Développement d'un jumeau numérique multi-échelle d'un séparateur d'inclusions par flottation

La thèse vise à développer un jumeau numérique d’un séparateur liquide-inclusions (polluants) par flottation dans l’objectif d’optimiser les procédés de flottation industriels pour répondre aux enjeux liés au traitement des eaux, qui apparaît comme un besoin primordial dans un contexte de changement climatique. La flottation provoquée est un procédé de séparation qui s’applique lorsque la masse volumique de la particule, à l’origine supérieure à celle du liquide, est artificiellement réduite par ajout d’une phase dispersée (bulles). Cette dernière a pour fonction de capturer les inclusions en suspension pour former des attelages de densité inférieure au liquide et provoquer in fine leur flottation. 
Le phénomène mis en œuvre est donc de nature triphasique (gaz-liquide-solide) et va dépendre des caractéristiques physico-chimiques des trois phases, en particulier de l’affinité de leurs interfaces. 
Pour modéliser numériquement ce mécanisme de séparation et rendre compte des phénomènes multi-échelles qui la composent, il sera nécessaire d’appréhender à la fois le processus local d’interaction bulles/inclusions qui se décompose classiquement en trois étapes : la collision, l’attachement et le détachement, et à la fois l’hydrodynamique des grandes échelles du séparateur, et en particulier la turbulence du milieu.
Il s’agit dans le sujet de thèse proposé ici de développer un modèle de cinétique de flottation rendant compte des phénomènes locaux, en particulier les forces interfaciales mises en jeu, qui sera couplé à une modélisation multiphasique de type Euler-Euler pour permettre d’estimer l’efficacité de séparation à l’échelle de l’unité de flottation. 
A des fins de validation, les résultats numériques obtenus dans cette thèse pourront être comparés à des résultats de tests expérimentaux menés à l’échelle pilote. Cet ensemble numérique multi-échelle, jumeau numérique du procédé de séparation pourra ainsi servir d’outil d’optimisation pour développer des procédés industriels de flottation plus compacts, moins énergivore et capable de gérer des variations de charge en polluants. 

Mots-clés : Mécanique des Fluides ; écoulement diphasique ; séparation par flottation ; simulation numérique (CFD) ; Jumeau numérique