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.
Isabelle Raspo, Evelyne Neau. An empirical correlation for the relative permittivity of liquids in a wide temperature range: application to the modeling of electrolyte systems with a GE/EoS approach.. Fluid Phase Equilibria, Elsevier, 2020, 506, pp.112371. ⟨10.1016/j.fluid.2019.112371⟩. ⟨hal-02325903⟩ Plus de détails...
Relative permittivity, also known as static dielectric constant, is a key property of solvents in electrolyte solutions. It strongly influences the solubility of solutes and, therefore, it can be used as a predictive tool in chemical engineering processes. Relative permittivity also plays an essential role in the modeling of phase equilibria of electrolyte systems, since it is involved in the Debye-Hückel model and in the Mean Spherical Approximation, commonly used to represent long-range interactions between ions. In this paper, we propose a new temperature-dependent correlation for the relative permittivity of liquid water, methanol and ethanol, valid in a wide temperature range, including very high temperatures. Comparison with other literature equations evidenced that the main interest of the proposed correlation is to allow satisfactory predictions of the relative permittivity, not only in the range of validity of other literature models, but also in the high temperature domain, including supercritical temperatures for water. The new correlation is then used with the NRTL-PRA EoS to predict vapor pressure of water with several salts, including single electrolytes and two-salts mixtures; it must be noted that the modeling presented in this work is relevant for any GE/EoS model, since in this case (binary interactions between water and ions being equal to zero), the excess Gibbs energy reduces to the Long-Range term derived from the Pitzer-Debye-Hückel model. A temperature-dependent correction of the solvent relative permittivity is proposed to account for its dependence on ion mole fraction in this Long-Range term. Results thus obtained show that this correction leads to an accurate prediction both: for vapor pressures of aqueous electrolyte solutions in a very wide temperature domain and for the modeling of vapor-liquid equilibria of methanol-water and ethanol-water mixtures with several salts.
Isabelle Raspo, Evelyne Neau. An empirical correlation for the relative permittivity of liquids in a wide temperature range: application to the modeling of electrolyte systems with a GE/EoS approach.. Fluid Phase Equilibria, Elsevier, 2020, 506, pp.112371. ⟨10.1016/j.fluid.2019.112371⟩. ⟨hal-02325903⟩
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...
The European Union (EU) has put the concept of circularity at the heart of its strategy for transitioning towards a low-carbon economy and reducing the use of virgin resources. Concrete measures, such as clarifying rules on co-products or supporting innovative projects, have been taken in order to promote Industrial Symbiosis (IS)-turning one industry's co-product into another industry's raw material. However, one of the main barriers to the democratisation of IS remains the exchange of (confidential) data between industrial partners. Here, the concept of industrial sector blueprints is presented as a solution in order to overcome the challenge of sharing information across industrial sectors. A blueprint is constituted of a series of profiles providing insights on the key inputs and outputs of a given industry in terms of thermal and electrical energy, materials and services. A heuristic and comprehensive methodology is presented detailing a step-by-step approach for building the profiles and the type of data required. It is applied to a typical refinery demonstrating the efficiency of the method and showing how it can be used in an IS context.
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⟩
C. Savaro, J.P. Bonnet, M.V. Johansson, P. Perrier, I. Graur, et al.. Gas permeability in rarefied flow conditions for characterization of mineral membrane support. European Journal of Mechanics - B/Fluids, Elsevier, 2020, 79, pp.44-53. ⟨10.1016/j.euromechflu.2019.07.005⟩. ⟨hal-02335012⟩ Plus de détails...
Gas Permeability Measurement Technique (GPMT) has the advantage of being a non-destructive method, which is efficient in characterizing filtration membranes. Ceramic filtration membranes consist of successive layers of micro (support) to nano size (skin) pores. When gas flows through such a small scale structure, the molecular mean free path becomes comparable to the pore size. The Slip flow model, validated to describe the gas transport properties under rarefied flow conditions in a microchannel, is extended to porous media. The porous structure is modeled as a cluster of several identical cylindrical channels.
C. Savaro, J.P. Bonnet, M.V. Johansson, P. Perrier, I. Graur, et al.. Gas permeability in rarefied flow conditions for characterization of mineral membrane support. European Journal of Mechanics - B/Fluids, Elsevier, 2020, 79, pp.44-53. ⟨10.1016/j.euromechflu.2019.07.005⟩. ⟨hal-02335012⟩
M. Tayyab, S. Zhao, Y. Feng, Pierre Boivin. Hybrid regularized Lattice-Boltzmann modelling of premixed and non-premixed combustion processes. Combustion and Flame, Elsevier, 2020, 211, pp.173-184. ⟨10.1016/j.combustflame.2019.09.029⟩. ⟨hal-02346556⟩ Plus de détails...
A Lattice-Boltzmann model for low-Mach reactive flows is presented, built upon our recently published model (Comb & Flame, 196, 2018). The approach is hybrid and couples a Lattice-Boltzmann solver for the resolution of mass and momentum conservation and a finite difference solver for the energy and species conservation. Having lifted the constant thermodynamic and transport properties assumptions, the model presented now fully accounts for the classical reactive flow thermodynamic closure: each component is assigned NASA coefficients for calculating its thermodynamic properties. A temperature-dependent viscosity is considered, from which are deduced thermo-diffusive properties via specification of Prandtl and component-specific Schmidt numbers. Another major improvement from our previous contribution is the derivation of an advanced collision kernel compatible of multi-component reactive flows stable in high shear flows. Validation is carried out first on premixed configurations, through simulation of the planar freely propagating flame, the growth of the associated Darrieus-Landau instability and three regimes of flame-vortex interaction. A double shear layer test case including a flow-stabilized diffusion flame is then presented and results are compared with DNS simulations, showing excellent agreement.
M. Tayyab, S. Zhao, Y. Feng, Pierre Boivin. Hybrid regularized Lattice-Boltzmann modelling of premixed and non-premixed combustion processes. Combustion and Flame, Elsevier, 2020, 211, pp.173-184. ⟨10.1016/j.combustflame.2019.09.029⟩. ⟨hal-02346556⟩
Hélène Cervo, Stéphane Ogé, Amtul Samie Maqbool, Francisco Mendez Alva, Lindsay Lessard, et al.. A Case Study of Industrial Symbiosis in the Humber Region Using the EPOS Methodology. Sustainability, MDPI, 2019, 11 (24), pp.6940. ⟨10.3390/su11246940⟩. ⟨hal-02395672⟩ Plus de détails...
For the last 20 years, the field of industrial symbiosis (IS) has raised interest among academics and industries. IS consists of dissimilar entities sharing and valorising underutilised resources such as materials, energy, information, services, or technologies in the view of increasing the industrial system's circularity. Despite the benefits brought by IS, though, barriers hindering the full dissemination of IS remain. This paper presents a methodology developed in the framework of the H2020 European project EPOS that aims at removing some of the obstacles to the implementation of IS. The method follows a multidisciplinary approach that intents to trigger the interest of industry decision-makers and initiate efforts to optimise the use of energy and material resources through symbiosis. It is applied to an industrial cluster located in the Humber region of UK. The case study shows how the approach helped to identify several IS opportunities, how one particular high-potential symbiosis was further assessed, and how it led to the creation of a business case. It was estimated that the identified symbiosis could bring substantial economic (+2000 k€ pa), environmental (−4000 t of CO 2 eq. pa) and social (+7 years of healthy life) gains to the region.
Hélène Cervo, Stéphane Ogé, Amtul Samie Maqbool, Francisco Mendez Alva, Lindsay Lessard, et al.. A Case Study of Industrial Symbiosis in the Humber Region Using the EPOS Methodology. Sustainability, MDPI, 2019, 11 (24), pp.6940. ⟨10.3390/su11246940⟩. ⟨hal-02395672⟩
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
Mercredi 11 Décembre 2019
- Elaboration de dispositifs médicaux ophtalmiques à libération contrôlée de médicaments par imprégnation supercritique / Soutenance de thèse de Kanjana ONGKASIN
Doctorant : Kanjana ONGKASIN
Date de la soutenance : Mercredi 11 Décembre 2019 à 14h30, amphithéâtre du Cerege - Technopôle de l'Arbois-Méditerranée
Résumé de la thèse :
Les technologies utilisant le CO2 supercritique sont considérées comme
des alternatives écologiques et éco-responsables pour la formulation de
médicaments et le traitement de dispositifs médicaux. Ce travail de
thèse a pour objectif de développer des dispositifs médicaux
ophthalmiques innovants pour prévenir deux complications postopératoires
de la chirurgie de la cataracte, l'endophtalmie et l'opacification de
la capsule postérieure. Parmi d'autres procédés, l'imprégnation
supercritique a été sélectionnée pour incorporer des principes actifs
ophtalmiques dans des implants intraoculaires disponibles dans le
commerce et largement utilisés dans la chirurgie de la cataracte. Une
action ciblée des médicaments avec une libération prolongée directement
dans les zones potentiellement affectées peut être atteinte sans
nécessiter d'interventions médicales supplémentaires.
L'imprégnation supercritique d'implants intraoculaires acryliques
hydrophobes et souples a été étudiée en faisant varier les conditions
opératoires de pression (8 à 25 MPa), de température (308 à 328 K) et de
durée (30 à 240 min). L'influence de l'utilisation de l'éthanol comme
co-solvant a également été évaluée. La cinétique de relargage du
médicament in-vitro a été suivie pour déterminer les taux
d'imprégnation. Afin de rationaliser l'influence des phénomènes
concomitants gouvernant l'imprégnation, les comportements
thermodynamiques des systèmes impliqués, polymère / CO2 et médicament /
CO2, ont été étudiés. L'évolution de la sorption de CO2 dans les
implants intraoculaires et leur gonflement correspondant ont été suivis
en ligne par micro-spectroscopie IRTF, permettant ainsi également de
déterminer le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre
thermodynamique de sorption. La solubilité des principes actifs dans le
CO2 supercritique a été mesurée à l'aide d'une méthode analytique
dynamique ou calculée en utilisant des modèles semi-empiriques prenant
en compte la masse volumique de la phase fluide, modèles validés dans la
littérature dans les plages expérimentales de pression et de
température étudiées dans le procédé d'imprégnation. Les coefficients de
partage des principes actifs entre la phase fluide et les implants
intraoculaires ont également été évalués. Des taux d'imprégnation
jusqu'à 1,07 µg.mg-1IOL et 0,74 µg.mg-1IOL ont été obtenus dans les
implants imprégnés respectivement avec la gatifloxacine et le
méthotrexate avec un relargage sur plusieurs semaines. L'implantation
ex-vivo d'implants imprégnés de méthotrexate dans des sacs capsulaires
de donneurs humains ont montré une réduction de fibrose par inhibition
de la transformation épithélio-mésenchymateuse, soulignant le potentiel
clinique des implants intraoculaires à libération continue innovants
développés.
Mots clés : Imprégnation supercritique, Systèmes à libération contrôlée de médicaments, Dispositifs médicaux ophtalmiques, Implants intraoculaires imprégnés, Endophtalmie, Opacification de la capsule postérieure
Jury
Directeur de these
Mme Elisabeth BADENS
Aix-Marseille Université
Directeur de these
Mme Yasmine MASMOUDI
Aix-Marseille Université
Rapporteur
Mme Feral TEMELLI
Université de lAlberta
Rapporteur
M. Casimiro MANTELL
Université de Cádiz
Examinateur
M. Martial SAUCEAU
Ecole des mines dAlbi
Examinateur
M. Thierry TASSAING
Université de Bordeaux
Membres invités : Dr. Michel JULIEN (Green Chem Scientific) et Dr. Arnaud RIGACCI (Mines-Paris Tech)
Mardi 10 Décembre 2019
- L'ultrafiltration pour une meilleure maîtrise de la qualité de l'eau dans les écloseries et nurseries conchylicoles / Soutenance de thèse de Clémence CORDIER
Doctorant : Clémence CORDIER
Date de la soutenance : Mardi 10 Décembre 2019 à 10:00 , amphithéâtre du Cerege - Technopôle de l'Arbois-Méditerranée
Résumé de la thèse :
La profession conchylicole est une activité phare du littoral français.
Les écloseries et nurseries, qui produisent des huîtres au stade
naissain pour les vendre aux professionnels proposent une méthode de
culture alternative en conditions contrôlées avec la possibilité de
maîtriser la qualité des eaux entrantes et sortantes. Au sein de ces
établissements, le traitement de l'eau devient donc un sujet essentiel
pour le maintien d'huîtres géniteurs, les élevages larvaires et la
production de microalgues fourrages. L'objectif de la thèse est de
développer l'ultrafiltration pour le traitement de l'eau dans ces
structures avec le but d'éliminer en amont les agents pathogènes et les
parasites pour la pérennisation des espèces et des cultures, mais aussi
pour le traitement de l'eau en aval qui doit aussi viser l'inactivation
de tout matériel biologique non endémique dans les zones de production
concernées. La fiabilité et la robustesse de l'ultrafiltration ont été
éprouvées à l'échelle semi industrielle et validées sur les différentes
matrices testées en optimisant les conditions opératoires, de nettoyage
mais aussi par l'utilisation d'un rétrolavage essoré. Une
biosécurisation des élevages est réalisée avec (i) la protection des
animaux du stade larvaire à adulte vis-à-vis d'agents pathogènes (virus
OsHV1 et bactérie Vibrio aestuarianus) (ii) la rétention des gamètes
d'huîtres dans les effluents, potentiellement à risque pour le milieu
marin, (iii) la mise en place d'un circuit d'eau purifiée réutilisée au
sein même des structures conchylicoles. La production d'algues a
également été améliorée par l'ultrafiltration permettant d'envisager un
transfert de technologie vers l'industrie.
Mots clés : Ultrafiltration, Conchyliculture, Biosécurisation, Réutilisation des eaux
Jury
Directeur de these
M. Philippe MOULIN
Université Aix Marseille - M2P2
CoDirecteur de these
M. Christophe STAVRAKAKIS
Plateforme expérimentale Mollusques Marins de Bouin - Ifremer
