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Un continuum du lycée à l’université Présentation des projets de recherche
Vendredi 24 mai 2013
2012>2020
Etude de la réceptivité d’un par
expérimentale écoulement
cisaillé libre actionneur plasma
Laurie Tho & Nancy Cadoret - Lycéennes Arnaud Soulas – Professeur de Physique et Chimie
Equipe Benjamin Franklin : Equipe Prisme :
Kévin Chatelain – Doctorant Annie Leroy - Co-encadrante
Sandrine Aubrun - Directrice de thèse
Ecoulement cisaillé libre ???
La nuit étoilée (Van Gogh 1889)
Tourbillon (De Vinci 1500)
Tourbillon marin (Vue d’artiste pour Edgar Poe 1850)
île Juan Fernandez
Allée de Von Karman (1881-1963)
Quelques écoulements tourbillonnaires « usuels »
Tourbillons « simples »
Tourbillon à l’extrémité d’une aile d’avion
Cyclone Ivan
Tourbillons contra-rotatifs Tourbillons co-rotatifs
Tourbillons de Kelvin-Helmholtz
(1824-1907 & 1821-1894)
Sens de l’écoulement Sens de l’écoulement
Expérience Edifice Expérience Prisme
Ensemencement
Fine particule de bois Fumée d’encens ou spray huile d’olive
Eclairement
Lumière naturelle Laser
Système d’acquisition d’images
Caméra CCD rapide (2000 ips) Appareil photo (60 ips)
Perspectives Prise en main d’un nouveau moyen de diagnostic optique (par effet Doppler) Etude théorique du transport d’un tourbillon Visualisation de l’interaction entre deux/plusieurs tourbillons Contrôle des tourbillons par actionneur plasma
Caractérisation mécanique de renforts pour matériaux
composites à base de fibres de lin
Lycéens : Laura GRONCHI et Quentin YANG
Doctorante : Amal BASSOUMI
Directeur de thèse : Pierre OUAGNE
Enseignant Lycée Benjamin Franklin : Arnaud SOULAS
Plan
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1) But de la recherche
2) Démarche suivie
3) Etat de l’art
4) Manipulations
5) Conclusions et perspectives
Choix du matériau ?
Matériaux composites Fibres végétales
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Allégement des pièces semi-structurales pour application automobile
Recyclabilité des pièces
Matériaux bio-sourcés
Renforts à base de fibres de lin
Lors de la mise en forme, l’échantillon est sollicité par différentes contraintes (traction, flexion…)
Caractérisation des renforts existants sur le marché pour voir leur aptitude à former des pièces sans défauts.
Boucles
Plis
Découverte des étapes de la recherche
scientifique
1- Partie théorique
Compréhension des termes techniques
Lecture et discussion sur fond d’article
2- Partie pratique
Manipulations et mesures
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Compréhension des termes techniques :
Matériau composite ; Polymère ; Renfort tissé ; Fibres naturelles…
Exemple de recherche bibliographique :
Un document sur les fibres naturelles pour renfort.
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Caractérisation de quelques tissus. (mesures et manipulation d’équation à un/deux inconnus, conversion d’unités…)
Observation des défauts sur des renforts après emboutissage.
Réalisation d’un test de traction .
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Conclusions
Avant goût du monde de la Recherche & Développement.
Découverte d’un des matériaux de demain (composite à fibres naturelles).
Transfert du goût des sciences : Matériaux & Développement Durable.
Découverte d’un aspect des études supérieures (en relation avec les études secondaires).
Perspectives
Découverte des propriétés matériaux :
- caractérisation mécanique
-influence de certains paramètres (environnement, traitement…)
Mise en forme
Rédaction de documents scientifiques (comptes-rendus de manipulation, résumés…).
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Elèves: - Maxime DOGUET - Emily LEBOUT - Mehdi SABIK - Tom SIATKA - Allyssia JACQUEMENT - Charlotte PUY - Théo DAVIDOU - Gwenaëlle JALOUX
Professeur encadrant: Lila GOMES
Doctorants: Yann FENARD Charles ENDOUARD Directeurs de thèse: Philippe DAGAUT Guillaume D’Ayma Christian CHAUVEAU Fabrice FOUCHER
Plan de la présentation: - Qu’est ce que la Combustion?
- Applications
- Différents types de flammes
- Réactions Chimiques
- TP Vitesse de Flamme
- Présentations des Doctorants
- Conclusion et Perspectives
La Combustion
Réaction chimique exothermique (qui dégage de la chaleur). Elle ne se traduit pas toujours par une flamme.
Exemple de combustion: La Friction
- Combustible: bâton de bois - Comburant: l'air autour - Apport d'énergie: Elévation
de température par friction
Comment l’obtient-on? Magnification de la lumière
Détournement des rayons du soleil avec des miroirs sur un élément combustible pour créer une flamme.
- Combustible: bateau - Comburant: air - Apport d'énergie:
augmentation locale de température (rayons du soleil)
Relation entre air et flamme
Mouvements de convection de l’air chaud vers le haut et de l’air froid vers le bas.
Eteindre un feu = Casser le triangle du feu
L’eau AGIT sur L’apport d’énergie
AGIT sur
AGIT sur
Enlever le combustible
Etouffer le feu
Le combustible
Le comburant
La Combustion dans les Transports
Applications de la combustion
MOTEUR A ESSENCE ET DIESEL OU REACTEUR A PROPULTION
Briquet
Applications de la combustion
La Combustion dans la vie de tous
les jours
Chauffage
Gazinière
Incinération
Tondeuse à gazon thermique
La combustion était présente dans 91% de la consommation énergétique en France en 2012.
Avenir de la production mondiale
Source: Amar Bellal, ingénieur, membre de la commission écologie du PCF La Revue du Projet, n°15, mars 2012
Les Différents Types de Flammes
Flamme
Diffusion Prémélangées
Laminaire
Turbulente Laminaire
Turbulente
Flamme de Prémélange Laminaire
Les Flammes de Prémélange
Flamme de Prémélange Turbulente Pas d’application « réelle »
Réaction Chimique de Combustion
Coefficients Stoechiométriques
Donnent les quantités de matière nécessaires pour équilibrer une
Réaction Chimique
LAVOISIER (1743-1794)
« Rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme »
Exemple du méthane
2 2 1 1
C2H5OH + 3 O2 → 3 H2O + 2 CO2
Combustion de l’Ethanol
- Le comburant → l'oxygène - Le combustible → l'éthanol - L'apport d'énergie → étincelle ou flamme
- Si le Comburant est le réactif limitant => Riche (en combustible)
- Si le Carburant est le réactif limitant => Pauvre (en combustible)
- Si le Carburant et le Comburant sont tout les deux limitant => Stœchiométrique
Richesse en carburant
Stœchiométrique
Pauvre Riche 0 1 ∞
Projet DISPATMO =
DISPersion ATMOphérique
“Etude expérimentale et modélisation de l’oxydation de composés organiques à des fins de sécurité industrielle”
Outils numériques prédictifs Des espèces chimiques créées et leur dispersion
En cas d’incendie d’hydrocarbures
Produits stockés
Explosion
Feu de nappe
Emissions primaires
Dégradation • Temps de
vie • Toxicité • Taux de
dégradation
Emissions secondaires
Dispersion
Combustion (Flamme)
Réaction atmosphérique
Dispersion atmosphérique
Méthodologie globale
“Etude expérimentale et modélisation de l’oxydation de composés organiques à des fins de sécurité industrielle”
Micro-Channel
- Modélisation sous le code OpenSource « OpenFOAM »
- Implémentation au solveur d’un modèle spécifique de Chimie
- Mesure de temps d’Auto-Inflammation
gaz
quartz
quartz
“Etude numérique et expérimentale de la combustion de gaz prémélangés”
ANR MACDOC : Moteur à Allumage Commandé Downsizé à taux en Oxygène Contrôlé
“Etude numérique et expérimentale de la combustion de gaz prémélangés”
Bombe Sphérique (Laminaire & Turbulente)
- Mesure de vitesse de Flamme Laminaire dans différentes conditions
- Caractérisation d’Ecoulement Turbulent (Bombe Turbulente)
- Mesure de vitesse de Flamme Turbulente dans différentes conditions
Conclusion et Perspectives
Ce que l’on a vu cette année: - Initiation à la combustion au travers de notions
théoriques et de cours « sur mesure »
- Découverte du monde de la recherche au travers des thèses de nos encadrants
- Mise en pratique des connaissances acquises lors du TP « vitesse de flamme »
Ce que l’on verra l’an prochain: - Simulations numériques et initiation au code de calcul
OpenFOAM
- Travaux pratiques sur les bombes sphériques et traitement d’image
- Initiation à la cinétique chimique et chimie analytique
Doctorant : Jean-Baptiste MASURIER
Directeurs de thèse : Fabrice FOUCHER Guillaume DAYMA
Lycéens : Devran CAPAR Magomed DOVLETOV Nathan TRIAU
Enseignant : Arnaud SOULAS
Colloque EDIFICE 24 MAI 2013
Introduction - Objectifs
Connaitre la composition d’un moteur à combustion interne
Comprendre le fonctionnement d’un moteur à combustion interne
Découvrir les moteurs conventionnels et leurs principes
Energie Chimique
Energie Mécanique
Moteur à Combustion Interne
Partie Mobile Partie Fixe
Bloc moteur
Culasse
Carter
Pistons
Bielles
Vilebrequin
Soupapes
Arbre à cames Couvre culasse
Chambre de combustion
Fonctionnement d’un moteur
Remplissage de la chambre de combustion en gaz frais
Ouverture de la soupape d’admission
Descente du piston
Etape 1 : Admission
Fonctionnement d’un moteur
Compression des gaz frais
Fermeture de la soupape d’admission
Remontée du piston
Etape 2 : Compression
Fonctionnement d’un moteur
Entrainement du vilebrequin
Combustion du mélange
Descente du piston
Etape 3 : Combustion - Détente
Fonctionnement d’un moteur
Evacuation des gaz d’échappement
Ouverture de la soupape d’échappement
Remontée du piston
Etape 4 : Echappement
Moteur à Allumage Commandé
Admission d’un mélange homogène air carburant
Moteur Essence
Allumage du mélange à l’aide d’une bougie
Moteur à Allumage par Compression
Admission de l’air
Moteur Diesel
Admission du carburant à l’aide d’un injecteur
Auto-inflammation du mélange air carburant
Travaux effectués
Apprentissage des différentes caractéristiques d’un moteur
Découverte du moteur à combustion interne
Observations de bancs moteur en fonctionnement
Travaux pratiques sur banc moteur Essence
Contexte de la thèse
Réduction de la consommation en carburant
Réduction des émissions de CO2
Réduction des émissions polluantes (CO, NOx, HC et particules)
Solution face à ces attentes
HCCI : Homogeneous Charge Compression Ignition
Combustion HCCI
Combinaison des deux moteurs conventionnels
Admission d’un mélange homogène air carburant
Auto-inflammation du mélange air carburant
Paramètres influençant le contrôle
LES ESPECES CHIMIQUES OXYDANTES
Etude du contrôle de la combustion HCCI
Température d’admission
Pression d’admission
Richesse Pas d’injecteur
Pas de bougie
Bilan - Conclusion - Perspectives
Manipulations sur banc moteur HCCI
Recherches bibliographiques sur le moteur HCCI
Travaux pratiques sur banc moteur Diesel