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 de répondre à un large éventail de problèmes du monde de l'ingénieur allant de l'aérodynamique au génie des procédés au sens large, en parfaite 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 et la volonté du département sont de contribuer au développement de méthodologies expérimentales, numériques et théoriques permettant de faire progresser la connaissance de phénomènes de base dans le domaine de la mécanique des fluides et des transferts couplés et d'appliquer et de valoriser ces avancées cognitives et méthodologiques à des situations concrètes correspondant à des problèmes rencontrés par nos partenaires industriels.

Le département était traditionnellement reconnu pour ses compétences et son savoir faire en matière de développements d'outils de simulation numérique, appliqués à l'étude des instabilités et de la simulation de quelques classes d'écoulements externes et internes ainsi que pour son activité dans le domaine de l'adsorption, tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Le désengagement prévu de F. Meunier, les départs récents de L.M. Sun (détachement à l'Air Liquide), de J.J. Guilleminot et de A. Choisier de l'équipe adsorption, le départ à la retraite annoncé de Ph. Grenier ont conduit le dernier comité scientifique à recommander de gérer la décroissance de cette activité en adsorption qui aura donc connu son apogée avec l'organisation de FOA6 (6ème édition du colloque Fundamental of Adsorption) organisé à Hyères en Juin 1998. Cette décroissance programmée, ainsi que le départ en retraite de J. Pakleza en Mai 1998, pose la question du redéploiement de certains des personnels chercheurs et techniciens attachés à cette activité, et de façon plus générale de la restructuration du département autour d'axes thématiques majeurs. Cette réflexion est en cours et il est vraisemblable que des aménagements à la structuration actuelle, tant en ce qui concerne la définition des groupes que de leurs responsables, seront proposés dans une échéance d'un an, pour le prochain comité scientifique.

Cette cessation progressive de l'activité en adsorption, à dominante expérimentale, ne signifie pas pour autant la diminution de la composante expérimentale du département puisqu'il est à noter que cette composante s'etait notablement renforcée ces dernières années, avec, dans un premier temps, l'intégration du Laboratoire de Thermodynamique des Fluides, 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. Cette dernière arrivée a permis de concrétiser le 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. Il est à noter qu'une partie du potentiel technique support de l'activité expérimentale a été regroupée dans une Cellule de Soutien à l'Activité Expérimentale, placée sous la responsabilité de J.B. Chalfen, IR. L'objectif de la mise en place de cette cellule, transverse aux groupes, est l'optimisation de l'accès et de l'utilisation des diverses compétences en matière de conception, fabrication, réalisation, montage, acquisition, métrologie.

Dans l'attente de cette redéfinition, 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 vers les transferts diphasiques à basse température,...

Un séminaire interne, programmé et animé par J.L. Guermond et C. Tenaud, permet de transversaliser les méthodologies et les thématiques et d'éviter ainsi un cloisonnement dû à la structuration en groupes.

L'ensemble de l'activité est structurée autour de quelques thèmes majeurs :

• méthodes numériques pour l'intégration 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.

Sur le plan scientifique, les deux années écoulées ont vu se consolider les orientations prises les années précédentes : un effort important est consacré au développement de méthodes de simulation des grosses structures pour l'analyse et les prédictions d'écoulements turbulents, tant sur le plan théorique que sur le plan de la mise en oeuvre et de la validation expérimentale. Un autre thème majeur touche à l'analyse des instabilités hydrodynamiques de diverses classes d'écoulements et au développement de nouvelles méthodologies qui viennent compléter les traditionnelles approches basées sur l'intégration des équations instationnaires. Dans ces deux thématiques, une attention toute particulière est portée à l'amélioration des outils de simulation numérique, tant du point de vue théorique que d'un point de vue adaptation des algorithmes aux nouvelles architectures de machines et un effort certain a été consacré à la parallélisation efficace de certains de nos codes d'intégration des équations de Navier-Stokes, tant en compressible qu'en incompressible. Ces progrès tant sur le plan des instabilités que dans les capacités de simulation des écoulements en régime turbulent nous permettent de nous orienter vers la thématique du contrôle actif, et le recrutement de B. Podvin, spécialiste de P.O.D., sur un poste CNRS constitue un atout important dans cette direction. Dans le groupe Energétique, les études sur la thermoacoustique ont beaucoup progressé et la réalisation de divers montages expérimentaux de taille croissante a permis de tester diverses options technologiques en vue de la réalisation d'un pilote. Signalons ici le recrutement d'I. Delbende sur un poste de Maître de Conférence de Paris VI, dont l'activité de recherche portera sur la modélisation et la simulation numérique des écoulements et transferts locaux en thermoacoustique, en complément de l'aspect plus énergétique de l'activité expérimentale.

Nous ne développerons 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.

Comme mentionné au début de cette présentation générale, un évènement encore suffisamment récent pour ne pas être banalisé, 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-groupes entre les groupes Dynamique des Fluides et Dynamique des Transferts, et en collaboration avec G. Quénot (CLIPS-IMAG) et le Pr. T. Kowalevski de l'Académie des Sciences de Pologne. Il est à noter que cette activité a atteint une certaine notoriété qui se concrétise par des collaborations avec des équipes d'autres laboratoires.

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. Signalons que l'activité mixte expérimentale et numérique concernant le développement de méthodes pour la dispersion de polluants en atmosphère urbaine a bénéficié du soutien d'un PICS avec la Tunisie.

Le département Mécanique-Energétique entretient des relations équilibrées avec l'UFR de Mécanique de l'Université Pierre et Marie Curie et avec le département de Physique de l'Université Paris Sud. Cet équilibre se manifeste par le fait que 7 enseignants-chercheurs de l'UFR de Mécanique de l'UPMC effectuent actuellement leur recherche dans le département, répartis dans les groupes Dynamique des Fluides (1), Dynamique des Transferts (3) et Energétique (3) ainsi que 6 enseignants-chercheurs de l'Université Paris-Sud répartis dans les groupes Dynamique des Fluides (1), Dynamique des Transferts (4) et Energétique (1). Les enseignants-chercheurs de Paris Sud ont notamment 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. Une demande d'habilitation d'un DESS en modélisation numérique a été déposée par C. Dang-Vu. G. Labrosse continue d'être le responsable du DEA Dynamique des Fluides et des Transferts, dans lequel interviennnent plusieurs membres du département. 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 des 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 a été amplifiée par le départ à la retraite de J. Pakleza en Mai 1998. Le recrutement récent de Bérengère Podvin ne permet que de compenser partiellement cette diminution des effectifs et nous souhaiterions recruter encore un ou deux jeunes Chargés de Recherche pour maintenir le potentiel CNRS à un niveau important.

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 participent activement au 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 J.L. Guermond a pris en charge l'organisation de la 6ème qui se tiendra à Aussois début Juin 1999. 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 eu la charge de l'organisation de la 6ème conférence internationale ``Fundamentals of Adsorption'' qui s'est tenue à Hyères 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 bénéficient régulièrement de soutiens de nos tutelles, notamment de l'Université Pierre et Marie Curie et de l'Université Paris-Sud, pour des séjours de courte durée.

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