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

  • Yong-Liang Feng, Shao-Long Guo, Wen-Quan Tao, Pierre Sagaut. Regularized thermal lattice Boltzmann method for natural convection with large temperature differences. International Journal of Heat and Mass Transfer, Elsevier, 2018, 125, pp.1379 - 1391. 〈10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.051〉. 〈hal-01875603〉 Plus de détails...
  • Pierre Boivin, Forman Williams. Extension of a wide-range three-step hydrogen mechanism to syngas. Combustion and Flame, Elsevier, 2018, 196, pp.85 - 87. 〈10.1016/j.combustflame.2018.05.034〉. 〈hal-01822465〉 Plus de détails...
  • Morgane Le Hir, Yvan Wyart, Gaëlle Georges, Laure Siozade Lamoine, Patrick Sauvade, et al.. Effect of salinity and nanoparticle polydispersity on UF membrane retention fouling. Journal of Membrane Science, Elsevier, 2018, 563, pp.405 - 418. 〈10.1016/j.memsci.2018.05.077〉. 〈hal-01875598〉 Plus de détails...
  • Yongliang Feng, Muhammad Tayyab, Pierre Boivin. A Lattice-Boltzmann model for low-Mach reactive flows. Combustion and Flame, Elsevier, 2018, 196, pp.249 - 254. 〈10.1016/j.combustflame.2018.06.027〉. 〈hal-01832640〉 Plus de détails...
  • Romain Dupuis, Jean-Christophe Jouhaud, Pierre Sagaut. Surrogate Modeling of Aerodynamic Simulations for Multiple Operating Conditions Using Machine Learning. AIAA Journal, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2018, 56 (9), pp.3622 - 3635. 〈10.2514/1.J056405〉. 〈hal-01875606〉 Plus de détails...
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Seminaires & Conférences

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
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

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