Simulation numérique directe de suspensions de gouttes polydispersées dans une turbulence inhomogène

L’extraction liquide-liquide est un procédé crucial pour l’industrie de la chimie et prend une place importante dans les études de chimie des procédés à IFPEN. La différence de taille entre les plus petites gouttes et la hauteur de colonne d’extraction pouvant être de quatre à cinq ordres de grandeur, le dimensionnement de tels procédés fait face à une problématique multi-échelle inerrante aux écoulements diphasiques turbulents. 
Les modèles numériques actuels, basés sur des simulations Euler-Euler avec une équation de bilan de population, peinent à prédire la distribution des tailles de goutte dans la colonne d’extraction. Bien que ces approches soient relativement matures du point de vue numérique, elles nécessitent des lois de fermeture adaptées aux systèmes considérés. En l’état, les termes d’échanges entre les deux fluides ainsi que les termes de changement de taille des gouttes (coalescence et fragmentation), ne sont pas prédictifs avec les modèles actuels.
Cette thèse propose d’améliorer les lois de fermetures à l’aide de simulations directes de populations de goutte soumises à la gravité et la turbulence. Les simulations se baseront sur le code Basilisk avec une méthodologie originale de suivi d’interface contrôlant la coalescence par de multiples champs de fraction volumique (multi-VOF) et un forçage de la turbulence. Cette stratégie a déjà démontré tout son potentiel en permettant d’étudier, pour la première fois, des populations de goutte monodisperses en régime de turbulence homogène par la simulation directe. 
La première étape de la thèse s’attachera à étendre cette méthodologie à des cas plus réalistes incluant la gravité et la bidispersité. Ensuite, une analyse approfondie des résultats de simulation devra aboutir à de nouvelles lois de trainée et de fréquence de coalescence qui intègrent les effets de gravité et de polydispersité. Ces modèles seront ensuite validés sur des cas industriels d’extracteur liquide-liquide pour lesquels des simulations et des expériences de notre institut sont disponibles.

Mots clefs: Chimie des procédés, écoulements turbulents, écoulements diphasiques, phase dispersée

• Directeur de thèse    Dr Rémi ZAMANSKY, IMFT, ORCID : 000-0001-6704-5316
• Ecole doctorale    ED468 MEGe, INP Toulouse
• Encadrant IFPEN    Dr Victor BONIOU, ORCID : 0000-0001-6949-9338
• Localisation du doctorant    IFPEN, Rueil-Malmaison, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2026 (2 novembre)
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master en mécanique des fluides/chimie des procédés
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CECR)
• Autres qualifications    Méthodes numériques, programmation Linux, C, python

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.