Un continuum du lycée à l’université Présentation des projets de recherche

Vendredi 24 mai 2013

2012>2020

Laboratoire PRISME

Doctorant : Kévin Chatelain

Lycée : Benjamin Franklin

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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

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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)

Pourquoi ???

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

Merci pour votre attention !

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Merci pour votre attention

Laboratoire PRISME

Doctorante : Amal BASSOUMI

Lycée : Benjamin Franklin

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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

La mise en forme des renforts sera réalisée par

emboutissage.

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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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Exemples de caractérisation à venir:

Traction biaxiale Cisaillement

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Laboratoires PRISME - ICARE

Doctorants : Charles ENDOUARD Yann FENARD

Lycée : Benjamin Franklin

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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.

Le Triangle du Feu

Qu’est-ce que c’est?

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 Laminaire

Les Flammes de Diffusion

Flamme 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 ∞

TP Vitesse de Flamme - Présentation

TP Vitesse de Flamme – Vidéo Expérience

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

Merci de votre attention

Laboratoires ICARE - PRISME

Doctorant : Jean-Baptiste Masurier

Lycée : Benjamin Franklin

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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

Fonctionnement d’un moteur

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

Merci pour votre attention