Dispersion, Déposition, Ré-entraînement, Agglomération et Colmatage (D2_RAC)

Anne Tanière : Maître de Conférences, LEMTA UMR 7563 CNRS

Mikael Mohaupt : doctorant , partenariat LEMTA-EDF
Romain Guichard : doctorant , partenariat LEMTA-INRS
Clara Martineau : doctorante , Cifre EDF, partenariat LEMTA-EDF
Kamil Szweck : doctorant, co-tutelle de thèse avec la Pologne

Ces activités de recherche viennent de la rencontre entre l’intérêt vis-à-vis de sujets de recherche académiques et les questions issues de contextes industriels (EDF, INRS, CEA, ArcelorMittal, etc.) où la dispersion, le dépôt, la formation d’agrégats ou la mise en suspension de particules (dont la taille varie de quelques nanomètres à plusieurs micromètres) par un écoulement turbulent sont des éléments importants dans les nombreux procédés industriels, environnementaux ou même médicaux, les propriétés hydrodynamiques et physico-chimiques du milieu jouant un rôle prépondérant sur les différents mécanismes cités. Les dépôts ont pour origine des particules (particules solides ou gouttes) qui sont transportées dans l’écoulement turbulent et qui peuvent, avec l’agitation du fluide, se déposer sur les parois qui limitent cet écoulement. Ces particules peuvent ensuite être ré-entraînées selon les mouvements fluctuants du fluide au voisinage des parois. De plus, les particules peuvent également interagir entre elles et mener à la formation d’agglomérats de différentes tailles susceptibles de se déposer à leur tour ce qui conduit à la formation de dépôts importants allant jusqu’au colmatage des sections de passage du fluide. L’ensemble du phénomène peut se décomposer en quatre grandes phases, représentées ci-dessous.

phase 1 : dépôt	phase 2 : ré-entraînement
phase 3 : agglomération	phase 4 : colmatage

Dans un grand nombre de cas, la modélisation de ces mécanismes doit tenir compte d’un écoulement porteur compliqué, en géométrie complexe, avec une granulométrie variable et souvent assez dispersée. Depuis quelques décennies, ces problèmes ont fait l’objet de beaucoup d’études, avec des approches expérimentales, théoriques et numériques, et un certain nombre de modèles ont été développés, mais ces modèles reposent souvent sur des hypothèses peu raisonnables ou sont difficiles à mettre en oeuvre dans des écoulements compliqués. Les phénomènes sont complexes, mettent en jeu des interactions fines et instantanées avec les différents milieux (écoulement turbulent et paroi) et sont fortement influencés par la dispersion en taille des particules. Il semble plus judicieux au vu de la finesse des mécanismes de s’armer d’outils de modélisation répondant aux exigences de la physique rencontrée. Ces activités de recherche regroupent ainsi dans un ensemble cohérent les outils de simulation directe (DNS) et la prédiction de lois globales de comportement, le pont entre les deux étant constitué par la modélisation probabiliste (processus stochastiques).

Quelques thèmes traités dans D2_RAC

• Dispersion de particules en écoulement turbulent de paroi (DNS).
• Dépôt et réentraînement de particules fines en écoulement turbulent.
• Modélisation probabiliste de la déposition de nanoparticules en écoulement turbulent confiné.
• La DNS : outil d’exploration de la physique du phénomène d’agglomération de colloïdes.

Références :
TANIERE A. “ Dynamical fluid characteristics at particle location with relevance to closure of Eulerian/Eulerian or Eulerian/Lagrangian models”. IUTAM-CISM Summer School on dispersion of Particles in Turbulent Flows, Udine, Italie. Conférence Invitée par les organisateurs : M. Reeks et A. Soldati, 2005.
TANIERE A., ARCEN B. , OESTERLE B. et POZORSKI J . " Study on Langevin parameters of velocity in turbulent shear flow”. Phys. Fluids 22, 115101 (2010); doi:10.1063/1.3489123 (11 pages).
MOHAUPT M. , MINIER J.P.et TANIERE A. “A new approach for the detection of particle interactions applicable to large-inertia and colloidal particles in a turbulent flow”. Int. J. Multiphase flows. (2011) (12 pages)

Pour en savoir plus : http://www.lemta.fr/