Soutenances de thèse et HDR

7 novembre 2022 - Novel and efficient algorithms for the numerical simulation ofimmersed moving and deforming structures in realistic industrial conditions in aeronautics using lattice Boltzmann method / PhD defense Heesik YOO
Doctorant : Heesik YOO

Date : Monday 7 Novembre 2022 à 14:00 

Abstract : Rotating geometries are crucial configurations in industry, encountered in rotors, propellers and turbofans and the most classical method to simulate them in general computational fluid dynamics (CFD) is the overset mesh (so called, Chimera mesh), which uses two different meshes simultaneously. However the numerical complexity of this scheme makes their implementation challenging in CFD, not to mention in lattice Boltzmann method (LBM). LBM has been attracting several industrial sectors over the last decades, including aeronautical transport, energy and health, and still remains a very active research topic in CFD. While chronic drawbacks of the LBM have been being overcome recently by the community, such as the instability issues at high Reynolds and high Mach numbers, one of the major remaining challenges is to simulate with a high level of reliability rotating geometries undergoing these challenging industrial conditions. In this thesis, we provide a detailed study of the application of rotating overset grids in LBM at high Reynolds and high Mach numbers flows. To do so, since there exist both fixed and rotating meshes at the same time, an efficient interpolation procedure is used to perform the instantaneous communication between fixed and rotating meshes, and appropriate fictitious forces are applied in the rotating region to account for the non-inertial reference axis. Also, flow physics are described by hybrid recursive regularized LBM model (HRR), which is chosen to stabilize flow from high Reynolds, high Mach flow and the numerical defects of overset grids. Particularly, for compressible flow, temperature is transported by the entropy equation which solved by the MUSCL-Hancock scheme. The numerical framework is thoroughly analyzed by separating all numerical ingredients and by studying the different numerical error sources originated from the algorithm. It is validated on different test cases, from academic ones to challenging industrial ones. The results point out good accuracy and robustness of the numerical method compared to conventional finite volume Navier-Stokes solvers and experiments. According to the best of the author's knowledge, this work presents the first thorough validation and error analysis of the lattice Boltzmann method for simulating moving geometries in high Mach compressible flows, including any type of movement such as oscillation, translation and rotation, etc. 

Jury :
Directeur de these  M. Julien FAVIER  Aix Marseille Université
Rapporteur  M. Mathias KRAUSE  Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
Rapporteur  M. Emmanuel LéVêQUE  LMFA Ecole Centrale Lyon
Président  Mme Berengere PODVIN  EM2C Centrale Superlec
Examinateur  M. Martin GEIER  TU-Braunschweig
CoDirecteur de these  M. Pierre SAGAUT  Aix Marseille Université
17 octobre 2022 - Optimization of bronchial decongestion by pressure wave thanks to CFD / PhD defense Antoine GALKO
Doctorant : Antoine GALKO

Date : Lundi 17 Octobre 2022 à 14:00 ; amphi 3, Centrale Marseille

Abstract : Lung diseases are affecting more and more people worldwide. The most common diseases are COPD, asthma and mucovisidosis. Patients suffering from these diseases often have dysfunctions in mucociliary clearance. Mucociliary clearance normally removes contaminated mucus from the bronchial tree. When there is a dysfunction, the mucus increases in quantity and usually becomes very viscous and sticky, making it difficult to clear. This increases the risk of lung infection. To limit and facilitate the life of the patients, devices of assistance to the bronchial désencombrement are developed like the SIMEOX® developed by the compagny Physio-Assist. This device uses periodic depressions to liquefy mucus in order to facilitate its expectoration. It is in this context that this thesis is conducted. To understand the impact of this type of device on bronchial clearance and more particularly on the rheology of mucus, a numerical study, using a lattice-Boltzmann method coupled with immersed boundaries, is carried out. The impact of a pressure forcing on a non-Newtonian fluid of the Herschel-Bulkley type is then studied. First, we consider a non-Newtonian fluid, modelled by a Herchel-Bulkley law, transported by a pressure forcing in a 2D channel with fixed walls. We observe that the rheology of the mucus and the type of signal govern a rich physics that conditions the transport of the fluid. In a second step, we analyse the same forcing and fluid conditions, but in a channel whose walls are mobile and can move according to the internal depressions of the channel as a function of a parameter qualifying the ease of wall movement. It is shown that the flow conditions as well as the transported fluid flow rate are strongly influenced by the wall flexibility parameters. 

Jury :
Directeur de these  M. Julien FAVIER  Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur  M. Benoit HAUT  Université libre de Bruxelles
Rapporteur  M. Benjamin MAUROY  Laboratoire J.A. Dieudonné, Université de Nice Sophia-Antipolis
Examinateur  Mme Annie VIALLAT  Aix Marseille Université / CINAM
Examinateur  M. Simon MENDEZ  Université de Montpellier / IMAG
CoDirecteur de these  M. Umberto D'ORTONA  Aix Marseille Université / M2P2
5 octobre 2022 - Improvement of heat and mass transfer predictions at solid walls in Lattice Boltzmann simulations of thermal flows / PhD defense GUANXIONG WANG
Doctorant :  Guanxiong WANG 

Date : Mercredi 5 Octobre 2022 à 14:00 / Amphi 3, Centrale Marseille

Abstract : This work is a part of the project ALBUMS (Advanced Lattice-Boltzmann Understandings for Multi-physics Simulations) which aims at promoting the Lattice Boltzmann method (LBM) to full scale realistic industrial applications. Originally designed as a weakly compressible solver, many attempts have been made during the last three decades to remove the scientific locks of major importance for the use of LBM.However, the solid wall modeling with the presence of turbulent boundary layer and the prediction of heat dominated flow still challenge its applications especially at high Reynolds number with large temperature differences. The purpose of this manuscript is to improve the LBM's robustness, accuracy and efficiency in the solid wall modeling as well as to extend its ability on predicting heat transfers in the limit of low-Mach number which constitute two main axes of this thesis. The solid wall modeling and mass leakage issues are firstly investigated.The cut-cell immersed boundary (IBM) method based on regularized boundary condition is adopted because of its outstanding advantages such as robust, easy to implement, suited to deal with complex geometries etc. All of these properties are required in engineering configurations.This boundary condition is evaluated using a classical weakly compressible LB method in an isothermal regime while the pressure-based LB method is employed to address thermal regimes. It's observed that significant mass leakage may occur at solid walls which degrades the accuracy of the solutions and the reliability of the simulations.In order to circumvent this problem, a spatial-temporal relaxation mass correction scheme is adopted for the simulation of isothermal turbulent flows. For non-isothermal flows however, there may still be significant mass leakage, and the redefined zero-order moments of the distribution function of pressure-based LB method complicates the analysis of the mass leakage issue. To solve this, a mass correction scheme is then proposed based on the compressible LB method and applied to the classical natural convection scenario.Furthermore, an advanced near wall modeling via a blending RANS/LES approach is proposed in the framework of LBM to simulate high Reynolds number turbulent flows. Regarding the prediction of heat dominated flows, which was one of the main task of this work, the pressure-based LB method suffers from the time restriction issue for low-Mach thermal flows which makes the simulations inefficient.For this reason, a new hybrid thermal LB solver based on the well-known low-Mach number approximation (LMNA) is proposed and validated on various thermal flow configurations. At least a 10 times speed-up is achieved while keeping high accuracy compared to the reference according to this study. 

Jury :
Rapporteur  M. Frédéric KUZNIK  INSA LYON / CETHIL
Rapporteur  M. Adrien TOUTANT  Université de Perpignan / PROMES
Examinateur  M. Nicolas GOURDAIN  Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées / ISAE-Supaero
Examinateur  Mme Virginie DARU  ENSAM Paris
Directeur de these  M. Eric SERRE  AMU / CNRS M2P2
CoDirecteur de these  M. Pierre SAGAUT  AMU / CNRS M2P2
22 Juin 2022 - Simulation numérique d'interaction fluide structure : application à la propulsion / Soutenance de thèse de Jérémie LABASSE
Doctorant Jérémie LABASSE

Date : 22 juin 2022 à 14h00,   Centrale Marseille 38 Rue Frédéric Joliot Curie ; 13013 Marseille ; Amphi 3 

Résumé : Dans le contexte de la modélisation de la propulsion bio-inspirée, le tangage et le pilonnement sont souvent considérés comme des archétypes des mouvements observés et un des objectifs des recherches dans ce domaine est d'établir des lois de propulsion, ce travail de thèse s'insérant dans cette thématique. Dans cet objectif, tout d'abord une plaque d'épaisseur négligeable en mouvement de tangage dans un écoulement uniforme est considérée. Ce système fluide-structure est abordé numériquement utilisant l'environnement numérique OpenFOAM. Cette boîte à outils permet de gérer le mouvement de la plaque, le déplacement du maillage associé étant obtenu comme solution d'une équation de Laplace avec une variable de diffusivité. Les résultats des simulations numériques et notamment les efforts générés par l'interaction fluide-structure sont validés par comparaison avec des données existantes, pour un nombre de Reynolds de 2000 et en faisant varier les paramètres du tangage. Une loi de propulsion est proposée et confrontée à des lois existantes dans la littérature. Dans un deuxième temps un objet profilé (un profil NACA0018) en mouvement de pilonnement simple puis en mouvement couplé tangage-pilonnement est étudié. Pour ces mouvements à grandes amplitudes une superposition de maillage est utilisée lors de la résolution numérique, cette approche étant connue sous le nom de la méthode Chimera. À partir des données des simulations, pour un nombre de Reynolds de 5 10^4 et pour une grande gamme de paramètres, des lois de propulsions sont proposées pour le pilonnement simple ainsi que pour le couplage tangage-pilonnement. Enfin un dispositif de propulsion cycloïdale développé par l'Institut de Recherche de l'Ecole Navale (IRENav) consistant en trois pales en mouvement de rotation-tangage est abordé numériquement, pour des gammes de paramètres identiques aux expériences, mettant en oeuvre la méthode de superposition de maillage pour les trois objets en mouvement. Les simulations des efforts générés dans cette configuration s'avèrent très proches des données expérimentales obtenues à l'IRENav. Aussi, il est montré que la loi proposée pour des mouvements de tangage-pilonnement reste pertinente pour prédire les efforts développés par le dispositif. 

Jury :
Directeur de these M. Uwe EHRENSTEIN Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur Mme Annie-Claude BAYEUL-LAINÉ Arts et Métiers / LMFL
Rapporteur M. Sylvain GUILLOU Université de Caen Normandie
Examinateur Mme Annie LEROY Ecole de l'Air et de l'Espace
Président M. Jacques-André ASTOLFI École Navale Brest
14 Juin 2022 - Développement et optimisation de deux procédés supercritiques d'élaboration de nanoliposomes pour l'encapsulation de siARN / Soutenance de thèse de Mathieu MARTINO
Doctorant : Mathieu MARTINO

Date : mardi 14 juin 2022 à 14h00,  Technopôle de l'Arbois, Avenue Louis Philibert ; Amphithéâtre du Cerege 

Résumé : L'un des principaux objectifs en thérapie est de trouver un excipient permettant une protection des molécules thérapeutiques lors de leurs administrations. L'ensemble de ces enjeux ont conduit à l'émergence de nouvelles techniques d'élaboration de système de délivrance de médicaments limitant l'utilisation de solvants organiques. Ainsi, plusieurs procédés utilisant des fluides supercritiques ont été développés. La formulation de médicaments à l'aide de procédé utilisant des fluides supercritiques, notamment le dioxyde de carbone supercritique (CO2-SC), présente plusieurs avantages, comme la réduction de la quantité de solvant organique nécessaire.En parallèle, de nombreuses études ont été réalisées sur l'utilisation des liposomes comme vecteurs d'encapsulation. Les liposomes sont des vésicules biodégradables composées de phospholipides, avec des structures proches des membranes cellulaires avec lesquelles ils peuvent fusionner pour délivrer le médicament encapsulé. Cette fusion liposome/cellule permet l'administration de médicaments. Par conséquent, les liposomes se comportent comme des agents protecteurs pour les substances actives pharmaceutiques encapsulées une fois administrées empêchant la dégradation enzymatique et l'élimination du médicament par le système immunitaire. Néanmoins, une limitation pour leur utilisation comme vecteurs de médicaments pour la thérapie génique est leur taille. En effet, la taille des particules est une caractéristique clé pour l'internalisation cellulaire d'une vésicule/particule. Une particule d'une taille allant jusqu'à 5 microns peut subir une internalisation cellulaire, mais le processus est plus rapide pour les particules d'une taille inférieure à 150 nm. Il y a donc un réel intérêt à former des liposomes ou nanoliposomes de taille submicronique afin d'améliorer l'internalisation cellulaire et limiter la dégradation. Dans ce contexte, plusieurs études ont été menées sur l'encapsulation de médicaments dans des liposomes et sur l'utilisation de procédés supercritiques. Par conséquent, les avantages combinés de l'encapsulation par liposomes et des procédés à fluide supercritique ont permis le développement de petites vésicules biomimétiques et biodégradables pour l'encapsulation de médicaments en utilisant un procédé écologique. L'objectif de ces travaux de thèse est de mettre au point deux procédés d’élaboration de nanoliposome en milieu supercritique en vue de l'encapsulation de siARN pour le traitement de la progéria. Le premier procédé développé est un procédé batch avec dépressurisation à pression constante. Ce procédé permet de former des liposomes avec des diamètres inférieur à 150 nm. L'efficacité d'encapsulation des liposomes formés à partir du procédé batch à été évaluée avec une molécule test : la lutéine. Des efficacités d’encapsulation allant jusqu'à 91,9 % ont été observées. Le second procédé développé est un procédé milli-fluidique en continu. Ce procédé présente l'avantage d'avoir une taille plus compacte et de formuler de faible quantité de suspensions liposomales (nécessaire pour l'élaboration de formulation liposome/ARN). Tout comme le procédé batch, ce procédé milli-fluidique permet d'élaborer des liposomes de taille inférieur à 150 nm. Un étude d'optimisation sur les conditions opératoires a été menées sur les deux procédés afin d’évaluer l'influence de la pression, de la température et de la concentration en phospholipides dans la solution d'alimentation sur les propriétés des liposomes formés. Cette étude montre que le paramètre clé pour le contrôle des propriétés des liposomes est la concentration en phospholipides. Enfin, des formulations liposomes/siARN ont été élaborées avec le procédé milli-fluidique. Les siARN encapsulés sont des ARN utilisés dans le traitement de la progéria. Des essais en cultures cellulaires ont montré une diminution de la lamine (but recherché) lors de l'utilisation des suspensions liposomales formés par le procédé milli-fluidique développé. 

CoDirecteur de these  Mme Elisabeth BADENS  Aix Marseille Université
CoDirecteur de these  M. Adil MOUAHID  Aix Marseille Université
Rapporteur  Mme Raphaëlle SAVOIRE  IPB / ENSCBP CBMN UMR5248 (CNRS/IPB/Université de Bordeaux) Equipe Clip’in
Rapporteur  Mme Nora VENTOSA  Institut de ciencia de materials de barcelona ICMAB CSIC- NANOMOL-CIBER-BBN
Examinateur  M. Joseph CICCOLINI  COMPO: COMputational Pharmacology in Oncology SMARTc : Simulation & Modelling: Adaptive Response for Therapeutics in Cancer Center for Research on Cancer of Marseille (CRCM): UMR Inserm 1068, CNRS UMR 7258, Aix Marseille Université U105, Institut Paoli Calmettes Inria Centre de Recherche Sophia Méditerranée & APHM Laboratoire de Pharmacocinétique, Faculté de Pharmacie,
Examinateur  Mme Géraldine PIEL  Laboratoire de Technologie Pharmaceutique & Biopharmacie (LTPB) Centre Interdisciplinaire de Recherche sur le Médicament (CIRM) Université de Liège
15 Mars 2022 - Influence of Radiative Effects on Buoyancy-induced Flows in High-pressure Compressor Inter-disk Cavities / PhD defense Ahmed HODAIB
Doctorant : Ahmed HODAIB 

Date de soutenance : le 15 mars 2022 à 15h00 ; Amphi 3 Centrale Marseille

Abstract  : In aircraft engines, a secondary air flow is obtained from an intermediate compressor stage, to be used to cool the turbine disks. This flow passes through the high-pressure compressor inter-disk cavities (Farthing et al., ASME J. Turbomach., 1992). A better understanding of this complex buoyancy-induced flow is essential to determine the thermal stresses, the radial growth of the blades, due to thermal expansion, and the temperature rise of the air used for cooling. Besides, to be able to determine the optimum clearance between the rotating blades and the surrounding casing, in order to improve the engine performance. This convective flow is not only unsteady and three-dimensional, it is unstable. Due to high temperature differences, the flow and heat transfer give rise to a strongly conjugate problem: the flow is affected by the temperature of the disks, and vice versa (Owen & Long, ASME J. Turbomach., 2015). The compressible Navier-Stokes equations, coupled with the energy equation and perfect gas law, are solved in the framework of the Low Mach Number (LMN) approximation, allowing a reduction of computational costs by filtering the high-speed waves while keeping a good accuracy by considering the compressibility effects (Motheau & Abraham, J. Comput. Phys., 2016). A fourth-order compact spatial discretisation scheme combined with parallelised Fourier method is implemented on a staggered grid. A second-order semi-implicit scheme is introduced for time integration. A two-step algorithm is developed for the solution of the LMN equations. In a first step, the thermodynamic variables are calculated through an iterative process, and used to compute the velocity divergence. In a second step, the variable density continuity and momentum equations are solved using a projection-type method. A parallelized iterative domain decomposition technique is implemented for the simulation of the three-dimensional flow and heat transfer in a T-shape model cavity. The parallelisation of the resulting computational code is performed through a hybrid MPI/OpenMP approach. Spatial and temporal accuracies of the proposed algorithm are checked on a manufactured solution in a simplified configuration. Then, the algorithm is applied to study the flow and heat transfer in an idealised compressor inter-disk cavity, while considering conduction inside the walls, to allow for a more accurate thermal balance. The results are compared with data available in the literature based on local Nusselt numbers. A parametric study is done for a range of the two main parameters governing the flow, according to Farthing et al. (ASME J. Turbomach., vol. 114, pp. 229-236 and pp. 237-246, 1992): the temperature difference and the Rossby number. To include surface radiation exchanges, the discrete radiative heat transfer equation is solved based on the zonal method. The adequacy of the proposed Low Mach number approach is shown, compared to Boussinesq approximation. Moreover, the validity of neglecting the gravitational acceleration with respect to the centrifugal acceleration in the equations is discussed. Then, the definition of an effective Rayleigh number is established, where both centrifugal and gravitational accelerations are taken into account in the buoyancy terms. The results reveal that the flow exhibits a Poiseuille-Rayleigh-Bénard-like instability, and that this effective Rayleigh number governs the flow structure and the heat transfer in the whole cavity, and hence the stability of the flow. In the end, it is shown that radiative exchanges become more significant the more we get closer to the inner radius of the cavity, in agreement with the results reported by Tang & Owen (ASME J. Turbomach., 2021). It is observed that the temperature profiles at the upstream and downstream disks approach each other, when radiation is considered, where the upstream disk temperatures increase. 

Directeur de these  M. Anthony RANDRIAMAMPIANINA  Aix Marseille Université 
Rapporteur  M. Gary D. LOCK  University of Bath, UK
Rapporteur  M. Artur TYLISZCZAK  Czestochowa University of Technology, Poland
Président  M. Pierre SAGAUT  Aix-Marseille Université
Examinateur  M. Innocent MUTABAZI  Normandie Université
Examinateur  M. Stéphane ABIDE  Université de Perpignan Via Domitia
CoDirecteur de these  Mme Isabelle RASPO  Aix-Marseille Université
CoDirecteur de these  M. Stéphane VIAZZO  Aix-Marseille-Université
4 Février 2022 - Lattice-Boltzmann methods for compressible flows / PhD defense Gabriel Farag
Doctorant : Fabriel FARAG

Date de soutenance : le 4 février 2022 à 14h00 ; Amphi 3 Centrale Marseille

Abstract  : Since the late 1970's, computational fluid dynamics solvers became essentials due to increasingly complex applications requiring fluid solutions. The small scales necessary for industrial applications often need a very fine grid or very small timestep. This dramatically increases the computational cost of nowadays simulations. To design more computationally efficient solvers, a popular approach is to use Lattice-Boltzmann methods. Originating from the kinetic theory of gases, this method have gained a tremendous popularity among fluid dynamicists due to its cheap and easily implemented collide & stream algorithm. However, its intrinsic assumptions confines classical Lattice-Boltzmann solvers to weakly compressible flows. Yet, some compressible models have been proposed. The purpose of this manuscript is to improve the robustness as well as accuracy of compressible Lattice-Boltzmann models. To this end, the Lattice-Boltzmann method is fully reinterpreted as a numerical scheme. This allows a straightforward and parsimonious derivation of the equivalent Navier-Stokes-Fourier system using the sole assumption of a negligible timestep. Using this formalism, the order of accuracy is shown to depend on the collision kernel, as well as the mechanical constitutive model. Various models are investigated and we show that the Knudsen number is not the sole parameter controlling the consistency with the Navier-Stokes-Fourier model. Additionally, capabilities of the entropy equation to model low supersonic flows is explained through standard shock wave theory arguments. A MUSCL-Hancock scheme is employed to discretize the entropy equation and improve both stability and accuracy compared to previous schemes. Equipped with this new formalism, a compressible pressure-based model is proposed and validated on various supersonic test cases. Then, we unify all compressible models proposed by our group under a single formalism and investigate the differences and optimal choices for the various degrees of freedom of our family of models. Finally, this unified model is validated on high supersonic smooth flows and low supersonic shocked flows. 

Directeur de these M. Pierre BOIVIN CNRS / M2P2
CoDirecteur de these  M. Guillaume CHIAVASSA  Centrale Marseille
Rapporteur M. Rémi ABGRALL Univertität Zürich
Rapporteur M. Jonas LATT Université de Genève
Examinateur Mme Paola CINNELLA Sorbonne Université
Examinateur M. Manfred KRAFCZYK Technische Universität Braunschweig
Examinateur M. Pierre SAGAUT Aix-Marseille Université / M2P2
15 Décembre 2021 - Study of the energy potential for a water supply network / Soutenance de thèse Gautier HYPOLITE
Doctorant : Gautier HYPOLITE

Date de soutenance :  mercredi 15 Décembre 2021 à 14:00 (Amphithéâtre du CEREGE / Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, BP80, 13545 Aix-en-Provence)

Abstract : In order to reduce fossil fuels consumption for heating and cooling, different heat sources can be considered. Given theamount of water they carry, water supply systems can play this role and appear to have a high thermal potential. To date, this source has not been used: the main problem is to optimize the sizing of the equipment according to the temporal variability of water flow, water temperature, and the heat (or cold) demand. A first task is to evaluate the available thermal energy. For this purpose, a model based on a minimum number of measurements has been developed. It allows to determine the annual evolution of the temperature and the flow at each point of the network. Temporal variations of water demand and soil surface temperature are taken into account. The ground surface temperature is obtained by satellite measurements. Water flow, soil temperature and water temperature measurements in the network are performed to validate the models and the soil thermal properties. A simulation of the water system hydraulic and thermal behavior is performed for the year 2018 and compared to these measurements. The impact on the water temperature of adding several heat exchanges to the network is then evaluated with this model. In this study, the potential of a raw water system (composed of 5000 km of pipes, and transporting 200 million cubic meters of water per year in the south of France) is studied. As the temperature, the flow rate and heat demand are highly time dependent, a method has been developed to optimize the sizing and location of the exchange systems. This method is based on minimizing the entropy generation in the heat exchanger between the water pipes and the users. The dynamic behavior of a simple heat exchanger (concentric tube) between the network and the user is modeled (pressure profile and fluids and wall temperature calculation). The value of entropy generation due to temperature difference and pressure drop in the exchanger is obtained in transient operation, this value is used as an objective function for the optimization. The results based on the cooling of a data center show that the entropy gain is significant when the optimal size of the heat exchanger is chosen. The use of the raw water network connected to a reversible heat pump for heating and cooling a building has also been studied and results in a high gain compared to an air source heat pump. 

Jury :
Directeur de these M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université
Rapporteur M. Clausse MARC INSA LYON
Rapporteur M. Francois LANZETTA Unversité de Franche-Conté
Examinateur Mme Nathalie MAZET Université de Perpignan
CoDirecteur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université
Examinateur M. Sylvain SERRA LaTEP
26 November 2021 - Ultrafiltration as urban wastewater tertiary treatment for water reuse at semi-industrial scale / Thesis defense Jiaqi YANG
Doctorant : Jiaqi YANG 

Date de soutenance :   Vendredi 26 November 2021 à 10h (Grand Amphithéâtre du CEREGE - Site de l'Arbois) 

Abstract : Water reuse is a sustainable development strategy that benefits society and future generations. In this study, a semi-industrial ultrafiltration (UF) pilot plant established at the outlet of a wastewater treatment plant was studied to assess its feasibility and sustainability for non-potable water reuse. The optimization of operating conditions made it possible to support reliable and sustainable filtration performance, the operating conditions were optimized through comparative analysis in terms of water quality, permeability variation, irreversible fouling management, and water recovery rate. The best conditions were J80t40BW1/3 (flux of 80 L·h−1·m−2, filtration cycle time of 40 min, 1 air backwash followed by 3 classical backwashes), J60t60BW1/4 and J60t60BW1/3. The long-term study on condition J60t60BW1/3 provides sustainable and adaptable filtration performance regardless of the temperature and feed water quality variation. In addition, the air backwashes enabled excellent reversibility of membrane fouling, which was approximately 1.25 to 2 times higher than of classic backwashes in average. The quality of the UF permeate was good enough to be reused in non-potable purposes as it met reuse guidelines of the World Health Organization, reuse standards of France, and the most recent EU regulation for agricultural irrigation. A specific study of membrane cleaning has shown that the addition of NaClO in backwash water can greatly increase cleaning efficiency of air backwashes. Finally, the calculation of the capital expenditure (CAPEX) and operational expenditure (OPEX) of the UF system under optimized conditions gives a profitable net unit price for water production. Through this thesis, UF is confirmed to be a reliable tertiary treatment for water reuse and the results give operational indications for the industrial scale and provides proposals for the management of membrane fouling by air backwash with chemical assistance. 

Jury :
Annabelle COUVERT (Examinateur) / Professeur des Universités, ISCR, ENSC Rennes
Lionel ERCOLEI (Membre invité) /Directeur de l’Innovation, Société des Eaux de Marseille Métropole
Marc HÉRAN (Rapporteur) / Professeur des Universités, IEM, Université de Montpellier
Stéphanie LABORIE (Rapporteur) / Maître de Conférences HDR, TBI, INSA Toulouse
Mathias MONNOT (Co-Directeur de Thèse) / Maître de Conférences, M2P2, Aix-Marseille Université
Philippe MOULIN (Directeur de Thèse) / Professeur des Universités, M2P2, Aix-Marseille Université
Patrick SAUVADE (Membre Invité) / Product manager, Aquasource, Toulouse
9 Novembre 2021 - Vers la prédiction numérique du tremblement basse vitesse des avions civils: traitement de paroi amélioré pour la méthode Boltzmann sur réseau / Soutenance de thèse de Johan DEGRIGNY
Doctorant : Johan DEGRIGNY

Date de soutenance : Mardi 9 Novembre 2021 à 14:00, CERFACS, Toulouse / Salle administration 

Résumé :
La CFD (mécanique des fluides numérique) est un outil fiable et répandu en aérodynamique aéronautique pour prédire les écoulements dans des conditions proches des points de croisière nominaux. La prédiction fidèle de phénomènes aérodynamiques instationnaires impliquant des décollements massifs échappe encore aux calculs effectués à l'aide de la stratégie de modélisation de turbulence RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes), qui est la norme dans le secteur. Le tremblement basse vitesse -- l'excitation mécanique de certains composants (l'empennage, par exemple) par le sillage d'un décollement localisé sur un composant en amont (la voilure, par exemple) -- tombe dans cette catégorie. Il est attendu des calculs résolvant les grandes échelles turbulentes qu'ils comblent cette lacune et qu'ils permettent ainsi l'élaboration de meilleurs aéronefs de façon plus économique et avec des cycles de conceptions plus courts. La LBM (méthode de Boltzmann sur réseau) semble être une bonne candidate pour relever le défi d'effectuer des calculs résolvant les grandes échelles turbulentes dans le processus de conception d'aéronefs. La modélisation de paroi, qui consiste à modéliser l'écoulement dans la zone interne de la couche limite, est crucial pour la LBM, plus encore que pour d'autres méthodes numériques. En effet l'utilisation de maillages cartésiens rend les calculs pleinement résolus de couches limites à fort nombre de Reynolds utopiques (même avec la modélisation RANS), et complique grandement la modélisation de paroi. De telles implémentations sont appelées "traitements de paroi". Ce travail repose sur ProLB, un solveur LBM développé par et appartenant à un groupement dont fait partie Airbus. Un traitement de paroi amélioré est développé dans ProLB à partir du traitement existant afin d'étendre le potentiel du solveur pour les écoulements attachés. Ces derniers sont un enjeu majeur pour le tremblement basse vitesse, au même titre que les écoulements décollés. Quatre éléments complémentaires sont introduits: un schéma d'entrée pour le modèle de paroi contournant l'interpolation du champ de vitesse proche des parois, la prise en compte du gradient discrétisé du modèle de paroi dans la condition limite LBM, l'élimination des noeuds trop proches des parois par rapport à la taille de maille locale et une précaution spécifique pour les mailles en surplomb au niveau des arrêtes vives. Le traitement de paroi amélioré est calibré et validé par des calculs RANS avec un simple modèle de paroi algébrique sur une plaque plane alignée avec le maillage en l'absence de gradient de pression et sur un profil d'aile NACA0012. La régularité des frottements et pressions pariétaux sont bien meilleurs qu'avec le traitement de base. La précision des résultats est aussi améliorée, dans les limites de la simplicité du modèle de paroi utilisé; les décollements ne sont pas correctement prédits. Le formalisme LES (simulation aux grandes échelles) donne un cadre pour la résolution des grandes échelles turbulentes mais sa mise en oeuvre est compliquée pour des applications réalistes. Les modèles hybrides RANS-LES comme les dérivés de la DES (Detached Eddy Simulation), qui combinent les avantages de ces deux stratégies de modélisation de la turbulence, sont donc plus prometteurs dans le cadre industriel. Le modèle perfectionné ZDES mode 2 (2020) publié récemment est donc implémenté dans ProLB, et sa mise en application en conjonction avec le traitement de paroi amélioré est montrée sur un profil d'aile hypersustenté et une configuration générique d'avion hypersustenté. 

Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur M. Eric LAMBALLAIS Université de Poitiers
Rapporteur M. Sébastien DECK ONERA
Examinateur M. Damiano CASALINO Delft University of Technology
Examinateur Mme Salvetti MARIA VITTORIA Università di Pisa
17 septembre 2021 - Rétention de virus par ultrafiltration : application à la production d'eau potable / Soutenance de thèse de Nolwenn JACQUET
Doctorante : Nolwenn JACQUET 

Date de soutenance : Vendredi 17 septembre 2021 à 9:00 ; Technopôle de l'Arbois-Méditerranée ; CEREGE, Amphithéâtre.

Résumé :
Lors de la production d'eau potable, produire une eau exempte de tout microorganisme pathogène pour l'homme est une priorité afin d'éviter tout risque sanitaire. Le traitement de ces différents pathogènes est assuré en usine par un traitement multi barrières composé de différents procédés de désinfection comme le chlore, les rayonnements UV et/ou l'ozone. Les procédés membranaires peuvent également compléter cette désinfection sans ajout de corps tiers. Lors de cette thèse, le procédé d'ultrafiltration a été étudié vis-à-vis de la rétention de deux virus entériques pathogènes : un adénovirus (AdV 41) et un entérovirus (CV-B5). La rétention de ces virus a pu être comparée à celle d'autres composés comme les bactériophages MS2 ou les nanoparticules fluorescentes, afin d'évaluer leur potentiel comme modèle de rétention virale. Différentes conditions opératoires ont pu être étudiées afin de mettre en évidence les potentielles différences entre les manipulations en laboratoire et la réalité industrielle. La rétention virale apparait fortement impactée par la concentration en amont de la membrane et/ou la concentration d'alimentation. Si les abattements viraux calculés pour de fortes concentrations virales d'alimentation peuvent atteindre, en accord avec les données fabricant, 3 à plus de 5 log selon les membranes et les virus étudiés, des abattements inférieurs à 1 log sont obtenus pour les plus faibles charges virales étudiées, représentatives de la réalité de la contamination des ressources en eau. L'impact de la membrane mais également de son vieillissement sur la rétention virale a également été étudié par rapport à un vieillissement au NaOCl et un vieillissement réel en usine. Si l'exposition au NaOCl entraîne bien des dégradations du matériau membranaire, c'est l'apparition du colmatage après les cycles de filtrations en usine qui influence fortement la rétention virale avec le vieillissement. L'osmose inverse basse pression a également été étudiée et comparée à l'ultrafiltration. Ces membranes denses permettent ainsi d'améliorer la rétention virale, bien qu'elles ne permettent pas une rétention totale. 

Directeur de these M. Philippe MOULIN Aix Marseille Université
M. Yvan WYART Aix Marseille Université
M. Laurent MOULIN Eau de Paris
Examinateur Mme Soizick LE GUYADER IFREMER
Rapporteur M. Benoit TEYCHENE IC2MP
20 juillet 2021 - Numerical modeling of an in-vessel ow limiter using an immersed boundary approach / PhD defense Georis Billo
Doctorant : Georis BILLO

Date de soutenance : le 20 juillet 2021 à 9h00 ; Amphi 3 Centrale Marseille

Abstract : In the framework of the development of new passive safety systems for the second and third generations of nuclear reactors, the numerical simulations, involving complex turbulent two-phase  flows around thin or massive in flow obstacles are privileged tools to model, optimize and assess new design shapes. In order to match industrial demands, computational  fluid dynamics tools must be the fastest, most accurate and most robust possible. The purpose of my PhD was to design and develop such a tool.
   The aforementioned constaints tend to rule out a "body-fitted". Indeed, we chose a Fictitious Domain approach to deal with this problem. More precisely, the developed tool involves solving the Navier-Stokes equations using a projection scheme for a mixture fluid coupled with an Immersed Boundary (IB) approach: the penalized direct forcing method - a technique whose characteristics inherit from both penalty and immersed boundary methods - adapted to in finitely thin obstacles and to a Finite Element (FE) formulation. Various IB conditions (slip, no-slip or Neumann) for the velocity on the IB can be managed by imposing Dirichlet values in the vicinity of the thin obstacles. To deal with these imposed Dirichlet velocities, we investigated two variants: one in which we directly use the obstacle velocity and another one in which we use linear interpolation (this last variant being motivated by an increase of the space order of convergence). Several approaches were investigated (directional, mutli-directional and hybrid) for the linear interpolation of the velocity near the obstacle but, in any case, geometrical data coming from the obstacle are needed. Thus, retrieving geometrical data, generally from a Computer Assisted Design (CAD) object, is a key issue and, once again, several methods were studied and compared.
   Another major issue, when dealing with numerical simulations, is validation. First, studies involving various one-phase academic test cases (such as Poiseuille, Taylor-Couette and the  flow around a circular cylinder) were carried out. The results obtained were in good agreement with analytical and experimental data. Moreover, second order accuracy (in space) was numerically assessed when using linear interpolation, as expected. Then, studies involving industrial or quasi-industrial test cases were carried out to illustrates the advantages and drawbacks of this approach.
   In a shortcoming second step, to face two-phase turbulent fluid simulations, some methodology modi cations will be considered such as adapting the projection scheme to low-compressible  fluid and immersed wall-law boundary conditions (another PhD project has begun in october 2020).

Jury :

o   Michel Belliard, CEA Cadarache, ingénieur-chercheur, HDR, encadrant
o   Pierre Sagaut, M2P2 (AMU), professeur, directeur de thèse
o   Cédric Galusinski, IMATH (Université de Toulon), professeur, examinateur     
o   Lisl Weynans, INRIA (Université de Bordeaux), professeure assistant, HDR, rapporteure
o   Stéphane Vincent, MSME (Université Gustave-Eiffel), professeur, rapporteur
o   Barbara Bigot, CEA Cadarache, ingénieur-chercheur, examinatrice
17 Juin 2021 - Amélioration de la méthode de Boltzmann sur réseau pour réaliser des simulations aéroacoustiques avec des maillages non-uniformes: Application à la prédiction du bruit de train d'atterrissage / Soutenance de Thèse Thomas Astoul
Doctorant : Thomas ASTOUL

Date de soutenance : jeudi 17 juin 2021 à 14:00 ;  CERFACS, 42 Avenue Gaspard Coriolis, 31100 Toulouse ; Webex 

Résumé : la prédiction de bruit de train d'atterrissage est un enjeu majeur pour un constructeur aéronautique, puisqu'il contribue à environ 40% du bruit total de l'aéronef lors des phases d'approche. Les essais en vol et ceux réalisés en souffleries anéchoïques ont permis de comprendre les mécanismes de génération du bruit, ainsi que de développer des dispositifs permettant de le réduire. Cependant, ces méthodes sont très longues et coûteuses à mettre en oeuvre. Les méthodes de simulation numériques (CFD) émergent ainsi comme un complément essentiel à ces approches expérimentales. L'écoulement autour des trains d'atterrissage est complexe et fortement instationnaire, et le bruit généré est de nature large bande. De part ces caractéristiques, il est nécessaire de se tourner vers des méthodes instationnaires de modélisation de la turbulence, comme la simulation aux grandes échelles (LES), pour prédire ces sources acoustiques. La méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) est une méthode numérique qui a récemment montré un fort potentiel pour ce type d'applications, grâce à sa précision, son faible temps de restitution et sa capacité à gérer des géométries complexes, et de ce fait, est adoptée pour cette thèse. Les simulations aéroacoustiques nécessitent une grande précision puisque les fluctuations acoustiques, qui sont de plusieurs ordres de grandeur inférieures aux fluctuations aérodynamiques, doivent être correctement capturées et propagées. Néanmoins, les raccords de maillages non conformes utilisés en LBM ont l'inconvénient de générer de la vorticité et de l'acoustique parasites se propageant au coeur du fluide, au risque d'affecter les prédictions de bruit. L'objectif de cette thèse est de développer de nouveaux modèles de transition de maillage dans le code LBM "LaBS/proLB", et de les valider sur des cas d'application d'aéroacoustique de train d'atterrissage. Deux axes principaux sont étudiés pour remédier à ces phénomènes : 1/ Une étude du schéma numérique au coeur du fluide est effectuée, mettant en exergue la responsabilité des modes non-hydrodynamiques, spécifiques à la LBM, dans la génération de vorticité et d'une portion de l'acoustique parasite émise aux raccords de maillages. Après une étude approfondie de l'implication de ces modes, un modèle de collision approprié (H-RR) est sélectionné pour filtrer ces derniers lors d'une simulation. La stabilité et la précision de ce modèle ainsi que d'autres schémas LBM dans des conditions typiques de simulations aéroacoustiques sont également investiguées. Cette étude met en évidence des problèmes de stabilité, ainsi qu'une précision discutable de nombreux schémas LBM avancés disponibles dans la littérature. 2/ Un algorithme de couplage direct entre deux grilles de résolution différentes est proposé. Cet algorithme permet de grandement améliorer la précision des raccords non-conformes et, de ce fait, de réduire l'émission acoustique parasite produite par la traversée de ces interfaces par des tourbillons composant les sillages. Enfin, le train d'atterrissage LAGOON permet de valider ces ingrédients numériques. Une étude aérodynamique puis aéroacoustique via un couplage avec un code de propagation acoustique basé sur l'analogie de Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) sont menées. Les limites de cette analogie dans sa formulation solide, généralement utilisée pour prédire le bruit de train d'atterrissage, sont soulignées. Enfin, l'effet de composants additionnels de complexité croissante sur le bruit généré est étudié. 

Jury :
Directeur de these     M. Pierre SAGAUT     Aix Marseille Université
Rapporteur     M. Damiano CASALINO     Université de technologie de Delft
Rapporteur     M. Jonas LATT     Université de Genève
Examinateur     M. Alois SENGISSEN     Airbus Operations SAS
Examinateur     M. Eric MANOHA     ONERA
Examinateur     M. Stéphane MOREAU     Université de Sherbrooke
Examinateur     Mme Véronique FORTUNé     Université de Poitiers
Mercredi 16 juin 2021 - De la vague déferlante au globule rouge / Soutenance HDR Paul Gang CHEN
Dr. Paul Gang CHEN

Date de soutenance : le mercredi 16 juin à 15h00 (visio - Zoom)

Résumé : au cours de cette soutenance, je présenterai mes différents travaux sur la modélisation et la simulation numérique d’écoulements interfaciaux : de la vague déferlante au globule rouge.

Jury :
M. Daniel Henry, LMFA, École Centrale de Lyon, Rapporteur
M. Grétar Tryggvason, Johns Hopkins University, Rapporteur
M. Stéphane Zaleski, d’Alembert, Sorbonne Université, Rapporteur
M. Richard Saurel, LMA, Aix-Marseille Université
M. Marc Jaeger, M2P2, École Centrale de Marseille, Tuteur
M. Marc Leonetti, LRP, Grenoble, Invité

29 Mars 2021 - Impact of coliisionality on the transport and turbulence properties at the plasma edge of a tokamak / PhD defense Raffaelle Tatali
Doctorant : Raffaelle TATALI

Date de soutenance :  le 29 Mars 2021 à 9h30 en visio

Abstract : Predictive simulations of plasma edge and plasma-wall interaction in tokamaks are necessary for the future working of ITER, but nowadays they still require more work. Collisionality is one of the key parameters in determining turbulent transport in the plasma edge, regulating phenomena such as ”shoulder formation”, separation of scale lengths in the scrape-off layer, turbulence damping and zonal flow dynamics. Understanding its role is therefore of primary importance for future reactors like ITER. Obtaining reliable predictions and a better characterization of plasma flow properties when varying collisionality remains, however, a critical challenge for the simulations. This PhD thesis focuses on the impact of varying collisionality in a nonisothermal three-dimensional fluid model in the plasma edge of a high field side limited configuration with parameters typical of a medium-sized tokamak. Details on mean flow and turbulence properties of a non-isothermal edge plasma encompassing open and closed field lines are given. The results obtained show that changing collisionality leads to significant changes in the flow properties both on the mean and fluctuating quantities. In particular, lowering collisionality decreases the size of coherent structures, the fluctuation levels of turbulence, and steepens the density and temperature equilibrium profiles around the separatrix leading to a global reduction of the turbulent transport. The scrape-off layer (SOL) width is observed to increase with collisionality, eventually resulting in the disappearance of the scale lengths separation between near and far SOL, consistently with previous experimental observations. At low collisionality, where the presence of narrow feature is well-established, a contribution of heat conduction increases up to compete with heat convection.


M. Rasmussen Jens ( Professeur émérite Denmark Technical University ) Rapporteur
M. Vianello Nicola ( Directeur de recherche Italian National Research Council )   Rapporteur 
M. Theiler Christian ( Professeur assistant EPFL ) 
Mme Vermare Laure ( Chargée de recherche LPP-CNRS ) 
M. Tamain Patrick ( Ingénieur de recherche CEA-IRFM )
M. Ghendrih Philippe ( Directeur de recherche CEA-IRFM  ) 
M. Ciraolo Guido ( Ingénieur de recherche CEA-IRFM  ) 
M. Serre Eric ( Directeur de recherche CNRS-M2P2  )   Direction de thèse 
Mardi 16 Mars - Preparation of polyurea microcapsules calibrated in size and shell thickness by a microfluidic process for the absorption of ultraviolet / Soutenance de thèse Jiupeng DU
Doctorant : Jiupeng DU

Date de soutenance :  le mardi 16 mars à 14h00 en VISIO

Abstract : This thesis aims to exploit the advantages of microfluidics for the production of polyurea microcapsules. Because of its ability to produce drops with a very narrow size distribution, microfluidic emulsification shows great interest as the first step for rapid interfacial polymerisation. Although the literature on the production of drops in microchannels is abundant, commonly used organic solvents are limited to certain toxic hydrocarbon oils or ketones, as these solvents are very hydrophobic and therefore easy to emulsify in water.

The first part of the work concentrates on the feasibility of emulsifying two less hydrophobic green solvents (dibutyl adipate and n-butyl acetate) in water and study the different flow regimes within a hydrophilic flow-focusing microchannel of glass. The results show that the wetting of the walls by dibutyl adipate can be modified by adding a surfactant (Tween 80). However, the formation of the drops being much faster than the transfer of the surfactant to the interface of the drop being formed, concentrations much higher than the critical micellar concentration are necessary to avoid wetting of the walls by the dispersed phase and thus the appearance of disordered flow regimes. The behavior of the n-butyl acetate/water system is similar, but the comparison of the flow maps for the two systems raises the question of the choice of dimensional numbers for representing the transition between the dripping and jetting regimes.

In the second part, the addition of an interfacial polymerization within the emulsion formed by microfluidics is studied in detail. We aim to fabricate polyurea microcapsules calibrated in size and shell thickness containing octyl salicylate (OS). These microcapsules are used to study, for the first time, the influence of the shell thickness of microcapsules on their absorption efficiency against ultraviolet (UV) light. The results show that an increase of the concentration of isocyanate (HDB-LV or hexamethylene diisocyanate biuret) in the organic phase increases the shell thickness of the microcapsules, their encapsulation efficiency and very moderately their average absorbance. The average absorbance of the microcapsules is inversely proportional to the size of the microcapsules (for the same mass of OS). A theoretical model is proposed to estimate the average absorbance as a function of the mass fraction of HDB-LV in the organic phase and of the size of microcapsules. Finally, the concentration of amine (ethylenediamine) has been optimized to ensure the spherical shape of the microcapsules.


Marc LEONETTI (CNRS, LRP), Rapporteur
Nathalie LE SAUZE (Univ Toulouse III), Rapportrice             
Christophe Alexandre SERRA (Univ Strasbourg), Examinateur
Stéphane VEESLER (CNRS, CINAM), Examinateur
Pierrette GUICHARDON (ECM, M2P2), Directrice      
Nelson IBASETA (ECM, M2P2), Codirecteur
Jean-Claude HUBAUD (Helioscience), invité
Bruno MONTAGNIER (Capsudev), invité
Vendredi 18 décembre - Instabilités strato-rotationelles : calcul intensif et expérience / Soutenance de thèse Gabriel MELETTI DE OLIVEIRA
Doctorant : Gabriel MELETTI DE OLIVEIRA            
Date de la soutenance :  le 18 décembre 2020 à 10h00, au bâtiment AZFD de la Brandenburg University of Technology Cottbus – Senftenberg

Abstract : 

Les vortex en écoulements stratifiés peuvent se manifester à petite et grande échelles dans les applications géophysique et astrophysique. Dans le contexte astrophysique, les disques d’accrétion (à partir desquels les systèmes solaires sont formés) peuvent être considérés comme des tourbillons en milieux stratifiés. En ce qui concerne la formation des planètes, la compréhension des mécanismes qui peuvent entraîner un transport vers l’extérieur du moment cinétique constitue par conséquent un problème central. Pour qu’une planète ou une étoile se forme dans un disque, le moment angulaire doit être transporté loin de son centre afin de permettre l’agrégation de matière par gravité; sinon, sa vitesse de rotation serait beaucoup trop grande pour permettre cette agrégation de matière (et la formation d’étoiles qui en résulte). Dans de tels systèmes constitués de gaz, la turbulence est le mécanisme le plus probable permettant de réaliser un transport de moment angulaire aussi important. Cependant, il a été montré que le profil des écoulements des disques d’accrétion est stable et la question se pose de savoir com-ment la turbulence peut être générée. Parmi les autres candidats, l’instabilité strato-rotationnelle (SRI) a attiré l’attention ces dernières années. SRI est une instabilité purement hydrodynamique qui peut être modélisée par un système classique de Taylor-Couette (TC) avec une stratification stable due à un gradient axial de salinité ou de température. Dans cette thèse, on proposes une étude à la fois expérimentale et numérique en se focalisant sur la mise en évidence de nouveaux comportements spécifiques à l’instabilité strato-rotationnelle (SRI). La stratification axiale provoque un changement de la transition de l’instabilité marginale par rapport au système classique non stratifié TC, rendant l’écoulement instable dans les régions où sans stratification il resterait stable. Cette caractéristique fait de l’instabilité SRI un phénomène pertinent dans les domaines planétaire et astrophysique, en particulier dans la théorie de la formation des disques d’accrétion. Malgré de nombreuses avancées dans la compréhension des écoulements strato-rotationnels,la confrontation de données expérimentales avec des simulations numériques non linéaires est pertinente, car elle implique à la fois les aspects linéaires ainsi que les interactions non linéaires des modes SRI qui doivent encore être mieux compris. Ces comparaisons révèlent également de nouveaux phénomènes et motifs non linéaires encore jamais observés pour les SRI, contribuant ainsi à une meilleure compréhension des écoulements géophysiques. Le dispositif expérimental conçu pour étudier ces phénomènes liés à l’instabilité SRI consiste en deux cylindres qui peuvent tourner indépendamment, la cavité étant remplie avec de l’huile de silicone. Afin d’obtenir une stratification stable le long de l’axe du cylindre, le couvercle inférieur de l’installation est refroidi tandis que sa partie supérieure est chauffée. Le champ résultant de la rotation des cylindres interagissant avec la stratification de densité stable est mesuré en utilisant la technique de vélocimétrie par image de particules (PIV). Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur des cas à nombres de Reynolds modérés (Re, basé sur le rayon du cylindre intérieur et les vitesses angulaires), variant entre Re=300 et Re=1300. Le rapport de rotation entre cylindres extérieur et intérieur est fixé à μ=Ωout/Ωin=0.35, une valeur légèrement inférieure au profil de vitesse képlérien, mais au delà de la limite de Rayleigh. Cette configuration expérimentale est également étudiée par simulations numériques directes à l’aide d’un code parallèle incompressible avec une approximation de Boussinesq, basé sur des schémas compacts d’ordre élevé et des séries de Fourier.D’un point de vue algorithmique, une décomposition bi-dimensionnelle est mise en œuvre afin d'obtenir une parallélisation efficace.

Jury :
Directeur de thèse:  Stéphane Viazzo (Aix-Marseille Université, M2P2)   
Directeur de thèse:  Uwe Harlander (BTU Cottbus-Seftenberg)
Rapporteur:  Innocent Mutabazi (Université du Havre) 
Rapporteur: Christoph Egbers ( BTU Cottbus-Seftenberg)
Examinatrice:  Caroline Nore (Université Paris Saclay)
Examinatrice:  Nikki Verkauteren (FU-Berlin)
Invité:  Fred Feudel (Universität Potsdam)
Invité: Stéphane Abide (Université de Perpignan) 

Mercredi 16 décembre à 14h00 - Development of Combustion Modelling within Lattice Boltzmann Framework / Soutenance de thèse Muhammad TAYYAB
Doctorant : Muhammad TAYYAB            
Date de la soutenance :  le 16 décembre 2020 à 14h00

Abstract : 

Computational Fluid Dynamics (CFD) has become a must-have design tool in the industry, where simulations are used to continuously improve geometries and designs. The external aerodynamics community has recently witnessed a paradigm shift, from Navier-Stokes based solvers to Lattice Boltzmann (LB) solvers. Unsurprisingly, this change was mostly motivated by costs, which were roughly divided by ten in the process. Unfortunately for the combustion community, also a big CFD client, this paradigm shift involved an iso-thermal flow assumption, incompatible with reactive flows in combustion. The objective of this thesis is to lift this limitation and extend the LB method to cope with reactive flows.
Two different hybrid LB models are detailed in this work which are capable of computing various different combustion processes. The LB solver consists of a regularized thermal LB method based on the standard lattices (D2Q9, D3Q19) and the pressure is linked to the ideal gas law. The classical Finite Difference (FD) schemes are used to solve energy and species conservative equations. The methods are compressible and incorporate full thermo-fluid coupling. Validations are then performed on a wide variety of test cases, from 1D freely propagating premixed flame and 2D counter-flow diffusion flame, to complete unsteady simulation of a 1.5m combustion test rig. The accuracy of the method is demonstrated by comparing simulations of thermo-diffusive instabilities with experimental data. A 3D DNS benchmark is also presented, to show that the cost reduction obtained in the field of external aerodynamics is also achievable for reacting flows; perhaps providing the most important conclusion of this work.


Rapporteur du jury : E.FROUZAKIS CHRISTOS
Rapporteur du jury : MURA ARNAUD
Membre du jury : H. LUO KAI
Membre du jury : JIMENEZ CARMEN
Membre du jury : SAGAUT PIERRE
Mardi 15 décembre à 9h00 - Impact d'une perturbation magnétique 3D non axisymétrique sur le transport et la turbulence dans le plasma de bord des tokamaks / Soutenance de thèse Benjamin LUCE
Doctorant : Benjamin LUCE          
Date de la soutenance :  le 15 décembre 2020 à 9h00, CEA Cadarache IRFM, bât.513 (+visio)

Abstract : 

Pour un mix énergétique, la maîtrise de la fusion nucléaire offre l’opportunité d’une source d’énergie abondante et renouvelable. Les tokamaks ont montré les meilleurs performances pour confiner un plasma de fusion grâce à des champs magnétiques et ont été choisis comme la prochaine génération de machines pour la recherche en fusion (ITER). L’évacuation des flux de chaleur et l’augmentation du temps de confinement sont les deux principaux défis pour les tokamaks. Ils sont directement en lien avec le transport perpendiculaire, essentiellement turbulent, vers le mur. Pour améliorer le confinement, le mode H est recherché. Il crée un piedestal sur la pression dans le plasma de bord, réduisant le transport perpendiculaire mais est associé à des relaxations, les ELMs, responsables d’un afflux de chaleur transitoire sur les murs au-delà des limites tolérables. Pour supprimer ou mitiger les ELMs, des perturbations magnétiques 3D (MPs) ont été ajoutées grâce à des bobines externes. Les impacts des MPs sur les ELMs, la transition L-H, leur écrantage ou leur résonance sur le champ magnétique ont été étudiés. Peu de données existent sur leur impact sur la turbulence dû à la difficulté de mesures expérimentales et à la complexité sur les outils numériques nécessaires. Dans cette thèse, nous abordons la question par la modélisation du plasma de bord, de l’extérieur du coeur à la SOL. 2 codes complémentaires sont utilisés : un code fluide 3D électrostatique turbulent, TOKAM3X et un à champs moyens, MHDG. Avec TOKAM3X, un effort conjoint de l’IRFM (CEA), du M2P2 et du PIIM, nous observons l’impact de MPs 3D sur la turbulence de bord. La capacité de traiter des perturbations 3D a été ajoutée durant cette thèse. Une approche par étape a suivi, d’abord par des simulations isothermes electrostatiques avec une MP mode simple dans une géométrie circulaire avec limiteur. Des observations expérimentales ont été reproduites comme la perte de densité par les MPs, ansi que les variations du champ électrique radial, associées à une redistribution poloïdale et toroïdale des flux. Les MPs impactent modérément la turbulence, réduisant l’intermittence dans la SOL et les fluctuations de densité. Une complexification du modèle a été faite sur des simulations non isothermes. Nous montrons l’importance du découplage entre particule et énergie. Différents résultats sont observés lorsqu’un flux simpliste de particules en provenance du coeur est comparé à un flux recyclé, plus réaliste, en provenance du limiteur. Des tendances expérimentales sont retrouvées dans le cas avec recyclage mais seulement partiellement dans le cas sans. L’impact sur la turbulence est à nouveau modéré mais différent suivant les cas, particulièrement lorsque l’on distingue la turbulence associée à l’énergie ou aux particules. Une analyse des conséquences de ces observations sur les simulations à champs moyens est proposée par à une comparaison directe. Des différences significatives sont observées par rapport aux simulations turbulentes qui ont des perturbations toroïdales non-axisymétriques d’amplitudes bien plus importantes. Leur localisation spatiale est également différentes. Ces résultats démontrent certaines limites de l’approche à champs moyens sur la modélisation des MPs et appellent à poursuivre l’effort sur des simulations turbulentes auto-consistantes. Enfin, les premiers résultats sur des simulations à champs moyens TOKAM3X avec des MPs plus réalistes sont présentés. L’impact est plus faible (en amplitude) et plus localisé. Une extension de ce travail a été implémentée sur MHDG, utilisant pour la première fois son modèle 3D, pour explorer des géométries et MPs plus complexes (jusqu’à un ripple en géométrie WEST). Les MPs réalistes ont un comportement similaire aux observations faites avec TOKAM3X champs moyens mais avec des différences notables. Le ripple modifie l’équilibre global du plasma mais, en accord avec la théorie, impacte faiblement sa symétrie toroïdale.

Jury :
M. Eric SERRE /  Aix Marseille Université / Directeur de thèse
M. Alexander KENDL / Innsbruck Universität / Rapporteur
M. Hinrich LÜTJENS / Ecole Polytechnique / Rapporteur
M. Patrick TAMAIN / CEA IRFM / Co-encadrant de thèse
M. Peter BEYER / Aix Marseille Université / Examinateur
Mme Laure VERMARE / Ecole Polytechnique / Rapporteur
Jeudi 10 décembre - Recherche d’optimum de conversion de la biomasse et optimisation de la répartition d’entropie dans un réacteur, deux contributions au développement des bio-raffineries/ Soutenance de thèse Jonathan GOFFE
Doctorant :  Jonathan GOFFE            
Date de la soutenance :  visioconférence le jeudi 10 décembre à 10 h.

Résumé : 

L’optimisation des processus à grande échelle, la réduction des irréversibilités lors des différentes transformations, ainsi que les changements stratégiques majeurs dans le choix des ressources et des applications sont des étapes clés de la transformation du modèle énergétique mondial. En contribuant d’une part à développer des outils d’évaluation théorique de la conversion de la biomasse ce travail fournit des critères permettant d’identifier les limites supérieures théoriques de la conversion de la biomasse. La conversion de deux biomasses (lignocellulosique et microalgue) en alcanes, alcools, monoxyde de carbone ou hydrogène est réalisée. Elle souligne l’importance de la stœchiométrie dans la faisabilité et l’efficacité des conversions. D’autre part ce travail contribue au domaine de l’optimisation des procédés par la réduction des irréversibilités. Le fonctionnement d’un réacteur tubulaire a été étudié en mesurant l’impact de la géométrie. Le procédé de reformage du méthane à la vapeur sert de cas modèle. Une proposition d’équipartition de la production d’entropie à été proposé à partir d’une décomposition en sous réacteurs. 

Mots clés : Biomasse, conversion de la biomasse, Analyse Pinch, Matlab, equipartition, création d’entropie, réacteur tubulaire, reformage du méthane à la vapeur 

Jury :

     Maitre de conférences HDR, LGC, INPT Toulouse, Rapportrice
  Pr Guillain MAUVIEL
     Professeur des Universités, LRGP Nancy, Université de Lorraine, Rapporteur
  Dr Nathalie MAZET
     Directeur de recherche, CNRS, PROMES, Université de Perpignan Via Domitia, Examinatrice
  Dr Lingai LUO
     Directeur de recherche, CNRS, Laboratoire de Thermique et Énergie, Université de Nantes, Examinatrice
  Dr Jean-Henry FÉRRASSE
     Maître de Conférences HDR, M2P2, Aix Marseille Université, Directeur de thèse
Vendredi 30 octobre 2020 à 10h - Development of a hybrid process, membrane-Ionic Liquid (ILM), for gas treatment / Soutenance de thèse Xueru YAN
Doctorante : Xueru YAN               
Date de la soutenance :  le vendredi 30 octobre 2020 à 10h00, salle de projection (M2P2, Arbois, à Aix-en-Provence)

Résumé : 

L'élimination des polluants d'un mélange gazeux ou liquide est un enjeu majeur en termes de réduction de l'impact environnemental de nombreux procédés industriels. Les liquides ioniques sont des solvants de remplacement prometteurs dans la séparation sélective en raison de leur pression de vapeur négligeable et de leurs propriétés chimico-physiques. Dans cette étude, un nouveau procédé hybride, la combinaison des IL et d'une membrane céramique tubulaire (ILM), a été développé dans le but de traiter des gaz ou des liquides. Par rapport aux procédés conventionels, l’ILM offre une grande stabilité et une résistance mécanique élevée pendant une longue période de fonctionnement. De plus, les propriétés spécifiques des ILs assurent la sélectivité et de fortes capacités d'absorption. Dans le cas des traitements de gaz, l'élimination de l'humidité pour protéger le capteur de gaz et le traitement du gaz industriel contenant du toluène sont les deux parties développées dans ce manuscrit. Les effets de plusieurs paramètres de fonctionnement, notamment le débit de gaz, la température, la pression, la concentration d'alimentation, la surface effective de la membrane ont été étudiés à la fois sur l'élimination de l'humidité et du toluène en phase gaz. Un modèle mathématique en deux étapes a été utilisé pour modéliser les résultats expérimentaux et évaluer la performance de séparation des ILM. Enfin des essais avec un ILM de taille industrielle ont confortés les résultats à petite échelle.


M. Stéphane ANGUILLE (Co-Directeur de Thèse), Maître de conférences, IUT Aix-Marseille
M. Marc BENDAHAN (Examinateur), Professeur, IM2NP, Aix-Marseille Université
M. Christophe CASTEL (Rapporteur), Professeur, ENSIC-LRGP
M. Alberto FIGOLI (Rapporteur), Professeur, ITM-CNR at University of Calabria
M. David GROSSO (Examinateur), Professeur, IM2NP, Aix-Marseille Université
M. Philippe MOULIN (Directeur de Thèse), Professeur, M2P2, Aix-Marseille Université
Mme. Audrey SORIC (Examinateur), Maître de conférences, M2P2, École Centrale Marseille
Jeudi 15 octobre 2020 à 14h - 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 

    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.  


    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

    Résumé : 

    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.    


    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.  


    • 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. 

    Résumé : la soutenance se tiendra à huit-clos

    Denis ROIZARD                                    DR CNRS, LRGP, Nancy                             Rapporteur
    Boris KOSOY                                        Professeur, ONAFT, Odessa                        Rapporteur
    Ilham MOKBEL                                    MCF, Univ Lyon 1, Lyon                                 Examinatrice
    Isabelle RASPO                                    CR CNRS, M2P2, Marseille                          Examinatrice
    Sylvain MARC                                      PhD,  Arcane Industries, Géménos               Examinateur
    Pierrette GUICHARDON                     Professeur ECM, Marseille                             Directrice de thèse
    Evelyne NEAU                                     Professeur EM, Aix-Marseille Univ, Marseille   Invitée
    Olivier BAUDOUIN                             Ingénieur, PROSIM, Labège                               Invité
    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


    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 µ et 0,74 µ 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 

    Directeur de these Mme Elisabeth BADENS Aix-Marseille Université
    Directeur de these Mme Yasmine MASMOUDI Aix-Marseille Université
    Rapporteur Mme Feral TEMELLI Université de l’Alberta
    Rapporteur M. Casimiro MANTELL Université de Cádiz
    Examinateur M. Martial SAUCEAU Ecole des mines d’Albi
    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
    Directeur de these M. Philippe MOULIN Université Aix Marseille - M2P2
    CoDirecteur de these M. Christophe STAVRAKAKIS Plateforme expérimentale Mollusques Marins de Bouin - Ifremer
    Rapporteur Mme Camille SAUREL DTU Aqua - Danish Shellfish Centre
    Rapporteur M. Romain KAPEL LRGP
    Examinateur Mme Emmanuelle ROQUE D'ORBCASTEL Laboratoire Environnement Ressources Languedoc Roussillon - Ifremer
    Examinateur M. Anthony MASSé Gepea
    Vendredi 6 Décembre 2019 - Traitement d’effluents complexes et de polluants émergeants par couplage d’un procédé d’OVH et d’un procédé biologique / Soutenance de thèse de Dan FENG
    Doctorant : Dan FENG                 
    Date de la soutenance :  Vendredi 6 Décembre 2019 à 10:00 , amphithéâtre du  Cerege - Technopôle de l'Arbois, Aix en Provence

    Résumé de la thèse :
    Le couplage d’une oxydation en voie humide (OVH) et d’un traitement biologique a été étudié pour traiter les eaux usées (industrielles) contenant du glyphosate, un herbicide largement utilisé dans le monde. Afin d'évaluer les performances du procédé couplé, les performances de l’OVH seule puis du procédé biologique de traitement des eaux usées contenant du glyphosate ont été examinées. Tout d'abord, des expériences ont été menées pour évaluer l'hydrodynamique des bulles dans une colonne à bulles dans les conditions de l’OVH, afin de prédire le transfert de masse et de facilicter l’extrapolation du procédé. Deuxièmement, une étude cinétique a été réalisée pour déterminer les paramètres cinétiques de l'oxydation du glyphosate par le procédé OVH et une voie d'oxydation possible a été proposée. De plus, un dispositif microfluidique a été utilisé dans le procédé OVH pour traiter en continu les eaux usées contenant du glyphosate dans un système compact et efficace. En outre, afin d'améliorer la biodégradation du glyphosate par les boues activées, un processus d'acclimatation a été étudié et la cinétique de biodégradation du glyphosate par des boues activées acclimatées a été étudiée, ainsi que son éventuelle voie de biodégradation. Enfin, les effluents préoxydés ont ensuite été traités par les boues activées acclimatées afin de conclure à la faisabilité du procédé couplé.   

    Mots clés : Polluants émergeants, glyphosate, oxydation en voie humide, traitement biologique, voie de dégradation.



                 Professeur, Valladolid Université


    M. J. Marc CHOUBERT

                 Directeur de Recherche, IRSTEA


    M. Eric SCHAER

                 Professeur, ENSIC


    Mme Laure MALLERET

                 Maître de conférences, AMU


    M. Olivier BOUTIN

                 Professeur, AMU

        Directeur de thèse

    Mme Audrey SORIC

         Maître de conférences, Centrale Marseille

    Co-directrice de thèse

    Mercredi 4 Décembre 2019 - Etude des méthodes lattice Boltzmann pour les simulations de systèmes d'air secondaires de turbomachines / Soutenance de thèse de Gauthier WISSOCQ
    Doctorant : Gauthier WISSOCQ 

    Date de la soutenance : Mercredi 4 décembre 2019 à 10:00,  CERFACS 42 Avenue Gaspard Coriolis, 31100 Toulouse / Salle Jean-Claude André 

    Résumé de la thèse :
    Ces dernières décennies, l'optimisation du rendement des turbomachines s'est traduite par une augmentation constante de la température d'air en veine primaire. Des températures élevées pouvant avoir des effets néfastes sur la durée de vie du moteur en raison de charges thermiques trop importantes ou de jeux mal contrôlés, un système de refroidissement efficace et bien dimensionné est indispensable. C'est notamment le rôle du circuit de bore cooling, composé d'une succession de cavités tournantes, dans lesquelles une compétition a lieu entre les forces d'inertie, les gradients de température et la convection forcée induite par un jet axial. Ces phénomènes donnent naissance à des écoulements instationnaires complexes, non-axisymmétriques et de périodicité a priori inconnue. La simulation de tels écoulements représente un défi majeur pour la modélisation numérique, nécessitant des codes adaptés aux calculs instationnaires longs et tridimensionnels. Cette thèse se consacre à l'étude d'une méthode numérique particulière pour la simulation de tels écoulements : la méthode de Boltzmann sur réseau, ou lattice Boltzmann method (LBM), qui possède les avantages d'être intrinsèquement instationnaire, relativement rapide et parfaitement adaptée aux géométries tridimensionelles complexes. Dans un premier temps, une étude des instabilités apparaissant dans les cavités tournantes soumises à des gradients de température radiaux est proposée. Des analyses de stabilité linéaire sont appliquées à des cas de géométries annulaires représentatives des plans axiaux des cavités tournantes. Elles permettent de déterminer la structure de l'écoulement en régime linéaire ainsi que les nombres de Rayleigh et Reynolds critiques d'apparition d'instabilités. Néanmoins, ces analyses ne permettent pas de rendre compte des effets non linéaires du cycle limite qui nécessitent une méthode adaptée. La suite de la thèse se consacre au potentiel de la LBM pour de telles simulations. Une étude fine des instabilités numériques pouvant survenir dans les conditions d'application de la méthode est proposée. Une méthodologie particulière développée durant cette thèse, basée sur l'approche de von Neumann, permet d'identifier clairement les ondes propagées par le schéma et souligne les phénomènes numériques à l'origine des instabilités. Cette étude met en évidence l'effet de nombreux paramètres sur la stabilité numérique tels que le choix du lattice et du modèle de collision. Une analyse proposée sur les modèles régularisés souligne deux propriétés fondamentales de ces schémas qui ont une grande influence sur la stabilité numérique en écoulement subsonique. Des applications de la LBM aux écoulements de cavités tournantes sont finalement réalisées. Le logiciel commercial PowerFLOW, seul code LBM suffisamment mature pour des modélisations de gaz parfait, est utilisé. Le code est évalué sur des cas académiques de complexité croissante (cavité bidimensionnelle, cavité fermée et cavité tournante avec flux d'air de refroidissement) et comparé aux résultats d'analyse linéaire, à des calculs issus de la littérature et à des données expérimentales. Une configuration multi-étagée est enfin simulée, pour laquelle un couplage à flux de chaleurs conjugués est réalisé afin de rendre compte des transferts radiatifs et exploiter au mieux les données d'essai. Les résultats soulignent de très bonnes estimations des profils de température, indiquant une bonne modélisation des phénomènes complexes contribuant aux échanges thermiques. 

    Mots clés : LBM,Lattice-Boltzmann,turbomachines,cavités tournantes

    Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université
    Rapporteur M. Florian DE VUYST Université de Technologie de Compiègne
    Rapporteur M. Tony ARTS Von Karman Institute for Fluid Dynamics
    Examinateur Mme Françoise BATAILLE Université de Perpignan
    Examinateur M. Nicolas GOURDAIN ISAE-Supaero
    Mardi 2 Décembre 2019 - Synergie entre turbulence et écoulements en configuration divertor – introduction d’éléments de la physique de la turbulence dans les codes de transport / Soutenance de thèse de Serafina BASCHETTI
    Doctorant : Serafina BASCHETTI                  
    Date de la soutenance :  Jeudi 2 Décembre 2019, Salle René Gravier  CEA IRFM Saint Paul Lez Durance 13108

    Résumé de la thèse :
    L’opération du réacteur à fusion de prochaine génération, ITER, nécessitera le développement d'outils  numériques  fiables  permettant  d'estimer  les  paramètres  clés  de  fonctionnement  à  un  coût de calcul raisonnable. Les codes de transport répondent à cette exigence car ils reposent sur  des  équations  fluides  bidimensionnelles,  moyennées  sur  les  fluctuations  temporelles,  simulant  les  grandes  échelles  temporelles  de  la  même  manière  que  les  modèles  «  Reynolds  Averaged  Navier-Stokes  »  couramment  utilisés  dans  la  communauté  des  fluides  neutres.  De  plus, les codes de transport peuvent rassembler la plupart des ingrédients physiques régissant le comportement du plasma de bord (topologie magnétique, géométrie et réponse de la paroi...). Cependant,  leur  prévisibilité  est  limitée  par  une  description  inadéquate  des  flux  turbulents  perpendiculaires aux lignes de champ magnétique. En effet les flux perpendiculaires, supposés diffusifs, sont grossièrement déterminés par des coefficients de diffusion homogènes "adhoc" ou empiriques. Pour inclure de l’information sur la turbulence et améliorer la prédictibilité de ces modèles,  nous  présentons  dans  ce  travail  un  nouveau  modèle  pour  estimer  de  manière  cohérente  la  distribution  des  flux  perpendiculaires  dans  les  codes  de  transport.  La  stratégie consiste à introduire en physique des plasmas des outils numériques efficaces largement utilisés dans la communauté de la turbulence en fluides neutres, en particulier le modèle "kepsilon" dans lequel sont introduites des équations de transport pour l'énergie turbulente cinétique moyenne « k » et le taux de dissipation de l’énergie turbulente « epsilon ». Ces équations semi-empiriques dérivées pour les fluides neutres ne peuvent pas être appliqués directement pour la modélisation des flux perpendiculaires dans les plasmas en raison de différentes propriétés de turbulence. Par conséquent, nous suggérons une adaptation du modèle k-epsilon pour les plasmas à confinement magnétique, où deux équations de transport pour l’énergie cinétique turbulente et son taux de dissipation  sont  dérivées  algébriquement,  incluant  la  physique  de  l’instabilité  d’interchange,  responsable de la distribution "ballonnée" du transport perpendiculaire dans le plasma de bord. Différentes approches empiriques sont décrites pour fermer les paramètres libres, notamment via  l’utilisation  de  lois  d’échelle  multi-machines.  Le  nouveau  modèle  est  intégré  au  code  de  transport SolEdge2D-EIRENE, développé en collaboration entre le CEA et le laboratoire M2P2 de l'Université  d'Aix-Marseille.  Les  résultats  numériques  sont  discutés  et  comparés  aux  données  expérimentales sur WEST et TCV. 

    Monsieur Eric SERRE, Directeur de Recherche, Laboratoire M2P2/AMU, Marseille, France.
    Madame Martine BAELMANS, Professeur, Université Catholique de Leuven, Belgique.
    Monsieur Ulrich STROTH, Professeur, Max- Planck- Institut Fur Plasmaphysik, Allemagne.
    Monsieur David MOULTON, Docteur, UKAEA Culham, Royaume Uni.
    Monsieur Philippe GHENDRIH, Professeur, CEA Cadarache, France.
    Monsieur Hugo BUFFERANDDocteur, CEA Cadarache, France
    Lundi 18 Novembre 2019 - Optimisation de filières de traitements des eaux par couplage de procédés physico-chimiques, thermiques et biologiques / Soutenance de thèse de Kelly OHANESSIAN
    Doctorant : Kelly OHANESSIAN 

    Date de la soutenance : Lundi 18 Novembre 2019 à 14:00 ,  Technopôle de l'Arbois-Méditerranée, 13545 Aix-en-Provence / Amphithéâtre CEREGE 

    Résumé de la thèse :
    La modélisation, la simulation et l'optimisation de différentes filières de traitement des eaux usées industrielles par la méthode du couplage de procédés ont été étudiées afin de comparer leurs performances épuratoires, d'une part, et d'évaluer les dépenses énergétiques et économiques associées. Pour cela, trois effluents caractéristiques de l'industrie microélectronique ont été sélectionnés : les effluents d'acides fluoré et phosphoré (AFP) ainsi que les effluents provenant des procédés des polissage des micropuces de Tungstène (CMP W) et de Cuivre (CMP Cu). Dans un premier temps, une étude bibliographique a permis de déterminer les données d'entrées de chacune des filières étudiées (débits, composition) ainsi que les procédés de traitement conventionnels employés. Les filières de traitement classiques des trois effluents sélectionnés ont ensuite été simulées sur ProSimPlus®. A partir des fonctionnalités disponibles du logiciel (modules, constituants, modèle thermodynamique), certains procédés ont été modélisés à partir de données physiques, chimiques et cinétiques issues de la littérature : Oxidation de Fenton, adsorption, échange ionique sur résine, ultrafiltration ; ou développés comme le module de cristallisation. Dans un second temps, de nouvelles filières de traitement ont été proposées pour chacun des effluents considérés. Le couplage d'un procédé d'OVH aux procédés de précipitation, d'ultrafiltration et d'échange ionique sur résine a été proposé pour l'optimisation de la filière CMP Cu. Ce couplage a montré de fortes performances épuratoires permettant premièrement, de s'affranchir de l'étape d'adsorption qui était le point noir de la filière CMP Cu, deuxièmement, de réduire la consommation en produits chimiques et troisièmement de rejeter l'effluent en milieu naturel. Le bilan économique réalisé sur les filières CMP Cu conventionnelle et alternative a montré que la filière CMP Cu alternative permet non seulement une nette économie sur la consommation en produits chimiques mais également une production de chaleur non négligeable, qui convertie en électricité, pourrait engendrer un revenu annuel conséquent. Cinq configurations AFP différentes ont été proposées faisant intervenir des couplages entre des procédés physico-chimiques de précipitations et des procédés de traitement biologiques. Un procédé à boues activées ainsi qu'un procédé à biofilm sur membrane aérée ont été modélisés à partir de données hydrodynamiques et cinétiques tirées de la littérature et intégrés sur ProSimPlus®. Les différents couplages proposés montrent des performances épuratoires intéressantes permettant de rejeter l'effluent soit en milieu naturel soit en zone sensible. D'autre part, la valorisation de sous-produits de précipitation (Struvite et CaF2) a permis de réaliser des bénéfices. Cependant, la pureté de l'hydroxyapatite obtenue est très faible (44,8%), par la présence de fluorapatite au sein du même cristalliseur, et ne peut être valorisée sans l'ajout d'un cristalliseur supplémentaire. Finalement, le bilan économique sur le couplage des filières CMP Cu alternative et CMP W a montré que cette configuration était intéressante des points de vue des dépenses en produits chimiques et de la production potentielle d’électricité permettant ainsi une économie de près de 1,44 M par rapport aux filières séparées. 

    Mots clés : traitement de l'eau, procédés, optimisation, simulation

    Directeur de these M. Olivier BOUTIN Aix Marseille Université
    CoDirecteur de these M. Cristian BARCA Aix Marseille Université
    Examinateur Mme Audrey SORIC Ecole Centrale Marseille
    Examinateur M. Jean-Henry FERRASSE Aix Marseille Université
    Rapporteur Mme Marie Noëlle PONS Laboratoire Réactions et Génie des Procédés, CNRS-Univ. de Lorraine
    Rapporteur M. Florent CHAZARENC Irstea – UR REVERSAAL
    Examinateur Mme Raphaële Thery HETREUX ENSIACET CAMPUS INP – ENSIACET
    Examinateur M. Denis BOUYER Institut Européen des Membranes - Université de Montpellier
    Mercredi 30 Octobre 2019 - Vers un modèle prédictif pour reproduire les transitions de régime dans les écoulements gaz-liquide dans le code Neptune_CFD: d'un régime dispersé à un régime séparé / Soutenance de thèse de Emmanuel Vianney KUIDJO
    Doctorant : Emmanuel Vianney KUIDJO

    Date de la soutenance : Mercredi 30 Octobre 2019 à 14:00, Amphithéâtre de l'INSTN, CEA Saclay

    Résumé de la thèse :
    Dans les réacteurs nucléaires, différents régimes d'écoulements gaz-liquide peuvent apparaître avec des transitions entre eux. La modélisation de ces transitions dans les codes CFD 3D requière le traitement d'interfaces déformables de différentes tailles, la prise en compte d'interactions par coalescence et fragmentation ainsi que le développement de lois de fermeture indépendantes du régime. Ce travail vise la modélisation et la simulation de l'hydrodynamique des écoulements gaz-liquide adiabatiques grâce à un modèle bifluide à trois champs dans NEPTUNE_CFD. Dans une première étape, un modèle avec un champ liquide continu et deux champs de gaz dispersés représentant petites et grandes bulles est utilisé pour simuler des écoulements cap et churn avec un taux de vide jusqu'à /news-298/soutenances-de-these-et-hdr-m2p2-457.htm.5$ et une emphase est mise sur la prédiction de l'aire interfaciale. Dans une seconde étape, le deuxième champ dispersé est remplacé par un champ hybride continu/dispersé représentant les grandes bulles et les régions continues de gaz. Le modèle est validé sur plusieurs régimes d'écoulements en tuyaux de large diamètre et dans des canaux rectangulaires confinés. 

    Mots clés : écoulements gaz-liquide, régimes d'écoulement, modèle bifluide multichamp, équation de transport de l'interfaciale, NEPTUNE_CFD

    Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
    Rapporteur M. Eric GONCALVES École Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechnique (ENSMA)
    Rapporteur Mme Maria Vittoria SALVETTI Université de Pise
    CoDirecteur de these M. Rémi ABGRALL Université de Zürich / Institut de Mathématiques
    Examinateur Mme Maria Giovanna RODIO CEA Saclay
    Examinateur M. Marc MASSOT Ecole Polytechnique / Centre de Mathématiques Appliquées
    Vendredi 20 Septembre 2019 - Méthodes numériques alignées pour problèmes elliptiques anisotropes en domaines bornés pour simulations du plasma de bord / Soutenance de thèse de Juan Antonio SOLER VASCO
    Doctorant : Juan Antonio SOLER VASCO

    Date de la soutenance : 20 septembre 2019, à 13h30 / Amphithéâtre 3, Centrale de Marseille, 38 rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille 

    Résumé de la thèse :
    Les problèmes elliptiques hautement anisotropes se présentent dans de nombreux modèles physiques qui doivent être résolus numériquement. Une direction de diffusion dominante est alors introduite (appelée ici direction parallèle) le long de laquelle le coefficient de diffusion est plusieurs ordres de grandeur plus grands que dans la direction perpendiculaire. Dans ce cas, les méthodes aux différences finies standard ne sont pas conçues pour fournir une discrétisation optimale et peuvent conduire à une diffusion perpendiculaire artificielle potentiellement importante, résultant d’erreurs dans l’approximation de la diffusion parallèle.
    Cette thèse se concentre sur trois axes principaux pour résoudre les équations elliptiques anisotropes de manière appropriée : un schéma aligné et conservatif de différences finies pour discrétiser l’opérateur Laplacien, une reformulation de l’équation de Helmholtz pour réduire la diffusion numérique, et un solveur basé sur les méthodes multi-grille comme préconditionneur d’un solveur GMRES.
    Les deux premiers chapitres sont consacrés à la présentation du cadre de cette thèse.
    Au chapitre 1, une brève introduction à la fusion par confinement magnétique est présentée, identifiant les problèmes numériques soulevés par la résolution des équations fluides, en particulier dans la région proche au bord (Scrape-Off-Layer). Le problème numérique que nous allons traiter est essentiellement un problème elliptique anisotrope où la diffusion est de 5 à 8 ordres de grandeur plus grande dans la direction parallèle que dans la direction perpendiculaire.
    Dans le chapitre 2, une introduction bibliographique aux méthodes numériques résolvant les équations elliptiques anisotropes est présentée, avec un accent sur les méthodes aux différences finies.
    Dans le chapitre 3, un schéma de discrétisation aligné est proposé en utilisant des grilles cartésiennes non alignées. Selon la méthode Support Operator Method (SOM), la propriété d’autoajoint de l’opérateur de diffusion parallèle est maintenue au niveau discret. Par rapport aux méthodes existantes, la formulation actuelle garantit la conservation des flux dans des directions parallèles et perpendiculaires. De plus, dans les domaines bornés, une discrétisation des conditions aux limites est présentée afin d’assurer une précision comparable de la solution. Des tests numériques basés sur des solutions manufacturées montrent que la méthode est capable de fournir des approximations numériques précises et stables dans des domaines périodiques et bornés avec un nombre considérablement réduit de degrés de liberté par rapport autres approches non aligneés.
    Une reformulation de l’équation de Helmholtz est présentée au chapitre 4 pour limiter la diffusion numérique liée à la discrétisation du Laplacien pour les valeurs élevées de diffusion parallèle. La méthode est basée sur la séparation de la solution en une partie alignée et non alignée, par rapport à l’opérateur de diffusion parallèle, gr\^ace à des méthodes de filtrage. Les cas de tests montrent que cette reformulation de l’équation de Helmholtz élimine la diffusion perpendiculaire numérique, avec une efficacité d’autant plus accrue que les valeurs de diffusivité parallèle sont élevées.
    Afin de résoudre efficacement les équations anisotropes elliptiques pour les grands systèmes d’équations, un solveur itératif basé sur des algorithmes multi-grilles géométriques est proposé au chapitre 5. Cet algorithme est plus tard posé comme préconditionneur d’un solveur GMRES, exhibant une réduction drastique du temps et de la mémoire requise par rapport à des solveurs directs résolvant les équations Helmholtz et Poisson, et ce pour différents types de conditions aux limites.
    La thèse est conclue par une analyse critique des aspects numériques des discrétisations alignées étudiées. Une attention particulière est accordée à l’application des méthodes étudiées dans les codes de turbulence plasma 3D, tels que TOKAM3X développé par le CEA.

    Monsieur Bruno DESPRES, Professeur, CNRS / Laboratoire Jacques Louis Lions, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France.
    Monsieur Sergio AMAT PLATA, Professeur, Universidad Politécnica de Cartagena, Espagne.
    Madame Francesca RAPETTI, Maître de Conférences, Université de Nice Sophia Antipolis, Nice, France.
    Monsieur Éric SERRE, Directeur de Recherche, CNRS / M2P2, Marseille, France.
    Monsieur Frédéric SCHWANDER, Maître de Conférences, M2P2/École Centrale de Marseille, France.
    Monsieur Jacques LIANDRAT, Professeur, I2M/ École Centrale de Marseille, France.
    Membres invités
    Monsieur Giorgio GIORGIANI, M2P2, Marseille, France.
    Monsieur Patrick TAMAIN, IRFM-CEA Cadarache, St. Paul-lez-Durance, France
    Jeudi 11 Juillet 2019 - Etude du Procédé Hydrothermal dédié aux traitement des déchets amiantés / Soutenance de thèse de Christ Terence NZOGO METOULE
    Doctorant : Christ Terence NZOGO METOULE

    Date de la soutenance : Jeudi 11 Juillet 2019 / 24 rue Joseph Fourier, 38400 Saint Martin d'Hères, Grenoble 

    Résumé de la thèse :
    L'objectif de ce travail de doctorat est de démontrer la faisabilité de convertir des amiantes pures (chrysotile, amosite, crocidolite) et un matériau contenant de l'amiante (tuile en amiante ciment) en matériaux non dangereux via le traitement hydrothermal supercritique (400 ≤ T ≤ 750°C et P ≥ 21 MPa). Les expériences sont réalisées dans un réacteur fermé haute pression (30 MPa) et haute température (800°C) en inconel, conçu pour cette étude. Les conditions de température, concentration initiale et durée de traitement pour réaliser la destruction de l'amiante, observée en DRX, ont été obtenues à partir d'une étude paramétrique (T=750°C, t ≥ 1h et C ≥ 2.10-2 mg.mL-1). Les essais ont ensuite montré que la variété chrysotile et la tuile en amiante ciment sont transformés, respectivement en forstérite, qui peut évoluer en enstatite pour le premier et en un mélange de calcite, gehlenite et spurrite pour le second après une heure de traitement hydrothermal (analyses DRX, META). Dans le même temps, l'analyse META montre qu'aucune fibre de crocidolite n'est détectée après 3h de traitement pour une concentration initiale de 2.10-2 mg.mL-1 tandis que l'analyse DRX révèle le maintien de la structure asbestiforme à une la concentration de 20 mg.mL-1, pour la même durée de traitement. Aucun effet n'a été observé sur la structure cristalline des fibres d'amosite. Dans tous les cas, la persistance de résidus microparticulaire (structures allongées) fragilisés de 200 à 400nm (MEB) de longueur supérieure à 5 µm est observée. Un post-traitement aux ultrasons a été appliqué dans le but d'améliorer la fragmentation des structures allongées. Les analyses MEB appliquées à la méthode de comptage des particules montrent une diminution de 27 µm à 6 µm après post-traitement. Finalement, une première étude énergétique sur le procédé hydrothermal donné de premiers éléments sur son intérêt à l'échelle industrielle et sa viabilité à long terme par rapport au procédé à torche à plasma. Des travaux supplémentaires de confirmation des résultats sur la fragmentation des structures allongées doivent être menés. Des études énergétiques plus développées sont également nécessaire pour positionner le procédé. 

    Mots Clés : Hydrothermal, Amiante, Déchets, Procédés, Supercritique

    Directeur de these M. Olivier BOUTIN                         Aix Marseille Université
    Examinateur         Mme Séverine CAMY                                ENSIACET
    Rapporteur         Mme Elsa WEISS-HORTALA                IMT Mines Albi-Carmaux
    CoDirecteur de these M. Jean Henry FERRASSE Aix Marseille Université
    Examinateur M. Stéphane DELABY                         Centre Scientifique et Technique du Bâtiment
    Rapporteur M. Sylvain FAURE                                 CEA - Marcoule
    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.

    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
    Mardi 2 Juillet 2019 - Physique et modélisation du comportement des feux de forêts / Soutenance de thèse de Nicolas FRANGIEH
    Doctorant : Nicolas FRANGIEH

    Date de la soutenance : Mardi 2 Juillet 2019 à 10h30 /  Centrale Marseille, Amphithéâtre 3 

    Résumé de la thèse :
    La suppression des feux de forêt nécessite une bonne connaissance des mécanismes physiques régissant le comportement du feu (ignition, croissance initiale, propagation). En tant qu’outil complémentaire à la recherche expérimentale, la modélisation des feux de forêt est considérée comme une approche intéressante pour progresser sur la connaissance des différents processus rencontrés dans les feux de forêt.

    Ce travail de recherche est dédié à l’étude numérique du comportement des feux se propageant librement à travers un couvert végétal homogène (depuis l’ignition jusqu’à la propagation), à l'aide du modèle "FireStar3D". Différentes configurations sont abordées dans cette thèse : les feux de litière réalisés à l’échelle du laboratoire en milieu confiné (dans le tunnel à feu du laboratoire de Missoula), et à plus grande échelle, les feux de prairie où deux types de ligne d’allumage ont été considérés (ligne de longueur finie et quasi-infinie). Les simulations ont été réalisées à l'aide de deux modèles de turbulence : le modèle k-e des équations de transport moyennées (approche RANS) et la simulation numérique des grandes structures (LES). La comparaison avec les données expérimentales concerne principalement la vitesse de propagation du feu, l'intensité du feu, la fréquence des fluctuations des flammes et la longueur d'onde caractérisant la structuration en crête et en creux du front de flammes dans la direction transversale. Les résultats numériques ont mis en évidence la compétition entre les forces de flottaison et les forces d'inertie du vent dans la détermination du comportement du feu, ainsi que la similarité dynamique du front de flammes (intensité et structuration 3D) à petite et grande échelles.

    Cette thèse a été également menée dans le cadre du développement et de la validation du modèle "FireStar3D". Le niveau de détails dans le modèle physique, les propriétés de la méthode numérique utilisée et le bon accord obtenu avec les données expérimentales et numériques rapportées dans la littérature, ont permis à "FireStar3D" de se positionner favorablement au niveau international, parmi les outils numériques les plus couramment utilisés pour étudier le comportement des feux de forêt.

    Mots Clés : Feux de forêts,Modélisation,Turbulence,Combustion,Transfert de chaleur,Simulation numérique, 

    Directeur de these M. Dominique MORVAN Aix-Marseille Université / M2P2
    Rapporteur         M. Jean-Louis ROSSI Université de Corse
    Rapporteur         M. Jean-Luc DUPUY Institut National de Recherche Agronomique (INRA)
    Examinateur         M. Olivier VAUQUELIN Aix-Marseille Université / IUSTI
    Examinateur         Mme Laurence PIETRI Aix-Marseille Université / IRPHE
    Examinateur         M. Thierry MARCELLI Université de Corse
    Mercredi 3 Avril 2019 - Modélisation à l'échelle des sous-filtres algébriques explicites pour les méthodes de type DES et extension aux écoulements à densité variable / Soutenance de thèse de Adithya RAMANATHAN KRISHNAN
    Doctorant : Adithya RAMANATHAN KRISHNAN

    Date de la soutenance : Mercredi 3 Avril 2019 à 14h00 / M2P2 UMR7340 Centrale Marseille, Amphithéâtre 3 

    Résumé de la thèse :
    Suite à l'accident nucléaire de Fukushima Daiichi, de nombreux projets ont été mis en place pour comprendre les phénomènes associés au risque de combustion. Le rôle de l'IRSN est de développer un modèle de turbulence générique dans le logiciel interne P2REMICS afin de mener des études de sûreté concernant les dangers de l'hydrogène. Dans cette thèse, l'objectif est d'améliorer les capacités prédictives des méthodes hybrides RANS/LES par le développement d'un modèle à l'échelle de sous-filtre qui prend en compte une relation algébrique explicite pour les stresses turbulents de sous-filtre non-isotropes et les flux scalaires turbulents. Tout d'abord, un modèle explicite algébrique (EARSM) est développé et calibré avec le modèle BSL de Menter pour les écoulements incompressibles dans un contexte RANS. Le travail de validation est réalisé au regard des données DNS disponibles dans la littérature pour l'écoulement entièrement développé du canal à un nombre de Reynolds de frottement à 550 et le écoulement dans un tuyau carré à un nombre de Reynolds de frottement de 600. Deuxièmement, le modèle EARSM est étendu dans le cadre hybrides RANS/LES. Méthodes hybrides RANS/LES spécifiquement dans le cadre de l'Equivalent-Detached Eddy Simulation (E-DES), aboutissant au modèle hybride explicite algébrique (EAHSM). L'étalonnage de la constante de modèle est effectué sur la décroissance de la turbulence isotrope. Après cela, des simulations 3D sont effectuées pour deux résolutions de maillage sur les deux cas mentionnés précédemment. Enfin, en supposant que l'approximation de Boussinesq soit valide, les modèles EARSM et EAHSM sont étendus à des écoulements à densité légèrement variable. Suite à la solution directe des relations algébriques implicites, le modèle algébrique explicite pour les contraintes de Reynolds et les flux scalaires est obtenu dans un cadre RANS amené au modèle explicite algébrique de flux scalaire (EASFM). Une méthode itérative est utilisée pour traiter la non-linéarité des expressions couplées pour les relations algébriques. Ensuite, l'EASFM est étendu au cadre des méthodes hybrides RANS/LES. Le comportement des modèles est évalué sur l'écoulement homogènement cisaillé, en stratification stable, et l'écoulement de canal entièrement développé avec une stratification stable pour différents nombres de Richardson de frottement. 

    Mots Clés : Turbulence, écoulements stratifiés, modélisation

    Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
    Rapporteur M. Rémi MANCEAU Laboratoire de mathématiques et de leurs applications - Pau (LMAP)
    Rapporteur Mme Anne TANIERE University of Lorraine
    Examinateur M. Thomas GOMEZ Université de Lille, LMFL
    Examinateur M. Fabien DUVAL Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire
    Examinateur M. Christophe FRIESS Aix Marseille Université / M2P2
    Mercredi 27 Mars 2019 - Modélisation de paroi en simulation des grandes échelles dans une turbomachine / Soutenance de thèse de Mathieu CATCHIRAYER
    Doctorant : Mathieu CATCHIRAYER 

    Date de la soutenance :  Mercredi 27 Mars 2019 à 14h00 /  CERFACS 42 Avenue Gaspard Coriolis 31057 Toulouse ; Salle Jean-Claude André 

    Résumé de la thèse
    Au regard des défis énergétiques rencontrés par les motoristes aéronautiques, une meilleure compréhension des écoulements régissant leurs turbomachines est nécessaire. La simulation aux grandes échelles (LES) est une approche adaptée à cette quête d'innovation. Cependant, son coût de résolution d'une couche limite aux nombres de Reynolds rencontrés en aéronautique est prohibitif par rapport aux moyens de calcul actuels. Une manière de surmonter cette limitation est de recourir à une approche WMLES (Wall-Modeled LES). Elle consiste à ne résoudre que la zone externe d'une couche limite et à en extraire les données nécessaires à l'estimation des flux pariétaux par un modèle de paroi, qui va modéliser les effets de la zone interne. La WMLES ne dispose toutefois pas encore d'un niveau de maturité suffisant pour être appliquée sur des géométries industrielles. Cela s'explique notamment par l'absence d'un modèle de paroi adapté à de tels écoulements. L'objectif de cette thèse est ainsi d'accélérer l'emploi d'une approche WMLES pour prédire les écoulements présents dans les turbomachines. À cette fin, un modèle de paroi est développé : l'iWMLES (integral WMLES). Ce modèle est basé sur une résolution des équations de couche limite intégrales à partir de profils de vitesse et de température paramétrisés, ce qui lui permet d'être peu gourmand en ressources de calcul et simple d'utilisation. Dans un premier temps, l'aptitude de l'iWMLES à prendre en compte les effets de compressibilités, thermiques et de gradients de pression caractérisant les couches limites d'une turbomachine est démontrée sur des écoulements académiques. Il s'avère en particulier que l'iWMLES permet d'obtenir des résultats en accord avec les données de référence à un coût de calcul un à deux ordres de grandeurs plus faible qu'un modèle de paroi numérique supposant pourtant une physique pariétale plus simple. Finalement, l'iWMLES est appliquée sur un étage de compresseur axial, démontrant sa robustesse. De plus, en comparant les résultats avec ceux d'une LES, il est montré qu'une approche WMLES peut être considéré pour prédire l'écoulement dans de telles géométries. Toutefois, des erreurs importantes peuvent être générées selon la stratégie de maillage employée.

    Mots Clés : WMLES, modèle de paroi, couche limite, turbomachine    

    Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
    Rapporteur M. Éric LAMBALLAIS Université de Poitiers
    Rapporteur M. Nicolas GOURDAIN ISAE-Supaero
    Examinateur M. Sébastien DECK ONERA
    Examinateur M. Franck NICOUD Université de Montpellier
    Examinateur Mme Maria Vittoria SALVETTI Università Di Pisa   
    21 Mars 2019 - Optimisation de forme avec la méthode adjointe appliquée aux équations de Lattice-Boltzmann en aérodynamique externe / Soutenance de thèse Isabelle CEYLAN
    Doctorant : Isabelle CHEYLAN 

    Date de la soutenance :  Jeudi 21 Mars 2019 à 10h30 /  M2P2 UMR7340 Centrale Marseille, Amphithéâtre 1 

    Résumé de la thèse: 
    Cette thèse a pour objectif le développement d'un solveur adjoint dans ProLB, le logiciel d'aérodynamique basé sur la méthode de Lattice-Boltzmann utilisé chez Renault. Ce solveur adjoint permettra de calculer les sensibilités surfaciques des efforts aérodynamiques d'un obstacle par rapport à la forme de celui-ci. Dans un premier temps, l'étude de cas 2D laminaires permettra de détailler le développement du solveur adjoint étape par étape. Les complexités apportées par l'étude d'un cas 3D turbulent à grandes échelles seront ensuite expliquées, puis les modifications apportées au solveur adjoint seront détaillées afin de pouvoir l'utiliser dans un contexte industriel. Les différentes hypothèses retenues pour le développement du solveur adjoint seront justifiées et documentées, afin d'arriver à un solveur adjoint opérationnel en industrie. Le solveur adjoint permettra ainsi de savoir où déformer un véhicule afin de le rendre plus performant en terme d'aérodynamique. L'objectif à terme est de déformer, par des techniques de morphing, la forme d'un véhicule afin d'améliorer la force de traînée agissant sur celui-ci. 

    Mots Clés : Lattice-Boltzmann, Optimisation de forme, Méthode adjointe, Aérodynamique, CFD

    Jury :
    Directeur de these M. Pierre SAGAUT Aix Marseille Université / M2P2
    Rapporteur M. François DUBOIS Conservatoire National des Arts et Métiers
    Rapporteur M. Christophe CORRE Ecole Centrale de Lyon
    Examinateur M. Grégoire ALLAIRE Ecole Polytechnique
    Examinateur M. Julien FAVIER Aix Marseille Université / M2P2
    Examinateur M. Denis RICOT Renault
    Examinateur Mme Maria Vittoria SALVETTI University of Pisa
    28 Février 2019 - Développement du Procédé de Pervaporation : Application à la Régénération de Solvants / Soutenance de thèse Thomas LA ROCCA
    Doctorant : Thomas LA ROCCA

    Date de la soutenance :  Jeudi 28 Février 2019 à 10h / Grand Amphithéâtre du CEREGE, site de l'Arbois

    Résumé de la thèse
    Cette étude se consacre au développement du procédé de pervaporation appliqué à la purification et à la régénération de solvants, principalement utilisés dans l’industrie pharmaceutique. Ce travail repose sur un triptyque : (i) le développement de membranes industrielles baptisées HybSi® et la compréhension du transfert de matière, (ii) l’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge (PIR) pour le pilotage en ligne de la pervaporation et, (iii) la conception de la première unité semi-industrielle afin de faire le lien entre l’échelle laboratoire et industrielle. 
    Des expériences de purification de solvants à partir de mélanges hydro-organiques complexes, ont été menées afin de mettre en évidence les paramètres influents sur la performance. La température à un effet important sur le flux et la sélectivité tout comme le type et le nombre de composés présents. La spectroscopie PIR présente une grande précision même à très faibles concentrations et une excellente reproductibilité permettant ainsi de piloter le procédé. Enfin, la mise en eau et les premiers tests de déshydratation sur le pilote semi-industriel ont conforté l’intérêt du positionnement sur site industriel de la pervaporation.

    Mots-clés : Purification/Régénération organique, Pervaporation, Membrane HybSi®, Spectroscopie PIR, Pilote semi-industriel 

    Patrick BOURSEAU Prof. Université Bretagne Sud, GEPEA, Rapporteur
    Emilie CARRETIER HDR Aix-Marseille Université, M2P2, Co-Directrice
    Catherine CHARCOSSET Directrice de Recherche Université Lyon 1, CNRS, Présidente
    Didier DHALER, Resp. R&D, Membre Invité, Orelis Environnement
    Martial ETIENNE, Resp. R&D, Membre Invité, Sanofi Chimie
    Eric FAVRE, Prof. Université de Lorraine, ENSIC, Rapporteur
    Philippe MOULIN, Prof. Aix-Marseille Université, Directeur
    14 décembre 2018 - L'Etudes Numérique des Dynamiques Filamentaires dans les Plasmas des SOLs de tokamak / Soutenance de thèse William GRACIAS
    Doctorant : William GRACIAS

    Date de la soutenance : vendredi 14 décembre 2018 à 10h00 /   Av. de la Universidad 30, Universidad Carlos III de Madrid, Leganés 28911, Madrid, Espagne 

    Résumé de la thèse
    Le transport filamentaire a été expérimentalement observé dans une multitude de machines de fusion par confinement magnétique, en particulier du genre tokamak. Dans cette thèse la dynamique de ces structures turbulentes filamentaires est étudiée par des études paramétriques. L'’impact de la résistivité parallèle dans le plasma est un aspect important pour la compréhension du mouvement filamentaire dans la région du bord, et ces études montrent la possibilité de changer la dynamique de la vélocité radiale des filaments en fonction de la taille. L'étude d'impact de cisaillement magnétique sur la dynamique des filaments montrent la capacité d'un cisaillement fort de redistribuer la densité d'un filament en l'interdisant de se propager vers le paroi. Le transport turbulent de filament est aussi étudié et montre la tendance de ce transport à varier en fonction de volume du SOL. 

    Mots clés : Turbulence, transport, filaments, blobs, bord

    Directeur de thèse Eric SERRE                 CNRS / laboratoire M2P2
    Examinateur                 Carlos HIDALGO        Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)
    Examinateur                 Teresa ESTRADA        Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT)
    Examinateur                 Luis CONDE LóPEZ Universidad Politécnica de Madrid
    Examinateur                 Raúl SANCHEZ         Universidad Carlos III de Madrid
    Examinateur                 Jean-Marc LAYET         AMU / laboratoire P2IM
    28 novembre 2018 - Les réacteurs à biofilm pour la valorisation des eaux usées : Approche multi-échelle, intégrée pour l’optimisation des procédés / Soutenance de HDR Audrey SORIC
    Dr. Audrey SORIC

    Date de la soutenance : le 28 novembre 2018 à 10h - Amphi 3, Centrale Marseille 

    Mots clés : Procédés propres; optimisation; réacteurs à biofilm 

    Claire Albasi,                                 LGC  (Directrice de recherche CNRS)
    Olivier Boutin,                               M2P2 (Professeur AMU)
    Florent Chazarenc,                       IRSTEA Lyon (Directeur de Recherche)
    Frédéric Fotiadu,                          ISM2 (Professeur Centrale Marseille)
    Marie-Thérèse Giudici-Orticoni, BIP (Directrice de Recherche CNRS)
    Christian Larroche,                       Institut Pascal (Professeur Polytech Clermont-Ferrand)
    Michaël Tatoulian,                         IRCP (Professeur Chimie-Paristech) 
    26 novembre 2018 - Etude des mécanismes de cristallisation en milieu supercritique : Application à des principes actifs pharmaceutiques / Soutenance de thèse Sébastien CLERCQ
    Doctorant : Sébastien CLERCQ

    Date de la soutenance : Lundi 26 Novembre 2018 à 10h / Grand Amphithéâtre du CEREGE, site de l'Arbois

    Résumé de la thèse
    Ce manuscrit présente une étude du procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) en combinant un travail expérimental et une étude de modélisation moléculaire. En comparaison aux méthodes traditionnelles de cristallisation en solution, le procédé SAS permet une baisse significative des quantités de solvants utilisées, un meilleur contrôle des caractéristiques des poudres générées ainsi qu’une plus grande sélectivité polymorphique. De nombreuses études expérimentales ou de modélisation numérique ont permis une meilleure compréhension de ce procédé, mais certains aspects, liés aux mécanismes de cristallisation sous pression, demeurent moins discutés. Par une investigation de ces mécanismes, l’objectif de ce travail a été de développer et de valider des méthodes permettant un meilleur contrôle du faciès des poudres générées et de la forme du polymorphe. De ces caractéristiques dépendent certaines propriétés des cristaux, telles que leur cinétique de dissolution ou encore leur stabilité physique et chimique, particulièrement importante pour le domaine pharmaceutique.
    Le travail expérimental a conduit à la recristallisation du sulfathiazole, un soluté polymorphe modèle permettant une étude cristallographique complète grâce à sa faculté de cristalliser sous cinq formes différentes. Il a été micronisé avec succès à partir de différents solvants organiques et pour différentes conditions opératoires. Deux formes ont majoritairement été obtenues. En utilisant l’acétone comme solvant, la forme I (la moins stable) est formée lorsque le débit de solution organique et la sursaturation globale sont élevés. La forme IV (plus stable que la forme I) est formée lorsque les conditions de mélange sont peu intenses, à savoir pour de faibles débits des deux phases et quelles que soient les conditions de sursaturation.
    L’étude de modélisation moléculaire a eu pour objectif de prédire le faciès des cristaux en fonction de l’environnement de croissance. Dans un premier temps, les cristaux de sulfathiazole ont été modélisés in vacuo. Ensuite, la nature du milieu de cristallisation a été prise en compte grâce à des simulations d’adsorption des solvants sur les différentes faces du cristal. Il a ainsi été prédit une faible adsorption de l’acétonitrile et du CO2, n’engendrant aucune modification des caractéristiques des cristaux de sulfathiazole, une adsorption significative de l’acétone et du tétrahydrofurane sur certaines faces identifiées, modifiant le faciès des cristaux, et enfin, une adsorption très importante de l’acide acétique sur l’ensemble des faces. Ces résultats ont été validés par l’observation des cristaux obtenus expérimentalement. La cohérence entre les résultats de modélisation et les résultats expérimentaux montre la pertinence de cette approche novatrice pour les milieux supercritiques.

    Elisabeth BADENS Prof. Aix Marseille Université, M2P2         Directrice
    Brice CALVIGNAC         MC         Université d’Anger, MINT         Rapporteur
    Séverine CAMY         Prof. INP ENCIACET Toulouse         Rapporteur
    Nadine CANDONI         Prof. Aix Marseille Université, CINaM         Examinatrice
    Sylvaine LAFONT         Dr. Sanofi Sisteron         Examinatrice
    Antoine LEYBROS Dr. CEA Marcoule, LPSD         Examinateur
    Philip LLEWELLYN Prof. Aix Marseille Université, MADIREL Examinateur
    Adil MOUAHID         MC         Aix Marseille Université, M2P2         Directeur
    Gérard PEPE         DR Membre invité         Encadrant
    19 novembre 2018 - Etude hydraulique et statistique d'écoulements métastables en faisceaux d'assemblage REP / Soutenance de thèse Florian MULLER
    Doctorant : Florian MULLER

    Date de la soutenance : lundi 19 Novembre 2018 à 10h00 /  INSTN Centre CEA Saclay D36, 91190 Saclay ; Grand amphithéâtre 

    Résumé de la thèse
    L’'analyse des écoulements au sein des faisceaux d’'assemblages combustibles constitue un volet important des études de sûreté des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). En effet, une mauvaise répartition thermique au sein de ces écoulements peut conduire à une crise d’'ébullition nuisible à la sûreté de fonctionnement du réacteur. De nombreuses études expérimentales ou basées sur la simulation numérique ont montré l’'existence de phénomènes de réorganisation de structures aux grandes échelles dans ces écoulements. 
    Ce travail de thèse vise à progresser dans notre compréhension de ces phénomènes, tant pour mieux les caractériser que pour identifier leur origine, l’'objectif in fine étant de développer des modélisations aux petits échelles adaptées à ce type d’'écoulements. Un travail bibliographique a mis en évidence les difficultés rencontrées par les simulations numériques pour reproduire ces phénomènes, ainsi que de nombreux questionnements concernant leur caractère physique. Des simulations 3D fines ont été réalisées pour analyser l’'écoulement et ont permis d’'identifier deux mécanismes de réorganisation distincts pour les structures aux grandes échelles : un changement de signe de la vitesse transverse entre les crayons ou du tourbillon dans un sous-canal. Il est apparu qu'’il semblait pertinent d’'adopter l’'hypothèse de Taylor pour considérer que les grandes structures 3D évoluaient comme un écoulement 2D transporté. Un gros volet de la thèse a concerné la mise en œoeuvre d’'un code basé sur une méthode statistique pour un champ 2D dans le but de déterminer les états thermodynamiquement stables dans des géométries avec obstacles (représentatives des assemblages combustibles) via la résolution d’un problème variationnel. Des similarités intéressantes ont été obtenues entre les structures cohérentes en REP et les états stables dans une géométrie 2D simplifiée. Des simulations numériques 2D ont permis de plus d'’identifier deux bifurcations possibles pour l’'écoulement, qui présentent un parallèle avec les deux mécanismes de réorganisations observés dans les simulations 3D, et permettent ainsi de poser les bases d’'une explication physique du phénomène. Des premiers résultats de synthèse entre les approches 3D et 2D sont également proposés. 

    Mots clés : CFD, Turbulence, Nucléaire, Ecoulements métastables

    Directeur de these Pierre SAGAUT                 Aix-Marseille Université / M2P2
    Examinateur                 Jean-Camille CHASSAING Sorbonne Université
    Examinateur                 Aziz HAMDOUNI                 Université de La Rochelle
    Examinateur                 Elie HACHEM                 Ecole de Mines de Sofia-Antipolis
    Examinateur                 Aurore NASO                 CNRS / Ecole Centrale Lyon - MFAE/LMFA
    Examinateur                 Anne BURBEAU ​                CEA / Cesta
    Rapporteur                 Thomas GOMEZ                 Université de Lille / Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille
    Rapporteur                 Eric GONCALVES DA SILVA    ENSMA - INSIS (Institut des sciences de l'ingénierie et des systèmes) 
    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

    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
    19 octobre 2018 - Préparation et évaluation de l’activité d’un nouveau catalyseur monolithique en microréacteur / Soutenance de thèse Xiaotong ZHAN
    Doctorant : Xiaotong ZHAN 

    Date de la soutenance : vendredi 19 octobre 2018 à 10h00 / Salle des thèses de St Jérôme, AMU

    Résumé de la thèse
    Cette étude présente la préparation et l’évaluation de l’activité d’un nouveau catalyseur monolithique en microréacteur. La réaction d’hydrogénation du p-nitrophénol par transfert d’hydrogène avec l’acide formique a été choisie comme réaction modèle pour comparer les performances du monolithe à celles d’un catalyseur commercial en lit fixe.
    Cette thèse comporte une partie expérimentale importante. D’un côté, un montage expérimental et des protocoles d’analyse en ligne ont été mis au point pour faire une étude quantitative précise de la réaction modèle. De l’autre côté, les conditions de préparation d’un monolithe de silice fonctionnalisée dans le tube-réacteur en acier chemisé de verre ont été optimisées. Il a été chargé en nanoparticules de Pd par une méthode en écoulement. Le monolithe comporte un réseau de macropores pour l’écoulement et une organisation hexagonale typique de mésopores et micropores, et cela presque sans retrait au séchage.
    L’activité des 2 types de catalyseurs dans la réaction modèle a été comparée par leur cinétique de réaction et leur comportement dynamique dans la phase de mise en régime du microréacteur. Une partie théorique présente la modélisation du microréacteur en régime stationnaire pour l’établissement des cinétiques et en régime transitoire pour rationaliser les observations expérimentales. Le monolithe Pd@silice et le catalyseur commercial Pd@alumine ont des comportements différents et obéissent à des lois cinétiques différentes. Un modèle réactionnel impliquant un changement de propriétés de la surface catalytique pourrait expliquer le profil de concentration inhabituel observé avec le catalyseur commercial. La comparaison démontre la supériorité du nouveau catalyseur monolithe, et lui ouvre de bonnes perspectives industrielles. 

    Mots clés : Microréacteur, Catalyse hétérogène, Transfert d’hydrogène, Modélisation cinétique, Synthèse de catalyseur 

    Rapporteurs : Véronique DUFAUD-NICCOLAI,   Directeur de Recherche CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1
    Rapporteurs : Jean-Marc COMMENGE,               Professeur, Université de Lorraine.
    Examinateur : Alain FAVRE-REGUILLON,            Maître de Conférences, Conservatoire National des Arts et Métiers.
    Examinateur : Pierrette GUICHARDON,              Professeur, Ecole Centrale Marseille.
    Invité : Frédéric FOTIADU,                                    Professeur, Ecole Centrale Marseille.
    Directrice de thèse : Françoise DUPRAT,            Professeur, Ecole Centrale Marseille.
    Co-directeur de thèse : Damien HERAULT,         Maître de Conférences, Ecole Centrale Marseille.
    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, 

    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

    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

    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

    4 avril 2018 - Développement de procèdes propres utilisant le co2 supercritique/ Soutenance HDR Christelle CRAMPON
    Dr. Christelle CRAMPON

    Date de la soutenance : Mercredi 4 avril 2018 à 10:00 Grand amphithéâtre du CEREGE

    Résumé des travaux
    Lors de cette présentation, je vais faire une rétrospective de mes activités de recherche depuis le début de ma carrière d’enseignant-chercheur, effectuée en grande partie au sein de l’équipe « Procédés et Fluides Supercritiques » du laboratoire Mécanique, Modélisation et Procédés Propres. Mes activités concernent essentiellement le développement de procédés utilisant le CO2 supercritique. L’utilisation de ce solvant garantit la mise en place de procédés propres et compacts. Le CO2 supercritique est en effet reconnu par “the U.S. Food and Drug Administration” (US FDA) comme étant un solvant GRAS (Generally Recognized As Safe) dont l’utilisation est en adéquation avec des applications alimentaires ou liées à la santé. Il est d’ailleurs approuvé pour la production de produits agroalimentaires sans déclaration. Ce solvant est également plutôt sélectif ; cette sélectivité est modulée en faisant varier la pression et la température. La récupération du produit ciblé ou sa séparation avec le fluide supercritique se fait par simple dépressurisation puisque le CO2 est gazeux et perd son pouvoir solvant dans les conditions ambiantes de pression et de température. Les coordonnées critiques du CO2 sont facilement accessibles (Tc = 304,21 K ; Pc = 7,38 MPa) et notamment la température critique qui permet d’utiliser le CO2 supercritique pour travailler avec des composés thermosensibles. 

    Parmi les procédés étudiés, je vais aborder l’extraction de composés d’intérêt par CO2 supercritique à partir de matière solide (plantes, microalgues…), le fractionnement supercritique et enfin l’élaboration de systèmes à libération contrôlée en milieu supercritique. Ces activités de recherche ont trouvé des applications larges allant de l’énergie avec la production de biocarburants, la santé avec l’élaboration de liposomes et de systèmes à libération contrôlée, la parfumerie avec le fractionnement de mélanges liquides complexes issus de plantes… Pour chacun des procédés présentés, je vais rappeler les résultats essentiels et proposer des perspectives de recherches. 

    Mots clefs : CO2 supercritique, procédés propres, extraction, fractionnement, génération de particules

    Dr Nora Ventosa – Université de Barcelone
    Professeur Jean-Stéphane Condoret – Université Paul-Sabatier
    Professeur Jacques Fages - Ecole des Mines d’Albi-Carmaux
    Dr Stéphane Sarrade - CEA Saclay
    Professeur Elisabeth Badens - Aix-Marseille Université

    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

    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
    18 décembre 2017 - Contrôle des vibrations induites par vortex dans le sillage d'un cylindre monté sur ressort / Soutenance de thèse Eddy CONSTANT
    Doctorant: Eddy CONSTANT

    Date de la soutenance : Lundi 18 Décembre 2017 à 14:00, amphithéâtre de la Jetée, Ecole Centrale de Marseille

    Résumé de la thèse
    Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la simulation et du contrôle des vi- brations de structures montées sur ressort qui peuvent apparaître sous l’effet de l’interaction avec l’écoulement de sillage instationnaire. Le contrôle de ce phé- nomène, appelé Vibrations Induites par Vortex (VIV), est un enjeu critique dans l’optimisation de nombreux systèmes, notamment en aérodynamique autour des voilures d’avion et en hydrodynamique autour de structures offshore. Dans cette thèse, une méthode de frontières immergées (IBM) a été inté- grée dans l’algorithme PISO du code OpenFOAM, dédié à la simulation d’écou- lements fluides incompressibles. La méthode de frontières immergées permet une représentation précise de corps fixes ou en mouvement, tout en conservant des maillages structurés conduisant à des algorithmes plus précis et efficaces en termes de performances numériques. Un schéma itératif basé sur des sous- itérations entre l’IBM et la correction de pression a été intégré dans le solveur PISO, permettant de conserver un solveur de Poisson rapide tout en satisfaisant simultanément la condition d’incompressibilité de l’écoulement et la condition de non-glissement à la surface. Pour calculer la divergence de l’équation de quantité de mouvement dans la boucle PISO et l’interpolation des flux, un calcul hybride orignal a été proposé avec une résolution analytique utilisant l’équation de la fonction noyau des quantités impliquant le terme force de l’IBM (quantités sin- gulières). Un soin particulier a été apporté à la vérification et à la validation du nouvel algorithme. La convergence en maillage de différentes erreurs a été mon- trée au moyen d’une solution manufacturée, permettant d’analyser aussi bien les erreurs de discrétisation que les erreurs relatives à l’IBM. Le nouvel algorithm a été par la suite étendu au formalisme RANS et DDES proposés dans OpenFOAM pour la simulation d’écoulements en régimes turbulents. Une loi de paroi a été intégrée dans la méthode IBM permettant de modéliser les fines couches limites qui se développent autour des corps à grand nombre de Reynolds. Le travail de validation a été réalisé au regard des données expérimentales et numériques disponibles dans la littérature pour l’étude d’écoulements autour de cylindres et de sphères, sur une large gamme de nombres de Reynolds. Avec l’objectif de développer des lois de contrôle optimal pour le VIV, basées sur les mécanismes d’instabilité linéaire du système couplé dans le cadre de la théorie du contrôle, un solveur adjoint a été développé et validé dans OpenFOAM. 

    Mots clés : Aérodynamique, Elasticité, Mécanique des Fluides, Contrôle d'écoulement, Vibrations induites par vortex, Instabilité 

    Directeur de these Eric SERRE CNRS UMR7340
    Rapporteur Elie HACHEM Mines Paris Tech.
    Rapporteur Alfredo PINELLI City University of London
    Examinateur Julien REVEILLON Université de ROUEN, CORIA
    Examinateur Michael SCHAEFER TU Darmstadt
    CoDirecteur de these Julien FAVIER Aix-Marseille Université
    CoDirecteur de these Philippe MELIGA CNRS UMR7340

    8 décembre 2017 - Modélisation numérique du transport et de la turbulence dans le plasma de bord des tokamaks avec configuration divertor / Soutenance de thèse Davide GALASSI
    Doctorant : Davide GALASSI

    Date de la soutenance : Vendredi 8 Décembre 2017 à 15:00, Faculté des Sciences Aix-Marseille Université, 52 Avenue Escadrille Normandie Niemen
    13013 Marseille, Salle Multimédia 

    Résumé de la thèse
    La fusion nucléaire pourrait offrir une nouvelle source d'énergie stable, non émettrice de CO2 et pérenne. Aujourd’hui, les tokamaks offrent les meilleures performances, en confinant un plasma à haute température au moyen d’un champ magnétique. Deux des enjeux technologiques majeurs pour l'exploitation des tokamaks sont l’extraction de puissance et le confinement du plasma sur des temps longs. Ces enjeux sont associés au transport de particules et de chaleur, déterminés par la turbulence, depuis le plasma centrale vers la zone de bord. Dans cette thèse, nous sommes intéressés par la modélisation de la turbulence dans la région de bord du plasma dans le tokamak. En particulier, nous étudions la configuration divertor, adoptée par la plupart des tokamaks, dans laquelle le plasma central est isolé des parois au moyen d’un champ magnétique additionnel. Cette géométrie magnétique complexe est simulée avec le code de turbulence fluide TOKAM3X, né de la collaboration de l'IRFM au CEA et du laboratoire M2P2 de l'Université Aix-Marseille.
    Une comparaison avec des simulations en géométrie simplifiée montre une nature intermittente similaire de la turbulence. Néanmoins, l'amplitude des fluctuations, maximale au plan équatorial, est fortement réduite près du point X, où les lignes de champ deviennent purement toroïdales, en accord avec les données expérimentales récentes. Les simulations en configuration divertor montrent un confinement significativement plus élevé que en géométrie circulaire. Une inhibition partielle du transport radial de matière au niveau du point X contribue à cette amélioration. Ce mécanisme est potentiellement important pour comprendre la transition du mode de confinement faible au mode de confinement élevé, le mode opérationnel prévu pour ITER.

    Mots clés : Modélisation, tokamak, turbulence, transport, plasma, divertor

    Directeur de these Eric SERRE CNRS M2P2 / AMU
    Rapporteur Paolo RICCI École polytechnique fédérale de Lausanne
    Rapporteur Pascale HENNEQUIN Ecole Polytechnique
    Examinateur Giovanni LAPENTA University of Leuven
    Directeur de these Domiziano MOSTACCI University of Bologna
    CoDirecteur de these Guido CIRAOLO CEA IRFM - Centrale Marseille
    Invité   Benjamin DUDSON   University of York
    Invité   Patrick TAMAIN    CEA IRFM
    6 décembre 2017 - Caractérisation du colmatage des membranes d’ultrafiltration de production d’eau potable par des nanoparticules fluorescentes / Soutenance de thèse Morgane LE HIR
    Doctorante : Morgane Le HIR

    Date et lieu de la soutenance : Mercredi 6 décembre 2017 à 10h15, Amphithéâtre du CEREGE, Europôle de l’Arbois, Aix-en-Provence

    Résumé de la thèse: 
    La production et l’utilisation croissante des nanomatériaux et nanoparticules (NP) dans de nombreux secteurs d’activité conduisent inévitablement à un relargage de NP dans l’environnement et notamment dans les eaux devenant ainsi une pollution émergente dans le schéma de la production d’eau potable. Les membranes d’ultrafiltration (UF), semblent présenter un réel potentiel de rétention envers les NP du fait de leur taille de pores proche de 20 nm. La filtration de NP fluorescentes de diamètre 100, 10 et 1,5 nm en suspensions, seules ou en mélange, a été étudiée. Les tailles des NP ainsi sélectionnées permettent de travailler avec des dimensions plus grandes, plus petite et du même ordre de grandeur que la taille des pores. L’influence des conditions opératoires, à travers la variation de la pression transmembranaire (PTM) et du facteur de concentration volumique (FCV) sur la rétention et la récupération des NP a été traitée par plan d’expériences. La considération de la concentration des flux de la filtration en nombre de NP, notamment grâce à l’utilisation d’un Nanosight NS300, a permis d’estimer le nombre de NP bloquées sur et/ou dans la membrane. Une méthodologie précise et fiable permettant la localisation de ces NP bloquées a été consolidée par une précision de mesure plus importante grâce à une caractérisation multi-échelle. Des profils de pénétration des NP fluorescentes dans la membrane ont été ainsi réalisés grâce à une imagerie au Microscope Confocal à Balayage Laser (MCBL). L’application des modèles de colmatage aux données expérimentales a montré une bonne adéquation avec la localisation microscopique des NP et les résultats expérimentaux obtenus. L’influence des conditions opératoires, de la présence de sel et/ou de la polydispersité de la suspension d’alimentation sur l’établissement et la localisation du colmatage a pu être déterminée.

    Mots clés : Ultrafiltration, nanoparticule, fluorescence, colmatage, caractérisation, eau 

    Jury :
    C. Charcosset, LAGEP Lyon, Rapporteur
    G. Georges, Aix-Marseille Université, Examinateur
    C. Guigui, INSA Toulouse, Rapporteur
    P. Moulin, Aix-Marseille Université, Directeur de thèse
    B. Teychene, Université de Poitiers, Examinateur
    Y. Wyart, Aix-Marseille Université, Co-directeur de thèse
    Membre invité :
    P. Sauvade, Société Aquasource, SUEZ
    17 Novembre 2017 - Généralisation des modèles stochastiques de pression turbulente pariétale pour les études vibro-acoustiques via l'utilisation de simulations RANS / Soutenance de thèse Myriam SLAMA
    Doctorante:  Myriam SLAMA

    Date de soutenance: Vendredi 17 Novembre 2017 à 10:00 Amphithéâtre A de l'Ecole Centrale de Marseille

    Résumé de la thèse:
    Le développement d’une couche limite turbulente sur des structures entraîne des vibrations et des nuisances sonores. Celles-ci sont estimées par des calculs vibro-acoustiques qui nécessitent le spectre de pression pariétale turbulente en fréquence-nombre d’onde. Ce spectre est généralement calculé via des modèles empiriques. Or ces modèles ont un domaine de validité très restreint et ne permettent pas de prendre en compte correctement les effets de gradient de pression dus aux courbures des structures par exemple. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une méthode est proposée pour calculer les corrélations spatio-temporelles de pression pariétale à partir d’une solution sous forme intégrale de l’équation de Poisson. Le spectre de pression est obtenu à partir de la transformation de Fourier de ces corrélations. L’expression retenue pour ces dernières fait intervenir les dérivées d’une fonction de Green ainsi que les champs de la vitesse moyenne et des tensions de Reynolds qui sont obtenus par simulation RANS. Elle fait aussi intervenir des coefficients de corrélation de vitesse spatio-temporelle qui doivent être modélisés. Pour cela, un nouveau modèle de coefficient de corrélation spatiale a été développé : l’Extended Anisotropic Model (EAM). Pour réaliser le calcul des corrélations et du spectre de pression, une méthode numérique, appelée KEAM pour Kriging-based Extended Anisotropic Model, a aussi été développée. Elle fait intervenir la modélisation des coefficients de corrélation via l’EAM ainsi qu’une stratégie d’échantillonnage adaptatif combinée à du krigeage. Cette dernière permet de réduire le nombre de valeurs de corrélation de pression nécessaires pour obtenir le spectre de pression pariétale et donc de réduire le temps de calcul. Dans un premier temps, la méthode est appliquée à un écoulement de couche limite turbulente sur plaque plane afin de la valider. Les spectres de pression obtenus concordent bien avec les modèles empiriques. La méthode est ensuite appliquée à un écoulement au-dessus d’un profil NACA-0012 avec un gradient de pression adverse. Le modèle permet de retrouver les tendances observées dans la littérature.  

    Mots clés : turbulence, pression pariétale, formulation intégrale, équation de Poisson

    Directeur de thèse Pierre SAGAUT Université d'Aix-Marseille
    Examinateur Cédric LEBLOND         Naval Group
    Rapporteur Luminita DANAILA         Université de Rouen, laboratoire CORIA
    Rapporteur Xavier GLOERFELT ENSAM - Arts et Métiers ParisTech, laboratoire DynFluid
    Examinateur Régis MARCHIANO UPMC, laboratoire d'Alembert
    Examinateur Fabien ANSELMET Ecole Centrale Marseille, laboratoire IRPHE  
    30 novembre 2017 - Dégradation de micropolluants organiques par un bioréacteur hybride / Soutenance de thèse Camille GRANDCLEMENT
    Doctorante : Camille GRANDCLEMENT

    Date et lieu de soutenance : le jeudi 30 novembre 2017 à 10h00 dans le grand amphithéâtre du CEREGE; Arbois

    Résumé des travaux
    La présence de micropolluants organiques dans l’environnement et notamment le milieu aquatique, est devenue une préoccupation grandissante au cours des années. En effet, les micropolluants sont éliminés de façon variable par les différents systèmes de traitement des eaux, notamment du fait des propriétés physico-chimiques des composés à traiter mais également des conditions opératoires du traitement appliqué. Ainsi, les stations d’épuration constituent une voie majeure de dissémination de ces composés dans l’environnement. Parmi ces substances chimiques présentes en très faibles concentrations, les composés pharmaceutiques et les pesticides doivent être suivis et traités car ils peuvent avoir des effets indésirables sur les organismes une fois rejetés dans l’environnement. La biodégradation étant un des mécanismes de transformation dominant pour les micropolluants, les procédés biologiques, et notamment les procédés hybrides (biomasse libre et fixée), semblent pertinents pour les éliminer efficacement. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur la biodégradation de la carbamazépine, du diclofénac et du diuron par des microorganismes sélectionnés en utilisant un bioréacteur hybride. La méthodologie proposée a reposé sur la mise en place de tests de biodégradation en batch afin de sélectionner des microorganismes pertinents pour la dégradation des molécules cibles, avant de travailler avec un bioréacteur hybride. Les souches sélectionnées ont permis de dégrader complètement le diclofénac par co-métabolisme en moins de 24 heures et ont montré des résultats encourageants en 72 heures pour les autres composés. Un sous-produit a pu être identifié et son écotoxicité a été comparée à celle du diclofénac. L’efficacité des souches a ensuite été évaluée sur des bioréacteurs hybrides prototypes sous différentes conditions. Bien que l’élimination du diclofénac ait été importante en conditions stériles, la cinétique observée était plus faible. La carbamazépine et le diuron ont quant à eux été faiblement éliminés. Une optimisation des paramètres et l’acclimatation des microorganismes sélectionnées pourraient permettre d’améliorer les résultats, notamment en conditions non stériles.

    Mots clés : Traitement de l’eau, Micropolluants, Procédé hybride, Biodégradation, Ecotoxicité


    Pr. Damia Barcelo, Professeur, Université de Barcelone
    Pr. Christophe Dagot, Professeur, Université de Limoges
    Pr. Elena Gomez, Professeur, Université de Montpellier
    Dr. Aurore Zalouk-Vergnoux, Maître de conférence, Université de Nantes
    Dr. Anne Piram, Maître de conférence, Aix Marseille Université
    Pr. Nicolas Roche, Professeur, Aix Marseille Université
    Dr. Isabelle Seyssiecq, Maître de conférence, Aix Marseille Université
    Pr. Pierre Doumenq, Professeur, Aix Marseille Université

    Membres invités :
    M. Guillaume Vanot, Société Seakalia
    M. Samuel Bernard, Société Occitane d'Environnement
    12 octobre 2017 - Cristallisation par procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS) : influence des conditions opératoires sur le polymorphisme des cristaux / Soutenance de thèse Samia ABDELLI - HAROUN
    Doctorante: Samia ABDELLI - HAROUN

    Date de soutenance :  jeudi 12 octobre à 15h, la soutenance se déroulera dans la salle des thèses à Saint-Jérôme (la salle est située au rez- de - chaussée du département des longues)

    Résumé des travaux :

    Ce travail de thèse de doctorat a eu pour objectif d’étudier la cristallisation d’un principe actif pharmaceutique, le sulfathiazole, par procédé Supercritique Anti-Solvant. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l’influence des conditions opératoires sur les caractéristiques des cristaux générés en termes de taille, nature polymorphique et faciès. Une attention plus particulière a été portée sur la nature polymorphique des cristaux formés en regard des conditions thermodynamiques et hydrodynamiques du milieu de cristallisation. En effet, le polymorphisme concerne plus de 80% de molécules pharmaceutiques et l’obtention d’une forme polymorphique non désirée peut avoir des conséquences dramatiques sur la biodisponibilité du médicament ou sur sa stabilité dans le temps. Lors d’une campagne expérimentale de cristallisation, nous avons fait varier la température (313 K et 328 K), la pression (10 et 20 MPa), le rapport molaire solvant/CO2 (2,5 à 15%) et la concentration massique de la solution organique (0,5 à 1,8%). Le caractère original de ce travail est que nous avons également étudié l’influence de la durée de l’étape de cristallisation sur les caractéristiques des cristaux formés. Ce paramètre est particulièrement important et à prendre en compte lors du changement d’échelle. Plusieurs expériences ont été réalisées pour des durées de précipitation différentes, de 4, 5 et 8 h. Nous avons également étudié au préalable les équilibres de phases et mesuré les solubilités du principe actif dans la phase fluide afin de connaître l’état de sursaturation dans le milieu de cristallisation pour toutes les conditions étudiées.

    Les résultats ont montré que dans certaines conditions la forme polymorphique IV (la plus stable à pression ambiante) est obtenue pure alors que dans d’autres conditions elle est obtenue en mélange avec la forme instable I. Nous avons par ailleurs observé une variation des caractéristiques des cristaux en fonction de la durée de l’étape de cristallisation. Dans les conditions correspondant à de faibles sursaturations et à des phénomènes de transfert limités, la forme IV est initialement obtenue alors que la formation de la forme I est ensuite favorisée au cours du temps. Ces résultats démontrent clairement l’importance du contrôle de la durée de l’étape de cristallisation par le procédé SAS.

    Jury :

    Dr. Pascale SUBRA-PATERNAULT           Université de Bordeaux                                  

    Pr. Denis MANGIN                                      Université de Lyon I

    Examinateur :

    Dr. B. CALVIGNAC                                    Université d’Angers

    Directrices de thèse :

    Pr. Elisabeth BADENS                                 Aix-Marseille Université

    Dr. Yasmine MASMOUDI                           Aix-Marseille Université


    21 juillet 2017 - Caractérisation du colmatage chimique et biologique et leurs interactions au sein d’un dispositif de micro-irrigation dans le contexte de la réutilisation des eaux usées épurées en irrigation / Soutenance de thèse Nancy RIZK
    Doctorante: Nancy RIZK

    Date de soutenance: le 21 juillet 2017 à 10h30 au centre IRSTEA de Montpellier

    Résumé des travaux :
    Dans le contexte d’un changement global atteignant les paramètres hydro-écologiques et biodémographiques généraux, la micro-irrigation utilisée en agriculture avec des eaux usées traitées constitue une approche prometteuse visant à réduire les dépenses en eau. Cependant, le colmatage des systèmes de micro-irrigation constitue une contrainte à l’utilisation de ces eaux contenant des micro-organismes, nutriments et sels dissous. Ces contaminants peuvent entrainer des précipitations chimiques avec développement de biofilms qui dégradent les performances des systèmes d’irrigation. Consécutivement on peut ainsi situer les objectifs de cette étude: i) Caractériser la précipitation des sels dissous due aux variations des conditions opératoires le long des systèmes de micro-irrigation, ii) étudier le développement des biofilms par l’utilisation d’une eau usée traitée sous différentes conditions hydrodynamiques, iii) analyser certaines interactions entre la précipitation chimique et le développement du biofilm. En premier lieu une étude a été conduite sur l’impact des paramètres qui influent sur la précipitation chimique, comme la température le pH et la pression partielle du CO2. Cette étude a permis de quantifier l’augmentation de la masse du précipité produit sous forme de calcite (carbonate de calcium) en fonction de l’augmentation du pH et de la température. Les résultats expérimentaux ont permis de valider et de calibrer la modélisation de la précipitation sous PHREEQC. Cette modélisation permet de prédire et de quantifier la précipitation chimique pour une qualité d’eau donnée dans des conditions opératoire variées de pH, de température et de pression partielle du CO2. Des expérimentations ont ensuite été réalisées à l’aide d’un banc d’essai d’irrigation pour étudier l’influence du carbonate de calcium sur la croissance des biofilms au niveau des conduites de micro-irrigation et des goutteurs (organe de distribution). En parallèle un réacteur de Taylor-Couette (RTC) fut utilisé pour étudier l’influence de la contrainte de cisaillement sur le développement des biofilms. Selon la position dans le système d’irrigation, 3 contraintes de cisaillement ont été identifiées puis analysées. Dans la conduite une contrainte de 0.7 Pa a été retenue et 2.2 et 4.4 Pa dans les goutteurs. On constate que le biofilm a tendance à se développer sous la plus forte contrainte de cisaillement. Une précipitation du carbonate de calcium sous forme de calcite, à été observée en interaction avec la croissance du biofilm.

    Mots-clés: Biofilm, carbonate de calcium, contrainte de cisaillement, précipitation chimique, PHREEQC.

    Jury :

    Dr. Nassim AIT MOUHEB Chargé de recherche G-EAU, IRSTEA, Montpellier Examinateur
    Pr. Christophe DAGOT Professeur Université de Limoges Rapporteur
    Dr. Renauld ESCUDIE Directeur de recherche LBE, INRA, Narbonne Rapporteur
    Pr. Marc HERAN Professeur Université de Montpellier Examinateur
    Dr. Bruno MOLLE Ingénieur de Recherche G-EAU, IRSTEA, Montpellier Examinateur
    Pr. Nicolas ROCHE Professeur Université d’Aix-Marseille Directeur de thèse


    5 juillet 2017 - Mise en forme et enrobage d’ingrédients pharmaceutiques par procédés supercritiques / Soutenance de thèse Rania DJERAFI
    Doctorante: Rania DJRAFI

    Date de soutenance: le 5 juillet à 14h30 - Grand Amphi du CEREGE / Arbois

    Résumé des travaux :
    Ce travail de thèse a été dédié à l'élaboration de formulations de médicaments par procédé Supercritique Anti-Solvant (SAS). L'étude a été divisée en deux sections : la production de co-précipités de médicament / polymère en utilisant le procédé SAS et l’enrobage de particules de taille micrométrique en utilisant un lit fluidisé couplé au procédé SAS. L'éthyl cellulose a été choisi comme polymère biocompatible pour la préparation des deux systèmes. La micronisation de l'éthyl cellulose par procédé SAS a été réalisée avec succès ; des particules submicroniques ayant une taille moyenne de 300 nm ont été obtenues. Des formulations composites micronisées, de quercétine et de rifampicine avec de l'éthyl cellulose, ont été élaborées par co-précipitation à pression et température modérées (10 MPa et 35 °C). Selon les conditions opératoires utilisées, des tailles et distributions de taille des particules, des morphologies, mais aussi des taux de cristallinité et des taux de chargement du médicament différents ont été observés. La co-précipitation de la quercétine avec de l'éthyl cellulose a conduit à l'obtention de particules quasi-sphériques amorphes avec une taille moyenne comprise entre 150 et 350 nm et avec une efficacité d'encapsulation élevée allant jusqu'à 98%, permettant ainsi une bonne stabilité dans le temps de la quercétine encapsulée contre l'oxydation. Des co-précipités de taille submicronique chargés par la rifampicine avec des granulométries comprises entre 190 et 230 nm ont été obtenus avec une efficacité d'encapsulation élevée allant jusqu'à 96%. La forme amorphe des co-précipités est restée stable après 6 mois de stockage à 75% d'humidité relative et à température ambiante. Les études de libération in vitro ont montré une libération prolongée de la rifampicine à partir des co-précipités.

    L'étude de faisabilité d'une nouvelle méthode d’enrobage par lit fluidisé en milieu supercritique couplé à l'utilisation du procédé SAS a été réalisée. Ce procédé vert alternatif permet d’enrober des particules micrométriques avec peu d'agglomération et une bonne qualité du film d’enrobage. Des expériences d’enrobage de billes de verre ont été effectuées dans des conditions opératoires variées pour deux configurations d'injection différentes, pulvérisation par le haut ou par le bas de l’autoclave. De meilleurs résultats ont été obtenus dans les expériences de pulvérisation par le haut, notamment en termes de qualité du film d’enrobage. Ce travail de thèse apporte des éléments nouveaux et pertinents pour un meilleur contrôle des procédés d’enrobage en milieu supercritique.

    Mots-clés : Systèmes de délivrance de médicaments, procédé anti-solvant, fluidisation, co-précipitation, enrobage.


    Rapporteurs :

    Pr Jacques FAGES

    Ecole des Mines d’Albi-Carmaux

    Dr Soraya RODRIGUEZ

    Université de Valladolid

    Examinateur :

    Pr Abdeslam MENIAI

    Université de Constantine 3

    Directrices de thèse :

    Pr Elisabeth BADENS

    Aix-Marseille Université – Marseille


    Dr Christelle CRAMPON

    Aix-Marseille Université – Marseille


    Dr Yasmine MASMOUDI

    Aix-Marseille Université – Marseille


    19 Juin 2017 - Le fractionnement supercritique applique à des composes d’intérêt industriel / Soutenance de thèse Cyril DUFOUR
    Doctorant Cyril DUFOUR

    Date de soutenance: Lundi 19 juin 14h30 - Amphi du CEREGE

    Le fractionnement par CO2 supercritique est un procédé séparatif très sélectif mais encore peu exploité à l’échelle industrielle. L’industrie des plantes à parfum est en recherche constante de techniques séparatives permettant la purification de molécules d’intérêt issues d’extraits végétaux. Les travaux de cette thèse ont eu pour objectif de mettre en avant le potentiel du fractionnement supercritique et d’étudier ses performances lorsqu’il est appliqué à des mélanges complexes. L’étude a été focalisée sur la purification du sclaréol contenu dans un mélange complexe. Pour cela, une étude préliminaire a permis d’identifier l’alimentation ayant les propriétés les plus adaptées à un fractionnement supercritique. Des mesures de masses volumiques, de viscosités et d’équilibres de phases ont été réalisées pour caractériser les différents types d’alimentation, mais aussi identifier les conditions opératoires les plus favorables pour mettre en place un fractionnement supercritique sélectif. Par la suite, une première phase expérimentale de fractionnement supercritique a été menée à température constante sur une colonne garnie d’une hauteur utile de 2,6 m pour un diamètre interne de 30 mm. Ces essais ont permis de montrer les paramètres opératoires les plus influents sur la purification du sclaréol. Certains de ces résultats ont pu être modélisés avec succès à l’aide d’un modèle simple. Une seconde phase expérimentale a permis de mettre en évidence l’intérêt d’un reflux interne pour augmenter la sélectivité de la séparation. Enfin, un couplage du fractionnement supercritique avec la distillation moléculaire a été proposé pour ouvrir une nouvelle voie dans la chaîne de purification du sclaréol. Une amélioration significative du taux de pureté en sclaréol et du rendement a été démontrée. 

    Mots clés: fractionnement supercritique, sclaréol, plan d’expériences, modélisation.

    Rapporteurs :
    Dr Séverine CAMY   
    ENSIACET – Toulouse
    Pr Xavier FERNANDEZ   
    Université Nice – Sophia Antipolis

    Examinateur :
    Dr Hubert Alexandre TURC   
    LPSD – CEA Marcoule

    Co-encadrants :
    Mme Claire DELBECQUE   
    Bontoux SAS –Saint-Auban-sur-l’Ouvèze
    M Pierre-Philippe GARRY   
    Bontoux SAS –Saint-Auban-sur-l’Ouvèze

    Directrices de thèse :
    Pr Elisabeth BADENS   
    Aix-Marseille Université – Marseille
    Dr Christelle CRAMPON   
    Aix-Marseille Université – Marseille

    19 Mai 2017 - "Applicabilité de la réduction de modèles à la conception aérothermique collaborative des systèmes d'air secondaire des turbomachines" / Soutenance de thèse Pierre COSTINI
    Doctorant Pierre COSTINI

    Date de soutenance: Vendredi 19 Mai  à 14h00 dans l’amphithéâtre A ( ECM )

    La conception de turboréacteurs nécessite la capacité de réaliser des calculs thermiques couplés instationnaires sur un moteur complet et l'intégralité d'une mission du moteur monté. Pour faire face à ce besoin quotidiennement en bureaux d'études, l'approche de conception actuelle emploie des modèles simplifiés de l'écoulement interne de refroidissement, basés en grande partie sur l'expérience accumulée au cours des programmes moteurs précédents. 
    Les futurs concepts de moteurs, attendus comme plus en rupture avec les architectures actuelles, risquent par conséquent de sortir du domaine de validité de ces modèles simplifiés. Ceci crée un besoin pour des approches de modélisation alternatives afin de faire face à ces situations hors domaine d'expérience.\par 
    Les méthodes actuelles de calcul haute fidélité impliquant des calculs de mécanique des fluides numérique sont suffisamment générales et précises pour être appliquées à ces problématiques. Néanmoins, ces approches souffrent toujours d'un temps de restitution inadapté pour traiter de longs calculs couplés transitoire sur une mission complète en bureaux d'études. Une réponse séduisante à cette contradiction serait la construction de modèles de remplacement moins coûteux à partir de l'exploitation en amont de ces modèles haute fidélité. Ces modèles de coût réduit pourraient ensuite être intégrés dans un modèle simplifié d'écoulement dans le système d'air secondaire. Cette solution est explorée dans cette thèse qui investigue son applicabilité pour la modélisation aérothermique d'ensemble. 
    Dans le contexte industriel, les approches de réduction de modèles non intrusives sont favorisées. Elles se heurtent toutefois rapidement au "fléau de la dimensions" lorsque le nombre de paramètres d'entrée augmente, comme c'est le cas en pratique pour espérer les utiliser en bureaux d'études. Pour contourner cette difficulté, une approche basée sur l'application de la Décomposition Orthogonale en modes Propres pour réduire simultanément les dimensions des espaces d'entrée et de sortie est  proposée puis appliquée sur un cas simple de cavité aval de turbine basse pression fictive. Cette approche est rendue possible par le couplage des modèles de référence de l'écoulement et de la structure lors de la phase d'échantillonnage. A conditions limites d'entrée du fluide fixées, les modèles réduits construits à partir des premiers échantillons de couplage permettent une bonne approximation du modèle de référence jusqu'à la convergence. Des résultats encourageants sont obtenus à conditions limites variables, ouvrant la voie à une intégration de ces modèles réduits dans des modèles d'ensemble.
    Mots clés : turboréacteur, système d'air secondaire, réduction de modèle, modèle de remplacement, écoulement, Kriging, ANOVA, décomposition orthogonale en modes propres, couplage, thermique d'ensemble, réseau fluide


    M. Pierre SAGAUT Université Aix-Marseille Directeur de these
    Mme Maria Vittoria SALVETTI Università di Pisa Rapporteur
    M. Angelo IOLLO Université de Bordeaux et Inria Bordeaux Sud-Ouest Rapporteur
    M. Eric SERRE Université Aix-Marseille, CNRS Examinateur
    M. Sébastien DA VEIGA Safran Tech Examinateur
    M. Jean-Christophe JOUHAUD CERFACS Examinateur
    M. Michel BERGMANN INRIA Examinateur
    M. Thomas FEDERICI Safran Tech Invité
    15 Décembre 2016 - "Développement d'un dispositif de production et de purification portatif d'un médicament : Application à la mucoviscidose" / Soutenance de thèse Sophie ARENILLAS
    Doctorant: Sophie ARENILLAS

    Date de soutenance: jeudi 15 décembre à 10h à l'Europôle de l'Arbois (huit clos)

    La mucoviscidose est une maladie génétique mortelle qui limite ou empêche la production de composés antimicrobiens tels que l’hypothiocyanite (OSCN-) et la lactoferrine. L’objectif de cette étude est de produire un médicament contenant ces deux composés antimicrobiens (10 mL). Cependant l’hypothiocyanite est instable et nécessite une production juste avant administration. Pour cela, une unité de production de médicament portable, destinée à une utilisation par le patient à domicile, est développée avec un appareil réutilisable comprenant le système de pilotage du procédé et une cassette jetable composée par le circuit fluidique et le module membranaire. Le développement du circuit fluidique associé à un module membranaire nécessaire à la purification de l’hypothiocyanite, présent dans le milieu réactionnel, en prenant en compte les contraintes pharmaceutiques, constitue le verrou scientifique et technologique de cette thèse. Au travers de deux géométries membranaires testées, l’étude des paramètres opératoires pour la réalisation de la réaction enzymatique (mécanique des fluides, ultrafiltration, réaction) a permis de mieux appréhender et d’optimiser la production d’hypothiocyanite mais aussi de mettre en évidence les paramètres clés de l’élimination de la glycérine, présente initialement dans les membranes. En parallèle des essais cliniques modifiant les contraintes imposées, l’unité de production et la cassette jetable développées ont permis d’obtenir des résultats proches de ces nouvelles contraintes.

    Philippe BORDEAU, Directeur de recherche, Alaxia, Lyon

    Eric FAVRE,  Professeur des Universités, LRGP, Nancy
    Emmanuel MONNIN, Chef de projet, Eveon, Montbonnot Saint Martin
    Philippe MOULIN, Professeur des Universités, Aix Marseille Université
    Christophe SERRA, Professeur des Universités, Institut Charles Sadron, Strasbourg
    Christelle WISNIEWSKI, Professeur des Universités, Faculté des Sciences pharmaceutique et biologiques, Montpellier
    16 novembre 2016 - "Modélisation et simulation numérique d’écoulements au voisinage de parois biologiques ciliées et de revêtements aéronautiques bioinspirés" / HDR Julien FAVIER
    Soutenance HDR:  Julien FAVIER

    Date de soutenance: Mercredi 16 novembre dans l’amphithéâtre ECM

    Cette présentation synthétisera dix années de recherche en simulation numérique d’écoulements de fluides en interaction avec des structures à géométries complexes ou déformables. Ce travail comprend une composante méthodologique numérique forte, centrée sur les frontières immergées. Le premier domaine d’application concerne l’étude des écoulements biologiques, avec la nage de micro-organismes par propulsion ciliaire et le transport de fluide par cellules épithéliales ciliées dans le corps humain. L’autre secteur applicatif de ces recherches concerne l’amélioration de performances aérodynamiques, par le développement de concepts de contrôle d’écoulements biomimétiques, avec l’étude de revêtements aéronautiques inspirés de plumage ou de peaux d’animaux.

    Le jury sera composé de :

    Jean-Paul Bonnet (Rapporteur)
    Alessandro Bottaro 
    Pascal Chanez 
    Bastien Chopard (Rapporteur)
    Uwe Ehrenstein 
    Franck Nicoud (Rapporteur)
    Alfredo Pinelli 
    Pierre Sagaut
    9 décembre 2016 - "Etude du couplage d'un procédé d'oxydation en voie humide et d'un bioprocédé à biofilm aérobie en lit fixe pour le traitement de composés organiques réfractaires aux traitements conventionnels" / Soutenance de thèse Marine MINIERE
    Doctorant: Marine MINIERE

    Date de soutenance: le vendredi 9 décembre à 9h dans l'amphithéâtre du CEREGE à l'Europôle de l'Arbois. 

    Résumé :

        Le couplage d’une oxydation en voie humide (OVH) et d’un réacteur à biofilm aérobie en lit fixe (PBBR) a été étudié afin d’évaluer sa faisabilité pour le traitement d’un effluent donné, d’une part, et de modéliser et simuler le procédé couplé en vue de l’évaluation de ses performances énergétiques et de son coût d’investissement, d’autre part. Afin de valider la démarche, deux composés modèles ont été sélectionnés : le phénol, représentatif des margines, et le colorant Acid Orange 7, représentatif de certains effluents textiles.
          Dans un premier temps, l’OVH du composé modèle a été étudiée afin de sélectionner des conditions opératoires permettant la formation d’un effluent adapté au traitement biologique. Des PBBR ont ensuite été développés : l’influence de l’acclimatation au composé modèle et de la configuration du réacteur (courant descendant ou ascendant) a été étudiée. Enfin, les PBBR ont été alimentés par l’effluent pré-oxydé afin de conclure sur la faisabilité du procédé couplé. Dans un second temps, l’OVH du composé modèle a été simulée sur ProsimPlus® via des données thermodynamiques, hydrodynamiques et cinétiques – issues de la littérature et/ou expérimentales. De même, un modèle de PBBR a été développé à partir de données physiques et cinétiques issues de la littérature, a été validé expérimentalement, puis implémenté sur ce même logiciel. Ainsi, le traitement par procédé couplé OVH – PBBR des effluents sélectionnés a été simulé. Dans les deux cas, la faisabilité du couplage OVH – PBBR a été démontrée expérimentalement, le réacteur biologique permettant d’affiner le traitement du composé modèle et/ou du COT, avec des abattements allant jusqu’à 99% et 96% respectivement. De plus, via les simulations, un bilan énergétique positif a été déterminé – indiquant le potentiel autothermique du procédé couplé – ainsi qu’une économie significative sur le coût d’investissement de l’OVH, validant ainsi l’intérêt du couplage.

    Le jury sera composé de :

    Mme Laure MALLERET, maître de conférence, Aix Marseille Université

    M. Florent CHAZARENC, maître assistant, Ecole des Mines de Nantes

    Mme Esther ALONSO, Professeur, Université de Valladolid

    M. Eric OLMOS, Professeur, Université de Lorraine

    M. Olivier BOUTIN, Professeur, Aix Marseille Université

    Mme Audrey SORIC, Maître de conférence, Ecole Centrale Marseille

    8 novembre 2016 - "Immersed Boundary model for the simulation of fluid flows in interaction with moving porous structures" / Soutenance de thèse Marianna PEPONA
    Doctorant: Marianna PEPONA

    Date de soutenance: Mardi  8 novembre dans l’amphithéâtre ECM

    A wide spectrum of engineering problems is concerned with fluid flows in interaction with porous structures, ranging from small length-scale problems - encountered, for instance, in biological and biomedical applications - to large ones - for example, in aeronautics. These structures, often of complex geometry, may move/deform in response to the forces exerted by the surrounding flow. Despite the advancements in computational fluid dynamics, the numerical simulation of such configurations - a valuable tool for the study of the flow physics involved - remains a challenging task.

    The aim of the present work is to propose a numerical model for the macroscopic simulation of fluid flows interacting with moving porous media of complex geometry, that is easy to implement and can be used in a range of applications. To achieve this, the lattice Boltzmann method is employed for solving the flow in porous media at the representative elementary volume scale. For the implementation of the desired body motion, the concept of the Immersed Boundary method is adopted. In this context, a novel model is proposed for dealing with moving volumetric porous media, whose resistance to the surrounding flow obeys the Brinkman-Forchheimer- extended Darcy law. This generalized porous model is suitable for both low- and high-velocity flows, where the near wall effects are crucial.

    To validate this novel simulation technique, several configurations have been considered. The algorithm is initially tested for flow past a static cylinder. The simplicity of this academic test case allows us to assess in detail the accuracy of the proposed method. The model is later used to simulate fluid flows around and through moving porous bodies, both in a confined geometry and in open space. We are able to demonstrate the Galilean invariance of the macroscopic volume-averaged flow governing equations. Excellent agreement with reference results is obtained in all cases.

    The present model forms the numerical base for simulating fluid flows interacting with deformable porous media.

    Le jury sera composé de :

    Julien FAVIER 
    Li-Shi LUO (Rapporteur)
    Orestis MALASPINAS 
    Alfredo PINELLI 
    Pierre SAGAUT 
    Stéphane ZALESKI (Rapporteur)

    26 July 2016 - "Suivi de réactions biochimiques par calorimétrie en vue de la production de biocarburants de 2ème génération" / Soutenance de thèse Djida Tafoukt
    Doctorant: Djida TAFOUKT

    Directeurs de thèse: 

    M. Jean-Henry FERRASSE, Dr, Université Aix Marseille

    Mme Audrey SORIC, Dr, Ecole Centrale de Marseille

    Date de soutenance: Mardi  6 juillet à 10h00 dans l’amphithéâtre  du CEREGE à l'europôle de l'Arbois


    The potential of isothermal calorimetry to monitor biochemical transformation such as enzymatic hydrolysis is tested. Isothermal calorimetry is an effective method to determine the optimum temperature of the enzymes used for hydrolysis and to highlight the amount of substrate and enzyme ratio, an important parameter of the hydrolysis yield. Furthermore it has been determined that a better enzyme cocktail consisting of Cellulases + Cellobiose Dehydrogenase (CDH)  allows the production of gluconic acid, which could improve the attractiveness of these biofuels. In the same run, the heat of hydrolysis of wheat straw has been measured for the first time. The value of this heat is very low and in the same order of magnitude than a standard cellobiose. By deriving the calorimetric signal, consistant kinetic parameters for hydrolysis have been obtained. 

    The effect of cellulases + CDH on wheat straw is that this enzyme cocktail is faster at 45 °C in the range of temperatures tested with a rate of 7,36 ± 0,62 mmol/L.min. In addition, runs with a reaction calorimeter of 1L showed that even if not  measured accurately, the heat generated by the hydrolysis reaction and fermentation gives a clear indication of the development and advancement of these reactions.

    Le jury sera composé de :

    M. Jean-Louis FANLO, Pr, École des Mines d’Alès

    M. Marc HERAN, Pr, Université de Montpellier

    M. Jean-Claude SIGOILLOT, Pr, Université Aix Marseille 

    M. Erwin FRANQUET, Dr, Université de Pau et des Pays de l’Amour

    M. Jean-Henry FERRASSE, Dr, Université Aix Marseille

    Mme Audrey SORIC, Dr, Ecole Centrale de Marseille

    6 Juillet 2016 - "Conception et mise en place d'un co-gazéifieur pilote de mélanges boues - déchet en lit fluidisé bouillonnant " / Soutenance de thèse Salah AKKACHE
    Doctorant: Salah AKKACHE

    Directeur de thèse:  Nicolas ROCHE
    Co-Directeur de thèse:  Jean-Henry FERRASSE

    Date de soutenance: Mercredi  06 juillet à 10h30 dans l’amphithéâtre  du CEREGE à l'europôle de l'Arbois


           Les boues de stations d’épurations sont un combustible difficile à valoriser par voie thermochimique à cause des fortes teneurs en eau, en azote et en fraction minérale. La co-gazéification avec d’autres gisements pourrait compenser ces faiblesses. Afin d’étudier la faisabilité de ce procédé, un pilote industriel de de co-gazéification en lit fluidisé bouillonnant est conçu.

           Six co-combustibles potentiels ont été présélectionnés, à partir d’un large panel de gisements issus de la région PACA. La démarche expérimentale de ce travail concerne trois volets principaux qui consistent à :

    I. Etudier la faisabilité technique de co-gazéification à l’échelle laboratoire en vue de déterminer quel co-combustible est apte à compenser les faiblesses que présentent les boues.

    II. Dimensionner du réacteur de co-gazéification en lit fluidisé.

    III. Etudier le comportement en fluidisation des gisements sélectionnés dans une maquette à température ambiante en mélange avec du sable.

           Les résultats indiquent que les tous les gisements retenus sont apte à être valorisés par co-gazéification. L’aptitude à la fluidisation des combustibles seuls est médiocre, l’utilisation de sable permet de l’améliorer. Un critère prédictif de la capacité maximale des lits fluidisés à contenir des déchets a été développé, une corrélation prédictive de la vitesse minimum de fluidisation de mélanges dissimilaires est également proposée. La teneur en combustible ne doit pas excéder les 10% en masse pour garantir une fluidisation correcte. Une vitesse de trois fois la vitesse minimale de fluidisation de l’inerte est la limite basse qui garantit un bon mélange.

    Jury :


    Frediric MARIAS      Pr Université de Pau

    Ange NZIHOU         Pr Ecole des Mines d'Albi-Carmaux 


    Franck GELIX          Dr Veolia Recherche Innovation

    6 Avril 2016 - “Etude et Modélisation des Forces Fluides Fluctuantes s’Exerçant sur les Crayons Combustibles en Réacteur à Eau Pressurisée” / Soutenance de thèse Saptarshi BHATTACHARJEE
    Doctorant: Saptarshi BHATTACHARJEE (soutenance en anglais)

    Directeur de thèse:  Stéphane VIAZZO
    M2P2, CNRS, Aix-Marseille Université, 13451 Marseille

    Co-Directeur de thèse:  Guillaume RICCIARDI
    CEA Cadarache, DTN/STCP/LHC, 13108 St. Paul lez Durance  

    Date de soutenance: le 6 Avril 2016 à 14h au  Chateau de Cadarache, CEA Cadarache, 13115 St Paul lez Durance

    Les vibrations induites par l’écoulement dans le cœur du réacteur à eau pressurisée (REP) peuvent provoquer une usure par frottement des crayons combustibles par friction au niveau des contacts entre la cellule de grille et les crayons des assemblages combustibles. Cela peut entraîner des dommages irréversibles de la gaine du crayon combustible et compromettre la première barrière de sûreté du réacteur. Assurer l’intégrité de la gaine est une préoccupation majeure dans la sûreté du réacteur. Par conséquent, il est n´nécessaire d’améliorer les connaissances sur les forces fluides agissant sur les crayons. Cependant, les spectres d’excitation de ces forces fluides ne sont pas bien connus. Le but de cette thèse est d’utiliser des éléments géométriques simples pour reproduire des cellules de grilles d’un REP. Tout d’abord, des simulations des grandes échelles ont été effectuées sur une conduite annulaire concentrique avec différents maillages en utilisant le code TrioCFD (précédammant Trio_U) développé par le CEA. Une étude de sensibilité de maillage a été réalisée afin de proposer un maillage reproduisant correctement les résultats de la  littérature. Ces informations de résolution de maillage ont été utilisées lors de la réalisation des simulations en utilisant divers obstacles géométriques intérieurs à la conduite, i.e., des ailettes de mélange, une grille circulaire et une combinaison de grille carrée et d’ailettes de mélange. La dernière des trois configurations est la plus proche d’un REP. Un maillage structuré a été généré dans le cas de la conduite annulaire et dans le cas de la grille circulaire. Un maillage hybride a été utilisé dans le cas des ailettes de mélange et dans le cas de cellule de grille carrée : le maillage est non-structuré autour des obstacles et structuré dans le reste du domaine. La paroi interne du domaine représente la gaine du crayon combustible. Les caractéristiques hydrauliques ainsi que la pression pariétale ont été analysées dans chaque cas. Il apparaît que la grille carrée est une combinaison approximative du cas des ailettes de mélange et du cas de la grille circulaire. Les résultats des simulations ont été comparés avec des mesures réalisées au CEA Cadarache. De plus, des comparaisons préliminaires ont été effectuées avec certains modèles empiriques classiques.  

    Mots-clés : simulation des grandes échelles, fluctuations de pression pariétale, cellule de grille, ailettes de mélange, CFD, Trio_U, TrioCFD.
    29 Janvier 2016 - "Imprégnation supercritique pour l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments" / Soutenance de thèse Abir BOULEDJOUIDJA
    Doctorante: Abir BOULEDJOUIDJA

    Directrices de thèse:

    Pr. Elisabeth BADENS AMU

    Dr. Yasmine MASMOUDI AMU

    Date de soutenance: le 29 Janvier 2016 à 10h à l’Amphithéatre du CEREGE sur le site de l’Europôle de l’Arbois à Aix en Provence.

    Le procédé d’imprégnation en milieu supercritique est une alternative « propre » à l’imprégnation par voie liquide. Entre autres applications, les procédés d’imprégnation peuvent être utilisés pour l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments appliqués aux domaines pharmaceutique et médical. Cette étude porte sur l’élaboration de systèmes de délivrance de médicaments en utilisant l'imprégnation supercritique de principes actifs sur deux types de supports : des matrices polymériques (lentilles intraoculaires) et des matrices poreuses (silice mésoporeuse). Dans le premier cas, des lentilles polymériques intraoculaires (IOLs), utilisées pour la chirurgie de la cataracte, ont été imprégnées par un anti-inflammatoire (Dexaméthasone 21-phosphate disodium: DXP) et un antibiotique (Ciprofloxacine: CIP). Plus particulièrement, deux types de lentilles ont été étudiés : des IOLs rigides à base de PMMA et des IOLs souples à base de P-HEMA. Les expériences d'imprégnation supercritique ont été effectuées en mode batch et les taux d'imprégnation ont été déterminés par des études de cinétique de relargage des principes actifs dans une solution simulant l’humeur aqueuse. L’influence des conditions opératoires sur l’efficacité de l’imprégnation a été étudiée en réalisant des expériences d’imprégnation préliminaires suivies par des plans d’expériences. Des lentilles transparentes présentant une imprégnation effective ont été obtenues. Les taux d’imprégnation les plus élevés obtenus pour l’imprégnation du DXP et CIP dans le PMMA sont de 18,3 et 2,8 µgdrug /mgIOL respectivement et les taux d’imprégnation les plus élevés obtenus pour l’imprégnation du DXP et CIP avec le P-HEMA sont de 14,5 et 4,1 µgdrug /mgIOL respectivement. Ces résultats indiquent une plus grande affinité du DXP pour les PMMA et P-HEMA IOLs que pour la CIP, ce qui a été confirmé par les valeurs du coefficient de partage obtenues. En dépit de la faible solubilité de chaque principe actif dans la phase fluide, une imprégnation homogène et en profondeur dans les IOLs (PMMA et P-HEMA) a été observée. Un relargage prolongé dans le temps durant 40 jours a été obtenu pour la plupart des expériences d'imprégnation (pour les deux types d'IOLs). Dans le second cas, une silice mésoporeuse a été utilisée comme support d’imprégnation pour un médicament faiblement hydrosoluble (Fénofibrate), afin d’augmenter sa cinétique de dissolution. L’imprégnation supercritique a été effectuée avec le CO2 pur en faisant varier la pression entre 100 et 200 bar et les conditions de dépressurisation (rapide et lente). Tandis que l’imprégnation supercritique a permis d’obtenir des taux d’imprégnation pouvant atteindre 485 µgdrug/mgIOL durant 120 min d’imprégnation, l’imprégnation conventionnelle a permis d'obtenir des taux de 300 µgdrug/mgsilica après une imprégnation de 48 h. Un faible degré de cristallinité (de l’ordre de 1%) comparable pour les deux techniques d’imprégnation a été obtenu.

    Mots-clés: systèmes de délivrance de médicament, imprégnation supercritique, lentilles intraoculaires, silice mésoporeuse.

    Discipline : GÉNIE DES PROCÉDÉS

    La soutenance se fera devant le jury suivant
              Dr. Stéphane SARRADE, CEA Saclay - Saclay  
              Dr. Vivek TRIVEDI,  Université de Greenwich - Londres  
    Directrices de thèse:
              Pr. Elisabeth BADENS, AMU - Marseille
              Dr. Yasmine MASMOUDI, AMU - Marseille
              Pr. Abdeslam MENIAI, Université Constantine 3 - Constantine
              Pr. Michelle SERGENT, AMU - Marseille
    Membre invité:      
              D. Olivier FORZANO, Hôpital de la Timone - Marseille

    10 Décembre 2015 - "Numerical Modeling of Fluid-Structure Interaction in Bio-Inspired Propulsion" / Soutenance de thèse Thomas ENGELS
    Author: Thomas ENGELS

    Jointly supervised thesis (thèse en cotutelle)
    Supervisor (France): Prof. Kai Schneider, Aix-Marseille Université
    Supervisor (Germany): Prof. Jörn Sesterhenn, Technische Universität Berlin

    Date de soutenance: le jeudi 10 décembre 2015 à 15h00, Amphi 2 de l'Ecole Centrale.

    Flying and swimming animals have developed efficient ways to produce the fluid flow that generates the desired forces for their locomotion. These bio-inspired problems couple fluid dynamics and solid mechanics with complex geometries and kinematics. The present thesis is placed in this interdisciplinary context and uses numerical simulations to study these fluid-structure interaction problems with applications in insect flight and swimming fish. Based on existing work on rigid moving obstacles, using an efficient Fourier discretization, a numerical method has been developed, which allows the simulation of flexible, deforming obstacles as well, and provides enhanced versatility and accuracy in the case of rigid obstacles. The method relies on the volume penalization method and the fluid discretization is still based on a Fourier discretization. The code, designed to run on massively parallel supercomputers, is entirely open source and freely available on the internet. We first apply this method to insects with rigid wings, where the body and other details, such as the legs and antennae, can be included. After presenting detailed validation tests, we proceed to studying a bumblebee model in fully developed turbulent flow. Our simulations show that turbulent perturbations affect flapping insects in a different way than human-designed fixed-wing aircrafts. While in the latter, upstream perturbations can cause transitions in the boundary layer, the former do not present systematical changes in aerodynamic forces. We conclude that insects rather face control problems in a turbulent environment than a deterioration in force production. In the next step, we design a solid model, based on a one-dimensional beam equation, and simulate coupled fluid-solid systems. Applications deal, in a two-dimensional setup, with insect flight, but also with simplified three-dimensional models for swimming fish. In these 'swimmers', consisting of a flexible plate with one rigid direction, we study the influence of the shape on the hydrodynamic efficiency. A contracting shape, as found in some amphibians, is found to swim faster and require less power than an expanding shape, which is more similar to most caudal fins observed in fish. We present evidence that this finding can be explained by a favorable interaction with the tip-vortices in the case of the contracting shape.

    Thesis comite:
    Rapporteur: Prof. Angelo Iollo, Université de Bordeaux, France
    Rapporteur: Prof. Hao Liu, Chiba University, Japan
    Examinateur: Prof. Marie Farge, ENS Paris, France
    Examinateur: Prof. Fritz-Olaf Lehmann, Universität Rostock, Germany
    Invité: Dr. Dmitry Kolomenskiy, JSPS Fellow, Chiba University, Japan
    Directeur de thèse: Prof. Kai Schneider, Aix-Marseille Université, France
    Directeur de thèse: Prof. Jörn Sesterhenn, Technische Universität Berlin, Germany

    11 Décembre 2015 - "Étude des vitesses de dérive fluides dans le plasma de bord des tokamaks : Modélisation numérique et comparaison simulation/expérience" / Soutenance de thèse Robin LEYBROS
    Doctorant: Robin LEYBROS

    Directeur de thèse : Patrick Bontoux
    Codirecteur de thèse : Guido Ciraolo
    Codirectrice de thèse : Pascale Hennequin

    Date de soutenance: le vendredi 11 décembre 2015 à 10h30, Amphi 3 de l'Ecole Centrale.

    Le transport des particules et de la chaleur dans la zone de bord des tokamaks joue un rôle déterminant à la fois sur les performances du plasma confiné et sur l’extraction de la puissance et ainsi la durée de vie des composants face au plasma. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, qui porte sur le rôle joué par les écoulements transverses au champ magnétique dans l’équilibre entre dynamique parallèle et dynamique perpendiculaire qui régit la région périphérique d’un tokamak. Ces écoulements peuvent produire des asymétries poloidales du dépôt de chaleur et de particules sur les composants face au plasma, et plus généralement des asymétries des diverses quantités dans le plasma. Les vitesses de dérive radiale sont d’origine électrique (liées à la présence d'un champ électrique radial résultant de l’équilibre des charges) ou liées aux effets de la géométrie toroïdale induisant une inhomogénéité du champ magnétique (vitesse de gradient-courbure). Pour progresser dans la compréhension de ces phénomènes, la modélisation numérique du transport et de la turbulence en géométrie complexe est indispensable. En complément, des outils de diagnostic synthétique permettant de modéliser les processus de mesure dans les plasmas numériques sont développés pour permettre une comparaison réaliste entre modèles et expériences. La modélisation des vitesses de dérive perpendiculaire a été introduite dans le code SOLEDGE2D décrivant le transport de la densité, quantité de mouvement et énergie d’un plasma de tokamak. Nous avons d’abord étudié l'impact d'un champ électrique prescrit sur les équilibres plasma, pour comprendre les mécanismes à l'origine des asymétries du plasma et étudier l'établissement d'écoulement parallèle et d'asymétrie du dépôt de chaleur sur les composants face au plasma. Nous avons ensuite implémenté un modèle auto-consistant de résolution du potentiel électrique dans les équations fluides de SOLEDGE2D afin de comprendre l'équilibre du champ électrique et d'étudier l'effet de la configuration magnétique du tokamak et de la vitesse de gradient-courbure sur ce dernier. Dans la deuxième partie de cette thèse, un diagnostic synthétique permettant de modéliser les mesures expérimentales de rétro-diffusion Doppler a été développé et testé en vue d'être appliqué aux simulations du code fluide 3D turbulent, TOKAM3X. Ce diagnostic permet de mesurer la vitesse perpendiculaire du plasma à partir du mouvement des fluctuations de densité. Il a été utilisé ici pour comparer les asymétries de vitesse observées expérimentalement aux asymétries mesurées dans les simulations numériques.

    M. Giovanni MANFREDI, Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (rapporteur)
    M. Ulrich STROTH, Institut Plasma Physik, Garching, Allemagne (rapporteur)
    M. Benoit LABIT,  Ecole Polytechnique de Lausanne, Suisse (examinateur)
    M. Paolo INNOCENTE, Consorzio RFX, Padoue, Italie (examinateur)
    M. Guido CIRAOLO, IRFM et M2P2/École Centrale Marseille, France (codirecteur de thèse)
    Mme Pascale HENNEQUIN, Laboratoire de Physique des Plasmas, Palaiseau, France. (codirectrice de thèse)
    M. Philippe GHENDRIH, IRFM Cadarache, France (examinateur)
    M. Patrick BONTOUX , M2P2, Marseille, France (directeur de thèse)

    11 Décembre 2015 - "Traitement d’effluents nucléaires aqueux : étude de la dégradation des membranes d’osmose inverse sous irradiation gamma" / Soutenance de thèse Nicolas Combernoux
    Doctorant: Nicolas COMBERNOUX

    Date de soutenance: le 11 décembre 2015 à 9h30 à l’Amphithéatre du CEREGE sur le site de l’Europôle de l’Arbois à Aix en Provence.

    Le jury sera composé de :
    Emmanuel Balanzat
    Directeur de recherche, CIMAP 
    Emilie Carretier
    Maître de conférences, Aix Marseille Université
    Benny Freeman
    Professeur, Université Austin, Texas, USA
    Véronique Labed
    Ingénieur chercheur, CEA
    Philippe Moulin
    Professeur, Aix Marseille Université
    Stéphane Pellet-Rostaing
    Directeur de recherche, ICSM
    Hélène Schneider
    Ingénieur chercheur, EDF
    Luc Schrive
    Ingénieur chercheur, CEA
    Alexandre Ragouilliaux
    Ingénieur chercheur, AREVA
    Yvan Wyart
    Maître de conférences, Aix Marseille Université

    10 November 2015 - "Turbulent transport modeling in the edge plasma of tokamaks : V&V, Simulation and Synthetic Diagnostics"/ Soutenance de thèse: Clothilde Colin-Bellot
    Doctorant: Clothilde COLIN-BELLOT

    Directeurs de thèse: Eric SERRE
    Co-directeur de thèse: Frédéric SCHWANDER

    Date de soutenance: le 10 novembre 2015 à 10h, Amphi A, zone de l'Equerre de l'école Centrale.

    Abstract: The possibility to produce power by using magnetically confined fusion is a scientific and technological challenge. The perspective of ITER conveys strong signals to intensify modeling effort on magnetized fusion plasmas. The success of the fusion operation is conditioned by the quality of plasma confinement in the core of the reactor and by the control of plasma exhaust on the wall. Both phenomena are related to turbulent cross-field transport that is at the heart of the notion of magnetic confinement studies, particle and heat losses. The study of edge phenomena is therefore complicated by a particularly complex magnetic geometry.
    This calls for an improvement of our capacity to develop numerical tools able to reproduce turbulent transport properties reliable to predict particle and energy fluxes on the plasma facing components. This thesis introduces the TOKAM3X fluid model to simulate edge plasma turbulence. A special focus is made on the Verification and the Validation of fluid code. It is a necessary step before using a code as a predictive tool.
    Then new insights on physical properties of the edge plasma turbulence are explored. In particular, the poloidal asymmetries induced by turbulence and observed experimentally in the Low-Field-Side of the devices are investigated in details. Great care is dedicated to the reproduction of the MISTRAL base case which consists in changing the magnetic configuration and observing the impact on parallel flows in the poloidal plane. The simulations recover experimental measurements and provide new insights on the effect of the plasma-wall contact position location on the turbulent features, which were not accessible in experiments.
    At the present time, a link between simulations and experiments is still missing. This issue is due to the geometrical complexity of the edge plasma and to the complexity of experimental measurements themselves which are often indirect (using models) and sometimes perturbative. One way to improve this point is to implement synthetic diagnostics in numerical simulations. In this work, we focus on the main diagnostic used in edge plasma measurements which is the Langmuir probe (LP). Various synthetic probes have be implemented in the 2D fluid turbulence code TOKAM-2D in order to clarify the physical variables actually measured by LPs and the perturbations induced by the presence of the probe on turbulence.

    - Jury president :   Etienne Gravier, Prof IJL (Nancy)
    -  Reviewers :        Bruce Lipschultz, Prof York University (York)
                                  Alberto Loarte, Dr ITER Organization(St Paul lèz durance)
     -  Advisor :           Eric Serre, DR CNRS CNRS-M2P2 (Marseille)
                                  Frédéric Schwander, MdC Ecole Centrale Marseille-M2P2
     - Advisor CEA :    Patrick Tamain Dr CEA-IRFM (St Paul lèz durance)

    19 October 2015 - "Une méthode multidomaine parallèle pour les écoulements incompressibles en géometries cylindriques : application aux écoulements turbulents soumis à la rotation" / Soutenance de thèse: Romain OGUIC
    Doctorant: Romain OGUIC

    Directeurs de thèse: Stéphane VIAZZO
    Co-directeur de thèse: Sébastien PONCET

    Date de soutenance: le Lundi 19 octobre 2015 à 14h00 au M2P2

    Résumé: Ce travail concerne l’étude d’écoulements incompressibles soumis à la rotation avec un solveur haute précision dans des géométries semi-complexes. La technique numérique mise en oeuvre tout au long de cette thèse combine des schémas compacts, une méthode de projection multidomaine directe et un traitement efficace de la singularité à l’axe basée sur des conditions de parité dans l’espace de Fourier. Cette singularité mathématique est due à l’utilisation des coordonnées cylindriques. Afin de limiter les temps de calcul, le solveur a été parallélisé avec une approche hybride MPI-OpenMP. Dans un premier temps, les précisions spatiale et temporelle de la méthode numérique ainsi que la scalabilité du solveur ont été vérifiées. Puis, la capacité du solveur à traiter des écoulements plus complexes a été évaluée. Des écoulements de type éclatement tourbillonnaire et un écoulement turbulent en conduite cylindrique ont été considérés. Dans un second temps, plusieurs écoulements typiques des machines tournantes et des turbomachines ont été étudiés. Le premier écoulement est un écoulement turbulent incompressible et isotherme dans un étage simplifié d’un compresseur haute pression d’une turbine à gaz. Les simulations menées ont permis de mettre en évidence l’effet de la rotation sur l’écoulement, notamment sur les instabilités se développant le long des parois et sur les différentes structures cohérentes. Le second cas traité est un écoulement turbulent de jet impactant un disque en rotation avec un fort confinement et transfert thermique. Une attention particulière a été portée sur les champs hydrodynamiques et thermique le long du rotor. Enfin, une étude préliminaire d’un jet turbulent impactant un disque fixe d’épaisseur non nulle dans une configuration moins contrainte et avec prise en compte du couplage conduction / convection a été réalisée.

    Mots clés : Singularité à l’axe, Méthode de projection multidomaine, Parallélisation hybride, Ecoulement soumis à la rotation, Turbulence, Transfert thermique.

    Prof. Souad HARMAND Université de Valenciennes, TEMPO (Rapporteur)
    Prof. Eric LAMBALLAIS Université de Poitiers, PPRIME (Rapporteur)
    Dr. Stéphane ABIDE Université de Perpignan, LAMPS (Examinateur)
    Dr. Sofiane BENHAMADOUCHE EDF, Chatou (Examinateur)
    Prof. Richard PASQUETTI Université de Nice, LJAD (Examinateur)
    Prof. Pierre SAGAUT Aix-Marseille Université, M2P2 (Examinateur)
    Dr. Stéphane VIAZZO Aix-Marseille Université, M2P2 (Directeur de thèse)
    Dr. Sébastien PONCET Université de Sherbrooke, Canada (Co-directeur de thèse)
    28 May 2015 - "Formes d'une vésicule en géométrie confinée" / Soutenance de thèse: Roberto TROZZO
    Doctorant: Roberto TROZZO

    Directeurs de thèse: Marc  JAEGER

    Date de soutenance: le jeudi 28 mai à 14 heures, dans l'amphi 3A de l'Ecole Centrale

    Résumé: Les vésicules sont des gouttes de rayon de quelques dizaines de micromètres, limitées par une membrane lipidique imperméable d'environ 4 nm d'épaisseur, et immergées dans un fluide visqueux externe. Les propriétés spécifiques de la membrane de la vésicule rendent le système très déformable et très contraint dans le même temps. Les vésicules représentent également un modèle simplifié intéressant pour les globules rouges, car ils partagent aussi certains comportements mécaniques similaires. Mon étude s’intéresse à la modélisation d'une vésicule soumise à des contraintes externes d'origine hydrodynamique, dans le régime Stokes et dans des domaines confinés. À partir d'un modèle BEM déjà existant pour des fluides infinis, des méthodes numériques originales sont développés pour faire face au calcul des interactions entre la membrane de la vésicule et les frontières solides. Une attention particulière est accordée à la situation d'une vésicule qui sédimente vers un mur horizontal et une vésicule soumise à un écoulement de Poiseuille dans un capillaire étroit.

    Abstract: Vesicles are drops of radius of a few tens micrometers, bounded by an impermeable lipid membrane of approximately 4 nm thickness, and embedded in an external viscous fluid. The specific properties of the vesicle membrane make the system very deformable and very constrained at the same time. Vesicles represent also an interesting simplified model for red blood cells, since they also share some similar mechanical behaviours. My study deals with the modeling of a vesicle subjected to external stresses of hydrodynamical origin, in the Stokes regime and in confined domains. Starting from an existing BEM model for free space flows, original numerical methods are developed to deal with the computation of interactions between the vesicle membrane and solid boundaries. A particular attention is paid to the situation of a vesicle sedimenting towards a planar wall and a vesicle submitted to a Poiseuille flow in a narrow capillary.

    M.   Patrick  BONTOUX - M2P2 - AMU
    M.  Marc  JAEGER - M2P2 - Centrale Marseille (Directeur de thèse)
    M.  Marcel   LACROIX - Université de Sherbrooke (Rapporteur)
    M.  Simon  MENDEZ - I3M - Université de Montpellier
    M.  Thomas   PODGORSKI - Liphy - Université Joseph Fourier (Rapporteur)
    M.  Pierre   SAGAUT - M2P2 - AMU

    05 May 2015 - "Développement d’outils pour l’implémentation d’un procédé de fractionnement supercritique à l’échelle industrielle" / Soutenance de thèse: Carlos Ariel PIECK

    Doctorant: Carlos Ariel PIECK

    Directeurs de thèse: Elisabeth Badens et Christelle Crampon

    Date de soutenance: le Mardi 5 Mai 2015 à 10 h, amphithéâtre du CEREGE, sur l’Europôle de l’Arbois
    Résumé: Le fractionnement supercritique est un procédé prometteur avec un potentiel certain d’application encore peu exploité à grande échelle. Les travaux expérimentaux et la discussion théorique qui font l’objet de cette thèse ont pour objectif d’apporter des outils fiables permettant d’effectuer la mise en œuvre d’un procédé de fractionnement supercritique à l’échelle industrielle, en abordant le changement d’échelle et la modélisation du procédé. Cette étude comporte plusieurs volets. La première partie du travail de thèse porte sur le fractionnement de mélanges éthanol-eau en utilisant du dioxyde de carbone supercritique à 333 K et 10 MPa, sur des unités de fractionnement à échelle du laboratoire, pilote et industrielle, avec des diamètres de colonne respectivement de 19, 58 et 126 mm. Les compositions d’extrait et de raffinat obtenues à différentes échelles, ainsi que les prédictions d’un modèle d’étages d’équilibres, montrent une bonne concordance. Le phénomène d’engorgement est discuté suite à son observation sous certaines conditions de travail. Une corrélation permettant d’estimer la capacité d’engorgement d’une colonne garnie à contre-courant sous pression est proposée, après avoir exprimé l’ensemble des données répertoriées dans la littérature sous forme adimensionnelle. Les possibles sources de déviations observées sont également discutées afin de proposer des perspectives à ce travail. Enfin, le traitement de mélanges complexes est abordé par la mise en œuvre et la modélisation du fractionnement supercritique d’éthyl esters issus d’huiles de poisson, sous des conditions de 14.5 MPa et 333 K, en variant le rapport solvant sur charge entre 21,8 et 143. Un modèle simplifié dérivé de la méthode des groupes est développé afin de représenter la relation entre le taux d’extraction et la composition de l’extrait et du raffinat.

    Mots-clés : fractionnement supercritique, modélisation, changement d’échelle, capacité d’engorgement.


    Maria-José COCERO, Université de Valladolid, Espagne (Rapporteur)

    Jean-Stéphane CONDORET, ENSIACET, Toulouse, France (Rapporteur)

    Elisabeth BADENS, Aix Marseille Université, France (Examinateur)

    Frédéric CHARTON, CEA Marcoule, France (Examinateur)

    Christelle CRAMPON, Aix Marseille Université, France (Examinateur)

    Agnès GRANDJEAN, CEA Marcoule, France (Examinateur)

    Vincent PERRUT, Atelier Fluides Supercritiques, Nyons, France (Examinateur)

    15 December 2014 - "Numerical simulation of incompressible flows interaction with forced deformable bodies: Application to fish swimming" / Soutenance de thèse: S. A. Ghaffari
    Doctorant: Seyed Amin Ghaffari

    Directeurs de thèse: Kai Schneider et Stéphane Viazzo

    Date de soutenance: le 15 Décembre 2014
    Résumé: Une m éthode numérique précise et efficace est propos ée pour la simulation de corps déformables interagissant avec un écoulement incompressible. Les équations de Navier-Stokes, consid er ées dans leur formulation vorticit é fonction de courant, sont discr etis ées temporellement et spatialement à l'aide respectivement d'un schéma d'ordre quatre de Runge-Kutta et par des diff érences finies compactes. Grâce à l'utilisation d'un maillage uniforme, nous proposons un nouveau solveur direct au quatri ème ordre pour l' équation de Poisson, permettant de garantir l'incompressibilit é au zéro machine sur une grille optimale. L'introduction d'un corps d éformable et mobile dans l' écoulement de fluide est r éalis ée au moyen d'une méthode de p énalisation de volume. La d éformation du corps est impos ée par l'utilisation d'un maillage lagrangien structur é mobile qui interagit avec le fluide environnant en raison des forces hydrodynamiques et du moment (calcul és sur le maillage eul érien de r éf érence). Une loi de contrôle efficace de la courbure d'un poisson anguilliforme nageant vers une cible prescrite est proposée. Ensuite pour augmenter l'efficacité, une analyse multi- échelle est appliquée à l'algorithme, permettant de r éduire signifi cativement le nombre de points n écessaires. La grille se raffine automatiquement dans les régions avec un fort gradient. La strat égie d'adaptation est basée sur la transform ée en ondelettes et le seuillage des coefficients. Les r ésultats obtenus montrent que le temps de calcul peux être r éduit consid érablement avec la m éthode multi échelles en conservant la pr écision. Finalement une simulations de nage tri-dimensionnelle a ét é faite par la m éthode de pénalisation de volume appliqu ée au code Incompact3d qui est accessible pour tous. La méthode num érique d éveloppée prouve son efficacit é et précision tant dans le cas de la nage du poisson mais aussi plus g én éralement dans le cas d'un grand nombre de probl èmes d'interactions fluide-structure.

    Jean-Paul CALTAGIRONE Professeur, Universit é de Bordeaux ( Rapporteur)
    Michael SCHAFER Professeur, Universit é de Darmstadt, Allemagne (Rapporteur)
    Frédéric BOYER Professeur, Ecole des Mines de Nantes (Examinateur)
    Michel VISONNEAU Directeur de recherche CNRS, Ecole Centrale de Nantes (Examinateur)
    Patrick BONTOUX Directeur de recherche CNRS, M2P2, Marseille (Examinateur)
    Fabien CANDELIER Maitre de conférences, IUSTI, Aix-Marseille Université (Invité)
    Stéphane VIAZZO Maitre de conférences, HDR, M2P2, Aix-Marseille Université (Directeur de thèse)
    Kai SCHNEIDER Professeur, M2P2, Aix-Marseille Université (Co-directeur de thèse)

    10 December 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.

    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)
    23 October 2014 - Influence of Vortex Structure and Dynamics on Turbulence Statistics at Large Scales / Séminaire K. Yoshimatsu

    Orateur: Katsunori Yoshimatsu

    Associate Professor Université de Nagoya, Japon

    Résumé: We examine the importance or unimportance of the role of vortices in the determination of turbulence statistics, on the basis of the method of the so-called `Computational Surgery’. Two fields, true and false fields, are generated. The true field obeys the Navier-Stokes (NS) equations for an incompressible fluid. In the false field, the NS dynamics are artificially modified so that the intense tube-like vortices are lost. Comparing the two fields, we may get some idea on the role of the vortices. The comparison so far made suggests that the statistics at large-scales are not sensitive to the exact vortex structure and dynamics at smaller scales.

    Date et lieu:  Jeudi 23 Octobre à 11h, M2P2.

    16 October 2014 - A one-dimensional model of the self-heating mechanisms observed in stockpiles of biosolids / Séminaire R. Aganetti
    Orateur: Rachael Aganetti
    Victoria University, College of Engineering and Science, Melbourne, Australia

    Résumé: Biosolids are the subsequent residuals of the waste water treatment process. They are predominantly organic materials that are susceptible to spontaneous combustion when they are stockpiled. Biological and oxidative exothermic reactions cause the rise in temperature and as a result buoyancy driven flows arise within the piles of solids. Interaction with the atmosphere modifies these convection currents. The Western Treatment Plant (WTP) in Melbourne, Australia treats around 52% of Melbourne’s waste water, producing on average around 20,000 tonnes of biosolids per year. With the continually accumulating supply of biosolids, the WTP regularly encounters the abovementioned problem of spontaneous combustion. A one-dimensional numerical model, describing the biological and oxidative reactions contributing to the heat and mass transfer within a stockpile of biosolids will be presented along with preliminary results.

    Date et lieu: le Jeudi 16 Octobre 2014 à 11h dans le petit amphithéâtre du laboratoire
    25 September 2014 - Adaptive multiresolution methods applied to hydrodynamics and magnetohydrodynamics / Séminaire M.O. Domingues
    Orateur: Margarete Oliveira Domingues
    National Intitute for Space Research in Brazil

    Date et lieu: le 25 Septembre 2014 à 11 heures dans le petit amphithéâtre du laboratoire.
    15 April 2014 - Workshop: "Instabilities and Transport in Magnetized Plasmas, Geophysical and Astrophysical Flows"
    Le professeur Kai Schneider fait partie du Comité Scientifique du workshop "Instabilities and Transport in Magnetized Plasmas, Geophysical and Astrophysical Flows" organisé dans le cadre de la résidence d'Aziz Salhi (professeur de physique à l'Université de Tunis) à l'IMéRA, qui aura lieu le 15 avril 2014
    14 Octobre 2015 - "Eclatement tourbillonnaire dans le sillage turbulent d’un véhicule générique" / Soutenance de thèse: Cyril JERMANN
    Doctorant: Cyril JERMANN

    Directeurs de thèse: Eric SERRE
    Co-directeur de thèse: Philippe MELIGA

    thèse M2P2 - Aix-Marseille Université - CNRS - Centrale Marseille - PSA Peugeot-Citroën

    Date de soutenance: le Mercredi 14 octobre 2015 à 14h00 au M2P2 (amphi B au RDC de la Jetée)

    Résumé: cette thèse est une contribution à l’étude des tourbillons longitudinaux qui se développent sur la lunette arrière des véhicules automobiles, dans l’idée de provoquer leur éclatement afin de réduire la traînée aérodynamique. On conçoit tout d’abord un système d’acquisition dénommé A-SPIV, permettant de reconstruire le champ moyen de vitesse 3D d’un sillage turbulent à partir de plans stéréo-PIV acquis par translation du système caméras-laser, sans qu’il soit nécessaire de le recalibrer. Il en résulte un gain de temps et une souplesse d’utilisation considérables dans un contexte d’utilisation industriel. En complément, on propose une méthode de reconstruction de la pression moyenne reposant sur les  données A-SPIV et sur une série de mesures de pression pariétale. L’ensemble forme un nouveau protocole expérimental validé dans le sillage d’un corps d’Ahmed 25° et dont les résultats sont comparés à la littérature existante. L'analyse topologique des tourbillons longitudinaux suggère l’existence d’un éclatement tourbillonnaire spontané dans le sillage proche, ceci malgré l’absence de point de stagnation. On démontre formellement l’existence de cet éclatement par deux critères théoriques qui considèrent ce phénomène, soit comme la conséquence d’une réorganisation de la vorticité, soit comme la résultante d’une accumulation, en un point critique, d’ondes inertielles se propageant le long du tourbillon. Les analyses sous-jacentes (analyse du signe de la vorticité azimutale d’une part, et analyse de stabilité locale des profils de vitesses moyens turbulents d’autre part) sont menées dans un repère cylindrique attaché à l’axe tourbillonnaire et prédisent une même position d’éclatement, en bon accord avec la position singulière issue des mesures A-SPIV. La thèse se conclut par une analyse de stabilité globale de l'écoulement moyen qui suggère un lien possible entre l’éclatement et une instabilité globale de l’écoulement tourbillonnaire.

        Jacques BOREE, professeur à l'ENSMA Poitiers (rapporteur)
        Maurice ROSSI, directeur de recherches à l'Institut Jean Le Rond d'Alembert (rapporteur)
        Jean-Marc CHOMAZ, directeur de recherches au LadHyX (examinateur)
        François GALLAIRE, assistant-professeur à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (examinateur)
        Benjamin LECLAIRE, ingénieur de recherches à l'ONERA (examinateur)
        Grégory PUJALS, ingénieur à PSA Peugeot-Citroën (examinateur)
        Philippe MELIGA, chargé de recherches au M2P2 (co-directeur de thèse)
        Eric SERRE, directeur de recherches au M2P2 (directeur de thèse)
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