scale experiment on a several months period confirmed the conclusion obtained at lab scale on the Vibrio bacteria retention. Indeed, no bacteria from this genus, potentially harmful for oysters, was detected in permeate and this, whatever the quality of the seawater treated and the bacteria concentration upstream of the membrane. Moreover, the resistance of the process was confirmed with a stability of hydraulic performances over time for two water qualities and even facing an algal bloom. In terms of retention and resistance, ultrafiltration process was validated for the treatment of seawater towards the targeted pathogenic microorganisms, with the aim of biosecuring shellfish productions.
Clémence Cordier, Christophe Stavrakakis, Benjamin Morga, Lionel Degremont, Alexandra Voulgaris, et al.. Removal of pathogens by ultrafiltration from sea water. Environment International, Elsevier, 2020, 142, pp.105809. ⟨10.1016/j.envint.2020.105809⟩. ⟨hal-02891935⟩
M. Meldi, A. Mariotti, M. Salvetti, P. Sagaut. Numerical investigation of skewed spatially evolving mixing layers. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2020, 897, pp.A35. ⟨10.1017/jfm.2020.407⟩. ⟨hal-02892248⟩ Plus de détails...
The sensitivity of turbulent dynamics in spatially evolving mixing layers to small skew angles is investigated via direct numerical simulation. Angle is a measure of the lack of parallelism between the two asymptotic flows, whose interaction creates the turbulent mixing region. The analysis is performed considering a large range of values of the shear intensity parameter . This two-dimensional parameter space is explored using the results of a database of 18 direct numerical simulations. Instantaneous fields as well as time-averaged quantities are investigated, highlighting important mechanisms in the emergence of turbulence and its characteristics for this class of flows. In addition, a stochastic approach is used in which and are considered as random variables with a given probability distribution. The response surfaces of flow statistics in the parameter space are built through non-intrusive generalized polynomial chaos. It is found that variations of the parameter have a primary effect on the growth of the mixing region. A secondary effect associated with is observed as well. Higher values for the skew angle are responsible for a rapid increase in growth of the inlet structures, enhancing the development of the mixing region. The impact on the turbulence features and, in particular, on the Reynolds stress tensor is also significant. A modification of the normalized diagonal components of the Reynolds stress tensor due to is observed. In addition, the interaction between the parameters and is here the governing element.
M. Meldi, A. Mariotti, M. Salvetti, P. Sagaut. Numerical investigation of skewed spatially evolving mixing layers. Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press (CUP), 2020, 897, pp.A35. ⟨10.1017/jfm.2020.407⟩. ⟨hal-02892248⟩
Etienne Loiseau, Simon Gsell, Aude Nommick, Charline Jomard, Delphine Gras, et al.. Active mucus–cilia hydrodynamic coupling drives self-organization of human bronchial epithelium. Nature Physics, Nature Publishing Group, 2020, ⟨10.1038/s41567-020-0980-z⟩. ⟨hal-02914172⟩ Plus de détails...
The respiratory tract is protected by mucus, a complex fluid transported along the epithelial surface by the coordinated beating of millions of microscopic cilia, hence the name of mucociliary clearance. Its impairment is associated with all severe chronic respiratory diseases. Yet, the relationship between ciliary density and the spatial scale of mucus transport, as well as the mechanisms that drive ciliary-beat orientations are much debated. Here, we show on polarized human bronchial epithelia that mucus swirls and circular orientational order of the underlying ciliary beats emerge and grow during ciliogenesis, until a macroscopic mucus transport is achieved for physiological ciliary densities. By establishing that the macroscopic ciliary-beat order is lost and recovered by removing and adding mucus, respectively, we demonstrate that cilia–mucus hydrodynamic interactions govern the collective dynamics of ciliary-beat directions. We propose a two-dimensional model that predicts a phase diagram of mucus transport in accordance with the experiments. This paves the way to a predictive in silico modelling of bronchial mucus transport in health and disease.
Etienne Loiseau, Simon Gsell, Aude Nommick, Charline Jomard, Delphine Gras, et al.. Active mucus–cilia hydrodynamic coupling drives self-organization of human bronchial epithelium. Nature Physics, Nature Publishing Group, 2020, ⟨10.1038/s41567-020-0980-z⟩. ⟨hal-02914172⟩
Jérémie Labasse, Uwe Ehrenstein, Philippe Meliga. Numerical exploration of the pitching plate parameter space with application to thrust scaling. Applied Ocean Research, Elsevier, 2020, 101, pp.102278. ⟨10.1016/j.apor.2020.102278⟩. ⟨hal-02903603⟩ Plus de détails...
Jérémie Labasse, Uwe Ehrenstein, Philippe Meliga. Numerical exploration of the pitching plate parameter space with application to thrust scaling. Applied Ocean Research, Elsevier, 2020, 101, pp.102278. ⟨10.1016/j.apor.2020.102278⟩. ⟨hal-02903603⟩
Cláudio Fonte, David Fletcher, Pierrette Guichardon, Joelle Aubin. Simulation of micromixing in a T-mixer under laminar flow conditions. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2020, 222, pp.115706. ⟨10.1016/j.ces.2020.115706⟩. ⟨hal-02892241⟩ Plus de détails...
The CFD simulation of fast reactions in laminar flows can be computationally challenging due to the lack of appropriate sub-grid micromixing models in this flow regime. In this work, simulations of micromixing via the implementation of the competitive-parallel Villermaux/Dushman reactions in a T-micromixer with square bends for Reynolds numbers in the range 60–300 are performed using both a conventional CFD approach and a novel lamellae-based model. In the first, both the hydrodynamics and the concentration fields of the reaction species are determined directly using a finite volume approach. In the second, the hydrodynamic field from the CFD calculations is coupled with a Lagrangian model that is used to perform the chemical reactions indirectly. Both sets of results are compared with previously published experimental data and show very good agreement. The lamellar model has the advantage of being much less computationally intensive than the conventional CFD approach, which requires extremely fine computational grids to resolve sharp concentration gradients. It is a promising solution to model fast chemical reactions in reactors with complex geometries in the laminar regime and for industrial applications.
Cláudio Fonte, David Fletcher, Pierrette Guichardon, Joelle Aubin. Simulation of micromixing in a T-mixer under laminar flow conditions. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2020, 222, pp.115706. ⟨10.1016/j.ces.2020.115706⟩. ⟨hal-02892241⟩
Jeudi 15 octobre 2020 à 14h (soutenance reportée à une date ultérieure...)
- Couplage entre le transport d'un soluté, la pression osmotique et les instabilités hydrodynamiques dans la configuration de Taylor-Couette-Application aux procédés de filtration membranaires / Soutenance de thèse Rouae BEN DHIA
Doctorant : Rouae BEN DHIA
Date de la soutenance : Jeudi 15 Octobre 2020 à 14:00
Ecole centrale Marseille, 38 Rue Frédéric Joliot Curie, 13451 Marseille
Amphi 3 (soutenance reportée à une date ultérieure...)
Résumé :
L'osmose inverse RO est par exemple l'un des processus de filtration membranaire les plus importants qui jouent un rôle primordial dans les technologies de purification de l'eau. Néanmoins, les performances du RO sont limitées par la polarisation de la concentration. Aucune étude quantitative n'existe pour évaluer comment les instabilités hydrodynamiques interagissent avec la pression osmotique élevée à la surface de la membrane en raison de la polarisation de la concentration. Ce projet de recherche s'intéresse au couplage entre les instabilités hydrodynamiques et la pression osmotique liée à la formation d'une couche limite de concentration au niveau de la membrane. L'impact des instabilités hydrodynamiques sur le flux de filtration est étudié qualitativement et quantitativement ici. Les instabilités hydrodynamiques considérées sont celles observées dans l'écoulement Taylor-Couette, connues par vortex de Taylor. La configuration de Taylor-Couette est donc utilisée comme un modèle de systèmes RO. Pour aborder qualitativement et quantitativement les interactions entre le transfert de masse, les instabilités hydrodynamiques et la pression osmotique dans la cellule de Taylor-Couette, deux approches analytiques et numériques sont développées. L'approche analytique est basée sur une analyse de stabilité linéaire et faiblement non linéaire. L'analyse de stabilité linéaire est utilisée pour prédire les conditions critiques correspondant à l'apparition de structures tourbillonnaires sous l'effet de la pression osmotique. Il a été démontré que la pression osmotique liée au flux transmembranaire radial a un effet significatif sur la stabilité de l'écoulement. En développant la théorie faiblement non linéaire, des instabilités hydrodynamiques ont été identifiées utiles pour améliorer le débit de filtration malgré la présence de la pression osmotique. L'approche numérique est basée sur des simulations numériques directes (DNS) utilisant la méthode de collocation spectrale. DNS montre un excellent accord avec les prévisions analytiques pour la plupart des cas. De plus, elle permet de quantifier l'impact des instabilités sur le flux de perméat à travers les membranes. Les résultats démontrent l'augmentation du flux de perméat.
Jury:
Directeur de these M. Pierre HALDENWANG Aix Marseille Université / M2P2
Directeur de these M. Denis MARTINAND Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur Mme Cécile LEMAITRE LRGP, Université de Lorraine - ENSIC
Rapporteur M. Innocent MUTABAZI Université le Havre Normandie
Examinateur M. Nils TILTON Department of Mechanical Engineering, Colorado School of Mines
Examinateur Mme Caroline GENTRIC Université de Nantes / GEPEA
Jeudi 7 mai 2020 à 10h par vidéoconférence
- Développement d’une méthodologie facilitant l’identification et l’évaluation de symbioses industrielles dans le secteur de l’industrie pétrochimique / Soutenance de thèse Hélène CERVO
Doctorant : Hélène CERVO
Date de la soutenance : jeudi 7 mai 2020 à 10h par vidéoconférence
Les symbioses industrielles permettent de créer de nouvelles collaborations entre différentes entités d’un même territoire afin d’échanger des ressources telles que des matières premières, de l’énergie, de l’information et des déchets, et d’intensifier les mutualisations de services et d’infrastructures. Ces dernières années, de nombreuses mesures ont ainsi été prises, favorisant et encourageant de telles initiatives. Néanmoins, certaines problématiques perdurent encore quant à leur mise en place et à leur démocratisation. Cette thèse se concentre sur une des problématiques principales de la symbiose industrielle : le manque de partage des informations. Les travaux de recherche s’articulent donc autour de la question suivante :
Comment formaliser l’échange d’informations entre partenaires industriels dans le but de faciliter la détection et l’évaluation des symbioses industrielles ?
Le concept de blueprint est développé et proposé comme solution facilitant l’échange de données entre partenaires industriels. Le blueprint est une représentation générique d’un procédé industriel donné. Une méthodologie détaillée, décrivant la construction du blueprint, la définition des flux qu’il contient, ainsi que la visualisation des profils le constituant, est également présentée. Celle-ci est appliquée à un système industriel de grande envergure : une raffinerie, démontrant sa faisabilité. Enfin, plusieurs exemples d’utilisation du blueprint dans un contexte de symbiose industrielle sont développés. Ils permettent de comprendre dans quel cadre plusieurs blueprints peuvent être combinés, et mettent en évidence la pertinence de la méthode ainsi que les limites de son utilisation.
Jury:
Prof. François MARECHAL / École Polytechnique Fédérale de Lausanne -> Président du jury
Prof. Ronny VERHOEVEN / Ghent University -> Vice président du jury
Prof. Simon HARVEY / Chalmers University of Technolog-> Rapporteur
Prof. Raphaële THERY HETREUX / INP Toulouse -> Rapporteur
Prof. Lieven VANDEVELDE / Ghent University -> Rapporteur
Prof. Olivier BOUTIN / Aix-Marseille Université -> Examinateur
Dr. Bernard DESCALES / INEOS -> Invité
Dr. Solène LE BOURDIEC / EDF -> Invité
Prof. Jean-Henry FERRASSE / Aix-Marseille Université -> Directeur de thèse
Prof. Greet VAN EETVELDE / Ghent University -> Directeur de thèse
Jeudi 19 Décembre 2019
- Simulating multiphase reactive flows: issues & techniques / Soutenance HDR Pierre BOIVIN
Dr. Pierre BOIVIN
Date de la soutenance : jeudi 19 décembre 2019 à 14h, dans l'amphithéâtre 3 de Centrale de Marseille / Plot 6
Résumé :
Je présenterai (en anglais) une sélection de travaux que j'ai réalisé ou dirigé depuis l'obtention de mon doctorat. Pour ce faire, je démarrerai par une introduction sur mon parcours, suivie d'une courte présentation entièrement subjective des challenges restants en modélisation des écoulements réactifs. Je tenterai enfin de donner quelques pistes de recherche permettant d'apporter une meilleure compréhension des phénomènes physiques en jeu. J'aborderai en particulier des questions de cinétique chimique, de thermodynamique, ou encore de méthodes numériques pour la mécanique des fluides.
Tuteur:
Pierre HALDENWANG
Jury:
Luc Vervisch, rapporteur,
Thierry Poinsot, rapporteur,
Vincent Giovangigli, rapporteur,
Elaine Oran, examinateur,
Pascale Domingo, examinateur,
Pierre Sagaut, examinateur,
Sergey Gavrilyuk, examinateur.
Mardi 17 Décembre 2019
- Eco-design of a Dry Cleaning Machine by Integration of a Membrane Process for Solvent Dehydration / Soutenance de thèse Oleksandr DIMITROV
Doctorant : Oleksandr DIMITROV
Date de la soutenance : le 17 décembre 2019 à 10h30, Amphi 3, Centrale Marseille.
Jacques JOSE Professeur EM, Univ Lyon 1, Lyon Invité
Alfred TESTA Dirigéant, Innovaclean, Géménos Invité
Mercredi 11 Décembre 2019
- Méthode d'optimisation multiobjectif de la conduite d'un réacteur nucléaire ; application à un RNR-Na fonctionnant avec un cycle de Brayton / Soutenance de thèse de Avent GRANGE
Doctorant : Avent GRANGE
Date de la soutenance : Mercredi 11 Décembre 2019 à 10:00 ; Château de Cadarache, bâtiment N°901 Route de Vinon-Sur-Verdon, 13115 Saint-Paul-les-Durance
Résumé de la thèse :
La définition de la conduite d'un réacteur nucléaire permet à ce dernier d'atteindre des objectifs en termes de rendement thermodynamique, de manœuvrabilité, de durée de vie et de répondre à des exigences de sûreté. La méthode développée lors de ces travaux de thèse définit la conduite par la résolution d'un problème d'optimisation multiobjectif et contraint. Les variables de décision retenues pour résoudre ces problèmes sont les consignes, les actionneurs et les paramètres des systèmes de contrôle-commande associés aux régulations mises en oeuvre dans la conduite. L'espace de définition de ces variables de décision, nommé espace de recherche, est potentiellement de grande dimension. La recherche des conduites optimales dans cet espace nécessite alors un nombre de calcul élevé. La conduite d'un réacteur au cours d'un transitoire de fonctionnement normal, incidentel ou accidentel est modélisée par l'Outil de Calcul Scientifique (OCS) de thermohydraulique système CATHARE2. La durée d'exécution d'un calcul avec cet OCS étant longue, son utilisation pour résoudre le problème d'optimisation dans un temps raisonnable est inadaptée. La méthode développée réduit alors la dimension de l'espace de recherche et construit des modèles de substitution (métamodèles) à l'OCS CATHARE2 pour reproduire les objectifs et les contraintes en fonction des variables de décision. Ces métamodèles utilisent la structure de processus gaussiens conditionnés sur une base d'apprentissage de la variable à reproduire. Un couplage de ces modèles de substitution à un algorithme génétique permet de définir un ensemble de conduites réparties de manière homogène dans les zones optimales de l'espace des solutions. Les faibles erreurs de prédiction des métamodèles permettent alors d'approcher efficacement le front de Pareto. Deux applications de la méthode sont réalisées pour le réacteur ASTRID avec un cycle de Brayton pour le Système de Conversion d'Energie. La première optimisation atteste des capacités du SCE-gaz à évacuer la puissance résiduelle lors d'un incident de manque de tension externe. Ainsi, 34 conduites, bien réparties à travers le front de Pareto, définissent des compromis optimaux entre les temps d'atteinte de l'état d'arrêt à froid du réacteur et les gradients thermiques à travers la cuve principale du réacteur. La seconde application permet de définir un ensemble de conduites optimales lors d'un transitoire de réglage de fréquence. Ces conduites optimisent simultanément trois objectifs et assurent le respect de deux contraintes relatives à la qualité de la régulation de la puissance électrique produite à l'alternateur du réacteur. Les conduites optimales retenues représentent de manière homogène le front de Pareto et chacune de ces solutions est proche de la référence modélisée avec l'OCS CATHARE2.
Mots clés : Optimisation mutiobjectif, Processus gaussien, thermohydraulique, RNR-Na, Cycle de Brayton
Jury
Directeur de these M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille
Rapporteur M. Jean BACCOU IRSN
Rapporteur Mme Elsa MERLE PHELMA
CoDirecteur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université, CNRS, Centrale Marseille
Examinateur M. Abderrazak LATIFI Université de Lorraine
Examinateur Mme Amandine MARREL Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
