institut de mÉcanique des fluides de toulouse
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INSTITUT DE MÉCANIQUE DES FLUIDES DE TOULOUSE
Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse2 allée du Pr Camille Soula
31400 Toulousehttp://www.imft.fr/
I M F TI n s t I t u t d e M é c a n I q u e d e s F l u I d e s d e t o u l o u s e
L’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) est une Unité Mixte de Recherche (UMR 5502) placée sous la triple tutelle de l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INP-ENSEEIHT), du CNRS (Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes) et de l’Université Paul Sabatier (Département de Mécanique).
Créé en 1918, c’était au début un laboratoire de recherche en hydraulique connu pour ses études expérimentales sur modèles réduits. Tourné aujourd’hui vers l’expérimentation, la modélisation et la simulation numérique, il est devenu un des tout premiers laboratoires de recherche en mécanique des fluides en Europe. Il compte environ 100 permanents (dont 70 chercheurs et enseignants-chercheurs) et 100 doctorants, post-doctorants et stagiaires.
Les travaux de recherche effectués à l’IMFT peuvent se regrouper autour des thématiques suivantes :
• Les écoulements avec interfaces déformables et les
écoulements polyphasiques.
• Les écoulements et transferts dans les milieux
hétérogènes.
• Les écoulements avec changement de phase, réactions
chimiques ou biochimiques.
• Les instabilités hydrodynamiques, la transition vers la
turbulence et la turbulence développée.
• Les écoulements à grande échelle dans les milieux
naturels et leur interaction avec le vivant.
Les domaines majeurs concernés par ces thématiques sont le transport terrestre et aérien, la transformation de l’énergie, les procédés industriels, l’environnement et la santé.
Dans le cadre de sa mission de formation par la recherche, l’IMFT participe activement à deux Écoles Doctorales, « Mécanique, Energétique, Génie civil et Procédés » et « Sciences de l’Univers, de l’Environnement et de l’Espace ». Vingt docteurs et trente stagiaires sont formés en moyenne chaque année au laboratoire.
Le site du laboratoire sur l’île du Ramier à Toulouse
PLANS D’ACCÈS AU LABORATOIRE ...
Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse UMR 5502 (CNRS, INPT, UPS)
2 Allée du Pr Camille Soula 31400 Toulouse
Contact : [email protected]
Tél. 05 34 32 28 53 Fax. 05 34 32 28 99
Site Web : http://www.imft.fr/
E M T 2Écoulements Monophasiques Transi t ionnels e t Turbulents
Le cœur des activités de recherche du groupe EMT2 a pour ambition d’améliorer la compréhension et la modélisation des phénomènes aérodynamiques ou hydrodynamiques et de transferts de chaleur rencontrés typiquement dans les domaines des transports, terrestres ou aériens, de l’énergie, de l’environnement et des procédés. Dans les écoulements mis en jeu, la complexité provient soit des instabilités ou de la turbulence, soit des propriétés physiques des fluides.
Parmi les objectifs applicatifs figurent, entre autres, la réduction de la traînée ou des émissions acoustiques, l’augmentation de la portance, la maîtrise des turbulences de sillage et des phénomènes aéroélastiques, ou encore la promotion et le contrôle des transferts thermiques. Les applications privilégiées ont pour objectif l’amélioration des performances globales des véhicules terrestres, aériens ou marins en termes de consommation, de pollution, de sécurité et de confort ou de celles des systèmes de production d’énergie et de transformation de la matière.
Le groupe s’appuie sur une large palette de compétences et son activité est structurée autour des thèmes de recherche suivants:
• Instabilités dans les écoulements transitionnels et
turbulents.
• Contrôle des écoulements et du bruit.
• Dynamique tourbillonnaire.
• Interactions fluide-structure.
• Turbulence monophasique.
• Aérodynamique et sillages.
• Hydrodynamique en fluide complexe.
• Transferts thermiques pariétaux, aérothermique.
Anneaux tourbillonnaires : visualisation par colorant et vélocimétrie par images de particules
(lignes de courant et champ de vorticité).
Simulation numérique d’écoulements fortement décollés instationnaires en interaction fluide-structure à nombre de
Reynolds élevé.
Flux de conduction dans une plaque refroidie par impact d’un jet lobé.
Contrôle du décollement en soufflerie.
MÉTHODOLOGIE ET MOyEns ...
Le groupe EMT2 équilibre les études expérimentales, théoriques et numériques. Ainsi, s’appuyant sur des moyens communautaires, des systèmes de mesures modernes associant laser, caméras numériques HD et/ou hautes cadences, traitement de l’image et traitement du signal, sont mis en œuvre pour mener des analyses fines au cœur des écoulements. Pour cela le groupe dispose de trois souffleries de diverses dimensions, de bancs expérimentaux thermiques et hydrauliques dédiés et d’un laboratoire de rhéométrie. Des outils de simulation numérique performants sont utilisés et développés localement ou en collaboration, pour améliorer les modélisations ou la compréhension à toutes les échelles des phénomènes propres aux écoulements. Enfin des théories générales comme celles des instabilités ou du contrôle, des développements uniformément valables ou de la turbulence sont spécifiquement appliquées et localement implémentées pour comprendre, valider ou modéliser les mécanismes étudiés dans les expériences ou par simulation numérique.
DEs COnTRATs DE RECHERCHE ET DEs PARTEnARIATs InDUsTRIELs ET InsTITUTIOnnELs…
• Projets européens (ATAAC, TFAST, Flomania, Desider, Ufast, FARWAke, Cwake, AeroTraNet, ...).• Projets de l’Agence Nationale de la Recherche (Cormored, Vortex, Ecinads, BARESAFE).• CNRT Aéronautique et Espace, CNRT Aéroacoustique des véhicules terrestres, Fondation FNRAE (ECOSEA).• GDR Contrôle des Décollements, GDR Mécanique des Fluides Numériques, GDR Interaction Fluide-Structure.• Collaborations avec l’industrie aéronautique et spatiale (Airbus France, Dassault Aviation, Snecma…), avec l’industrie automobile (Renault, Mecacorps), avec le secteur de l’énergie (EDF, Areva, CEA).• Collaborations avec des centres des établissements publics (IMT, CERFACS, IRPHE, Pprime, INRA, INRIA, ONERA, CNES, DGA) ou universitaires (Universités de Gênes, de Leicester, de Stuttgart, Berlin, Manchester, Stockholm, VKI, MIT, Monash, Berkeley, STUD Singapour, …). • Des programmes régionaux : Fédération FERMaT, RTRA STAE : EMMAV, DYNAMORPH, SMARTWING.
DEs PUBLICATIOns REGULIEREs DAns DEs REVUEs sCIEnTIFIQUEs DE PREMIER PLAn :
• Journal of Fluid Mechanics• Physics of Fluids• Computers and Fluids• Experiments in Fluids• Journal of Fluids and Structures• European Journal of Mechanics - B/Fluids• …
Contact : [email protected]
Bifurcation sous-critique d’un tourbillon et formation d’un tripôle tourbillonnaire.
E M T 2Écoulements Monophasiques Transi t ionnels e t Turbulents
G E M PGroupe d’Études sur les Milieux Poreux
Du fait des nombreuses applications dans les domaines de l’environnement, de l’ingénierie (énergie, procédés, matériaux, …) ou de la santé, l’étude des Milieux Poreux est un domaine de recherche très actif.
Des milieux variés…
• Milieux géologiques : sols, roches, efflorescences salines, aquifères, gisements pétroliers ou gaziers,…• Milieux biologiques : os, cartilage, système vasculaire, tumeurs cancéreuses, colonies microbiennes, ...• Milieux manufacturés : matériaux de construction, membranes, filtres, fibres, catalyseurs, mèches poreuses ....
Ces milieux hétérogènes à différentes échelles sont le siège d’écoulements liquides ou gazeux, de transferts de matière ou de chaleur, de réactions chimiques ou biologiques, de changements de phase (dissolution, cristallisation, évaporation, ébullition, condensation), qui jouent un rôle fondamental dans leur comportement à l’échelle de l’utilisateur.
Les activités du groupe GEMP sont orientées vers l’analyse et la modélisation de ces phénomènes à l’intérieur ou à la surface de milieux poreux.
La démarche fait appel à des connaissances provenant de champs scientifiques très divers : mécanique des fluides et du solide, thermique, physique statistique, physico-chimie, biologie, géologie, mathématiques appliquées, imagerie 3D,.... Elle associe des approches détaillées à l’échelle du pore et des approches de changement d’échelle, qui permettent de rendre compte des propriétés macroscopiques du milieu.
Les méthodologies génériques ainsi développées permettent d’aborder les thèmes de recherche suivants :
• Transferts en milieux réactifs.
• Écoulements polyphasiques, changements de phase.
• Transferts en milieux géologiques.
• Mécanique du vivant.
• Instabilités.
• Effets du confinement.
Réseau microvasculaire du cortex cérébral humain :
une arborescence artériolaire est mise en évidence en rouge
Structures de dissolution par injection d’acide dans un milieu poreux :
influence du débit injecté
Efflorescences salines croissant à la surface d’un milieu poreux
États spatialement localisés : cellules de convection en milieu poreux
Surfaces isopotentielles représentant la charge hydraulique dans un milieu
composite matrice poreuse / fractures
LES THÈMES DE RECHERCHE ...
• Transferts en milieux réactifs : combustion et pyrolyse en milieux poreux, réacteurs chimiques, échangeurs thermiques, ablation/dissolution, composites, compostage et stockage de déchets.• Écoulements polyphasiques, changements de phase : séchage, évaporateurs capillaires, sûreté nucléaire (accidents graves), piles à combustibles, cryogénie superfluide, distillation.• Transferts en milieux géologiques :hydrogéologie, karst, pollution des sols et des nappes, biodégradation, couplages hydromécaniques, stockage de déchets nucléaires, ingénierie pétrolière.• Mécanique du Vivant :biofilms, circulation sanguine et pathologies associées, oncologie, pathologies ostéo-articulaires, imagerie médicale.• Instabilités : instabilités thermo-hydrodynamiques, convection thermosolutale ou thermovibrationnelle, séparation d’espèces, nanofluides, états spatialement localisés.• Effets du confinement :micro-hydrodynamique, surfaces rugueuses ou texturées, films liquides, électrocinétique, lubrification, suspensions, micro-filtration.
LA DÉMARCHE ...
Elle associe : - Des approches détaillées à l’échelle du pore, qui permettent de prendre en compte la complexité géométrique et phénoménologique, mais qui sont souvent trop lourdes pour être utilisées à l’échelle macroscopique, - Et des approches de changement d’échelle, qui permettent de rendre compte des propriétés macroscopiques du milieu sans qu’il soit nécessaire de décrire chaque détail de sa structure et de la physique à petite échelle.
LES MOYENS SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES ... Des outils théoriques… • Physique et Mécanique : analyse de stabilité, méthodes de perturbation, lubrification, croissance laplacienne, • Changement d’échelle : prise de moyenne volumique, homogénéisation, percolation, méthodes stochastiques.
Des outils numériques… • Simulation directe à l’échelle du pore ou de Darcy : multiphasique ( VOF, Cahn-Hilliard), multiconstituant, changement de phase, dissolution/cristallisation, automates cellulaires, convection naturelle ou thermosolutale, approches lagrangiennes, • Changement d’échelles et approches multiéchelles :
• Approches réseaux : réseaux de pores, drainage/imbibition, réseaux microvasculaires, • Calcul de propriétés effectives, • Modèles mixtes : pore/macro, pore/réseau, réseau/macro, macro/macro.
Des outils expérimentaux… • Fabrication de milieux poreux modèles : microfluidique, micromodèles, Hele-Shaw, double milieu. • Caractérisation de milieux réels ou modèles :
• Imagerie 2D et 3D : visualisation et traitement d’images, Tomographie X.• Mesure de propriétés effectives : perméabilité, tortuosité, coefficients de diffusion effectifs, sorption.• Expérimentation à l’échelle de Darcy : colonnes instrumentées, maquettes bidimensionnelles, interaction ondes externes/milieux poreux.
CONTRATS DE RECHERCHE ET PARTENARIATS INDUSTRIELS OU INSTITUTIONNELS ... Air Liquide, ANDRA, BRGM, Burgeap, CEA, CHU Toulouse, CSTB, IFPEN, INERIS, INSERM, IRSN, Pierre Fabre, Saint Gobain, ST Microelectronics, Total, Véolia.
Contact : [email protected]
Écoulement diphasique liquide/gaz en micromodèle : régime ruisselant
G E M PGroupe d’Études sur les Milieux Poreux
H Y D R O E C O
Modèle pluie-débit distribué à base physique : BVNE Gardon d’Anduze (MARINE)
Passe à poissons à fentes verticales (TELEMAC 3D)
Thématique habitat et perturbations de l’hydrologie frayères de salmonidés inondées
et exondées à Saulières sur la Dordogne
Modélisation d’une zone à frayères de salmonidés à Saulières sur la Dordogne à l’étiage (TELEMAC 2D)
Les recherches du groupe HYDROECO répondent à des attentes sociétales dans les domaines de l’environnement et du développement durable.Elles portent essentiellement sur la prévision des crues, l’analyse des risques d’inondation, l’hydrologie opérationnelle, la restauration de la continuité écologique (libre circulation des poissons), et celle des habitats piscicoles soumis à des perturbations hydrologiques.Elles font appel à des technologies innovantes comme la télédétection et les modélisations fines à différentes échelles.
L’activité du groupe est structurée autour des trois thèmes suivants :
L’Hydrologie de Surface vise la compréhension et la description des mécanismes influant sur la dynamique des crues à cinétique rapide : Modélisation de l’Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des évéNements Extrêmes (MARINE).
L’Hydrodynamique à Surface Libre à haute résolution analyse la propagation des crues en zone urbaine et, à des échelles plus petites, les écoulements dans des géométries complexes afin de quantifier les fortes dissipations d’énergie autour d’obstacles.
L’Ecohydraulique caractérise les relations entre les organismes aquatiques et l’hydrodynamique notamment en système complexe. Les applications portent sur la définition de solutions technologiques pour la restauration de la libre circulation des poissons au droit des barrages ainsi que celles des habitats aquatiques soumis à des contraintes hydrologiques.
Tous ces travaux s’inscrivent dans une dynamique de recherche entre l’ONEMA (Office National de l’Eau et des Milieux Aquatiques) et l’IMFT. Une composante de recherche appliquée et de transfert technologique est développée dans le cadre du Pôle d’Ecohydraulique, structure mixte entre ONEMA, Irstea et IMFT.
H Y D R O E C O
LES PROBLÉMATIQUES SCIENTIFIQUES ...
• Influence de la distribution spatiale de paramètres hydrologiques,• Intégration de l’imagerie satellitale ou LIDAR,• Assimilation de données pour la reconstitution de paramètres physiques,• Changement d’échelle,• Caractérisation des modifications de régimes hydrologiques en cours d’eau,• Analyse des écoulements à fortes pentes et rugosités,• Modélisation des habitats aquatiques et relations turbulence/comportement du poisson.
LES MOYENS SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES ...
Des installations hydrauliques :Hall expérimental équipé de canaux inclinables à forte pente et fort débit.
Des moyens de mesure :• L’hydraulique : vélocimètres ADV 3D, profileurs type ADCP et des moyens classiques comme vélocimétrie laser ou PIV, imagerie rapide, • Le suivi comportemental des poissons : radio-télémétrie.
Des codes de calcul :Le groupe utilise des codes de calcul industriels et progiciels : Hydraulique à surface libre comme TELEMAC, FLUENT, et des Systèmes d’Informations Géographiques.Il développe en partenariat des modèles hydrauliques ou hydrologiques et des outils d’aide à la gestion : CASSIOPEE, DASSFLOW, MARINE.
LES CONTRATS DE RECHERCHE ET LES PARTENARIATS INDUSTRIELS OU INSTITUTIONNELS ...
SCHAPI, IRD, Météo-France, EDF, Irstea, ONEMA, Régions, Agences de l’eau...
Champ d’inondation en zone urbaine (données LIDAR et TELEMAC 2D)
Contact : [email protected]
I N T E R F A C E
Les activités de recherche développées dans le groupe Interface portent sur les écoulements multiphasiques, dans lesquels une ou plusieurs interfaces jouent un rôle central dans la dynamique de l’écoulement. L’interface peut séparer un gaz et un liquide, deux liquides de composition ou de densité différentes ou même un lit de grains et un fluide. Le moteur de la dynamique peut résulter de la gravité (nuage de bulles, courants de gravité, avalanches), d’une instabilité de sillage ou de cisaillement, d’un changement de phase (ébullition), du mouvement d’une ligne triple.
L’activité du groupe est aujourd’hui structurée autour des six thèmes scientifiques suivants :
• Bulles, gouttes et corps mobiles.
• Écoulements dispersés : agitation, mélange & dynamique
d’interface.
• Transfert, changement de phase & interfaces réactives.
• Tourbillons, turbulence & interfaces.
• Écoulements capillaires & mouillage.
• Milieux granulaires, fluides complexes & transition
d’échelle.
Les thèmes abordés recouvrent une large gamme de situations et d’applications fréquemment rencontrées dans les domaines de l’énergétique, du génie des procédés, du génie pétrolier, des industries nucléaire et aérospatiale, de la santé et de l’environnement. L’un des points forts du groupe Interface réside dans l’utilisation de méthodes d’analyse locale de phénomènes isolés dans des situations fondamentales afin d’enrichir les modèles permettant d’analyser des phénomènes complexes dans leur globalité.
Dynamique des fluides complexes à l’échelle du nanomètre
Ébullition en micro-gravité
Simulation directe de la croissance d’une bulle en ascension dans un liquide surchauffé
Rupture d’un ligament liquide dans un écoulement gazeux
Dune barkhane formée à partir d’un tas de sable sous un écoulement d’eau en canal
METHODOLOGIES …La variété des thèmes abordés dans le groupe Interface implique le développement d’un grand nombre de techniques aussi bien expérimentales, numériques que théoriques afin de conduire des analyses fines pour les divers écoulements multiphasiques étudiés.
MÉTrOLOGIE ...Imagerie rapide et traitement d’images, Vélocimétrie par Image de Particules (PIV), Fluorescence Induite par Laser (LIF), thermographie Infra-Rouge, trajectographie, microscopie et Microscopie à Force Atomique (AFM).
SIMuLaTIOn nuMÉrIquE ...Simulation Numérique Directe d’écoulements multiphasiques (Volume Of Fluid, Level Set). Développements de méthodes numériques dédiés au changement de phase et au mouvement de ligne triple. Simulation des grandes échelles de la turbulence en milieu diphasique. Modèles moyens à 1 ou 2 fluides.
MÉTHODE D’anaLySE THÉOrIquE ...Méthodes de perturbation, méthodes asymptotiques, méthodes de prise de moyenne, analyse de stabilité locale et globale, linéaire et non linéaire, des fluides Newtoniens et des fluides non-Newtoniens, équation d’amplitude et systèmes dynamiques.
LES DISPOSITIFS EXPErIMEnTauX ...Le groupe Interface possède des installations expérimentales originales et fréquemment renouvelées permettant des études dans diverses configurations telles que l’ébullition convective en micro-gravité, la croissance de bulles de vapeur en canal, l’ébullition transitoire à fort flux de chaleur, la traversée d’une interface liquide-liquide par une bulle, l’étude du mélange et de la coalescence de bulles dans une cellule de Hele-Shaw, des mesures nanométriques aux voisinages d’une ligne triple par AFM, le transport d’un lit de grains par un écoulement turbulent en conduite horizontale ou inclinable, l’oscillation de bulles et de gouttes attachées à un capillaire, la rupture de bulles en écoulement turbulent, la turbulence induite par un réseau de sphères, le mélange dans un écoulement de bulles.
LES rELaTIOnS ET SOuTIEnS ...Le groupe Interface a tissé d’étroites relations avec de nombreuses équipes universitaires françaises et internationales. Il participe à plusieurs GdR (ruissellement et films cisaillés, micro gravité fondamentale et appliquée, systèmes de refroidissement diphasiques…) et à de nombreux projets soutenus par l’ANR. A travers un réseau de collaborations larges, impliquant aussi bien des partenaires du monde académique (LGC, LISBP, Fédération FERMAT) et des organismes de recherche (CEA, CNES, ESA, IFPEN, INSERM, IRSN, ONERA) que des partenaires du monde industriel (Airbus, Air Liquide, Astrium, EDF, SNECMA, Total), le groupe est impliqué dans un large spectre d’actions de recherche touchant à la fois à des problématiques liées au tissu économique régional, à des enjeux nationaux, ou à des programmes internationaux.
Simulation directe d’une instabilité de sillage
I N T E R F A C E
Transfert de masse dans le sillage de bulles en ascension
Contact : [email protected]
O T EOndes, Turbulence et Envi ronnement
Le groupe OTE inscrit ses recherches dans le cadre de l’analyse physique et de la modélisation des écoulements dans le milieu naturel.
Le groupe se consacre à l’étude de l’hydrodynamique en milieu océanique profond ou zones littorales, dans l’atmosphère et en rivière, en particulier aux ondes de gravité de surface et internes, aux tourbillons et à la turbulence. Sont également étudiés des phénomènes physiques comme le transport de sédiments, des processus biologiques et non‑newtoniens ainsi que la dispersion conditionnée par les écoulements turbulents.
L’objectif de ces études est de contribuer à la compréhension et à la modélisation de processus hydrodynamiques de « petites » et « moyennes » échelles qui interviennent dans ces systèmes et qui peuvent avoir une influence sur les plus grandes échelles, ou sur le milieu environnant. L’approche s’appuie à la fois sur les expériences en laboratoire et sur les simulations numériques.
Les activités du groupe OTE sont organisées en deux thèmes scientifiques :
I. Hydrodynamique sur fonds naturels • Turbulence sur fonds rugueux.• Ondes de gravité internes et de surface.• Courants de gravité.• Tourbillons confinés.
II. Transferts, Transport et Morphodynamique • Fonds vivants.• Dispersion turbulente.• Transport et morphodynamique.
Dipôle tourbillonnaire en eau peu profonde
La zone de déferlement d’une onde de relief mesurée par PIV 3D/3C
Simulation DNS d’un courant de gravité
Croissance de biofilm en « rivière artificielle »
Contact : [email protected]
MÉTHODOLOGIES…
Des installations hydrauliquesDeux laboratoires contrôlés en température de 700 m2 et 100 m2, faisant partie de la Plateforme de Mécanique des Fluides Environnementale. • Un canal hydraulique de 18 m x 1.1 m x 0.5m entièrement vitré avec un débit maximal de 140 l/s. • Une « rivière artificielle » de 10m x 0.5m x 0.2m avec apport de nutriments naturels.• Un canal à houle de 8 m x 0.5 m x 0.2 m. • Une cuve avec générateur de turbulence homogène.• Une cuve avec générateurs de tourbillons.• Une cellule de Couette cylindrique.
Des moyens de mesureLe groupe développe des techniques de métrologie optique innovantes pour les applications hydrauliques• PIV 3D/3C haute résolution. • Photogrammétrie pour la mesure d’interface. • PIV 2D et PLIF sur fonds complexes.
Des codes de calculLe groupe développe également des modèles numériques adaptés aux études menées : • Modèles de transport sédimentaire (MODHOU/MODHYS, IBM/DEM).• Simulations Navier‑Stokes aux grandes échelles avec fonds complexes (IBM/LES). • Simulation numérique diphasique Navier‑Stokes compressible et incompressible.
LES CONTRATS DE RECHERCHE ET LES PARTENARIATS…
Des contrats de recherche : Programmes nationaux CNRS/INSU, ANR, projets européens, RTRA STAE.Des partenaires industriels : Météo‑France, EDF.Des partenaires publics : DGA.Des collaborations internationales : Europe, USA, Japon, Argentine.
O T EOndes, Turbulence et Envi ronnement
Canal à houle (Érosion de falaises)
P S CPart icu les , Spray et Combust ion
Le champ scientifique du groupe PSC couvre l’analyse des écoulements à phases dispersées en mécanique des fluides (sprays, gouttes, cellules et particules) ainsi que les écoulements réactifs complexes (combustion, polymérisation) incluant les aspects thermiques et énergétiques.
• Les applications industrielles se situent dans le domaine d’activités du Génie Chimique/Génie des Procédés et de la Combustion en particulier les opérations de transformation de la matière et de l’énergie où les transferts couplés ont un rôle central : transports, turbines à gaz, foyers industriels, centrales thermiques, fours, réacteurs chimiques. • Plus récemment, les problèmes appliqués s’orientent vers l’environnement et le vivant (bio-fluides et suspension de micro-organismes).
Les travaux du groupe PSC associent des avancées scientifiques académiques à des recherches partenariales avec le monde industriel. Leur conduite fait appel à l’analyse théorique (description statistique des écoulements dispersés), à l’expérimentation fine (mesures optiques locales PIV, PLIF…) et à la prédiction par des outils de simulation numérique appropriés aux problèmes traités.L’analyse multi-échelle de ces systèmes est une des voies privilégiées pour la compréhension des phénomènes couplés et leur modélisation.
Le groupe est structuré autour de trois thèmes :
• Modélisation et simulation des écoulements particulaires.
• Combustion et contrôle des transferts en écoulements
turbulents réactifs polyphasiques.
• Analyse d’écoulement de suspensions de fluides
biologiques.
et une vision transversale sur l’analyse multi-échelle des écoulements dispersés.
Flammes coniques stabilisées sur un brûleur pour l’étude des carburants alternatifs (Photographie).
Simulation numérique d’un mélangeur de particules de polypropylène (NEPTUNE_CFD@Tlse).
Localisation des zones d’accumulation de plancton dans un écoulement turbulent.
Reconstruction tridimensionnelle de la ligne de partage des eaux à partir des vaisseaux d’un tissu.
DES MOYENS SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES ...
Des installations expérimentales spécialisées en mécanique des fluides, écoulements diphasiques et combustion modélisant les phénomènes essentiels des applications pratiques.
Des moyens de mesure optique ou physique, propres ou communs à l’IMFT pour les diagnostics d’écoulements instationnaires polyconstituants ou polyphasiques dispersés : anémomètre laser à effet Doppler, granulométrie à phase Doppler, mesure de champs de vitesse instantanée par imagerie de particules avec laser Yag pulsé (PIV), mesure des concentrations gazeuses par fluorescence induite par laser (LIF), analyse d’images numériques 2D & 3D, mesures acoustiques et thermiques.
DES CODES DE CALCUL ...
• De recherche pour prévoir dans le détail les champs de vitesse, de température, de concentration dans les écoulements turbulents, polyconstituants et réactifs (NTMIX),• Industriels, en liaison avec des partenaires externes (CERFACS, IFP-EN, EDF) pour simuler des écoulements de gaz chargés en particules solides ou liquides avec prise en compte de la dispersion, de la combustion et de l‘acoustique (AVBP, NEPTUNE_CFD@Tlse, Thetis).
DES RÉFÉRENCES ...
Des collaborations scientifiques établies :Dans le cadre de plusieurs ANR, projets CEE au travers de collaborations actives avec des laboratoires à Toulouse (CERFACS, ONERA/DMAE, Fédération FERMaT, Plateforme LACOM/CAMOT, IMT, IRIT et LAPLACE), Rouen, Lyon, Bordeaux, Chatenay Malabry, en Europe (Valencia, Aix La Chapelle) et aux Etats-Unis (Stanford, MIT, Brown Univ., Arizona State, Georgia Tech).Des partenariats industriels bien établis avec des PMI (ETE, Serleg, Hybrinova) des grands groupes industriels (Renault, Peugeot, SNECMA, GDF, EDF, Siemens, AREVA, Total, Sagem, Air Liquide) et des institutions nationales (IRSN, INRS, IFP, CEA, CNES).
Contact : [email protected]
P S CPart icu les , Spray et Combust ion
Simulation numérique directe (DNS) du mélange entre hydrogène et oxygène à la lèvre d’un injecteur de moteur de
fusée (AVBP).
Si g n a u x & im a g e S Co n C e p t i o n e t fa b r i C at i o n m é C a n i q u e
LES SERVICES D’INTÉRÊT GÉNÉRAL (S.I .G)
Contact : [email protected] : [email protected]
n DES MÉTHODES ET DES MOYENS DE MESURES ...Le service signaux et images dispose d’un nombre important de dispositifs de mesure spécifiques à la recherche en mécanique des fluides utilisés par l’ensemble des équipes du laboratoire à l’aide de méthodes de pointe.
• Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV) : Caméras hautes résolutions et lasers bi-cavités associés spécifiques à la métrologie en PIV basse et haute cadence (>1kHz).• Anémométrie Doppler Laser (ADL) et Phase Doppler (PDA).• Anémométrie fil chaud.• Mesure de champ de température par thermographie infrarouge.• Fluorescence Induite par Plan Laser (PLIF) ; caméras haute dynamique associées.• Ombroscopie et traitements d’images associé: imagerie haute cadence, haute résolution et éclairages impulsionnels.• Traitement du signal : conditionneurs de capteurs, cartes d’acquisition micro-contrôleurs, Field-Programmable Gate Array (FPGA), convertisseurs spéciaux.
n DES DÉVELOPPEMENTS SPÉCIFIQUES...• Capteurs électroniques, synchronisations,…• Acquisition et traitement de signal. • Routines de traitement d’image (Matlab).• Logiciel de traitement PIV.• Techniques de mesure spécifiques :
• Cartographie instantanée de surface 3D.• Couplages optiques, séparateur de champs.
Ce service apporte ses compétences techniques et mécaniques aux groupes de recherche de l’IMFT, de la conception à la fabrication des différents organes et appareillages qui composent les prototypes expérimentaux.
n DES MOYENS DE FabRICaTIONS…L’atelier mécanique est équipé de plusieurs machines :• Tours, fraiseuses, perceuses, de différentes capacités, dont un tour numérique conversationnel. • Une menuiserie équipée d’une scie à panneaux, d’une raboteuse, et d’une scie à ruban.• Une chaudronnerie avec une cisaille, une plieuse, un poste à souder Tungsten Inerte Gas (T.I.G.).
n LES MaTÉRIaUx ...Les plus utilisés en fabrication sont :• Les matières plastiques (PDVF, PTFE, PVC, plexiglas).• Les métaux ferreux ou non ferreux, (dural, laiton, cuivre, aciers, aciers inoxydables).
PIV Stéréoscopique u
PLIFséparateur de champ
Prototype : Ébullition sous microgravité
Prototype : Écoulement cylindrique embarqué en microgravité
in f o r m at i q u eCo S i n u SCod e S e t Sim u l at i o n S num é r i q u eS
Contact : [email protected] Contact : [email protected]
LES SERVICES D’INTÉRÊT GÉNÉRAL (S.I .G)
n SOUTIEN DES CHERCHEURS DaNS La MISE EN œUVRE DE La SIMULaTION NUMÉRIQUEu CAO / maillage / développement en langage compilé (Fortran, C, C++) ou interprété (Python, Matlab, shell) / compilation / post-traitement / visualisation.• Exploitation, supervision et maintenance des logiciels scientifiques commerciaux, libres et codes recherche.• Assistance technique, support haut niveau : débogage, optimisation, profiling. • Démarche « qualité » : suivi de version, cas test automatiques, règles de développement.• Formation à l’échelle du laboratoire et à l’échelle de la Région Midi-Pyrénées (CUTIS). • Expertise en calcul scientifique.
n CaLCUL HaUTE PERFORMaNCE (HPC) :u Calcul parallèle sur plusieurs centaines ou milliers de cœurs.• Optimisation, parallélisation (MPI), GPU, librairies, portage.• Interface / utilisateur des centres de calcul régionaux (CALMIP), nationaux (IDRIS, CINES) et européens (PRACE).• Expert HPC dans le cadre de benchmarks, de partenariats académiques ou industriels, de projets.
n RESPONSabILITÉ TECHNIQUE DE gRaNDS PROjETS NUMÉRIQUES :u Coordination et suivi de l’équipe et des projets / qualité : maîtrise des développements / formation, conseil, expertise / optimisation, parallélisation, portage / Workshops.• Codes entièrement développés à l’IMFT.• Codes développés avec des partenaires industriels et académiques.
Ce service de proximité gère les ressources informatiques et l’architecture réseau du laboratoire, soit environ 400 équipements pour plus de 200 utilisateurs actifs. Ces activités sont menées en collaboration avec les établissements de tutelle : CNRS, INPT, Université Paul Sabatier, et en interne avec les services Cosinus et Signaux-Images.
n DOMaINES D’aCTIVITÉS :• Services d’infrastructures : adressage IPV4/IPV6, dns, dhcp, radius, wifi.• Téléphonie : 2 autocommutateurs et réseau mobile DECT.• Comptes utilisateurs dans un environnement Unix, Windows et Mac.• Support aux utilisateurs : achats, installation, paramétrage, dépannage. Assistance technique aux colloques.• Applications : messagerie, web, sauvegarde, serveurs de fichier, application de gestion, accès distants, visioconférence IP.
Le service Informatique assure une veille technologique permanente afin de s’adapter aux nouveaux usages, et accompagne les utilisateurs dans la conception et la mise en œuvre de leurs projets.
Courants de gravité en tubes inclinés (parallèle 1024 cœurs)
Hydrodynamique dans une centrale thermique (512 cœurs)
NEPTUNE_CFD
Maillage d’un implant osseux de taille millimétrique
Salle de visioconférence
Utilisation des processeurs Charge moyenne