2 axes thématiques, 6 équipes de recherche, 2 sites
L'originalité du M2P2 réside dans ses thèmes de recherche dans les domaines de la Mécanique des Fluides Numérique et du Génie des Procédés. La recherche en mécanique et modélisation est associée à un fort développement méthodologique autour de codes de calcul pour la simulation d'écoulements naturels et industriels. Dans le domaine du génie des procédés, la recherche concerne le développement de procédés innovants ainsi que l'étude des verrous mis en jeu dans ces procédés dans le cadre d'une forte activité contractuelle.
Enrique de Dios Zapata Cornejo, David Zarzoso, S.D. Pinches, Andres Bustos, Alvaro Cappa, et al.. A novel unsupervised machine learning algorithm for automatic Alfvénic activity detection in the TJ-II stellarator. Nuclear Fusion, 2024, 64 (12), pp.126057. ⟨10.1088/1741-4326/ad85f4⟩. ⟨hal-04540368⟩ Plus de détails...
A novel sparse encoding algorithm is developed to detect and study plasma instabilities automatically. This algorithm, called Elastic Random Mode Decomposition, is applied to the Mirnov coil signals of a dataset of 1291 discharges of the TJ-II stellarator, enabling the identification of the Alfvénic activity. In the presented approach, each signal is encoded as a collection of basic waveforms called atoms, drawn from a signal’s dictionary. Then the modes are identified using clustering and correlations with other plasma signals. The performance of the proposed algorithm is dramatically increased by using elastic net regularization and taking advantage of GPU architectures, hence the signal size and the number of dictionary elements are no longer limiting factors for encoding complex signals. Once the modes are retrieved from the shots, they can be easily analyzed with standard clustering techniques, thereby describing the physical mode characteristics of this subset of TJ-II shots. The clustering features consider the relationship with the plasma current Ip, the diamagnetic energy W, and inverse squared root electronic density 1/√n, profiling different subtypes of Alfvénic activity. The proposed algorithm can potentially create large databases of labeled modes with unprecedented detail.
Enrique de Dios Zapata Cornejo, David Zarzoso, S.D. Pinches, Andres Bustos, Alvaro Cappa, et al.. A novel unsupervised machine learning algorithm for automatic Alfvénic activity detection in the TJ-II stellarator. Nuclear Fusion, 2024, 64 (12), pp.126057. ⟨10.1088/1741-4326/ad85f4⟩. ⟨hal-04540368⟩
Julian Wailliez, Paul Regazzi, Anniina Salonen, Paul G Chen, Marc Jaeger, et al.. Drop deformation in a planar elongational flow: impact of surfactant dynamics. Soft Matter, 2024, 20 (44), pp.8793-8803. ⟨10.1039/D4SM00642A⟩. ⟨hal-04740537v2⟩ Plus de détails...
Drops in extensional flow undergo a deformation, which is primarily fixed by a balance between their surface tension and the viscous stress. This deformation, predicted and measured by Taylor on millimetric drops, is expected to be affected by the presence of surfactants but has never been measured systematically. We provide a controlled experiment allowing to measure this deformation as a function of the drop size and of the shear stress for different surfactants at varying concentrations. Our observation is that the deformation predicted by Taylor is recovered at zero and high surfactant concentration, whereas it is smaller at concentrations close to the critical micellar concentration. This is in contradiction with the existing analytical models. We develop a new analytical model, taking into account the surfactant dynamics. The model predicts a transition between a deformation similar to the one of a pure liquid and a smaller one. We show that the transition is driven by a parameter K_L , which compares adsorption and desorption dynamics. Finally, the concentration C* , at which we observe this transition in the extensional flow is in good agreement with the one predicted by independent measurement of K_L .
Julian Wailliez, Paul Regazzi, Anniina Salonen, Paul G Chen, Marc Jaeger, et al.. Drop deformation in a planar elongational flow: impact of surfactant dynamics. Soft Matter, 2024, 20 (44), pp.8793-8803. ⟨10.1039/D4SM00642A⟩. ⟨hal-04740537v2⟩
Stefano Di Genova, Alberto Gallo, Luca Cappelli, Nicolas Fedorczak, Hugo Bufferand, et al.. Global analysis of tungsten migration in WEST discharges using numerical modelling. Nuclear Fusion, 2024, ⟨10.1088/1741-4326/ad82f9⟩. ⟨hal-04739577⟩ Plus de détails...
Plasma discharges in the tungsten (W) Environment Steady-state Tokamak (WEST) are strongly impacted by W contamination. In WEST experiments, due to W contamination, the power radiated in the plasma (PRad) is on average, around 50% of the total power injected into the plasma (PTOT). Furthermore, this radiated power fraction (fRad) is almost insensitive to plasma conditions. The causes behind this experimental trend are not fully understood. In this contribution, a 3D numerical model is used to analyze the W migration in the WEST boundary plasma in different plasma scenarios. The WEST experimental database is sampled to obtain a scan of simulation input parameters. These parameters mimic the WEST plasma conditions over a chosen experimental campaign. The simulation results are compared to WEST diagnostics measurements (reflectometry, Langmuir probes, and visible spectroscopy) to verify that the simulated plasma conditions are representative of the WEST database. The W contamination trend is analysed: the W density (nW) strongly decreases when the radial distance between the separatrix and WEST antennas (Radial Outer Gap, ROG) increases. On the other hand, at a given ROG, nW increases proportionally with the power entering the scrape-off layer (PSOL). PRad is estimated with a simple 0D model. For a fixed ROG, fRad is not sensitive to plasma conditions. These trends are qualitatively and, at times, quantitatively comparable to what is observed in WEST experiments: the simulated trends are related to the poorly screened W influx caused by the erosion of the main chamber Plasma-Facing Components (PFCs). Thus, this numerical analysis suggests a possible interpretation of WEST experimental trends.
Stefano Di Genova, Alberto Gallo, Luca Cappelli, Nicolas Fedorczak, Hugo Bufferand, et al.. Global analysis of tungsten migration in WEST discharges using numerical modelling. Nuclear Fusion, 2024, ⟨10.1088/1741-4326/ad82f9⟩. ⟨hal-04739577⟩
M. Scotto D’abusco, I. Kudashev, G. Giorgiani, Anna Glasser, F. Schwander, et al.. First integrated core-edge fluid simulation of ITER’s Limiter-Divertor transition with SolEdge-HDG. Nuclear Materials and Energy, 2024, pp.101750. ⟨10.1016/j.nme.2024.101750⟩. ⟨hal-04720290⟩ Plus de détails...
This work explores the Limiter-Divertor transition (L-D) during the current ramp-up of ITER's Q=10 baseline plasma scenario at various central line-integrated density n_(li) values. The analysis, based on transport simulations performed with the latest version of SoleEdge-HDG, focuses on the time evolution of heat and ion particle fluxes, revealing regions of elevated temperature on the inner wall and plasma-facing components (PFCs) despite moderate loads.The investigation also delves into the effects of perpendicular convection flux terms on density build-up, comparing different formulations and their interplay with auxiliary heating sources. Furthermore, the paper shows the impact of taking into account the evolution of the parallel neutral momentum on plasma and neutral density at the targets in the context of an ITER steady-state scenario.
M. Scotto D’abusco, I. Kudashev, G. Giorgiani, Anna Glasser, F. Schwander, et al.. First integrated core-edge fluid simulation of ITER’s Limiter-Divertor transition with SolEdge-HDG. Nuclear Materials and Energy, 2024, pp.101750. ⟨10.1016/j.nme.2024.101750⟩. ⟨hal-04720290⟩
H Betar, David Zarzoso, Jacobo Varela, Diego Del-Castillo-Negrete, Luis Garcia, et al.. Transport and losses of energetic particles in tokamaks in the presence of Alfvén activity using the new full orbit TAPaS code coupled to FAR3d. Nuclear Fusion, 2024, ⟨10.1088/1741-4326/ad7c66⟩. ⟨hal-04541528v2⟩ Plus de détails...
Recent developments and tools integrated into the TAPaS code are presented, enabling realistic scenario simulations of particle dynamics within experimental tokamak magnetic equilibria. In particular, the enhanced capabilities of TAPaS enable seamless coupling with external simulations, provided the metric and equilibrium magnetic field of the external code are known. Coupling TAPaS with the gyro-fluid code FAR3d, the transport and losses of energetic particles in the presence Alfvén eigenmodes (AEs) in DIII-D plasma discharge #159243 were investigated. Detailed analyses of prompt losses with and without collisions were performed. Then, further analysis was performed in the presence of electromagnetic perturbations resulting from AEs activity. The results indicate that, for the energies and the initial conditions considered here, the presence of AEs enhances the particle losses.
H Betar, David Zarzoso, Jacobo Varela, Diego Del-Castillo-Negrete, Luis Garcia, et al.. Transport and losses of energetic particles in tokamaks in the presence of Alfvén activity using the new full orbit TAPaS code coupled to FAR3d. Nuclear Fusion, 2024, ⟨10.1088/1741-4326/ad7c66⟩. ⟨hal-04541528v2⟩
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.
Jury:
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.
Jury:
Directeur de these M. Pierre HALDENWANG Aix Marseille Université / M2P2
Directeur de these M. Denis MARTINAND Aix Marseille Université / M2P2
Rapporteur Mme Cécile LEMAITRE LRGP, Université de Lorraine - ENSIC
Rapporteur M. Innocent MUTABAZI Université le Havre Normandie
Examinateur M. Nils TILTON Department of Mechanical Engineering, Colorado School of Mines
Examinateur Mme Caroline GENTRIC Université de Nantes / GEPEA
Jeudi 7 mai 2020 à 10h par vidéoconférence
- Développement d’une méthodologie facilitant l’identification et l’évaluation de symbioses industrielles dans le secteur de l’industrie pétrochimique / Soutenance de thèse Hélène CERVO
Doctorant : Hélène CERVO
Date de la soutenance : jeudi 7 mai 2020 à 10h par vidéoconférence
Les symbioses industrielles permettent de créer de nouvelles collaborations entre différentes entités d’un même territoire afin d’échanger des ressources telles que des matières premières, de l’énergie, de l’information et des déchets, et d’intensifier les mutualisations de services et d’infrastructures. Ces dernières années, de nombreuses mesures ont ainsi été prises, favorisant et encourageant de telles initiatives. Néanmoins, certaines problématiques perdurent encore quant à leur mise en place et à leur démocratisation. Cette thèse se concentre sur une des problématiques principales de la symbiose industrielle : le manque de partage des informations. Les travaux de recherche s’articulent donc autour de la question suivante :
Comment formaliser l’échange d’informations entre partenaires industriels dans le but de faciliter la détection et l’évaluation des symbioses industrielles ?
Le concept de blueprint est développé et proposé comme solution facilitant l’échange de données entre partenaires industriels. Le blueprint est une représentation générique d’un procédé industriel donné. Une méthodologie détaillée, décrivant la construction du blueprint, la définition des flux qu’il contient, ainsi que la visualisation des profils le constituant, est également présentée. Celle-ci est appliquée à un système industriel de grande envergure : une raffinerie, démontrant sa faisabilité. Enfin, plusieurs exemples d’utilisation du blueprint dans un contexte de symbiose industrielle sont développés. Ils permettent de comprendre dans quel cadre plusieurs blueprints peuvent être combinés, et mettent en évidence la pertinence de la méthode ainsi que les limites de son utilisation.
Jury:
Prof. François MARECHAL / École Polytechnique Fédérale de Lausanne -> Président du jury
Prof. Ronny VERHOEVEN / Ghent University -> Vice président du jury
Prof. Simon HARVEY / Chalmers University of Technolog-> Rapporteur
Prof. Raphaële THERY HETREUX / INP Toulouse -> Rapporteur
Prof. Lieven VANDEVELDE / Ghent University -> Rapporteur
Prof. Olivier BOUTIN / Aix-Marseille Université -> Examinateur
Dr. Bernard DESCALES / INEOS -> Invité
Dr. Solène LE BOURDIEC / EDF -> Invité
Prof. Jean-Henry FERRASSE / Aix-Marseille Université -> Directeur de thèse
Prof. Greet VAN EETVELDE / Ghent University -> Directeur de thèse
Jeudi 19 Décembre 2019
- Simulating multiphase reactive flows: issues & techniques / Soutenance HDR Pierre BOIVIN
Dr. Pierre BOIVIN
Date de la soutenance : jeudi 19 décembre 2019 à 14h, dans l'amphithéâtre 3 de Centrale de Marseille / Plot 6
Résumé :
Je présenterai (en anglais) une sélection de travaux que j'ai réalisé ou dirigé depuis l'obtention de mon doctorat. Pour ce faire, je démarrerai par une introduction sur mon parcours, suivie d'une courte présentation entièrement subjective des challenges restants en modélisation des écoulements réactifs. Je tenterai enfin de donner quelques pistes de recherche permettant d'apporter une meilleure compréhension des phénomènes physiques en jeu. J'aborderai en particulier des questions de cinétique chimique, de thermodynamique, ou encore de méthodes numériques pour la mécanique des fluides.
Tuteur:
Pierre HALDENWANG
Jury:
Luc Vervisch, rapporteur,
Thierry Poinsot, rapporteur,
Vincent Giovangigli, rapporteur,
Elaine Oran, examinateur,
Pascale Domingo, examinateur,
Pierre Sagaut, examinateur,
Sergey Gavrilyuk, examinateur.
Mardi 17 Décembre 2019
- Eco-design of a Dry Cleaning Machine by Integration of a Membrane Process for Solvent Dehydration / Soutenance de thèse Oleksandr DIMITROV
Doctorant : Oleksandr DIMITROV
Date de la soutenance : le 17 décembre 2019 à 10h30, Amphi 3, Centrale Marseille.
