Département Mécanique-Energétique

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P. Le Quéré

Groupe Dynamique des Fluides
Groupe Dynamique des Transferts
Groupe Energétique

Le département Mécanique-Energétique regroupe un ensemble de compétences permettant d'aborder un large éventail de problèmes du monde de l'ingénieur allant de la mécanique des fluides à l'énergétique et au génie des procédés au sens large, en totale concordance avec le spectre scientifique de la section 10 <<Energie, Mécanique des milieux fluides et réactifs, Génie des procédés>> du comité national de la recherche scientifique.L'ambition du département est de faire progresser la connaissance des phénomènes de base intervenant dans ces différentes disciplines par le développement de méthodologies appropriées, expérimentales, théoriques et numériques, et d'appliquer à des situations concrètes ces avancées méthodologiques en liaison avec des partenaires industriels au sens large.

Le département est actuellement structuré en trois groupes :

• un groupe Dynamique des Fluides, sous la responsabilité de Ta Phuoc Loc, regroupant un ensemble d'études à finalité aérodynamique, écoulements autour de profils et dans des cascades d'aubes, méthodes inverses en turbomachines,..
• un groupe Dynamique des Transferts, animé par P. Le Quéré, centré sur l’'étude de l’'influence des mouvements convectifs sur les transferts de chaleur et de masse (instabilités, chaos, systèmes couplés, milieux poreux,..),..
• un groupe Energétique, sous la responsabilité de F. Meunier, caractérisé par un ensemble de thèmes allant de l'étude de la physico-chimie de l’'adsorption à sa mise en oeuvre dans des procédés de réfrigération, complétées par des études sur la thermo-acoustique appliquées à la réfrigération et sur les transferts à basse température,...

Dans le but d'éviter un cloisonnement dû à la structuration en groupes et pour faciliter les discussions et échanges thématiques, des groupes de travail horizontaux ont été mis en place. Ainsi, L. Tuckerman anime un groupe <<Instabilités>> C. Tenaud un groupe <<Thermoacoustique>> et un groupe <<Turbulence>>, J.L. Guermond un groupe <<Méthodes numériques>>.

L'ensemble de l'activité est structurée autour de quelques thèmes majeurs, sur lesquels le Département est reconnu nationalement et internationalement :

• méthodes numériques pour la résolution des équations de Navier-Stokes

• méthodes inverses en turbomachines

• écoulements externes décollés en régime turbulent instationnaire

• instabilités des écoulements thermo-convectifs et capillaires en cavités

• écoulements interdisques ; instabilités, chaos et turbulence

• simulation des transferts couplés en situation réelle

• étude de la cinétique de diffusion et modélisation des colonnes d'adsorption

• conception de procédés propres utilisant l'adsorption (réfrigération,..)

• thermoacoustique pour la réfrigération.

Rappelons ici que le groupe Energétique résulte de la fusion de l'ancien groupe Adsorption avec l'ex laboratoire de Thermodynamique des Fluides de l'UFR de Mécanique de l'Université Pierre et Marie Curie, sous la responsabilité du Pr. M.X. François, intégration souhaitée par l'UPMC et prononcée depuis le 1er Décembre 1995 après une période probatoire de 2 ans. 6 enseignants-chercheurs de l'UFR de Mécanique de l'UPMC effectuent donc actuellement leur recherche dans le département, répartis dans les groupes Dynamique des Transferts (3) et Energétique (3). Rappelons également que le Département accueille des enseignants-chercheurs de l'Université Paris-Sud, 5 au total depuis les recrutements de J. Amrit et de C. Nore en septembre 1996, répartis dans les groupes Dynamique des Transferts (4) et Energétique (1). Après la création du DEA Dynamique des Fluides et des Transferts par le Pr G. Labrosse, ces enseignants-chercheurs ont été à l'origine de la création de la filière de second cycle de Mécanique du Département de Physique et C. Dang-Vu assure actuellement la responsabilité de l'année de Licence. Pour terminer sur ce chapitre, mentionnons que le Département accueille également des enseignants-chercheurs d'autres établissements (F. Meunier et M.C. Duluc du CNAM dans le groupe Energétique et O. Daube de l'Université d'Evry dans le groupe Dynamique des Transferts).

Un élément important de l'année écoulée est l'arrivée de P. Gougat, accompagné d'une doctorante A. Rambert, dans le groupe Dynamique des Fluides. Nous avions depuis un certain temps souhaité le retour d'une activité expérimentale en fluides dans le département, en accompagnement aux simulations numériques d'ecoulements instationnaires. L'installation de P. Gougat et de son matériel expérimental est chose faite depuis le 10 Janvier 1997, grâce à un soutien du Département SPI. Une activité de nature méthodologique, dans le cadre du programme PRIMEQUAL, se développe autour des techniques de PIV (Imagerie par vélocimétrie de particules), inter-départementale avec G. Quénot du groupe IMM et inter-groupes entre les groupes Dynamique des Fluides et Dynamique des Transferts, en profitant de notre collaboration avec le Pr. T. Kowalevski de l'académie des sciences de Pologne.

Sur le plan scientifique, l'année écoulée n'a pas été marquée par des infléchissements notables mais se caractérise plutôt par la concrétisation des développements entamés les années précédentes. Ainsi, les travaux de thèse de F. Bertagnolio et de F. Lardat ont permis d'aboutir à une formalisation quasi-définitive de la formulation en vitesse-tourbillon des équations de Navier-Stokes, en maillage curviligne non orthogonal. Couplée avec une modélisation de type grosses structures de la turbulence, cette approche permet d'envisager de traiter des configurations de plus en plus réalistes et de beaux résultats ont été obtenus autour de profils en incidence. Dans le groupe Dynamique des Transferts, les études des instabilités de quelques classes d'écoulements comme les écoulements de convection thermosolutale ou écoulements interdisques ont été poursuivies et ont donné lieu aux soutenances de thèse de E. Delouche et de N. Cousin-Rittemard. En complément, les techniques développées par L. Tuckerman pour le calcul direct des solutions stationnaires des équations de Navier-Stokes même lorsqu'elles sont instables et pour la caractérisation de leur stabilité, ont été appliquées avec succès à ces mêmes classes d'écoulements. Dans le groupe Energétique, les études sur la co-adsorption ont montré l'importance et l'intérêt du phénomène et de premiers résultats prometteurs ont été obtenus sur les études sur la thermo-acoustique pour la réfrigération. Nous ne détaillerons pas plus ici ces différents aspects scientifiques, qui sont présentés en détail dans les introductions de chaque groupe et dont certains font l'objet de pages de présentation spécifiques.

L'ensemble de ces activités sont effectuées en liaison avec des préoccupations d'intérêt pratique, bien qu'il ne soit pas toujours facile d'obtenir des soutiens pour des études amont à caractère méthodologique, expérimental ou numérique, et que ces développements soient nécessaires à l'amélioration de notre savoir-faire. Certaines de ces activités de nature méthodologique sont cependant soutenues par des agences de moyens (DRET pour le développement des méthodes de couplage différences-finies /méthodes particulaires, programme PRIMEQUAL pour la simulation des grosses structures appliquée à la dispersion de polluants en milieu urbain, CEE-COPERNICUS pour le développement de méthodes adaptées aux études d'instabilité, ECODEV pour les études sur les procédés propres,...). D'autres études plus appliquées ont obtenu des soutiens industriels (SNECMA pour la simulation numérique d'écoulements interdisques, GDF pour l'étude des échanges disphasiques, Air Products Chemical pour la cinétique d'adsorption,...). Il n'en demeure pas moins que la conjoncture reste difficile, tant du côté des agences de moyen que du côté des soutiens industriels directs. Ceci ajouté à la relative austérité du côté des tutelles fait que nous ne pouvons actuellement procéder au remplacement des équipements qui sont devenus obsolètes.

Le Département a globalement continué à participer à l'animation des communautés nationales de Mécanique des Fluides Numérique, de Thermique et de Génie des Procédés, à travers des participations à différentes manifestations. C. Tenaud et Ta Phuoc Loc participent activement à la mise en place du réseau Turbomachines, qui fait suite au FIRTECH MEMTA. O. Daube et P. Le Quéré organisent la 5ème Ecole de Printemps de Mécanique des Fluides Numérique en Mai 1997, et M. Firdaouss co-organise, avec D. Gobin et B. Goyeau du FAST, les 3èmes journées d'études sur les milieux poreux en Juin 1997. Sur le plan international, le groupe Energétique a en charge l'organisation de la 6ème conférence internationale Fundamentals of Adsorption qui se tiendra en 1998.

Nous continuons par ailleurs à entretenir des collaborations internationales suivies avec des chercheurs étrangers, et les Professeurs Guo, M. Kaviany et L. Quartapelle ont obtenu des soutiens, notamment de l'Université Pierre et Marie Curie et de l'Université Paris-Sud, pour venir passer quelque temps avec nous en 1997.

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