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Un Institut organisé selon 4 axes de recherche

L’Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE UMR 7342) a pour vocation générale la modélisation de systèmes macroscopiques complexes. Les études expérimentales, théoriques et numériques ont pour objectif premier la compréhension des phénomènes et elles sont motivées par les verrous technologiques des secteurs des transports, de l’énergie, de la santé, de l’environnement, entre autres. Les thèmes scientifiques sont déclinés selon 4 axes de recherche.

Ecoulements industriels

Divers écoulements aéro- et hydrodynamiques font l’objet de recherches fondamentales, à caractère théorique, expérimental et numérique, en collaboration avec des industriels des secteurs aéronautique (Ariane Group, Airbus Helicopters, CNES), énergétique (Areva, Total) et automobile (PSA Peugeot-Citroën). Des sillages d’obstacles non profilés sont analysés quant à leur stabilité et les interactions fluide-structure. D’autres études concernent la dynamique d’objets déformables dans un environnement turbulent, avec application au transport de fibres.

 

* Des sillages d’obstacles non profilés sont analysés quant à leur stabilité et les interactions fluide-structure. D’autres études concernent la dynamique d’objets déformables dans un environnement turbulent, avec application au transport de fibres.

* Plusieurs dispositifs expérimentaux (canal à houle, hexapode, soufflerie air-eau) permettent d’étudier des configurations liées à l’hydrodynamique marine, avec des applications pour le génie offshore, la problématique du ballottement dans des cuves de transport de liquides et le développement d’éoliennes offshore flottantes.

* Le bruit induit par des écoulements, et notamment le contrôle des résonances acoustiques dans les tuyaux corrugués transportant du gaz, fait l’objet d’expériences dédiées.

* La caractérisation de sillages tourbillonnaires de rotors est un enjeu primordial pour garantir la stabilité de vols d’hélicoptères ; elle permet également de mieux appréhender l’effet des tourbillons générés par des pales dans un parc d’éoliennes. Les interactions pale-tourbillon sont modélisées et simulées dans l’objectif d’améliorer la conception de rotors flexibles (drones) et de réduire le bruit des rotors d’hélicoptères.

* Des travaux sont menées concernant les écoulements extrêmes dans les turbopompes spatiales, afin d’identifier et de caractériser de possibles instabilités.

* Les risques liés à l’utilisation d’hydrogène stocké à très haute pression pour les usages des piles à combustible sont à l’origine d’études de jets à densité variable.

* Les résultats d’études fondamentales sur la précession terrestre (Axe 3) ont permis de développer un mélangeur sans pales à faible cisaillement et faible consommation d’énergie (brevet « Soft-mixer »).

Processus industriels et matériaux

Les processus industriels mettent en jeu diverses transformations de la matière. Le laboratoire étudie les phénomènes physiques élémentaires mis en jeu dans ces différentes étapes, de la création à la destruction de matériaux.

 

La création de matériaux implique souvent des étapes réactionnelles, entre des réactifs qui peuvent être initialement mélangés ou bien séparés. Ces deux cas sont étudiés au sein du laboratoire :


* Le premier est étudié au travers de fronts de croissance cristalline ou de réaction autocatalytique dans des solutions liquides( où l’on étudie l’interaction avec un écoulement) ou encore au moyen de flammes de prémélange (où l’on étudie l’interaction avec des ondes acoustiques). Les applications vont des réacteurs mélangés en génie des procédés aux brûleurs industriels.

* Le second est abordé au moyen de travaux sur les processus irréversibles de mélange et de diffusion couplés à la réaction, dont les applications vont de l’évaporation de sprays à la dépollution des sols.

 

La modification mécanique des matériaux, est abordée au travers de problèmes physiques qui sont des cas limites bien posés :


* L’étude de la déformation de structures minces permet de mettre en évidence des zones d’endommagement très localisées où se focalisent les contraintes. En découlent des zones fragilisées pouvant initier des fractures.


* La propagation de ces fractures est également étudiée au laboratoire, en particulier dans des matériaux fragiles.


* Lors d’interactions mécaniques ou physiques fortes (explosion, chocs, broyage destructif) la fragmentation de la matière donne alors naissance à des débris dont les caractéristiques (taille, forme , distribution) nous renseignent sur les processus mis en jeu. Un parallèle est directement réalisé dans le domaine des fluides avec l’étude de l’atomisation et de la production d’aérosols. 

 

 

Milieu naturel, environnement, univers

Des écoulements géo-et astrophysiques font l’objet de recherches fondamentales : la dynamique des tourbillons dans les milieux stratifiés, analogues à ceux des océans, voire des disques d’accrétion, est modélisée et reproduite expérimentalement. Des instabilités inertielles de fluides tournants sont étudiées, afin de reproduire à l’échelle d’un laboratoire, à l’aide de dispositifs expérimentaux dédiés, des phénomènes de libration, de précession et de marées dans les intérieurs planétaires.

 

La génération des vagues par le vent, et notamment la genèse de vagues scélérates dévastatrices, sont au coeur de nombreuses études théoriques et expérimentales.

 

L’étude du déferlement, des courants et du transport sédimentaire induit dans des zones côtières reste un enjeu scientifique et sociétal: des approches complémentaires, c’est-à-dire mesures de terrain, expériences au laboratoire et modélisation intégrée, sont mises en oeuvre afin d’améliorer la prédiction de ces phénomènes.


Plusieurs dispositifs expérimentaux (canal à houle, hexapode) permettent de caractériser des impacts hydrodynamiques, avec des applications en génie offshore et la problématique du ballottement dans des cuves destinées au transport de liquides.


Une grande soufflerie air-eau, gérée par la structure OSU PYTHEAS d’Aix-Marseille Université, permet à l’Institut de mener, en collaboration avec AREVA, des essais en vue du développement d’éoliennes offshore flottantes.

 

D’autres préoccupations environnementales sont le dépôt d’aérosols, par exemple libérés lors d’accidents industriels, sur des couverts végétaux, des expériences en soufflerie étant dédiées à cette problématique.

 

Des études expérimentales de panaches réactifs sont menées en collaboration avec le CEA, avec comme application le piégeage « océanique » du dioxyde de carbone. L’érosion sédimentaire de digues fluviales, et le risque de brèches dans les structures qui s’ensuit, fait l’objet d’études sur des maquettes en canal hydraulique, notamment en collaboration avec l’IRSTEA.

 

 

 

 

 

 

 

Milieu vivant, systèmes biologiques

Cet axe regroupe les projets de recherche ayant trait à la modélisation de systèmes biologiques. L’un des objectifs communs est d’appréhender le fonctionnement de ces systèmes.

 

La compréhension du fonctionnement des milieux vivants relève, entre autres, de mécanismes de couplages existants entre les caractéristiques d’une structure biologique le plus souvent déformable et les propriétés de l’écoulement impliqué dans le mouvement de cette structure. Ainsi, la plupart des études abordées mettent en œuvre des modèles multi physiques capables de rendre compte de ces interactions. Différentes stratégies sont développées. Celles basées sur la volonté de concevoir des modèles théoriques simples et celles orientées vers la conception de modèles proches de la réalité physiopathologique humaine.