Mécanique des fluides

La pollution atmosphérique demeure un enjeu majeur de santé publique, notamment dans les grandes agglomérations, malgré le renouvellement progressif du parc automobile et l’essor des mobilités actives, grâce à des aménagements urbains dédiés. De nouvelles valeurs limites européennes de concentration de polluants dans l’air, davantage alignées sur les recommandations de l’OMS , seront applicables en 2030. Les collectivités ont donc besoin d’outils capables d’évaluer les niveaux et les sources de pollution en vue d’étayer des scénarios de réduction.

Le projet européen HIPERWIND a amélioré la compréhension de la physique complexe influençant la conception et le fonctionnement des grands parcs éoliens en mer, ce qui devrait permettre des économies de coût substantielles à leurs propriétaires et in fine aux consommateurs d’électricité.

Le ruissellement de films liquides sur des surfaces complexes est une configuration que l’on trouve couramment dans des équipements de génie chimique mais aussi dans des systèmes énergétiques.

Les écoulements de gouttes entraînées par la flottabilité constituent un type d’écoulement diphasique que l’on rencontre dans de nombreux procédés de génie chimique, tels que les séparateurs gravitaires, les extracteurs liquide-liquide ou encore les colonnes de flottation. La compréhension et la modélisation de ces écoulements sont essentielles, car elles permettent d’optimiser l’efficacité des procédés en question - par exemple en améliorant la séparation des phases et le transfert de matière.

[ SIMULATION POUR LA MAÎTRISE DES PHÉNOMÈNES PHYSIQUES ] Par rapport aux réacteurs agités classiques, les systèmes microfluidiques présentent un grand intérêt pour l’intensification des procédés, en combinant de faibles besoins en réactifs avec de meilleures performances en termes de transfert de masse et de chaleur. Dans ce type de micro-réacteurs, les écoulements segmentés en micro-tubes ont par exemple été expérimentés avec succès pour intensifier la réaction d’oligomérisation de l’éthylène.

Dans les zones urbaines, le trafic routier représente une part importante des émissions de polluants, avec un impact significatif sur la qualité de l'air, ce qui constitue un problème majeur de santé publique. La dispersion atmosphérique peut être prise en compte de manière approfondie par des modèles de dynamique des fluides (CFD1). Cependant, les incertitudes aléatoires, d’origine naturelle ou anthropique, peuvent affecter sa prédictivité. Concernant cette prédiction, le travail de doctorat a visé à évaluer quantitativement l'impact relatif de paramètres incertains : d’une part météorologiques et d’autre part liés au trafic routier. Il s’est basé pour cela sur des simulations « haute fidélité2 » de la dispersion de la pollution à l'échelle micro urbaine (quartier)...

L’injectivité dans les formations géologiques est un enjeu connu qui affecte des domaines d’activités liés aux énergies nouvelles et au climat (géothermie, stockage souterrain de CO2, etc.). Le colmatage des formations géologiques, problème récurrent qui engendre des pertes d’injectivité, est lié au fait que les eaux réinjectées sont fréquemment chargées en éléments organiques et minéraux en suspension, sous forme de particules colloïdales. Pour tenter d’y remédier, ou tout au moins de le minimiser, il est important de bien comprendre les mécanismes à l’œuvre. C’est ce à quoi s’est attaché ce travail de thèse, via une approche microfluidique (Figure 1) combinant deux techniques de visualisation : l'imagerie optique [1] et l'imagerie par fluorescence induite par laser [2]...

Les mousses solides, à base de métaux ou de céramiques, sont des structures poreuses dont l’usage est relativement nouveau dans le domaine des procédés chimiques, et qui sont étudiées à IFPEN depuis quelques années déjà. De par leur texture 3D, constituée d’une multitude de cavités sphériques juxtaposées (familière dans le domaine de la catalyse hétérogène), ces structures présentent un fort taux de porosité (environ 70-80 %) et une grande surface spécifique. Ceci leur confère a priori de très bonnes performances de transfert externe...

Fortes des connaissances acquises sur la synthèse par précipitation de l’alumine pour les catalyseurs hétérogènes, les équipes d’IFPEN se sont lancées sur la synthèse des précurseurs de matériaux actifs pour les cathodes (pCAM) de batteries Li-ion. En effet, ces matériaux aussi sont obtenus par précipitation dans des cuves agitées, ce qui présente certaines similitudes avec la synthèse de l’alumine (phénomènes de nucléation, croissance et agglomération). Ils offrent néanmoins leur lot de défis qui ouvrent autant de nouvelles voies de recherche...