"SPARE", Simulation Monte Carlo PARticules et Ecoulement - une approche Monte Carlo pour le transport de particules dans un écoulement fluide

Stop aux conduits bouchés ! Tel est l’objectif ambitieux de ce programme de recherche qui vise à développer de nouvelles méthodes numériques efficaces et innovantes pour simuler des situations de formation de dépôt dans un écoulement transportant des particules ou résidus. À la clé, de nombreuses applications possibles dans le monde industriel mais aussi dans le domaine de la santé ou de l’environnement.

A la chasse aux saletés !

Des dépôts de particules peuvent se former dans les conduits et nuisent au bon fonctionnement de nombreux équipements : centrales nucléaires, centrales thermiques, barrages hydrauliques.

Dans ce contexte, l’équipe du projet SPARE se penche sur l’analyse, et la simulation de formations de dépôts pour contribuer à résoudre ces problèmes pouvant affecter de nombreux équipements.

Pour y parvenir, les chercheurs prévoient de développer de nouvelles méthodes numériques efficaces et innovantes en lien ces problèmes d’écoulement.

Différentes approches de modélisation sont ainsi considérées.Plus précisément, il s’agit de combiner deux modèles de transport de particules, à la fois cinétiques et stochastiques, en vue d’effectuer une modélisation pertinente de ces phénomènes physiques complexes.

Grâce à la combinaison de ces deux modèles de transport de particules et aux stratégies de simulation associées, une description probabiliste de l’écoulement turbulent pourra être proposée.

Le travail de recherche de SPARE repose donc sur le défi de parvenir à analyser et expérimenter numériquement des modèles lagrangiens stochastiques, avec un focus particulier sur la simulation fine des interactions entre particules.

Cette question est notamment motivée par des enjeux de détermination directe du taux de collision/agglomération de particules de très petites tailles. Pour effectuer ce travail d’analyse et d’expérimentation numérique, la confrontation du point de vue des physiciens et des spécialistes de l’analyse numériques stochastique est essentielle afin d’élaborer une méthode numérique de type Monte Carlo.

Un partenariat fort entre le monde industriel et académique

Les méthodes numériques développées dans le projet SPARE visent, à terme, à remédier aux problèmes d’écoulement des fluides liés aux dépôts de particules.

Ces résultats pourraient avoir un fort impact dans le monde industriel donnant lieu à de multiples applications possibles dans de nombreux domaines : des centrales nucléaires aux centrales thermiques classiques pour la génération d'énergie en passant par l'industrie automobile et jusqu'à la chaîne agro-alimentaire et les nouveaux procédés de microfluidique.

La résolution du problème des dépôts de particules pourrait aussi bien intéresser le domaine de la santé avec, par exemple, la capacité de supprimer toutes poussières dans les salles blanches que celui de l'environnement. Notamment avec des procédés de traitement des eaux, de re-suspension d'imbrulés ou de particules nocives ou, dans un sens opposé, de dépôt favorable de particules pour les traitements de surface.

Ce projet s'inscrit dans la synergie entre les activités d’Université Côte d’Azur liées à la mécanique des fluides, la turbulence, la dynamique de particules, la modélisation stochastique, la simulation numérique et le calcul scientifique.

Il s'appuie sur une collaboration de recherche existante entre le département MFEE d'EDF R&D et l'équipe Tosca de l’INRIA, mais aussi sur une collaboration nouvelle entre EDF R&D MFEE, INRIA-Tosca et l’équipe « Turbulence fluide et plasma » du laboratoire Lagrange.

SPARE est un projet de recherche pionnier qui s’inscrit au sein du projet au périmètre plus vaste appelé POPART, également financé par l’IDEX UCA^JEDI à travers son volet Innovation avec les mêmes partenaires. Le projet POPART a bénéficié  d'un financement européen du programme H2020 de 240k€.

L’Académie Systèmes Complexes participe au financement de ce projet de recherche qui se distingue notamment par un partenariat innovant avec EDF en octroyant une subvention de 6k€ pour l'organisation d'un workshop sur le thème du HPC et de la mécanique des fluides à l'INRIA Sophia-Antipolis.