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Upcoming Thesis Defenses

4 mars 2024 - Simulation et modélisation des propriétés hydroacoustiques des antennes SONAR / Soutenance de thèse Thibaut Rossi
Doctorant : Thibaut ROSSI

Date : le lundi 4 mars 2024 à 14h00 au M2P2, dans l’amphi 3 / Centrale Méditerranée au 38 Rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille

Résumé : Les nouvelles générations de sous-marins militaires sont de plus en plus discrètes et donc deviennent de plus en plus difficiles à détecter. Une limitation majeure du seuil de détection est induite par le pseudo-bruit de couche limite généré à proximité des antennes SONAR. La connaissance du spectre en nombre d’onde-fréquence des fluctuations de pression pariétale s’avère indispensable pour estimer ce pseudo-bruit et ainsi améliorer la prédiction des performances et optimiser l’intégration des antennes SONAR sur les porteurs. De plus, une meilleure connaissance de la nature du bruit perçu sur les antennes dans le domaine nombre d’onde-fréquence permet de quantifier les effets des différents traitements du signal utilisés. En effet, les nouveaux traitements SONAR sont sensibles aux corrélations entre capteurs et peuvent dans certains cas présenter une forte amélioration du plancher de bruit perçu en sortie de traitement. Classiquement, on dispose de modèles empiriques pour estimer rapidement ce terme source. Mais le champ d’application de ce type de modèle est circonscrit par les données expérimentales et numériques qui ont servi à leur élaboration, en général des écoulements de plaque plane. En outre, ces modèles ne parviennent pas à estimer correctement les composantes spectrales à l’origine de la majeure partie du pseudo-bruit perçu, et ne sont pas adaptés pour traiter les écoulements turbulents de couche limite avec gradient de pression ou décollement. Dans le cadre de ces travaux de thèse, on propose de développer une méthode d’évaluation du pseudo-bruit généré par des couches limites turbulentes attachées et décollées. Tout d’abord, des simulations des grandes échelles basées sur la méthode de Boltzmann sur réseau sont réalisées pour évaluer la capacité de ce type de solveur à estimer directement le pseudo-bruit d’une couche limite turbulente. Pour cela, des ingrédients numériques particuliers sont utilisés pour stabiliser et réduire le coût numérique des simulations. Ensuite, un modèle analytique est revisité et une procédure numérique est proposée pour calculer le spectre en nombre d’onde-fréquence des fluctuations de pression pariétale de couches limites attachées et décollées. La méthodologie est validée pour une couche limite turbulente sur plaque plane et pour l’écoulement en aval d’une marche descendante. Des données expérimentales sont notamment exploitées pour valider les résultats de la marche descendante.

Mots clés : pression pariétale, équation de Poisson, méthode de Boltzmann sur réseau, simulation des grandes échelles, simulation RANS, écoulement décollé.

Jury :

Xavier Gloerfelt,          Professeur des universités, ENSAM, Rapporteur                        
Marc C. Jacob,           Professeur des universités, École Centrale de Lyon, Rapporteur / Président du jury
Véronique Fortuné,   Maître de conférences, Université de Poitiers, Examinateur 
Lionel Larchevêque, Maître de conférences, Aix-Marseille Université, Examinateur
Pierre Sagaut,            Professeur des universités, Aix-Marseille Université, Directeur de thèse
Raphaël Lardat,          Senior scientific, Thales DMS - UWS, Co-Encadrant

21 février 2024 - Study of Thermoacoustic Instabilities using the Lattice Boltzmann Method / PhD Defense Karthik Bhairapurada
Doctorant : Karthik BHAIRAPURADA

Date : le mercredi 21 février 2024 à 14h00 dans l’amphithéâtre du LMA ; 4, impasse Nikola Tesla ; 13013 Marseille

Abstract : In the quest to address global warming, renewable energy has emerged as a critical focus. Yet, the reality of our current energy landscape makes the complete abandonment of combustion technologies unfeasible. Innovations such as 'Lean Burn' combustion and the integration of cleaner fuels like Hydrogen offer a compromise, balancing immediate energy demands with environmental objectives. However, these advancements also introduce significant challenges, especially the heightened risk of thermoacoustic instabilities in combustion systems, which could lead to catastrophic failures.
Traditional experimental methods for studying and mitigating these instabilities are not only prohibitively expensive but also often impractical. Consequently, there is a growing advocacy for the adoption of advanced numerical methods as efficient and cost-effective alternatives. This thesis underscores the potential of one such method, known as the Lattice Boltzmann Method (LBM). LBM is a numerical method renowned for its distinctive algorithmic structure that facilitates linear interactions between adjacent nodes and enables the local evaluation of non-linear terms. These inherent features endow LBM with computational efficiency and low dissipation properties for acoustics transport, making it a promising tool for simulating flame-acoustic interactions and addressing thermoacoustic instabilities.
This research validates the capabilities of LBM in effectively resolving such instabilities. Through foundational assertions of simple flame-acoustic interactions and simulations within narrow channels, the reliability of the method for investigating combustion instabilities across various scenarios is established. Furthermore, the thesis also explores the field of 'Combustion Noise', demonstrating the potential of LBM in investigating sound generation and propagation phenomena, particularly in hydrogen-fueled combustion scenarios. Finally, the robustness and versatility of LBM in handling thermoacoustic instabilities of turbulent reactive flows in complex geometries are demonstrated through the simulation of an aeronautical burner configuration called PRECCINSTA.
Overall, guided by the importance of innovative numerical methods in bridging the gap between current energy needs and long-term environmental sustainability, this thesis underscores the potential of LBM. Through varied investigations, it not only highlights the capabilities of the method but also contributes to a broader understanding of thermoacoustic phenomena across various settings.

Jury

Mr. Pierre BOIVIN                             Chargé de Recherche, CNRS, France                              Directeur de thèse
Mr. Bruno DENET                             Professeur, AMU, France                                                   Co-Directeur de thèse
Ms. Françoise BAILLOT                   Professeure, CORIA, France                                              Rapporteur
Mr. Vadim KURDYUMOV                 Senior Researcher, CIEMAT, Espagne                               Rapporteur
Mr. Luc VERVISCH                          Professeur, CORIA, France                                                Examinateur
Mr. Laurent GICQUEL                      Senior Researcher, CERFACS, France                              Examinateur
Mr. Julien FAVIER                            Professeur, AMU, France                                                    Président
25 janvier 2024 - Développement d'approches intégrées pour la récupération de nutriments et de vecteurs énergétiques à partir des eaux usées et des biomasses résiduaires / Soutenance HDR Cristian Barca
Date et lieu : le jeudi 25 janvier 2024 à 10h00 au M2P2, Grand Amphithéâtre du CEREGE, Technopôle de l'Arbois, Avenue Louis Philibert 13290 Aix en Provence.

Résumé : La mise en œuvre d’une économie circulaire dans les secteurs des eaux usées et des biodéchets représente aujourd’hui un enjeu de grande actualité pour les chercheurs et les professionnels dans le domaine de la gestion durable des ressources. En effet, la récupération de vecteurs énergétiques et matières premières secondaires à partir des eaux usées et des biodéchets peut représenter une solution durable pour surmonter la pénurie de ressources naturelles non renouvelables. En particulier, les eaux usées et les biomasses résiduaires telles que les boues d'épuration, les digestats de méthanisation et les lisiers d’élevage représentent des sources renouvelables de carbone organique et de nutriments tels que l'azote (N), le potassium (K) et le phosphore (P) qui peuvent être valorisés dans la production de biocarburants (e.g. biogaz, biohuiles) et d'engrais (e.g. précipités de N, K et P). Par conséquent, le développement de procédés innovants qui intègrent la récupération de vecteurs énergétiques et de nutriments lors du traitement des eaux usées et des biomasses résiduaires a reçu une attention croissante au cours de la dernière décennie.
Depuis l’obtention d'un doctorat en Génie des Procédés, mon activité de recherche a porté principalement sur le développement de procédés destinés au traitement et à la valorisation des eaux usées et des biomasses résiduaires, avec un accent particulier sur la récupération de nutriments et vecteurs énergétiques. Ces recherches ont ainsi contribué à l’avancement scientifique des connaissances sur les mécanismes sous-jacents aux phénomènes de conversion et de transfert, ainsi qu’à l’avancement technologique de la conception et de la mise au point des procédés. Dans le cadre de la préparation du diplôme d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR), cette présentation de soutenance portera sur une synthèse des travaux de recherche menés depuis l’obtention du doctorat. Enfin, la stratégie de recherche et quelques perspectives de recherches futures seront présentées.

Mots clés : Eaux usées, Biomasses résiduaires, Nutriments, Biogaz, Économie circulaire

Jury
Mme Alessandra CARUCCI,   Professeur des Universités, Université de Cagliari (Italie), Rapporteur
Mme Véronique DELUCHAT,  Professeur des Universités, Université de Limoges (France), Rapporteur                     
M Rémy GOURDON,   Professeur des Universités, INSA Lyon (France), Rapporteur   
M Florent CHAZARENC,   Directeur de recherche, INRAE Lyon (France), Examinateur
M Eric RECORD,   Directeur de recherche, INRAE Marseille (France), Examinateur
Mme Laure MALLERET,   Maître de Conférences (HDR), Aix-Marseille Université (France), Examinateur
M Olivier BOUTIN,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Tuteur
M Jean-Henry FERRASSE,   Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Invité
19 janvier 2024 - Maillage automatique et méthodes Machine Learning pour la prédiction de grandeurs fluides pour les rentrées atmosphériques / Soutenance de thèse Iko Midani
Doctorant : Iko Midani
Date : le vendredi 19 janvier 2024 à 14h00 dans l’amphithéâtre du LMA ; 4, impasse Nikola Tesla ; 13013 Marseille

Résumé : Dans le secteur spatial, l'émergence de nouveaux acteurs, tels que des entreprises privées opérant des constellations de satellites ou proposant du tourisme spatial, a suscité des préoccupations cruciales quant au partage de l'espace dans les années à venir. L'accroissement des activités spatiales a mis en lumière le problème croissant des débris spatiaux. Bien que la prise de conscience des risques liés aux débris spatiaux ne soit pas nouvelle, des progrès ont été réalisés depuis que la possibilité de collisions rendant l'orbite terrestre inutilisable a été soulevée. Des mesures visant à réduire les débris ont été mises en place, avec de nombreuses agences spatiales gouvernementales établissant des lignes directrices. La principale solution pour gérer les débris spatiaux réside dans leur rentrée atmosphérique, bien que cette approche présente des défis. En effet, la simulation d'une rentrée atmosphérique est complexe en raison des phénomènes multiphysiques impliqués, rendant les codes de simulation numérique haute-fidélité tel que les outils CFD inutilisables en raison de leurs temps de calcul excessifs. Des outils à temps de réponse rapide ont été développés pour évaluer le risque au sol posé par les débris, calculant les distributions des coefficients de pression et des flux de chaleur à la paroi à chaque instant de la rentrée atmosphérique. Cependant, ces modèles réduits ne prennent pas en compte la complexité physique requise pour prédire précisément la dégradation des structures dans certaines situations. L'objectif de la thèse présentée est de développer de nouveaux outils améliorant la prédiction de ces quantités. À cette fin, un code CFD Euler simplifié avec génération de maillage automatique est mis en place. Une structure de type maillage Cartésien Octree avec des méthodes de d’adaptation de maillage de type AMR sont développés. Dans un second temps des méthodes de frontières immergées (IBM) sont incorporées afin de capturer avec précision le coefficient de pression à la paroi. La dernière partie de cette thèse implique le développement d’un modèle statistique basé sur des méthodes d'apprentissage automatique afin de prédire le flux de chaleur à la paroi. La thèse comprend plusieurs validations sur des formes simples, avec des applications industrielles impliquant des formes réelles et complexes. Ces travaux visent à concilier l'efficacité des modèles simplifiés avec la précision des simulations CFD, contribuant ainsi à la gestion et à la prévention des risques liés aux débris spatiaux dans un contexte spatial en constante évolution.

Mots clés : rentrées atmosphériques, aérothermodynamique, hypersonique, maillage automatique, méthodes des frontières immergées, Machine Learning

Jury
M. Marcello MELDI - ENSMA / Rapporteur                       
M. Vincent MOURREAU - CORIA / Rapporteur
M. Pierre-Henri MAIRE - CEA/CESTA / Président du jury
Mme. Stéphanie PERON - ONERA / Examinatrice
M. Julien FAVIER – AMU / Directeur de thèse
M. Pierre BOIVIN – CNRS / Co-Directeur de thèse
M. Eddy CONSTANT - R.Tech / Invité, Encadrant industriel
12 janvier 2024 - Caractérisation clinique, expérimentale et numérique des propriétés mécaniques de la paroi de la racine aortique / Soutenance de thèse Marien Lenoir
Doctorant : Marien Lenoir
Date : le vendredi 12 janvier 2024 à 14h00 dans l’amphi N°2 / Centrale Méditerranée, 38 Rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille

Résumé : La thèse porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques de la racine aortique, avec comme objectif principal sa modélisation numérique dans le contexte de simulations numériques fluide-structure. La première partie de l'étude a consisté́ à obtenir les propriétés biomécaniques à partir de sujets sains, in vivo, en utilisant l'IRM. Ensuite, une partie ex vivo a été développée avec une méthode novatrice. Cette méthodologie repose sur l'utilisation de racines aortiques humaines récupérées grâce à l'agence de la biomédecine sur un échantillon de 10 greffons. Cette nouvelle méthode implique la pressurisation de la racine aortique, associée à l'acquisition d'images par micro- CT. L'évolution des déformations des racines aortiques, ainsi que les mesures de pression, ont permis d'obtenir des courbes contrainte/déformation associées au module de Young. Une modélisation de la déformation a ensuite été réalisée, et une méthodologie numérique utilisant la méthode des éléments finis a été mise en place. 
Pour simuler le comportement mécanique des racines aortiques sous l'effet de la pression, la méthode des éléments finis a été utilisée, grâce au logiciel de simulation open-source Calculix. Les déformations pariétales induites par les conditions hémodynamiques ont été simulées pour des modèles de déformations élastiques linéaires selon deux zones de pression. Les déplacements prédits par le modèle numérique ont été comparés aux déplacements expérimentaux mesurés par le micro- CT. Les propriétés mécaniques des vaisseaux ont été identifiées et comparées à celles de la littérature. 
L'un des défis de cette thèse a été de déterminer les propriétés hyper-élastiques des vaisseaux sanguins à partir des paliers de pressions et de la déformation. La méthode a permis de conclure que le module de Young en faible pression avoisine les 0,6MPa, tandis que celui en forte pression se situe dans un intervalle entre 2,5 MPa et 5,6MPa. Ces résultats démontrent l'efficacité de la méthode développée pour caractériser les propriétés mécaniques de la racine aortique et soulignent l'importance de l'approche numérique dans la compréhension et la modélisation du comportement de la racine aortique. 

Mots clés : racine aortique, biomécanique, chirurgie cardiaque, courbe contrainte - déformation 

Jury

Pr Jean-Philippe Verhoye - Université de Rennes / Rapporteur                         

Pr Franck Nicoud - Université de Montpellier / Rapporteur

Pr Ismail El Hamamsy - Université Icahn School of Medicine at Mount Sinai - New York / Président 

Pr Lucile Houyel  - Université de Paris / Examinateur

Pr Julien Favier - Université de Aix-Marseille / Directeur de thèse

Pr Loïc Macé - Université de Aix-Marseille / Co-directeur de thèse

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