Caractérisation et modélisation d'écoulements en cuve agitée mettant en œuvre des fluides à rhéologie complexe

Dans le cadre du développement de procédés mettant en jeu des fluides complexes (bio-procédés, traitement des eaux, synthèse de matériaux, recyclage de plastique), une thèse est proposée pour étudier et modéliser la distribution du taux de cisaillement local dans les unités de mélange en régime transitoire (2000<Re<20000). En complément à des travaux récents ou en cours visant à étudier l’impact du cisaillement homogène et/ou contrôlé sur la rhéologie d’un fluide complexe, l’objet de la présente thèse est de travailler sur l’écoulement complexe présent dans les réacteurs industriels. Pour cela, les champs de cisaillements seront mesurés dans une cuve agitée en présence de milieux transparents de rhéologie adéquate (rhéofluidifiante, thixotrope et/ou viscoélastique) par Vélocimétrie par Image de Particules (PIV). La modélisation hydrodynamique (CFD) du réacteur sera réalisée en parallèle des expériences avec une première étape centrée sur des simulations LES (Large Eddy Simulation) afin de capter l’échelle de turbulence à laquelle on observe le couplage entre l’évolution de la rhéologie complexe et l’écoulement local du fluide. La deuxième étape de cette étude numérique est centrée sur une étude d’extrapolation de procédé d’agitation avec une qualification des modèles RANS (Reynolds Average Navier-Stokes Simulation) moins coûteux en temps de calcul et plus appropriés à des simulation d’unités industrielles. Si le temps le permet, l’objectif de fin de thèse est de représenter la rhéologie du fluide par des bilans de populations et de les coupler avec le modèle CFD sélectionné et validé. Le sujet proposé, interdisciplinaire, permettra de contribuer significativement à la compréhension de l’extrapolation des procédés avec des fluides à rhéologie complexe, et ainsi favoriser le développement de technologies innovantes.

Mots clefs: fluide complexe, turbulence, agitation

• Directeurs de thèse    MORCHAIN Jérôme, Toulouse Biotechnology Institute, AUGIER Frédéric, IFPEN
• Ecole doctorale    ED468, MEGeP, https://www.univ-tlse3.fr/mecanique-energetique-genie-civil-procedes
• Encadrant IFPEN    SERVEL Marion, Conception et modélisation des procédés, marion.servel@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    Toulouse Biotechnology Institute, Toulouse, France  
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2021 
• Employeur    IFPEN, Lyon, France
• Qualifications    Master ou diplôme d’ingénieur
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise du français indispensable, anglais souhaitable