| Libellé du cours : | Écoulements Complexes : les Limites de l'Empirisme |
|---|---|
| Département d'enseignement : | CMA / Chimie et Matière |
| Responsable d'enseignement : | Monsieur ALEXANDRE MEGE REVIL / Monsieur CHRISTOPHE CUVIER |
| Langue d'enseignement : | Anglais |
| Ects potentiels : | 0 |
| Grille des résultats : | Grade de A+ à R |
| Code et libellé (hp) : | IFU_CPD_ECL - Écoul Compl : Lim empirisme |
Equipe pédagogique
Enseignants : Monsieur ALEXANDRE MEGE REVIL / Monsieur CHRISTOPHE CUVIER / Monsieur JEAN-MARC FOUCAUT / Monsieur JORAN ROLLAND / Monsieur LE YIN / Monsieur MARTIN OBLIGADO / Monsieur MOHAMMAD AHMAD
Intervenants extérieurs (entreprise, recherche, enseignement secondaire) : divers enseignants vacataires
Résumé
Beaucoup d’objets de la vie courante comme de l’industrie font intervenir le mouvement d’un fluide. Ce mouvement est très souvent complexe et turbulent car à un très grand nombre de Reynolds. La turbulence qui est générée est un phénomène encore très mal compris et tend dans tous les cas à diminuer la performance de l’application et sa durée de vie. N’ayant pas de théorie valable, la plupart de ces systèmes ont été conçus sur des bases empiriques faisant que leur bilan énergétique est certainement loin d’être optimum. L’exemple le plus marquant est l’avion qui a été imaginé au départ par du bio-mimétisme (Léonard De Vinci puis Lilienthal) et finalement finalisé par des essais comparatifs de centaines de forme par les frères Wright. Par des approches expérimentales de plus en plus avancées couplées avec de la simulation numérique, leurs performances se sont améliorées mais pas de manière drastique si bien qu’un gain de 25% en trainée est visé et envisageable à court terme. Il est clair que depuis les années 50 la forme des avions n’a pas évolué significativement. Vu l’incapacité à trouver une rupture technologique au niveau de l’écoulement de l’air, l’amélioration de leur performance énergétique est basée actuellement sur l’allégement de la structure en utilisant de plus en plus de matériaux composites difficilement recyclables et réparables. Les mêmes conclusions s’imposent sur le transport terrestre ou sur l’éolien. Les mélangeurs industriels ont eux aussi été conçus de manière empirique. Un mélange plus homogène est obtenu en injectant plus d’énergie au niveau des pâles pour créer plus de turbulence qui favorise le mélange. Cette fois ci la turbulence est la clé du processus, néanmoins, leur efficacité énergétique est loin d’être optimum. Finalement, la non maitrise de la turbulence des écoulements sollicite fortement les structures (pâles de mélangeur, pâles d’éolienne, ailes d’avion, turbomachines, etc.), réduisant de manière significative leur durée de vie. Dans ces exemples, il apparait clairement que l’absence d’une théorie fiable pour prédire la turbulence a conduit à construire des machines aérodynamique ou hydraulique par une approche empirique ou semi-empirique loin d’être optimales. Pour diminuer le besoin en énergie de ces systèmes, des solutions très High Tech sont mises en œuvres pour des gains souvent faible ou nécessitant la recherche de solutions pour corriger de nouveaux problèmes introduits (on pourra citer par exemple le moteur essence à injection directe émettant plus de particule qu’un moteur diesel avec filtre à particule). Si une théorie de la turbulence était connue, il serait alors possible de concevoir des dispositifs plus performants, plus efficaces, plus simples et plus robustes parfaitement en accord avec les principes du Low Tech pour une gestion plus saine des ressources primaires. Malheureusement on n’en est pas encore là. L’objectif de ce module est de sensibiliser les élèves ingénieur de Centrale Lille à cette problématique et de leur présenter les outils actuels de couplage expériences/calculs numériques qui répondent en partie à ce point pour concevoir des produits ayant un impact écologique bien inférieur. Cette démarche s’inscrit également dans les objectifs européens de l’amélioration de l’efficacité énergétique de 20% visée à l’horizon 2020 et 30% à l’horizon 2030.
Objectifs pédagogiques
À l’issue du cours, l’élève sera capable de : - Analyser, identifier et comprendre les problèmes liés à la complexité des écoulements sur diverses applications (mélangeurs, écoulements internes, aérodynamique, etc.) et les limites des approches actuelles (compétence C2.1 : Représenter et modéliser, grade niveau compétent, D intermédiaire). - Modéliser un écoulement étudié par des approches couplées expériences/calculs numériques avec un regard critique sur ses résultats (compétence C2.2 : Résoudre et Arbitrer, grade A niveau compétent, D intermédiaire). - Proposer des pistes ou des solutions innovantes aux problèmes de turbulence rencontrés (compétence C1.1 Faire émerger, grade A niveau compétent, D intermédiaire).
Objectifs de développement durable
Modalités de contrôle de connaissance
Contrôle Continu
Commentaires: Au cours du module, deux séances de 4h de méthodes de mesures expérimentales et 3 séances de 4h de méthodes numériques seront effectuées et évaluées à travers des rapports par groupe de 4. La moyenne des évaluations des rapports constitueront l’évaluation finale. Ils devront donc être professionnel et montrer un certain niveau de compréhension sur la problématique de la turbulence.
Ressources en ligne
Support de cours et TD sur moodle
Pédagogie
Séminaires mixtes cours/TD complétés par des TDTP expérimentaux et numériques avec l’accent mis sur la mise en pratique et le travail en autonomie. Le module sera entièrement enseigné en anglais.
Séquencement / modalités d'apprentissage
| Nombre d'heures en CM (Cours Magistraux) : | 0 |
|---|---|
| Nombre d'heures en TD (Travaux Dirigés) : | 8 |
| Nombre d'heures en TP (Travaux Pratiques) : | 0 |
| Nombre d'heures en Séminaire : | 0 |
| Nombre d'heures en Demi-séminaire : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en TEA (Travail En Autonomie) : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en TNE (Travail Non Encadré) : | 0 |
| Nombre d'heures en CB (Contrôle Bloqué) : | 0 |
| Nombre d'heures élèves en PER (Travail PERsonnel) : | 0 |
| Nombre d'heures en Heures Projets : | 0 |
Pré-requis
Aucun prérequis n’est vraiment nécessaire. Avoir suivis les modules « transport de fluides » ou/et « aérodynamique » est toutefois conseillé. Il est aussi conseillé d’avoir une bonne connaissance de la mécanique des milieux continus (contraintes, déformation, opérateur gradient, divergence, rotationnel et laplacien ainsi que les conventions de notations d’Einstein).