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.
Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Generation of an O/W emulsion in a flow-focusing microchip: importance of wetting conditions and of dynamic interfacial tension. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.012⟩. ⟨hal-02799613⟩ Plus de détails...
To date, there is no information on the microfluidic emulsification of dibutyl adipate and n-butyl acetate in water. Since these solvents are very suitable for microencapsulation by interfacial polymerization, it is highly necessary to study the emulsification behavior of these solvents in microchannels. This work shows that the microfluidic emulsification of these solvents in water may fail to obtain stabilised flow regimes. This is due to droplet coalescence and wall wetting, even if a hydrophilic microchip is used. Hydrodynamic results show that squeezing and dripping regimes are especially affected because of the wall wetting by the dispersed phase. This difficulty can be circumvented by adding a surfactant (here Tween 80) into the aqueous phase. However, high surfactant concentrations (ten times the critical micelle concentration) should be used for the water-dibutyl adipate system. Indeed, comparison of flow maps for several surfactant concentrations seems to indicate that the dynamic interfacial tension is higher than the one expected (equilibrium), for surfactant concentrations lower than one hundred times the critical micelle concentration. The estimated diffusion time of Tween 80 is compared to the droplet formation time at different conditions. The choice of more appropriate dimensionless numbers to represent flow maps is also discussed.
Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Generation of an O/W emulsion in a flow-focusing microchip: importance of wetting conditions and of dynamic interfacial tension. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.012⟩. ⟨hal-02799613⟩
Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Generation of an O/W emulsion in a flow-focusing microchip: importance of wetting conditions and of dynamic interfacial tension. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.012⟩. ⟨hal-02799613⟩ Plus de détails...
6 To date, there is no information on the microfluidic emulsification of dibutyl adipate and 7 n-butyl acetate in water. Since these solvents are very suitable for microencapsulation by 8 interfacial polymerization, it is highly necessary to study the emulsification behavior of these 9 solvents in microchannel. This work shows that the microfluidic emulsification of these sol-10 vents in water may fail to obtain stabilized flow regimes. This is due to droplet coalescence 11 and wall wetting, even if a hydrophilic microchip is used. Hydrodynamic results show that 12 squeezing and dripping regimes are especially affected because of the wall wetting by the 13 dispersed phase. This difficulty can be circumvented by adding a surfactant (here Tween 14 80) into the aqueous phase. However, high surfactant concentrations (ten times the crit-15 ical micelle concentration) should be used for the water-dibutyl adipate system. Indeed, 16 comparison of flow maps for several surfactant concentrations seems to indicate that the 17 dynamic interfacial tension is higher than the one expected (equilibrium), for surfactant 18 concentrations lower than one hundred times the critical micelle concentration. The esti-19 mated diffusion time of Tween 80 is compared to the droplet formation time at different 20 conditions. The choice of more appropriate dimensionless numbers to represent flow maps 21 is also discussed. 22
Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Generation of an O/W emulsion in a flow-focusing microchip: importance of wetting conditions and of dynamic interfacial tension. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.012⟩. ⟨hal-02799613⟩
Siengdy Tann, Xi Deng, Yuya Shimizu, Raphaël Loubère, Feng Xiao. Solution property preserving reconstruction for finite volume scheme: a boundary variation diminishing+multidimensional optimal order detection framework. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Wiley, 2020, 92 (6), pp.603-634. ⟨10.1002/fld.4798⟩. ⟨hal-02618891⟩ Plus de détails...
Siengdy Tann, Xi Deng, Raphaël Loubère, Feng Xiao. Solution Property Preserving Reconstruction BVD+MOOD Scheme for Compressible Euler Equations with Source Terms and Detonations. Computers and Fluids, Elsevier, In press, ⟨10.1016/j.compfluid.2020.104594⟩. ⟨hal-02618868⟩ Plus de détails...
In "Solution Property Reconstruction for Finite Volume scheme: a BVD+MOOD framework", Int. J. Numer. Methods Fluids, 2020, we have designed a novel solution property preserving reconstruction, so-called multi-stage BVD-MOOD scheme. The scheme is able to maintain a high accuracy in smooth profile, eliminate the oscillations in the vicinity of discontinuity, capture sharply discontinuity and preserve some physical properties like the positivity of density and pressure for the Euler equations of compressible gas dynamics. In this paper, we present an extension of this approach for the compressible Euler equations supplemented with source terms (e.g., gravity, chemical reaction). One of the main challenges when simulating these models is the occurrence of negative density or pressure during the time evolution, which leads to a blow-up of the computation. General compressible Euler equations with different type of source terms are considered as models for physical situations such as detonation waves. Then, we illustrate the performance of the proposed scheme via a numerical test suite including genuinely demanding numerical tests. We observe that the present scheme is able to preserve the physical properties of the numerical solution still ensuring robustness and accuracy when and where appropriate.
Siengdy Tann, Xi Deng, Raphaël Loubère, Feng Xiao. Solution Property Preserving Reconstruction BVD+MOOD Scheme for Compressible Euler Equations with Source Terms and Detonations. Computers and Fluids, Elsevier, In press, ⟨10.1016/j.compfluid.2020.104594⟩. ⟨hal-02618868⟩
Simon Gsell, Etienne Loiseau, Umberto D’ortona, Annie Viallat, Julien Favier. Hydrodynamic model of directional ciliary-beat organization in human airways. Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2020, 10 (8405), ⟨10.1038/s41598-020-64695-w⟩. ⟨hal-02614711⟩ Plus de détails...
In the lung, the airway surface is protected by mucus, whose transport and evacuation is ensured through active ciliary beating. the mechanisms governing the long-range directional organization of ciliary beats, required for effective mucus transport, are much debated. Here, we experimentally show on human bronchial epithelium reconstituted in-vitro that the dynamics of ciliary-beat orientation is closely connected to hydrodynamic effects. To examine the fundamental mechanisms of this self-organization process, we build a two-dimensional model in which the hydrodynamic coupling between cilia is provided by a streamwise-alignment rule governing the local orientation of the ciliary forcing. The model reproduces the emergence of the mucus swirls observed in the experiments. The predicted swirl sizes, which scale with the ciliary density and mucus viscosity, are in agreement with in-vitro measurements. A transition from the swirly regime to a long-range unidirectional mucus flow allowing effective clearance occurs at high ciliary density and high mucus viscosity. In the latter case, the mucus flow tends to spontaneously align with the bronchus axis due to hydrodynamic effects.
Simon Gsell, Etienne Loiseau, Umberto D’ortona, Annie Viallat, Julien Favier. Hydrodynamic model of directional ciliary-beat organization in human airways. Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2020, 10 (8405), ⟨10.1038/s41598-020-64695-w⟩. ⟨hal-02614711⟩
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
