Procédés et mécanique aux petites échelles PROMETHEE

Micro-objets déformables sous forçage hydrodynamique

Microfluidique et Procédés

Organisation des écoulements aux petites échelles

Séparations membranaires

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Présentation

L’équipe PROcédés et MEcanique aux petiTes écHEllEs (PROMETHEE) développe des compétences marquées relevant aussi bien de la mécanique des milieux continus que du génie des procédés  tout en combinant approche expérimentale et développement de théories et de modèles. L’originalité des études menées se décline selon plusieurs spécificités :

  • Echelle micro-nano d’observation et d’analyse qui évacue les problématiques liées à la turbulence (régime de Stokes) mais nécessite de considérer des aspects aux frontières de la discipline ;
  • Rôle prédominant des interfaces : interactions avec les parois solides à l’échelle nano (nano-tubes), interaction fluide-structure avec des membranes fluides ou polymérisée à l’échelle méso ;
  • Connexion avec les fluides complexes, la matière molle et les systèmes biologiques.

Sur le thème de la micro- et nano-fluidique, les objets d’étude, physico-chimiques (gouttes, capsules,…) et biologiques (vésicules, globules rouges,…), comprennent aussi les procédés intensifiés  d’encapsulation et de vectorisation par microréacteur, thèmes en plein essor. L’équipe développe également des outils de caractérisation de l’organisation aux petites échelles  comme le développement de simulations numériques pour rendre compte de la ségrégation obtenue au sein de milieux granulaires et la mise au point de méthode chimique de caractérisation des effets de micromélange (mélange à l’échelle moléculaire). A cela s’ajoute une activité de caractérisation et modélisation thermodynamique de milieux complexes.

Les outils numériques développés et mis en œuvre sont variés : intégrale de frontière, éléments finis, immersed boundary method, méthode Lattice Boltzman… 

Responsable

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Annuaire personnel permanent

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

  • Post Doctorant (Centrale Marseille)
    équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
  • équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
  • Doctorant
    équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
  • Doctorant CIFRE à EDF
    équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
  • Post Doctorant (après une thèse au M2P2)
    équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
  • Doctorant
    équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
  • Doctorant Chine-ECM
    équipe Procédés et mécanique aux petites échelles
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Publications de l'équipe

  • Pierre Haldenwang, Braulio Bernales, Pierrette Guichardon, Nelson Ibaseta. Simple Theoretical Results on Reversible Fouling in Cross-Flow Membrane Filtration. Membranes, MDPI, 2019, Application of Membrane Filtration in Industrial Processes, and in the Treatment of Water and Industrial Wastewater), 9 (4), pp.48. ⟨10.3390/membranes9040048⟩. ⟨hal-02109009⟩ Plus de détails...
  • Carlos Baqueiro, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon, Laurent Falk. Influence of reagents choice (buffer, acid and inert salt) on triiodide production in the Villermaux–Dushman method applied to a stirred vessel. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2018, 136, pp.25-31. ⟨10.1016/j.cherd.2018.04.017⟩. ⟨hal-01771934⟩ Plus de détails...
  • Xue Chen, Xun Wang, Paul G. Chen, Qiusheng Liu. Determination of Diffusion Coefficient in Droplet Evaporation Experiment Using Response Surface Method. Microgravity Science and Technology, Springer, 2018, 30, pp.675-682. ⟨10.1007/s12217-018-9645-2⟩. ⟨hal-02112826⟩ Plus de détails...
  • Xue Chen, Xun Wang, Paul G. Chen, Qiusheng Liu. Determination of Diffusion Coefficient in Droplet Evaporation Experiment Using Response Surface Method. Microgravity Science and Technology, Springer, 2018, 30, pp.675-682. ⟨10.1007/s12217-018-9645-2⟩. ⟨hal-01847206⟩ Plus de détails...
  • Jinming Lyu, Paul G. Chen, Gwenn Boedec, Marc Leonetti, Marc Jaeger. Hybrid continuum–coarse-grained modeling of erythrocytes. Comptes Rendus Mécanique, Elsevier Masson, 2018, 346, pp.439-448. ⟨10.1016/j.crme.2018.04.015⟩. ⟨hal-01785429⟩ Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Vendredi 5 Juillet 2019 - Modélisation numérique de la dynamique de particules molles en microcanaux / Soutenance de thèse de Jinming LYU
Doctorant : Jinming LYU

Date de la soutenance : Vendredi 5 Juillet 2019 à 14h00, Amphi 3A, Centrale Marseille 

Résumé de la thèse :
Une vésicule est un système modèle utilisé pour comprendre le comportement dynamique en écoulement d’une particule molle fermée telle qu’un globule rouge. La membrane bicouche lipidique inextensible d’une vésicule admet une résistance d’élasticité en flexion. Lorsque dégonflée, c’est-à-dire pour un grand rapport surface sur volume, une vésicule présente des changements de formes remarquables. Des progrès significatifs ont été réalisés au cours des dernières décennies dans la compréhension de leur dynamique en milieu infini. Ce manuscrit s’intéresse à la transition de formes et à la migration latérale d’une vésicule dans des écoulements confinés. L’approche est numérique, basée sur une méthode aux éléments finis de frontière (BEM) isogéométrique. Partant d’une version existante pour les écoulements de Stokes non confiné, un code original est développé pour prendre en compte les parois de microcanaux de section transversale arbitraire. L’essentiel des études porte sur la dynamique d’une vésicule transportée par un écoulement de Poiseuille dans une conduite de section circulaire. Tout d’abord, nous examinons les formes typiques des vésicules, les différents modes de migration latérale et la structure de l’écoulement des lipides dans la membrane, en fonction des trois paramètres sans dimension caractéristiques : le volume réduit, le confinement et le nombre capillaire (de flexion). Les transitions de forme et le diagramme de phase de formes stables pour plusieurs volumes réduits sont obtenus dans l’espace (confinement, nombre capillaire). Ils montrent une extension de l’ensemble des morphologies de la vésicule. L’interaction complexe entre la paroi du tube, les contraintes hydrodynamiques et l’élasticité de flexion de la membrane conduit à une dynamique bien plus riche. Nous étudions ensuite, via une version axisymétrique du modèle, le comportement de la vésicule lorsque des conditions de confinement deviennent sévères et imposent des formes de vésicule axisymétriques. Un accent particulier est mis sur la prédiction de la mobilité de la vésicule et de la perte de charge additionnelle induite par la présence de la vésicule. Cette dernière est importante pour comprendre la rhéologie d’une suspension diluée. De plus, sur la base des résultats numériques du comportement proche du confinement maximal, nous établissons plusieurs lois d’échelle portant sur la vitesse de la vésicule et sa longueur, ainsi que sur l’épaisseur du film de lubrification. Enfin, nous présentons un modèle hybride BEM–coarse-graining permettant d’adjoindre un cytosquelette à une vésicule pour étendre nos études au cas des globules rouges. La modélisation coarse-graining du cytosquelette repose sur un réseau de ressorts identifié à l’ensemble des arêtes du maillage d’éléments finis de la membrane de la vésicule. Les résultats numériques montrent que ce modèle à deux composants vésicule–cytosquelette est capable d’extraire les propriétés mécaniques des globules rouges et de prédire sa dynamique dans les écoulements de fluide.

Jury
Annie VIALLAT   DR CNRS, CINaM, Marseille    Présidente
Chaouqi  MISBAH    DR CNRS, LIPhy, Grenoble   Rapporteur
Franck NICOUD   PR Univ. de Montpellier, Montpellier   Rapporteur
Marc LEONETTI   CR CNRS, LRP, Grenoble   Examinateur 
Marc JAEGER   PR ECM, Marseille   Directeur de thèse
Paul G. CHEN   CR CNRS, M2P2, Marseille   Co-Directeur de thèse
10 Décembre 2014 - "On the Coupling of Membrane Transport to Hydrodynamics and Bulk Mass Transfer in Reverse Osmosis: Numerical Modeling and Experimental Studies" / Soutenance de thèse: Gustavo Henndel Lopes
Doctorant: Gustavo Henndel LOPES

Directrice de thèse: Pierrette GUICHARDON
Co-Directeur de thèse: Nelson IBASETA

Date de soutenance: le 10 Décembre 2014 à 10h00,  amphithéâtre 1 de l'École Centrale Marseille

Résumé: The prediction of the performance of pressure-driven membrane separations, deeply affected by concentration polarization, would be an important advance for process design and optimization. In this context, the dimensionless coupled Navier-Stokes and solute conservation equations are solved numerically for a steady laminar cross-flow filtration. The two-dimensional flat channel consists of permeable walls subject to solution-diffusion boundary conditions. The permeate flux, the rejection rate and the retentate's flow rate, concentration and pressure drop are determined locally. The simulations highlight the influence of the membrane solute and solvent permeabilities on concentration polarization and the non-asymptotic dependence of the rejection rate on the applied pressure. The model is validated for reverse osmosis and tight-nanofiltration plate-and-frame and spiral-wound modules by comparison to experimental results from the literature and from our own pilot desalination tests. Furthermore, a bench-scale method enabling the determination of solute and solvent permeabilities from osmotic-diffusive experiments is developed and applied to reverse osmosis and nanofiltration membranes. The divergence between the transport mechanisms engendered by pressure and by an osmotic gradient is evidenced. The numerical model and the experimental method are new promising tools with immediate applicability in the membrane field.

Jury:
Sébastien DÉON, Maître de conférences, Université de Franche-Comté (Rapporteur)
Pierrette GUICHARDON, Professeur des universités, École Centrale Marseille  (Directrice de thèse)
Pierre HALDENWANG, Professeur des universités, Aix Marseille Université (Examinateur)
Nelson IBASETA, Maître de conférences, École Centrale Marseille (Codirecteur de thèse)
Alain LINÉ, Professeur des universités, Inst. Nat. de Sci. Appl. de Toulouse (Rapporteur)
Ana María URTIAGA, Profesora catedrática, Universidad de Cantabria (Examinatrice)