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Laboratoire d’accueil : LAMIH UMR CNRS 8201 (Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique Industrielles et Humaines) - Université Polytechnique Hauts-de-France - Le Mont Houy 59313 Valenciennes cedex 9
Directeurs de thèse : Céline MORIN (LAMIH UMR CNRS 8201, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes), Sofiane KHELLADI (Arts et Métiers Sciences et Technologies, LIFSE, ENSAM Paris)
Co-encadrants : François Beaubert, Damien Méresse, David Uystepruyst (LAMIH UMR CNRS 8201, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes)
E-mails : celine.morin@uphf.fr, francois.beaubert@uphf.fr, damien.meresse@uphf.fr, david.uystepruyst@uphf.fr
Date de début de la thèse : octobre 2020
Profil du candidat : Formation : Diplôme d’Ingénieur ou Master. Spécificités : Mécanique des Fluides, CFD, Énergétique.
Envoyez par courrier électronique un CV complet avec lettre de motivation, copie des derniers diplômes et des relevés de notes des 3 dernières années et 2 références (ou lettres de recommandation). Tout document supplémentaire est apprécié.
Résumé du sujet de thèse :
La thèse portera sur le développement de modèles numériques capables de représenter des écoulements complexes de fluides chargés en particules fines dont les origines sont majoritairement liées à l’activité humaine : chauffage par combustion (biomasse, bois, ...) et le transport (gaz d’échappement, abrasion frein/ pneu). Les retombées de ce projet concernent en particulier les effets sanitaires liés à la pollution atmosphérique et les enjeux de santé publique qui lui sont associés. Le principal verrou scientifique réside dans le choix de la modélisation la plus pertinente en fonction de la nature de l’écoulement et de son chargement en particules, notamment en fonction de leur taille moyenne, de leur composition et de leur concentration. La modélisation du transport des particules peut s’effectuer par des méthodes discrètes (milieux granulaires) ou des méthodes continues en fonction de la concentration en particules du milieu. Cette thèse vise à déterminer les voies de modélisation les plus adaptées en fonction de l'écoulement simulé et du taux de charge en particules (concentration, taille, forme, nature). Ces travaux s’appuieront sur la boite à outils de simulation multi-physiques OpenFOAM distribuée sous licence GNU GPL et constituée d'une bibliothèque logicielle en langage C++, de différents outils et applications, permettant d'effectuer des résolutions d’EDP en se basant sur la méthode des volumes finis. Les modèles mis en place permettront de développer des stratégies de contrôle d’écoulements chargés et seront ainsi suffisamment génériques pour pouvoir être appliqués dans différents domaines (rejets de l’industrie, chauffage, transport), et plus particulièrement la combustion et le transport ferroviaire dans le cadre de cette thèse. Ces deux domaines applicatifs largement étudiés au sein du laboratoire présentent en effet des conditions opératoires différentes en termes de taille, type, concentration de particules et nature d’écoulement (température, composition, topologie). Les modèles mis en place seront validés sur différents dispositifs expérimentaux à partir de mesures de type vélocimétrie (PIV, LDA, fil chaud) et d’émission de particules fines. Pour le domaine de la combustion, des particules de suie seront caractérisées dans la cheminée d’une chaudière biomasse de 10 kW alimentée en pellets. La chaudière est instrumentée avec un accès optique et des piquages en cheminée afin de contrôler les conditions dans lesquelles la combustion biomasse est réalisée et caractériser l’écoulement et la composition des fumées en cheminée. Pour le domaine ferroviaire, un banc de freinage permet de reproduire à échelle réduite le contact frottant disque-plaquette avec une représentativité des conditions à l’interface : vitesse de glissement, pression de contact, température. Cette unité est équipée d’un dispositif de collecte des particules émises et de granulométrie (OPS, SMPS) et permet via l’utilisation d’un plan laser et d’une caméra rapide, de visualiser la trajectoire des particules émises au cours du freinage.