Saint Cyr L`Ecole Visite comité AERES 9 Janvier 2013

Report
Institut Jean Le Rond d’Alembert
Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
Equipe
Fluide Réactifs et Turbulence
Institut Jean Le Rond d’Alembert
Université Pierre et Marie Curie
UMR CNRS 7190
Comité d’évaluation AERES, 8-9 Janvier 2013
Responsables (depuis Mars 2012) : Patrick DA COSTA, PR
Didier LUCOR, CR1
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES AXES DE RECHERCHES
Démarche
• De la recherche fondamentale à la recherche à vocation applicative
• Triptyque théorie-expérience-simulation
• Forte valorisation académique et contractuelle
(secteurs transports & énergie)
• Démarche volontariste d’insertion dans les réseaux nationaux et
européens
Organisation autour de 4 thèmes
1.
2.
3.
4.
Turbulence, interactions, aéroacoustique
Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
Méthodes expérimentales et métrologie
Méthodes numériques stochastiques et déterministes,
quantification des incertitudes, optimisation et contrôle
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES AXES DE RECHERCHES
Site de Paris : 10 personnes
Organisation autour de 4 thèmes
1. Turbulence, interactions, aéroacoustique
2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
3. Méthodes expérimentales et métrologie
4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes,
quantification des incertitudes, optimisation et contrôle
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES AXES DE RECHERCHES
Site de St Cyr l’Ecole : 4 personnes
Organisation autour de 4 thèmes
1.
2.
3.
4.
Turbulence, interactions, aéroacoustique
Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
Méthodes expérimentales et métrologie
Méthodes numériques stochastiques et déterministes,
quantification des incertitudes, optimisation et contrôle
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES FORCES VIVES
Chercheurs / Enseignants Chercheurs
EC (UPMC)
A. Belme, JC Chassaing (HDR), S. Chibarro, P. Da Costa (Pr) , P. Druault (HDR), T.
Gomez (HDR), G. Gerolymos (Pr), Ph. Guibert (Pr), J.F. Krawczynski, G. Legros (HDR),
P. Sagaut (Pr), I.Vallet (HDR)
C (CNRS)
12
2
D. Fuster, D. Lucor (CR1 HDR)
Rang A/B
=
28%
HDR
71%
Support technique
Personnel technique de saint-cyr
Support administratif
E. Mignon
Doctorants
15 thésards, 6 post-doctorants, (24 thèses soutenues)
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LES FORCES VIVES
EFFECTIFS
1er Janvier 2008
MDC
PR
1er Janvier 2013
EC
JC Chassaing
C. David
G. Dayma
P. Druault (HDR)
Th. Gomez
G. Legros
L. Le Moyne (HDR)*
C. Morin*
I.Vallet (HDR)
MDC
S. Cavadias*
G. Gerolymos
Ph. Guibert
P. Rochelle
P. Sagaut
PR
(-1)
(-1)
C (CNRS)
CR
A. Belme
JC Chassaing (HDR)
S. Chibarro
P. Druault (HDR)
Th. Gomez (HDR)
JF. Krawczynski
G. Legros (HDR)
I.Vallet (HDR)
P. Da Costa
G. Gerolymos
Ph. Guibert
P. Sagaut
C (CNRS)
D. Lucor
H. Miton
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EC
CR
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D. Fuster
D. Lucor (HDR)
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LES FORCES VIVES
Combustion alternative,
Dépollution
Druault*
Vallet
Da Costa
Legros
Guibert
Fuster#
Sagaut*
Turbulence
Interactions
REPARTITIONS
Méthodes expérimentales
Krawczynski
Belme
Chassaing*
Chibarro
Gérolymos
Gomez
Lucor#
Méthodes
Numériques
Aéroacoustique*
Biomécanique#
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LES CHIFFRES CLES
Valorisation
• Articles journaux internationaux (base ISI Web)
– Total: 157 articles
– ≈ 2,3 articles/permanent/an (5.2 ETP pour 2012)
– Tous les permanents (au 01/01/13) sont publiants
• 121 conférences (117 internationales) avec actes dont 19 invitées
• 20 livres ou chapitres d’ouvrage
• 2 brevets
• Organisation de 4 conférences (3 internationales)
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LES CHIFFRES CLES
Valorisation
• Plus d’une trentaine de conventions notifiées (hors allocations)
• Montant total notifié: 3900 k€ ( 975 k€/an)
ANR
35%
45%
10%
15%
CEE
Pole de
compé vité
Autres (CIFRE,
contrats de
collabora ons,etc.)
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Enseignement
RESPONSABILITES LOCALES ET NATIONALES
• Niveau L:
Direction adjointe études Licence Méca (J.C. Chassaing)
Direction d’une Lpro (GMPE) (P. Da Costa)
Gestion plateforme TP St-Cyr, 500 étudiants/an (G. Legros, J.F.Krawczynski)
• Niveau M:
Animation d’une spécialité (EE: P. Guibert) et de 5 parcours M2, > 100 étudiants/an
(J.C. Chassaing, S. Chibarro, P. Da Costa, P. Guibert)
• Niveau D:
Commission thèses et HDR « Ingénierie » UPMC (P. Sagaut,  2012)
RESPONSABILITE DU SITE DE SAINT-CYR L’ECOLE (P. Guibert)
SECTION CNU 60 (G. Gerolymos)
CoNRS Section 10 (P. Sagaut,  2008)
UPMC: membre du CA (P. Sagaut 2012, D. Lucor 2012 )
directoire de la recherche (P. Sagaut, responsabilité Pôle 1)
directoire des formations (2012  P. Da Costa, D. Lucor)
directoire des RI (2012  P. Da Costa)
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES AXES DE RECHERCHES
1.
2.
3.
4.
Turbulence, interactions, aéroacoustique
Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
Méthodes expérimentales et métrologie
Méthodes numériques stochastiques et déterministes,
quantification des incertitudes, optimisation et contrôle
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES THEMES DE RECHERCHES
1. Turbulence, interactions, aéroacoustique
A- Modélisation de la turbulence (RANS, LES, …)
But: améliorer les modèles existants et étendre leur domaine d’utilisation (complexité
géométrique et complexité physique)
B- Aérodynamique: analyse physique et contrôle
But: analyser et comprendre la physique de certains écoulements
turbulents en vue de leur manipulation/contrôle
C- Couplage fluide-structure
But: analyser et comprendre la physique couplée
D- Aéroacoustique
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
LES THEMES DE RECHERCHES
2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
A- Combustion alternative
But: améliorer les modèles existants et étendre leur domaine d’utilisation (complexité
géométrique et complexité physique)
B- Dépollution
But: analyser et comprendre la physique de certains écoulements
turbulents en vue de leur manipulation/contrôle
C- Turbulence
But: analyser et comprendre la physique couplée
D- Cinétique
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LES THEMES DE RECHERCHES
3. Méthodes expérimentales
A- Mesures optiques non intrusives : Fluorescence Induite par Laser
But: Mesurer au mieux des paramètres expérimentaux (conc. T, etc.) sans altération des autres
phénomènes physiques, hydrodynamiques, chimiques etc.
B- Mesures au Banc Gaz Synthétique
But: Simuler à une échelle 1/10 à 1/1000 des procédés réels (dans notre cas surtout dédiés à la
dépollution)
C- Mesures de vieillissement chimiques et thermiques de matériaux
But: Simuler au laboratoire des vieillissements de matériaux (dans notre cas surtout dédiés à la
dépollution)
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LES THEMES DE RECHERCHES
4. Méthodes numériques…
A- Modélisation et propagation des incertitudes
But: obtenir des intervalles de confiance sur les prédictions numériques, estimer la pertinence
des modèles, vérification et validation des prédictions débouchant sur une aide à la décision.
B- Méthodes « classiques » pour équations de Navier-Stokes (DF,VF, EF)
C- Méthodes de type Lattice Boltzmann
But développements de schémas numériques, conditions aux limites, méthodes (ALE, Chimere,
retournement temporel, différentiation complexe, adjoint …) pour l’aérodynamique et
l’aéroacoustique
D- Surfaces de réponse en vue de l’optimisation des systèmes et de la
certification des solutions numériques
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Coopérations
Univ. Modene
UC Davis
CSIC
EDF
Renault
EADS
GDFSUEZ
CORIA
ONERA
Airbus CEA
MPIA
FCIH
FRT
PSA
IFPEN
MISES
JLL
MIT
IFREMER
Alstom
LMFA
Univ. Twente
CNES
PAN
LRS
CNAM
CERFACS
IST Lisbonne
Continental
Dassault-Aviation
Pol. Milan
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AGH Cracovie
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROJET ET PERSPECTIVES
1- Consolidation de l’équipe
2- Développement des synergies nécessaires aux niveaux local/national pour
conserver la maîtrise de l’ensemble de la chaîne « recherche amont - recherche
appliquée » dans les thématiques développées
3- Devenir pour les tutelles un pilier du développement de leur actions sur nos
domaines d’excellence
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROJET ET PERSPECTIVES
1.
2.
3.
4.
Turbulence, interactions, aéroacoustique
Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
Méthodes expérimentales et métrologie
Méthodes numériques stochastiques et déterministes,
quantification des incertitudes, optimisation et contrôle
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROJET ET PERSPECTIVES
1.
2.
3.
4.
Turbulence, interactions, aéroacoustique
Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique
Méthodes expérimentales et métrologie
Méthodes numériques stochastiques et déterministes,
quantification des incertitudes, optimisation et contrôle
1. Turbulence, interactions, aéroacoustique
2. Combustion, procédés de dépollution
3. Méthodes expérimentales et métrologie
4. Méthodes numériques
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PRESENTATIONS FRT
1.
2.
3.
4.
Turbulence, interactions, aéroacoustique
Combustion, procédés de dépollution
Méthodes expérimentales et métrologie
Méthodes numériques
Volet Expérimental de l’équipe :
G. Legros (MDC HDR)
Volet Numérique de l’équipe :
D. Lucor (CR1 HDR)
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
Merci pour votre attention
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Enjeux :
 performance énergétique / sécurité
 réchauffement climatique
 santé publique
Verrous :  domaine multidisciplinaire
 au coeur des efforts dans les domaines de la simulation
numérique et des diagnostics optiques
Stratégie de développement à l’Institut :
 complément aux projets existants (carburants alternatifs)
 stratégies innovantes de contrôle
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Combustion alternative,
Dépollution
Druault*
Vallet
Da Costa
Legros
Guibert
Fuster#
Sagaut*
Turbulence
Interactions
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Méthodes expérimentales
Krawczynski
Belme
Chassaing*
Chibarro
Gérolymos
Gomez
Lucor#
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Méthodes
Numériques
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
caractérisation expérimentale et numérique de la
production de suie par les carburants alternatifs
Interactions :
 P. Da Costa, P. Guibert, G. Legros
 C. Morin (Univ. Valenciennes), D. Gaffie
(ONERA/DEFA),
G. Dayma (Univ. Orléans)
 K. Daun (Univ. Waterloo), M. Thomson (Univ. Toronto)
Financements :  Institut (20 k€)
 contrat ONERA (30 k€)
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
caractérisation expérimentale et numérique de la
production de suie par les carburants alternatifs
Dispositif expérimental mis en place à l’Institut:
brûleur de Santoro, alimenté par un écoulement combustible contenant des vapeurs de carburant liquide.
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
caractérisation expérimentale et numérique de la
production de suie par les carburants alternatifs
Dispositif optique mis en place autour du brûleur de l’Institut:
Méthode d’absorption/émission à deux longueurs d’onde pour la cartographie en température et fraction
volumique de suie au sein de la flamme
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
caractérisation expérimentale et numérique de la
production de suie par les carburants alternatifs
t0
t0 + 40 ms
suivi temporel par visualisation rapide (500 fps) du phénomène de flickering apparaissant
spontanément pour une flamme d’éthylène brûlant dans un écoulement oxydant 55% O2 + 45% CO2.
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
caractérisation expérimentale et numérique de la
production de suie par les carburants alternatifs
Développement original: suivi temporel (70 fps) en fraction volumique de suie du phénomène de
flickering apparaissant spontanément pour une flamme d’éthylène brûlant dans un écoulement
oxydant 55% O2 + 45% CO2. (Kashif et al., Optics Express 20, p.28742–28751, 2012)
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
caractérisation expérimentale et numérique de la
production de suie par les carburants alternatifs
Perspectives :
 Quantification de la propension à la production de suie
par les carburants alternatifs (thèse de M. Kashif)
Cartographies en fraction volumique de
suie (ppm) à débits air et combustible
constants pour un écoulement de
méthane ensemencé en vapeur de:
(a) PRF 10; (b) PRF 30; (c) PRF 60
 Réactivité des particules de suie émises par les
carburants alternatifs (thèse de Q. Wang)
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
Interactions :
Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion
 T. Gomez, G. Legros, P. Sagaut
 H. Pitsch (RWTH Aachen)
Financements :  Institut (1 k€)
 UPMC (bourse doctorale)
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion
Dispositif expérimental mis en place à l’Institut:
brûleur de Santoro placé au sein de l’électro-aimant et entouré du dispositif optique d’absorption/émission à 2
longueurs d’onde.
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion
Développement original: déclenchement par effet magnétique de l’instabilité de flickering sur le
brûleur de l’institut. (Legros et al., Proc. Combust. Inst. 33, p.1095-1103, 2011.)
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion
Localisation des flammes dans un repère (Gr,ReT)
(ReF=33). Les symboles bleus, noirs et rouges
représentent les teneurs XO2=0.30, 0.55, et 0.75,
respectivement. Les symboles pleins indiquent les
flammes instables.
(Legros et al., Proc. Combust. Inst. 33, p.1095-1103,
2011.)
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PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion
Perspectives :  contrôle de la production de suie par forçage magnétique
(thèse d’Agnes Jocher - co-tutelle UPMC/RWTH Aachen)
(a)
(b)
Profils de fraction volumique de suie à différentes hauteurs d’une flamme non-prémélangée d’éthylène brûlant
dans un écoulement oxydant co-courant (XO2=0,5 ; XN2=0,5 ; QV,éthylène=36 L/min ; Qv,oxydant=230 L/min) :
(a) sans champ magnétique ; (b) grad(B2) = - 5,1 T2/m ez
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Equipe Fluides Réactifs et Turbulence
PROBLEMATIQUE
Interactions écoulements réactifs / production de particules de suie
Projet :
Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion
Perspectives :  contrôle de la production de suie par forçage magnétique
(thèse d’Agnes Jocher - co-tutelle UPMC/RWTH Aachen)
Résultats numériques préliminaires:
comparaison entre champs de température sans et avec
gradient de champ magnétique descendant, au sein d’une
flamme non-prémélangée d’hydrogène brûlant dans un
écoulement co-courant d’air.
(code: CIAO / H. Pitsch)
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