l'option « mécanique des fluides numérique » un exemple de

Hydraulique - Mécanique des Fluides

L’option « Mécanique des Fluides Numérique »

un exemple de formation au calcul scientifique

O. THUAL, Professeur à l’INP/ENSEEIHTDépartement « Hydraulique - Mécanique des Fluides »

L’option « Mécanique des Fluides Numérique »un exemple de formation au calcul scientifique

Hydraulique - Mécanique des Fluides2

Exemples d’options « calcul scientifique »

• MATMECA : « Modélisation mathématique et mécanique »• ENSTA : Option « Modélisation des systèmes »• Ecole Polytechnique (X) : Parcours d’approfondissement « Sciences de

l’ingénieur, simulation et modélisation »• Centrale Paris : Option « Mathématiques appliquées »• Université Joseph Fourier : Master « Mathématiques appliquées »• INSTN, ENS Cachan, … : Master « Sciences de l’ingénieur, simulation

et modélisation »• ENPC : « Ingénierie mathématique et informatique »

• Etc …

• ENSEEIHT : Option « Mécanique des fluides numérique »



Un point de vue partiel

• Créateur et responsable de l’Option « Mécanique des Fluides Numérique » à l’ENSEEIHT (10 ans)• Directeur du Département « Hydraulique - Mécanique des Fluides » à l’ENSEEIHT (3 ans)

• Responsable d’un groupe « environnement » (6 ans)• Recherches en mécanique des fluides à l’aide de simulations numériques

• Professeur chargé de cours dans le Département de Mécanique :environnement, aérodynamique, milieux continus (11 ans)

• Chercheur simulation numérique directe et spectrale (4 ans)• Reponsable d’une équipe « modélisation » : climat, coupleurs,assimilation de données (15 ans)

• Intervenant à l’Ecole de la Météorologie (10 ans)• Ingénieur chercheur à Météo-France (10 ans)



Les écoles d’ingénieurs en France

BAC

BAC+1

BAC+2

BAC+3

BAC+4

BAC+5

CLASSESPREPA.

DUT

CPP

ATS

MAITRISE

LICENCE

DEUG

332211

FORMATIONSFORMATIONSSPECIALISEESSPECIALISEES MASTERMASTER MASTER



Une école d’ingénieur : l’ENSEEIHT

• UT1 Sciences Sociales• UT2 Le Mirail• UT3 Paul Sabatier

• INSA Toulouse• ISAE• Sciences Po• ENIT• CUFR Champollion• EMAC• ENVT• EI Purpan• ENAC• ENFA• ENS Archi• ESC Toulouse

• ENSAT

• Génie Electrique et Automatique• Electronique• Informatique et Mathématiques Appliquées

• INP Toulouse

• ENSEEIHT• ENSIACET

• Mécanique des Fluides

• Télécommunications et Réseaux

etc…

laboratoires



Département « Hydraulique - Mécanique des Fluides »

Former des ingénieurs généralistesen mécanique des fluides dans lesdomaines de l’énergie, des transports,des procédés et de l’environnement.

Développer leur adaptabilité aumonde de l’entreprise : culturescientifique, formation humaine,maîtrise de l’anglais, international.

Transmettre des compétencesprofessionnelles : modélisation,approches expérimentales ousimulations numériques.

• 70 élèves ingénieurs par an• 75% Concours Commun Polytechnique• 25% Admis sur titre• 2/3 font un semestre à l’étranger• 24 enseignants permanents• 100 intervenants extérieurs• 2 masters de recherche• 2 mastères spécialisés



Département « Hydraulique - Mécanique des Fluides »

Les transports : hydraulique de puissance,mécanique des structures, aérodynamique desvéhicules (trains, avions, véhicules spatiaux,lanceurs, automobiles, …)

L’énergie : production et transport,génie pétrolier, combustion, moteurs,échangeurs de chaleur, générateurs devapeur, changement de phase, systèmesréactifs, turbomachines, pompes, …

Les procédés : transformationde la matière, transfert réactif,lits fluidisés, conduite deprocessus, filtration, réacteurspolyphasiques …

L’aménagement et le génie hydraulique :hydraulique, gestion des ressources en eau,morphologie fluviale et côtière, pollution,transferts dans les sols, hydrologie …



Option Option Option Option

Semestre A

Les premiers pas du mécanicien

Hydraulique et spécialisations

La mécaniquedes fluides

Les connaissancesde base

Fluides etprocédes

Génie del’environnement

Sciences del’eau et

environnementEnergétique

Mécanique desfluides

numérique

Stage d’insertion en entreprise ou séjour linguistique (de 1 à 2 mois)

Stage en entreprise ou en laboratoire de recherche (de 2 à 3 mois)

Stage : Projet de Fin d’Etudes (de 5 à 6 mois)

Semestre C

1Hy

2Hy

Semestre B

Semestre D

3Hy

Bureau d’Etudes Industrielles (1,5 mois)



• Hydraulique

• Mécanique des structures

• Mécanique des Fluides

• Energétique et Procédés

• Mathématiques appliquées

• Calcul scientifique

• Métrologie et Automatisme

• Langues et sport

• Sciences humaines

Cours

TD/TPSta

ges

10%

De 8 à 11 mois de stage

Au moins 40 % : contact secteur aval

10 semaines à l’étranger minimum

10%

10%

10%

10%

10%

10%

20%

10%



PREMIERE ANNEE

Les premiers pasdu mécanicien

Les connaissancesde base 1Hy

Mécanique des fluides Mécanique des fluides Expériences numériques, FLUENT Hydraulique et métrologie Hydraulique en charge Signaux et systèmes

Programmation Algorithmes et méthodes, Langage C Langage FORTRAN

Mécanique du Solide Elasticité linéaire Projet de mécanique

Milieu continu Mécanique des milieux continus Thermodynamique Maths pour l’ingénieur Intégration, transformée de Fourier Probabilités, statistiques

Calcul scientifique Informatique appliquée Différences finies et analyse de schémas

Outils de la mécanique Mécanique rationnelle Variable complexe et logiciel Matlab

Langues, sport et sciences humaines

Stage d’insertion en entreprise ou séjour linguistique

semestre A semestre B



Hydraulique et aérodynamique Hydraulique à surface libre Ecoulements compressibles Energétique et transferts Machines hydrauliques Turbomachines à gaz Transferts en milieux poreux

Majeures Hydraulique numérique de l’environnement Hydraulique de puissance Mécanique des structures

Mineures Eléments finis, contrôle des canaux, … Aérosols, moteurs, génie nucléaire, …

DEUXIEME ANNEE

Mécanique des fluides Ondes de surface et ressauts hydraulique Couches limites, jets et sillages laminaires

Turbulence Introduction à la turbulence Etude des écoulements turbulents Analyse de Fourier des signaux turbulents

Transferts Echanges thermiques et massiques Expériences numériques, FLUENT

Introduction aux spécialisations Volumes finis Contrôle et commande Introduction à la mécanique des structures

Stage en entreprise ou en laboratoire de recherche

Hydraulique et spécialisationsLa mécanique des fluides 2Hy

semestre C semestre D

Langues, sport et sciences humaines



Option Option Option Option

Semestre A

Les premiers pas du mécanicien

Hydraulique et spécialisations

La mécaniquedes fluides

Les connaissancesde base

Fluides etprocédes

Génie del’environnement

Sciences del’eau et

environnementEnergétique


numérique

Stage d’insertion en entreprise ou séjour linguistique (de 1 à 2 mois)

Stage en entreprise ou en laboratoire de recherche (de 2 à 3 mois)

Stage : Projet de Fin d’Etudes (de 5 à 6 mois)

Semestre C

1Hy

2Hy

Semestre B

Semestre D

3Hy

Bureau d’Etudes Industrielles (1,5 mois)



• Compléter la formation en Mécanique des fluides• Approfondir la formation en calcul numérique• Maîtrise et développement des codes industriels• Sens physique outils numériques / applications

Objectifs pédagogiques :

Contexte industriel et pédagogique :

• Modélisation numérique d ’écoulements complexes• Transports, énergétique, environnement, ...• EADS, EDF/GDF, CNES, IFP, CS-SI, SIMULOG, ...• Laboratoires : IMFT, CERFACS, IRIT, ...


numérique



ou

Modélisation et simulation des écoulements turbulents Physique des écoulements turbulents incompressibles Modèles de turbulence pour les simulations numériques stationnaires Simulation numérique directe et simulation des grandes échelles

pour l’énergétiqueCombustionEcoulements diphasiquesMéthodes numériques et interfacesEcoulements gaz-particulesUtilisation du code SATURNE

pour l’environnementCouche limite atmosphériqueHydrodynamique littorale et côtièreTransport et mélangeTransport sédimentaire et morphodynamiqueBES Ecoulements à surface libre

Mécanique des fluides

Méthodes numériques pour les écoulements Méthodes numériques pour la simulation des écoulements incompressibles Méthodes numériques pour la simulation des écoulements compressibles BES Ecoulement incompressibles BES Schémas et conditions aux limites

Calcul scientifique intensif Calcul parallèle Informatique pour le calcul scientifique BES maîtrise des codes industriels

semestre E

3Hy

Anglais et sciences humaines


numérique



Exemple de travaux : code AVBP

http://www.enseeiht.fr/travaux



Maîtrise du code industriel FLUENT




Les « Bureaux d’Etudes Industrielles » (BEI)

BEI « Energétique, Fluides et Procédés »

BEI « Energies Renouvelables et Environnement »

3Hy


2007-2008 : 50 étudiants - 22 sujets- 6 encadrants - THALES ALIENA SPACE,AREVA, CNES, DASSAULT, EDF, GDF, IFP,INOVENNE, PSA, RENAULT, RHODIA, StGOBAIN, SAIPEM, TOTAL

2007-2008 : 45 étudiants - 6 sujets - 5 encadrants -HYDRATEC, DHI, VEOLIA, EDF, ELIOTH, STAR TECHNOLOGIES

Problème d’ingénieur

Travail en autonomie progressive

Solution non-connue, … si elle existe



Génie Energétique

Partenaire : EDF Partenaire : EDF Combustion en lit fluidiséCombustion en lit fluidisé

Compétences:

Transfert, Combustion, Diphasique, Milieux granulaires, Agitation-Mélange,Echangeurs

Outil : SATURNE/NEPTUNEMasse volumique du charbon (droite) Quantité de charbon réactif (gauche) à t = 3,07 s pour T = 1 200 °C



Génie côtier

Partenaires : SOGREAH, IFREMER, DDEPartenaires : SOGREAH, IFREMER, DDEAménagementAménagement du littoral dans le bassin ddu littoral dans le bassin d’’ArcachonArcachon

Compétences :Hydraulique à surface libre,Transport sédimentaire, Déferlement des vagues

Outil : TELEMAC 2D, JADIM



Bilan de l’option MFN

EDF

AREVA NP

RENAULT

SOGREAH

AIRBUS

CERFACS

GDF

SAFEGE

TOTAL

VEOLIA

ALTRAN

PSA

• Création en 1997 avec le Département Informatique• Abandon du Département Informatique faute d’étudiants informaticiens• Rayonnement du calcul scientifique vers les autres options et années• Attrait pour cette option difficile à maintenir auprès des élèves ingénieurs• Effectifs de l’Option MFN : 12 étudiants en moyenne

Exemple d’entreprises :



Quelques réflexionssur la formation au calcul scientifique

• Beaucoup de formations d’ingénieurs traitent de la simulation• Le secteur aval doit promouvoir l’image du calcul scientifique• Le calcul scientifique doit être présent tôt dans la formation• Il faut renforcer l’accès des formations aux moyens de calcul• Les filières informatiques débouchent peu vers ces métiers• Le doctorat est une bonne formation au calcul scientifique• L’image du calcul scientifique peut être revalorisée• On peut combiner séjour à l’étranger et formation au calcul• Etc…

l'option « mécanique des fluides numérique » un exemple de

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