Equipe F luide R éactifs et T urbulence

1. Equipe Fluide Réactifs et Turbulence Institut Jean Le Rond d’Alembert Université Pierre et Marie Curie UMR CNRS 7190 Comité d’évaluation AERES, 8-9 Janvier 2013 Responsables (depuis Mars 2012) : Patrick DA COSTA, PR Didier LUCOR, CR1

2. LES AXES DE RECHERCHES Démarche • De la recherche fondamentale à la recherche à vocation applicative • Triptyque théorie-expérience-simulation • Forte valorisation académique et contractuelle (secteurs transports & énergie) • Démarche volontariste d’insertion dans les réseaux nationaux et européens Organisation autour de 4 thèmes 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes, quantification des incertitudes, optimisation et contrôle

3. LES AXES DE RECHERCHES Site de Paris : 10 personnes Organisation autour de 4 thèmes 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes, quantification des incertitudes, optimisation et contrôle

4. LES AXES DE RECHERCHES Site de St Cyr l’Ecole : 4 personnes Organisation autour de 4 thèmes 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes, quantification des incertitudes, optimisation et contrôle

5. LES FORCES VIVES Chercheurs / Enseignants Chercheurs EC (UPMC) A. Belme, JC Chassaing (HDR), S. Chibarro, P. Da Costa (Pr) , P. Druault (HDR), T. Gomez (HDR), G. Gerolymos (Pr), Ph. Guibert (Pr), J.F. Krawczynski, G. Legros (HDR), P. Sagaut (Pr), I.Vallet (HDR) C (CNRS) D. Fuster, D. Lucor (CR1 HDR) Rang A/B = 28% HDR 71% 12 2 Support technique Personnel technique de saint-cyr Support administratif E. Mignon Doctorants 15 thésards, 6 post-doctorants, (24 thèses soutenues)

6. LES FORCES VIVES EFFECTIFS 1er Janvier 2008 EC JC Chassaing C. David G. Dayma P. Druault(HDR) Th. Gomez G. Legros L. Le Moyne(HDR)* C. Morin* I.Vallet(HDR) S. Cavadias* G. Gerolymos Ph. Guibert P. Rochelle P. Sagaut C (CNRS) D. Lucor H. Miton 1er Janvier 2013 EC A. Belme JC Chassaing(HDR) S. Chibarro P. Druault(HDR) Th. Gomez (HDR) JF. Krawczynski G. Legros (HDR) I.Vallet(HDR) P. Da Costa G. Gerolymos Ph. Guibert P. Sagaut C (CNRS) D. Fuster D. Lucor (HDR) MDC MDC (-1) PR • PR • (-1) CR CR

7. LES FORCES VIVES REPARTITIONS Combustion alternative, Dépollution Druault* Vallet Méthodes expérimentales Krawczynski Da Costa Legros Guibert Méthodes Numériques • Fuster# • Sagaut* Belme Chassaing* Chibarro Gérolymos Gomez Lucor# Turbulence Interactions Aéroacoustique*(AVEC MPIA) Biomécanique#(AVEC FCIH / MISES / MPIA)

8. LES CHIFFRES CLES Valorisation • Articles journaux internationaux (base ISI Web) – Total: 157 articles – ≈ 2,3 articles/permanent/an (5.2 ETP pour 2012) – Tous les permanents (au 01/01/13) sont publiants • 121 conférences (117 internationales) avec actes dont 19 invitées • 20 livres ou chapitres d’ouvrage • 2 brevets • Organisation de 4 conférences (3 internationales)

9. LES CHIFFRES CLES Valorisation • Plus d’une trentaine de conventions notifiées (hors allocations) • Montant total notifié: 3900 k€ (975 k€/an)

10. RESPONSABILITES LOCALES ET NATIONALES • Niveau L: Direction adjointe études Licence Méca(J.C. Chassaing) Direction d’une Lpro (GMPE) (P. Da Costa) Gestion plateforme TP St-Cyr, 500 étudiants/an (G. Legros, J.F.Krawczynski) • Niveau M: Animation d’une spécialité (EE: P. Guibert) et de 5 parcours M2, > 100 étudiants/an (J.C. Chassaing, S. Chibarro, P. Da Costa, P. Guibert) • Niveau D: Commission thèses et HDR « Ingénierie » UPMC (P. Sagaut,  2012) RESPONSABILITE DU SITE DE SAINT-CYR L’ECOLE (P. Guibert) SECTION CNU 60 (G. Gerolymos) CoNRS Section 10 (P. Sagaut,  2008) UPMC: membre du CA (P. Sagaut 2012, D. Lucor 2012 ) directoire de la recherche (P. Sagaut, responsabilité Pôle 1) directoire des formations (2012  P. Da Costa, D. Lucor) directoire des RI (2012  P. Da Costa) Enseignement

11. LES AXES DE RECHERCHES 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes, quantification des incertitudes, optimisation et contrôle

12. LES THEMES DE RECHERCHES 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique A- Modélisation de la turbulence (RANS, LES, …) But: améliorer les modèles existants et étendre leur domaine d’utilisation (complexité géométrique et complexité physique) B- Aérodynamique: analyse physique et contrôle But: analyser et comprendre la physique de certains écoulements turbulents en vue de leur manipulation/contrôle C- Couplage fluide-structure But: analyser et comprendre la physique couplée D- Aéroacoustique(PRESENTATION TRANSVERSE / MPIA)

13. LES THEMES DE RECHERCHES 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique A- Combustion alternative But: améliorer les modèles existants et étendre leur domaine d’utilisation (complexité géométrique et complexité physique) B- Dépollution But: analyser et comprendre la physique de certains écoulements turbulents en vue de leur manipulation/contrôle C- Turbulence But: analyser et comprendre la physique couplée D- Cinétique Visite site Saint-Cyr

14. LES THEMES DE RECHERCHES 3. Méthodes expérimentales A- Mesures optiques non intrusives : Fluorescence Induite par Laser But: Mesurer au mieux des paramètres expérimentaux (conc. T, etc.) sans altération des autres phénomènes physiques, hydrodynamiques, chimiques etc. B- Mesures au Banc Gaz Synthétique But: Simuler à une échelle 1/10 à 1/1000 des procédés réels (dans notre cas surtout dédiés à la dépollution) C- Mesures de vieillissement chimiques et thermiques de matériaux But: Simuler au laboratoire des vieillissements de matériaux (dans notre cas surtout dédiés à la dépollution) Visite site Saint-Cyr

15. LES THEMES DE RECHERCHES 4. Méthodes numériques… A- Modélisation et propagation des incertitudes But: obtenir des intervalles de confiance sur les prédictions numériques, estimer la pertinence des modèles, vérification et validation des prédictions débouchant sur une aide à la décision. B- Méthodes « classiques » pour équations de Navier-Stokes (DF,VF, EF) C- Méthodes de type Lattice Boltzmann But développements de schémas numériques, conditions aux limites, méthodes (ALE, Chimere, retournement temporel, différentiation complexe, adjoint …) pour l’aérodynamique et l’aéroacoustique D- Surfaces de réponse en vue de l’optimisation des systèmes et de la certification des solutions numériques

16. Coopérations Univ. Modene UC Davis CSIC EDF Renault EADS GDFSUEZ CORIA ONERA PAN Airbus LRS CEA MPIA FCIH IFREMER FRT PSA Alstom LMFA Univ. Twente IFPEN MISES CNES CNAM JLL IST Lisbonne MIT CERFACS Continental Dassault-Aviation Pol. Milan AGH Cracovie

17. PROJET ET PERSPECTIVES 1- Consolidation de l’équipe 2- Développement des synergies nécessaires aux niveaux local/national pour conserver la maîtrise de l’ensemble de la chaîne « recherche amont - recherche appliquée » dans les thématiques développées 3- Devenir pour les tutelles un pilier du développement de leur actions sur nos domaines d’excellence

18. PROJET ET PERSPECTIVES 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes, quantification des incertitudes, optimisation et contrôle

19. PROJET ET PERSPECTIVES 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion alternative, dépollution, turbulence et cinétique 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques stochastiques et déterministes, quantification des incertitudes, optimisation et contrôle 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion, procédés de dépollution 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques

20. PRESENTATIONS FRT 1. Turbulence, interactions, aéroacoustique 2. Combustion, procédés de dépollution 3. Méthodes expérimentales et métrologie 4. Méthodes numériques Volet Expérimental de l’équipe : G. Legros (MDC HDR) Volet Numérique de l’équipe : D. Lucor (CR1 HDR)

21. Merci pour votre attention

22. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Enjeux: performance énergétique / sécurité réchauffementclimatique santé publique Verrous :  domainemultidisciplinaire  au coeur des efforts dansles domainesde la simulation numériqueet des diagnostics optiques Stratégie de développementàl’Institut:  complémentaux projetsexistants(carburantsalternatifs)  stratégiesinnovantes de contrôle

23. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Combustion alternative, Dépollution Druault* Vallet Méthodes expérimentales Krawczynski Da Costa Legros Guibert Méthodes Numériques • Fuster# • Sagaut* Belme Chassaing* Chibarro Gérolymos Gomez Lucor# Turbulence Interactions

24. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: caractérisation expérimentale et numérique de la production de suie par les carburants alternatifs Interactions:  P. Da Costa, P. Guibert, G. Legros  C. Morin (Univ. Valenciennes), D. Gaffie (ONERA/DEFA), G. Dayma (Univ. Orléans)  K. Daun (Univ. Waterloo), M. Thomson (Univ. Toronto) Financements : Institut (20 k€)  contrat ONERA (30 k€)

25. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: caractérisation expérimentale et numérique de la production de suie par les carburants alternatifs Dispositif expérimental mis en place à l’Institut: brûleur de Santoro, alimenté par un écoulement combustible contenant des vapeurs de carburant liquide.

26. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: caractérisation expérimentale et numérique de la production de suie par les carburants alternatifs Dispositif optique mis en place autour du brûleur de l’Institut: Méthode d’absorption/émission à deux longueurs d’onde pour la cartographie en température et fraction volumique de suie au sein de la flamme

27. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: caractérisation expérimentale et numérique de la production de suie par les carburants alternatifs t0 t0 + 40 ms suivi temporel par visualisation rapide (500 fps) du phénomène de flickering apparaissant spontanément pour une flamme d’éthylène brûlant dans un écoulement oxydant 55% O2 + 45% CO2.

28. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: caractérisation expérimentale et numérique de la production de suie par les carburants alternatifs Développement original: suivi temporel (70 fps) en fraction volumique de suie du phénomène de flickering apparaissant spontanément pour une flamme d’éthylène brûlant dans un écoulement oxydant 55% O2 + 45% CO2. (Kashif et al., Optics Express20, p.28742–28751, 2012)

29. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: caractérisation expérimentale et numérique de la production de suie par les carburants alternatifs Perspectives:  Quantification de la propension à la production de suie par les carburants alternatifs (thèse de M. Kashif)  Réactivité des particules de suie émises par les carburants alternatifs (thèse de Q. Wang) Cartographies en fraction volumique de suie (ppm) à débits air et combustible constants pour un écoulement de méthane ensemencé en vapeur de: (a) PRF 10; (b) PRF 30; (c) PRF 60

30. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion Interactions:  T. Gomez, G. Legros, P. Sagaut  H. Pitsch (RWTH Aachen) Financements : Institut (1k€)  UPMC (bourse doctorale)

31. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion Dispositif expérimental mis en place à l’Institut: brûleur de Santoro placé au sein de l’électro-aimant et entouré du dispositif optique d’absorption/émission à 2 longueurs d’onde.

32. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion Développement original: déclenchement par effet magnétique de l’instabilité de flickering sur le brûleur de l’institut. (Legros et al., Proc. Combust. Inst.33, p.1095-1103, 2011.)

33. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion Localisation des flammesdans un repère (Gr,ReT) (ReF=33). Les symboles bleus, noirs et rouges représentent les teneurs XO2=0.30, 0.55, et 0.75, respectivement. Les symbolespleinsindiquent les flammesinstables. (Legros et al., Proc. Combust. Inst.33, p.1095-1103, 2011.)

34. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion Perspectives :  contrôle de la production de suie par forçage magnétique (thèse d’AgnesJocher -co-tutelleUPMC/RWTH Aachen) (a) (b) Profils de fraction volumique de suie à différentes hauteurs d’une flamme non-prémélangée d’éthylène brûlant dans un écoulement oxydant co-courant (XO2=0,5 ; XN2=0,5 ; QV,éthylène=36 L/min ; Qv,oxydant=230 L/min) : (a) sans champ magnétique ; (b) grad(B2) = - 5,1 T2/m ez

35. PROBLEMATIQUE Interactionsécoulementsréactifs/ production de particules de suie Projet: Stratégie de contrôle multiphysique de la combustion Perspectives :  contrôle de la production de suie par forçage magnétique (thèse d’AgnesJocher -co-tutelleUPMC/RWTH Aachen) Résultats numériques préliminaires: comparaison entre champs de température sans et avec gradient de champ magnétique descendant, au sein d’une flamme non-prémélangée d’hydrogène brûlant dans un écoulement co-courant d’air. (code: CIAO / H. Pitsch)