• Simulation numérique d'une émulsion eau/huile à l'aide d'une approche multi-physique / multi-échelle

    Discipline scientifique: Sciences physiques

    Direction de recherche: Mécanique appliquée

    Priorité stratégique:

    2017-R04-02

    Lieu: Rueil-Malmaison

    Promoteur: Guillaume VINAY

    Cette thèse est déjà pourvue.

    L’étude des écoulements diphasiques rencontrés dans l’industrie pétrolière, et en particulier lors de la séparation liquide/liquide met en jeu des phénomènes physiques à des échelles très différentes. La difficulté de description de ces phénomènes est liée aux échelles variées présentes dans le domaine d’écoulement mais aussi aux différentes physiques interagissant à ces échelles (des forces colloïdales agissant à l’échelle moléculaire jusqu’aux forces hydrodynamiques agissant à l’échelle de l’écoulement). L’échelle d’intérêt pour l’industrie, appelée ici échelle macroscopique, est celle du système à dimensionner, c’est-à-dire le séparateur dans notre cas. Or, la physique des interactions à l’échelle locale de l’interface entre les deux phases, par un jeu de cascade d’échelles, régit le comportement macroscopique de l’écoulement diphasique. Ainsi, pour obtenir une modélisation satisfaisante des grandes échelles du système, il convient de traiter précisément  les petites échelles de la mécanique des fluides d’une part, mais également de prendre en compte les phénomènes agissant à des échelles submicroniques, régis par les forces colloïdales.
    La résolution de tous les phénomènes physiques dans des simulations numériques dites « macro » demanderait d’utiliser des maillages très fins, ce qui rend le calcul impossible. A cette échelle, les phénomènes qu’on ne peut résoudre directement sont modélisés. La démarche multi-échelle repose sur le principe de simuler chaque phénomène à l’échelle la plus pertinente, puis par une cascade d’échelles, l’information pertinente doit être transférée de la plus petite échelle résolue à la plus grande échelle modélisée. C’est dans cette démarche multi-échelle que s’inscrit cette thèse.
    Dans le cadre de ce travail nous proposons de réaliser des simulations à l’échelle microscopique, c’est-à-dire à l’échelle de l’interface, en utilisant le code numérique libre Basilisk (http://basilisk.fr/), développé par Stéphane Popinet, dans lequel une méthode VOF associée à des techniques de raffinement de maillage (AMR) et à un calcul performant de la tension de surface permet de simuler finement les phénomènes de drainage de films aux interfaces.
    L’objectif principal de cette thèse est d’utiliser et adapter cet outil numérique pour réaliser des simulations numériques directes d’une émulsion huile/eau réelle dans la perspective d’une démarche multi-échelle. En particulier, nous souhaitons développer un modèle de sous-maille permettant de représenter les phénomènes agissant aux échelles micro et submicroniques. Pour réaliser ce modèle, nous pourrons développer une approche basée sur l’analyse de calculs numériques dans lesquels ces échelles sont résolues, mais également sur une approche théorique (théorie de film mince, …). Enfin, nous pourrons comparer les calculs numériques complètement résolues et ceux réalisés avec le modèle de sous-maille à des essais expérimentaux de type « bottle test », disponibles à d’IFPEN.

    Mots clefs: mécanique des fluides ; écoulement diphasique ; méthode de suivi d’interface ; simulation numérique ; émulsion ; physico-chimie de l’interface

    Directeur de thèse Stéphane POPINET, Institut Jean le Rond d’Alembert de l’université Pierre et Marie Curie, Paris.
    École doctorale ED 391 - Ecole Doctorale Sciences Mécaniques, acoustique et électronique et robotique de Paris 
    Encadrant IFPEN Dr, Guillaume VINAY, Ingénieur de recherche, Département Mécanique des Fluides, guillaume.vinay@ifpen.fr 
    Localisation du doctorant IFP Energies nouvelles, Rueil-Malmaison, France 
    Durée et date de début 3 ans, début de préférence : le 1er octobre 2017  
    Employeur IFP Energies nouvelles, Rueil Malmaison, France
    Qualifications Master 2 Mécanique des Fluides, Physico-chimie 
    Connaissances linguistiques Anglais 
    Autres qualifications Programmation C/C++, Linux, Informatique Scientifique 












    Pour plus d’information ou pour soumettre votre candidature, voir theses.ifpen.fr ou contacter l’encadrant IFPEN.