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 scientifiques et techniques 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 harmonie 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 et la volonté du département sont de contribuer au développement de méthodologies expérimentales, numériques et théoriques permettant de faire progresser la connaissance des phénomènes de base intervenant dans chacun de ces champs disciplinaires et d'appliquer ces avancées cognitives et méthodologiques à des situations concrètes en liaison avec des partenaires industriels au sens large.

Le département est traditionnellement reconnu pour ses compétences et son savoir-faire en matière de développements d'outils de simulation numérique, appliqués à l'étude des quelques classes d'écoulements externes et internes, pour son activité dans le domaine de l'adsorption, tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Il est à noter que la composante expérimentale du département s'est notablement renforcée ces dernières années, avec l'intégration du Laboratoire de Thermodynamique des Fluides dans un premier temps, sur la base d'une activité en matière de thermoacoustique et de transferts diphasiques à basse température, puis avec l'arrivée de P. Gougat au début 1997, correspondant au souhait longtemps affirmé de redévelopper dans le département une activité expérimentale en mécanique des fluides, en synergie avec le développement de méthodes pour les simulations numériques d'écoulements en régime transitionnel ou turbulent.

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, composé de deux équipes : une équipe ``adsorption'' caractérisée 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, et une équipe tournée vers la thermo-acoustique appliquée à la réfrigération et sur les transferts diphasiques à basse température,...

Un séminaire interne, programmé et animé par J.L. Guermond et C. Tenaud, a pour objectif de faciliter les discussions et échanges thématiques et ainsi d'éviter un cloisonnement dû à la structuration en groupes.

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
  
• structuration et instabilités des écoulements thermo-convectifs et thermo-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, l'intégration ayant pris officiellement date au 1er Décembre 1995. Actuellement 6 enseignants-chercheurs de l'UFR de Mécanique de l'UPMC effectuent donc leur recherche dans le département, répartis dans les groupes Dynamique des Transferts (3) et Energétique (3). Le Département accueille également des enseignants-chercheurs de l'Université Paris-Sud, 6 au total depuis les recrutements de J. Amrit et de C. Nore en 1996 et de S. Pellerin en 1997, répartis dans les groupes Dynamique des Fluides (1), 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). Il est à noter une diminution récente du nombre chercheurs CNRS dans le département, avec la démission de G. Zhong en juillet 1997 et le départ en détachement de L.M. Sun pour 3 ans chez Air Liquide. Cette diminution faisait suite au départ à la retraite de T.S. Luu, au passage d'O. Daube dans le corps des Professeurs d'Université, et sera amplifiée par le départ à la retraite de J. Pakleza en Mai 1998. Nous souhaitons recruter rapidement de jeunes Chargés de Recherche pour compenser cette hémorragie.

Comme mentionné au début de cette présentation générale, un événement 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'écoulements 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, les deux années écoulées se sont plutôt caractérisées 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 ainsi que dans la simulation des toubillons en fer à cheval autour d'obstacles placés dans une couche limite. 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, E. Chenier 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. A signaler également les simulations d'écoulements interdisques en régime turbulent, effectuées par R. Jacques (thèse soutenue en Décembre 1997) à l'aide de différentes méthodologies dont la simulation numérique directe sur machine parallèle, effectuées dans le cadre d'une BDI CNRS-SNECMA. Dans le groupe Energétique, les études sur la co-adsorption ont montré l'importance et la complexité 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 est effectué 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, alors que ces développements sont 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 et pour la thermoacoustique, 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, CEA pour la modélisation des signaux d'ébullition...). D'autres études plus appliquées ont obtenu des soutiens industriels (SNECMA pour la simulation numérique d'écoulements interdisques, GDF pour l'étude des échanges diphasiques, Air Products Chemical pour la cinétique d'adsorption, RATP pour la ventilation des tunnels, RENAULT pour la modélisation des pertes dans des lignes d'échappement,...). 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 éprouvons quelques difficultés à effectuer les investissements importants nécessaires pour soutenir le développement de l'activité expérimentale ou plus simplement pour procéder au remplacement des équipements vieillissants.

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, au travers de participations à différentes manifestations, qui sont reprises en détail dans les présentations générales de chacun des groupes. Signalons que C. Tenaud, Ta Phuoc Loc et R. Viney ont participé activement à la mise en place du réseau CIRT (Consortium Industrie Recherche Turbomachines), qui fait suite au FIRTECH MEMTA. P. Gougat est membre du comité scientifique de l'Association Française de Vélocimétrie LASER. O. Daube et P. Le Quéré ont organisé la 5ème Ecole de Printemps de Mécanique des Fluides Numérique en Mai 1997, et M. Firdaouss a organisé, avec D. Gobin et B. Goyeau du FAST, les 3èmes journées d'études sur les milieux poreux en Juin 1997. Sur le plan international, F. Meunier et l'équipe Adsorption ont la charge de l'organisation de la 6ème conférence internationale ``Fundamentals of Adsorption'' qui se tiendra en Mai 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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