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Theme 4 : Hydrodynamique et transport

Contact : Micheline ABBAS

Dans ce thème, les techniques expérimentales et numériques complémentaires qui sont développées visent à répondre aux questions suivantes : comment, dans les procédés en milieu divisé, les interactions hydrodynamiques, les effets collectifs et le couplage multi-physique, contrôlent-ils les propriétés de transport (agitation, viscosité, dispersion) et le transport de propriétés (taille, forme) dans les procédés en milieu divisé ?


Visualisation d’une dislocation dans un écoulement d’émulsion concentrée.

Des propriétés de transport…

- Des études sur le transport d’émulsions (Reynolds particulaire <<1) en conduite ont montré que le concept de milieu effectif était pertinent jusqu’à une fraction volumique de 0.6, en régime pleinement laminaire ou turbulent. En revanche, dans le
cas de suspensions de particules à nombre de Reynolds particulaire fini en canal, les simulations ont montré que la transition Laminaire-Turbulent résultait d’un couplage entre la migration des particules vers les parois, et des interactions entre les particules et les structures rotationnelles de l’écoulement fluctuant.
- Pour la première fois, la simulation numérique directe (de type domaine fictif avec pénalisation) d’un lit fluidisé liquide 3D a été réalisée, dans la même géométrie et pour les mêmes paramètres d’écoulement, que ceux d’une étude expérimentale menée au LGC. La confrontation simulation/expérience des grandeurs statistiques relatives au transport des deux phases, a permis de valider la méthode et ouvre un large champ d’investigations, en partenariat avec l’I2M de Bordeaux et l’IMFT (projet soutenu par FERMaT).
- La simulation numérique directe a également été utilisée aussi bien pour simuler les mouvements de la suspension et des billes de broyage au sein d’un broyeur à billes agité que pour déterminer les paramètres qui contrôlent l’efficacité énergétique du procédé.


Formation d’un panache de bactéries dans un milieu poreux modèle.

…au transport de propriétés

- Dans le cadre de l’étude de la filtration de suspensions colloïdales, des micro séparateurs utilisant les techniques micro-fluidiques ont permis de mettre en évidence différents régimes de colmatage (absence de dépôt, formation de dendrites ou d’arches conduisant à des dépôts) selon les conditions de filtration, telles que la stabilité des particules à l’agrégation, la vitesse de filtration et la concentration de la suspension.
- Les simulations numériques ont confirmé l’impact direct des interactions colloïdales et du couplage avec l’hydrodynamique sur la formation d’arches et le développement de dépôt à l’entrée d’un pore. Ces études ont été menées en collaboration avec le LM2P2, Suez Environnement et l’IMFT.
- Le mécanisme de floculation de suspensions de particules a été analysé en régime turbulent dans un réacteur de Taylor-Couette en collaboration avec le LISBP. Nous observons que la taille et la forme des flocs dépendent respectivement des plus petites échelles de la turbulence et de l’intensité d’agitation. Ce type d’étude permet d’identifier des descripteurs morphologiques pertinents pour modéliser plus finement les processus via les noyaux d’agrégation ou de rupture dans des bilans de population, résolus par les méthodes de la quadrature des moments (QMOM et DQMOM). Ces travaux se poursuivent en collaboration avec l’Institut de Mathématiques de Toulouse.


Simulation of stratification of a suspension in a channel flow.