Nouveau

  • Nouveau

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Risus commodo viverra maecenas accumsan lacus velesinmse ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit sedd eiusmod tempor incididunt consectetur adipiscing.

Deuxième titre page article

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

8 minutes pour connaître la CFD (Computational Fluid Dynamics)

Qu’est-ce que la mécanique des fluides numérique ?

Le terme Computational Fluid Dynamics (CFD) correspond en français à la Mécanique des Fluides Numérique (MFN). La CFD est le calcul numérique appliqué à la mécanique des fluides. Les logiciels CFD permettent la résolution par ordinateur des équations fondamentales de la mécanique des fluides, qui peuvent être couplées à des équations de transferts thermiques ou de réactions chimiques. Les simulations numériques prennent en compte de nombreux paramètres tels que le volume de fluide, les propriétés physico-chimiques comme le nombre de Reynolds, la viscosité, le nombre de Mach.

Avec cette lecture de 8 minutes, découvrez les applications de la CFD en industrie !

Mécanique des fluides : rappel des bases

La mécanique des fluides est une discipline physique consacrée à l’étude des comportements d’un fluide : liquides (considérés comme incompressibles), gaz (considérés comme compressibles), ou plus rarement sous forme de plasma. Elle peut être divisée en deux catégories :
  • La statique des fluides (hydrostatique) : étude d’un système au repos. C’est le début historique de cette discipline avec l’étude de la pression et de la poussée d’Archimède.
  • La dynamique des fluides : l’étude d’un système en mouvement.
Dans la dynamique des fluides, les fluides se classent en deux catégories selon une caractéristique physico-chimiqueprécise : leur viscosité. Elle correspond à la capacité du fluide à s’écouler plus ou moins facilement.
  • Fluides newtoniens : ce sont l’eau, l’air et la majorité des gaz. Leur viscosité est constante, elle ne varie simplement qu’en fonction de la température.
  • Fluides non newtoniens : tous les autres fluides tels que le sang, les gels, les émulsions, les pâtes… La viscosité de ces fluides ne varie pas seulement en fonction de la température, mais est aussi fonction de la vitesse et des contraintes subies lors de l’écoulement.
L’étude des gaz ou liquides est faite par l’application de divers formules ou théorèmes propres à cette discipline :
  • loi fondamentale de la statique des fluides ;
  • équation d’Euler ;
  • théorème de Bernoulli et relations de Bernoulli ;
  • équations de Navier-Stokes.
Point de détail sur le fluide parfait
Un fluide parfait est un fluide idéalisé (il n’existe pas naturellement) pour faciliter son étude. Son mouvement est étudié sans prendre en compte ses paramètres de viscosité et de conductivité thermique. S’ajoute à cela, l’hypothèse de conservation de la masse. Le fluide parfait est une approximation.

Mécanique des fluides numérique

La mécanique des fluides numérique est une progression de la mécanique des fluides classique pour laquelle on utilise l’analyse numérique pour visualiser et étudier le comportement de fluides en conditions réelles. Cette discipline a connu un développement important durant les trente dernières années, et est devenue incontournable dans de nombreux secteurs d’activité. Les méthodes de simulation numérique sont appliquées à la mécanique des fluides à des fins analytiques : en complément des expériences physiques, mais aussi dans un but de prédiction. Les logiciels de simulation CFD sont largement utilisés et deviennent incontournables pour les industriels. Ils facilitent la compréhension des phénomènes physiques par les ingénieurs sur des modèles simulés avant la réalisation de tests expérimentaux sur des modèles physiques.. Les logiciels CFD prédisent les performances de systèmes complexes avant l’installation d’une infrastructure ou l’utilisation d’un produit pour limiter les défauts qui pourraient être préjudiciables d’un point de vue sécurité. Lors des phases de test, le calcul numérique est réalisé avec les paramètres de conditions réelles d’utilisation. Les ingénieurs conception modifient les données jusqu’à l’obtention de modélisations correctes. Plusieurs conceptions alternatives peuvent être étudiées avant de valider la solution finale et de passer à l’étape de production. De manière générale, la mécanique des fluides numérique répond à deux enjeux majeurs pour les entreprises :
  • Résoudre des problématiques dont la complexité ne cesse de croître, de part les phénomènes physiques impliqués.
  • Améliorer l’efficacité de la résolution de problèmes : par des meilleurs temps de calcul, mais aussi par une meilleure qualité des résultats obtenus.
  • Réduire le nombre de prototypes (prototypes numériques).
 

Pour aller plus loin : la rhéologie en extension à la mécanique des fluides

La rhéologie est définie comme une science qui étudie les déformations et l’écoulement de la matière. Plus précisément, l’étude du comportement mécanique de la matière : relations entre les contraintes et les déformations. La rhéologie est une branche de la mécanique qui fait le rapport entre la viscosité, la plasticité et l’élasticité de la matière. Cette discipline fait donc appel à des connaissances en résistance des matériaux (RDM) et en hydraulique pour la réalisation de calculs pratiques. Les études en rhéologie se situent sur trois niveaux :
  • recherche expérimentale sur les matériaux ;
  • étude théorique selon les lois de comportement de ces matériaux ;
  • étude, à l’échelle microscopique, de l’influence de la structure sur le comportement de la matière : géométrie, maillage…
La mécanique des fluides peut-être englobée dans la rhéologie.

Applications de la CFD en ingénierie

Les outils CFD sont utilisés dès la phase de conception d’un produit pour valider la viabilité d’un modèle physique. La mécanique des fluides numérique s’adapte particulièrement pour prédire les performances d’applications pour lesquelles il est difficile d’effectuer des mesures expérimentales.

Selon les logiciels de CFD, vous pouvez avoir accès à des fonctionnalités variées, à sélectionner selon votre besoin : 

  • transfert de chaleur ;
  • régime stationnaire (stable) et régime transitoire (variable dans le temps) ;
  • pertes de charge ;
  • modèles de turbulences ;
  • analyse aérodynamique ;
  • mouvements de pièces mobiles ou rotatives ;
  • interactions des fluides avec une structure ;
  • écoulements multiphasiques (plusieurs phases liquides, solides ou gazeuses coexistent et interagissent) ;
  • réaction chimique ;
  • suivi de particules ;
  • solidification ou fusion…

Après les idées de conception, l’objectif d’une industrie est de commercialiser rapidement des produits à forte valeur ajoutée qui répondent à la demande du marché. L’anticipation des scénarios défaillants et de performances insatisfaisantes est l’un des facteurs de succès au développement d’une nouvelle solution industrielle. La CFD s’avère très utile pour toute industrie cherchant à atténuer au maximum les risques potentiels avant une mise sur le marché.

Voici des applications industrielles concrètes de la modélisation numérique de phénomènes thermo-fluidiques :

    • Automobile : circuit de climatisation, gaz d’échappement, aérodynamisme du véhicule, boîte de vitesses, circuit de refroidissement du moteur…
    • Aérospatiale et défense : aérodynamisme des véhicules dans le milieu aérien (écoulements subsoniques et supersoniques de fluides). 
    • Électronique : analyse thermique de circuits imprimés, refroidissement d’installations, LED…
  • Énergie : nucléaire, éolien, récupération d’énergies perdues, solaire, etc.
  • Naval : étude de cavitation (création de bulles dans un liquide soumis à une dépression), conception des hélices…
    • Industrie : pompes, turbocompresseurs, ventilateurs, turbines à gaz ou à vapeur… 
  • Divers biens de consommation : acoustique des bâtiments ou des objets, réfrigérateur, casques de moto…

 

CFD Computational Fluid Dynamics : les bénéfices pour les industriels

Comme vu précédemment, l’utilisation de la CFD est bénéfique dans le cas où le comportement du système physiqueétudié ne pourrait pas être simulé par les calculs conventionnels. En plus de faciliter la compréhension des collaborateurs sur les projets, la Computational Fluid Dynamics est un moyen de communication des connaissances à des non-experts. Vous pouvez donc utiliser cette méthode pour présenter plus facilement l’un de vos projets à des clients ou à des investisseurs.

  • Réduction des coûts de développement

Grâce à la modélisation numérique des fluides dans un système de Conception Assistée par Ordinateur (CAO), les frais de prototypage sont réduits. Le lien entre les logiciels CAO 3D et CFD facilite l’itération et l’optimisation rapide de la conception. Ceci entraîne la réduction des coûts de recherche et développement, des coûts en main-d’œuvre…

  • Anticipation des défauts

La simulation numérique favorise l’anticipation/la prédiction du comportement/du fonctionnement d’un système afin de sélectionner les concepts les plus prometteurs dès le début du processus de conception. Elle permet en quelque sorte de visualiser l’invisible : les ingénieurs ont plus d’informations qu’ils ne pourraient jamais en avoir avec un modèle physique. L’étude numérique des scénarios facilite la prédiction du fonctionnement d’éléments de conception clés à un stade précoce. Ce dispositif permet ainsi de réduire les risques qui persisteraient aux étapes ultérieures, là où un changement de conception serait plus coûteux. Grâce à son implémentation dès le début du processus de conception, les résultats sont au plus proche de l’intention de conception initiale :
  • les incertitudes sont identifiées plus tôt :
  • les risques sont éliminés quand il est possible et plus rapide d’apporter des changements.

  • Amélioration de la qualité produits

C’est la conséquence des bénéfices précédents. Grâce à l’étude amont des phénomènes de mécanique des fluides pendant la conception d’un produit ou d’une solution, la performance finale sera valorisée. Intégrer la CFD à son processus de conception vous permet d’améliorer la qualité finale de vos prestations. La satisfaction client est ainsi améliorée, et en découle un impact positif sur votre chiffre d’affaires. La mécanique des fluides numérique utilisée pour les applications industrielles, facilite le travail des ingénieurs de bureau d’études dans le développement de solutions ou de produits. Le logiciel de CFD s’utilise par les industriels aux premières étapes du développement des produits : c’est un réel outil de créativité et d’exploration des systèmes. Le prototypage virtuel est souvent accompagné de prototypes physiques qui existent non plus seulement pour tester, mais valider les prédictions. La CFD est une solution pour se rapprocher de la conception industrielle optimale.
Facebook-f Twitter Dribbble Instagram

La modélisation appliquée à la réalité virtuelle

Mettre votre titre ici

La réalité virtuelle (VR : virtual reality) est une technologie par laquelle sont simulés numériquement des environnements ou des objets. Elle se rapproche de la réalité augmentée. Les acteurs du secteur, comme Meta Quest, HTC, Samsung… génèrent aujourd’hui des milliards de dollars. La concurrence est rude pour proposer les meilleurs casques et offrir les images virtuelles les plus réalistes.La modélisation couplée à la VR permet l’animation puis l’interaction avec des modèles 3D dans un environnement virtuel. La VR est aujourd’hui un réel outil adopté dans de plus en plus de secteurs d’activité. Par le moyen d’un casque VR, les utilisateurs sont capables d’évoluer dans un lieu fictif ou inspiré d’une configuration actuelle. Dans cet article, découvrez l’application de la modélisation à la réalité virtuelle dans l’industrie.

Modélisation appliquée à la réalité virtuelle : principe de fonctionnement

La modélisation 3D permet de simuler un environnement (ou objet) au plus proche de sa réalité grâce à des logiciels dédiés. Elle permet la personnalisation de l’expérience de réalité virtuelle. Les modèles sont visualisés grâce à un casque de réalité virtuelle. Le casque VR associé à un ordinateur fonctionne par le biais d’une application. Les lunettes de réalité virtuelle Oculus Rift et VR HTC Vive Focus sont des incontournables de l’utilisation professionnelle des modèles virtuels. Là où un casque VR type Meta/Oculus Quest ou Samsung Gear VR, utilisables avec une Playstation VR, sont avant tout conçus pour les jeux vidéo. La modélisation présente plusieurs avantages par rapport à la prise de vue  réelle (photo ou vidéo) :
  • personnalisation totale possible de l’environnement immersif ;
  • l’environnement virtuel est animé et l’utilisateur peut interagir avec celui-ci ;
  • l’expérience immersive peut être basée sur un environnement existant ou imaginaire (permet visualisation de process industriel ou de bâtiment avant leur implantation).
Couplée à la réalité virtuelle, elle offre trois avantages majeurs pour les entreprises.

– Présentation de projets facilitée

Plus précise que des croquis 2D ou des modèles physiques, la VR facilite l’étape de conception d’un projet et sa communication. Grâce à une immersion totale, la modélisation 3D en VR permet d’anticiper des résultats divers.

– Expériences novatrices possibles

La combinaison de la modélisation et de la réalité virtuelle accorde de nouvelles possibilités d’exploration des modèles. Il est aussi plus facile de modifier les simulations virtuelles qui s’enregistrent aussitôt dans le logiciel de conception. La VR permet également le partage d’un espace de travail. Chaque collaborateur du projet peut accéder au modèle virtuel pour y effectuer les modifications souhaitées. Pour aller plus loin, la collaboration peut se faire en même temps avec des intervenants de différents lieux comme s’ils étaient à côté. Un fournisseur peut aisément montrer la conception au client qui lui fait ses retours en temps réel pendant l’immersion dans l’imagerie virtuelle

– Répétition des modèles

Chaque unité (environnement, objet) peut être modélisée avec ses paramètres uniques dans l’univers virtuel. La conception est une étape non négligeable de la production. Le premier rendu est rarement conservé, les changements sont nombreux tout au long de ce processus avant validation du produit fini : la modélisation physique ou le dessin 2D impliquent de tout reprendre au moindre changement. Grâce à la modélisation VR il est possible de dupliquer les modèles à l’infini et d’effectuer les changements rapidement, sans engager trop de coûts supplémentaires.

Réalité virtuelle et modélisation 3D : quelques applications

L’expérience virtuelle a conquis les industriels, qui y voient un moyen d’amélioration de leurs performances et finalement de l’expérience client. La VR fait aussi vivre une expérience nouvelle aux employés équipés d’un casque. Modèle virtuel dans le secteur médical Utiliser la réalité virtuelle en santé est l’innovation de ces dernières années. La réalisation d’un modèle en trois dimensions permet une visualisation immersive du corps du patient avant une opération par exemple. La modélisation couplée à la VR peut faciliter la représentation précise et personnalisée de la tumeur d’un patient, reconstituée grâce aux scans. La représentation virtuelle du corps aide le personnel  médical à déterminer une stratégie de soin par la visualisation de différents scénarios opératoires/chirurgicaux. Immersion totale en usine virtuelle Lors de la création, l’agrandissement ou l’ajout de machines dans un parc industriel, la modélisation permet d’envisager les différents scénarios du système :
  • quels sont les flux humains et de matériel ;
  • mise en pratique des process ;
  • quelle sera la procédure de maintenance dans la nouvelle configuration…
Ainsi, le fonctionnement final est analysé avant d’entamer des travaux coûteux. La visualisation scientifique dans le secteur de l’énergie Pour les acteurs du secteur énergétique, une surcouche animée de visualisation scientifique peut s’additionner au modèle virtuel. Ces résultats de simulation peuvent donner des informations diverses :
  • simulation des mouvements d’un fluide dans un conduit ;
  • analyse structurelle : déformations et contraintes sur une entité ;
  • vibrations d’un ensemble ou sous-ensemble en fonctionnement ;
  • données acoustique ;
  • analyse structurelle…
Les données issues de la simulation virtuelle offrent une vision en amont de l’utilisation d’un système pour éviter de l’endommager avec de potentielles erreurs de conception.

Étude de cas : VR et nucléaire, le projet ITER

L’ITER est un réacteur thermonucléaire expérimental international en cours de construction sur le site de Saint-Paul-lez-Durance. Pour ce projet, c’est la technologie de réalité augmentée (AR) qui est couplée à la modélisation. L’expérience de  réalité augmentée consiste en la superposition d’images générées par ordinateur sur le monde réel. Contrairement à la réalité virtuelle, le monde réel fait partie de la vision de l’utilisateur. Les éléments sont ajoutés sur l’environnement réel pour renforcer l’expérience utilisateur et garnir son champ de vision. Si la réalité augmentée est associée à la réalité virtuelle, elle se définit comme réalité mixte. Dans le cas ITER, la réalité augmentée sert à explorer, analyser et évaluer le futur environnement de travail. Grâce à l’hologramme projeté sur les rétines de l’œil, les opérateurs peuvent marcher dans l’environnement rempli et faire l’expérience des défis qu’ils pourraient rencontrer. L’AR est utilisée pour deux applications :
  • Placer virtuellement les modèles des composants réels reçus des fournisseurs pour vérifier la correspondance avant installation.
  • Simuler l’activité de maintenance en contexte : flux de personnel, accessibilité…
  Comment cela fonctionne-t-il ?
  1. Des modèles 3D des différents composants des systèmes sont modélisés.
  2. Grâce à des lunettes de réalité augmentée, HoloLens de Microsoft, l’utilisateur peut se déplacer dans le lieu virtuel, la visualisation suit ses mouvements de regard dans la situation virtuelle
  3. Avec une tablette fictive, telle une manette, il peut interagir avec l’environnement virtuel : ouverture et positionnement de portes, installation des équipements.
La réalité augmentée a aussi été utilisée pour partager la configuration physique et les conditions de travail de chaque personne dans le futur environnement avec les dirigeants de l’entreprise. Pour ITER, la réalité augmentée a été implémentée, cependant, l’idée sera de propager son utilisation à l’ensemble du projet pour optimiser les interventions sur le réacteur. Présenter la réalité avant qu’elle n’existe est devenu possible avec la technologie AR. La modélisation appliquée à la réalité virtuelle n’est pas réservée au divertissement et aux jeux vidéos, elle trouve sa place dans de nombreux secteurs industriels. Son utilisation nécessitera la formation des salariés aux casques VR. Cette technologie immersive facilite la compréhension des systèmes complexes et donc l’analyse des problèmes par la simulation d’éléments virtuels. Elle plonge les salariés dans une visite immersive d’un lieu, ou l’observation d’objets virtuels grâce aux lunettes aux lentilles particulières. L’utilisateur envisage la réalité différemment. La modélisation virtuelle améliore la communication entre les collaborateurs lors des projets rendant la prise de décision plus efficace. Grâce à une visualisation en situation réelle, les réajustements et rectifications sur les projets sont rapides. Des coûts sont ainsi économisés, le prix des équipements de réalité virtuelle est donc rapidement amorti. Avec le développement du Metaverse, la virtual reality va de plus en plus prendre place dans les entreprises !
Facebook-f Twitter Dribbble Instagram

Tout comprendre sur la mécanique des fluides

Mettre votre titre ici

La « mécanique » évoque pour beaucoup de gens le monde des moteurs et des matériaux bien solides. Lorsque l’on évoque la mécanique des fluides, vous aimeriez comprendre pourquoi on parle de mécanique pour des matières qui n’ont rien de solide ? Dans cet article, nous vous faisons pénétrer dans ce monde qui comprend l’hydrodynamique, l’aérodynamique ou la météorologie. Découvrez les principales applications de la mécanique des fluides pour les études d’ingénierie !

Qu’est-ce qu’un fluide ?

Les fluides se distinguent des solides par leur faculté à se déformer pour s’adapter à la forme d’un contenant. On distingue ainsi :
  • Les fluides gazeux, dont les molécules ou les atomes se déplacent librement et qui ont la propriété d’occuper tout l’espace disponible.
  • Les fluides liquides, qui se déforment en conservant leur volume propre et qui peuvent présenter une surface libre.
La mécanique des fluides repose sur l’approximation selon laquelle il est possible de les étudier à une échelle macroscopique. On fait généralement abstraction des interactions à l’échelle moléculaire et on les considère comme des milieux continus.

Quels effets la mécanique des fluides nous permet-elle de comprendre ?

En formalisant les propriétés d’un fluide comme celles d’un milieu continu, il est possible de représenter :
  • Les fluides immobiles : cette discipline est appelée l’hydrostatique ou la statique des fluides.
  • Les fluides en mouvement : c’est ce que l’on nomme la dynamique des fluides.

Les fluides au repos : l’hydrostatique

La statique des fluides met en jeu le bilan des forces de pression (dont la résultante est la poussée d’Archimède) et de la pesanteur. Elle permet, en particulier, de déterminer :
  • la pression exercée sur un objet plongé dans un liquide comme un sous-marin ;
  • le tirant d’eau d’un navire ou la hauteur immergée d’un iceberg ;
  • la pression atmosphérique en fonction de l’altitude.

Les fluides en mouvement : la dynamique des fluides

La dynamique des fluides est la branche de la mécanique des fluides dédiée à l’étude de leur mouvement. Pourquoi s’intéresser au mouvement des fluides ? Parce que beaucoup de mécanismes naturels ou technologiques reposent sur la dynamique des fluides :
  • les vents, les températures, le mouvement des nuages et les précipitations en météorologie ;
  • en hydraulique, l’écoulement des liquides dans les canaux, les pertes de charge dans les canalisations et la conception des pompes et des turbines ;
  • en aérodynamique, le calcul global de la portance et de la traînée d’une aile d’avion, mais aussi le calcul des pressions exercées sur chaque surface portante ;
  • dans les moteurs et les centrales nucléaires, les transferts de chaleur.
C’est la connaissance de ces mécanismes qui a permis de faire voler des avions, de faire fonctionner des moteurs thermiques et des centrales électriques. La conception des installations industrielles et de véhicules sobres en carburant passe aussi par la prise en compte des apports de la mécanique des fluides. Les études expérimentales en soufflerie et en tunnel hydrodynamique ont marqué l’histoire de la mécanique des fluides. En travaillant avec des maquettes à échelle réduite, les écoulements sont semblables aux écoulements à échelle réelle. Il est nécessaire pour cela de respecter des règles de similitude appliquées à des nombres sans dimension tels que :
  • le nombre de Froude Fr, pour caractériser l’effet de la pesanteur ;
  • le nombre de Reynolds Re, pour caractériser l’effet de la viscosité ;
  • le nombre de Mach M, pour représenter la compressibilité.
Grâce aux études en soufflerie, on a identifié un grand nombre de phénomènes liés à la viscosité des fluides et à leur compressibilité :
  • On a étudié les écoulements laminaires et turbulents, en introduisant des colorants qui mettent en évidence les lignes de courant.
  • On a approfondi la connaissance des écoulements des fluides compressibles et des ondes de choc. Ces dernières se produisent en particulier sur les avions lorsque la vitesse approche de la vitesse du son.
  • On a acquis une connaissance approfondie du comportement d’un fluide en présence d’un obstacle, avec les phénomènes de couche limite et de décollement.
  • On a exploré le sillage des avions et des navires.

L’importance de la modélisation et de la simulation numérique

Les études expérimentales en dynamique des fluides ont connu leur apogée au milieu du XXe siècle et jusque dans les années 1980. Les progrès des calculateurs et de la simulation numérique autorisent désormais des calculs sur des configurations et situations complexes :
  • écoulement autour d’un avion complet ou d’un hélicoptère ;
  • prise en compte des moteurs, hélices et rotors ;
  • écoulements permanents ou instationnaires ;
  • écoulements turbulents ;
  • écoulements multiphasiques ;
  • couplage avec des phénomènes vibratoires, chimiques, thermodynamiques ou électromagnétiques…
L’exemple le plus connu du grand public est celui des prévisions météorologiques. Des modèles de simulation de plus en plus puissants fournissent des prévisions à une échelle toujours plus précise. La simulation numérique donne ainsi accès à des caractéristiques des écoulements qu’il ne serait pas possible de mesurer dans les situations complexes. Elle permet également, à moindre coût, de faire varier le design ou les conditions d’écoulement afin de comparer les performances correspondantes. La possibilité de coupler les simulations de dynamique des fluides avec d’autres modèles (calcul de structures, combustion, échanges thermiques, etc.) ouvre évidemment des possibilités considérables. Les logiciels de simulation pour l’ingénierie sont maintenant performants et conviviaux. Il n’y a donc rien d’étonnant à ce que les industriels les aient pleinement adoptés dans leur cycle de développement.

Les principaux types de modélisations en mécanique des fluides

Sans entrer dans les détails des modèles mathématiques, il est toutefois utile d’expliquer succinctement sur quoi reposent les modèles. On utilise des équations de conservation générales comme la conservation de la masse ou de la quantité de mouvement. Elles s’expriment sous forme de systèmes d’équations aux dérivées partielles souvent non linéaires que l’on ne peut pas résoudre de manière exacte. La résolution est seulement possible de manière approximative grâce au recours à des hypothèses sur l’état du système.

Cas des fluides newtoniens

Il s’agit des fluides pour lesquels la relation entre la contrainte de cisaillement et le gradient de vitesse est linéaire. Le coefficient qui lie ces valeurs est appelé la viscosité. Elle est fonction de la température du fluide mais pas du cisaillement. Les fluides newtoniens obéissent aux équations de Navier-Stokes. Elles sont applicables aux gaz et à la majeure partie des liquides dont l’eau. Un grand nombre de modèles numériques actuels sont basés sur ces équations.

Cas des fluides non newtoniens

Certains liquides présentent une viscosité qui varie en fonction de la contrainte. Le yaourt, le miel et le sang présentent par exemple une viscosité qui varie lorsqu’on leur applique un cisaillement. L’étude du comportement de ces fluides relève d’une discipline appelée la rhéologie.

Modélisation des écoulements turbulents

La représentation de la turbulence en dynamique des fluides reste une difficulté importante. Les écoulements turbulents comprennent en effet des échelles tourbillonnaires qui interagissent entre elles jusqu’aux plus fines qui se dissipent par viscosité. La simulation directe de ces structures tourbillonnaires (DNS : Direct Numerical Simulation) est en fait limitée par la taille du maillage utilisé : résoudre numériquement toutes les échelles spatiales et temporelles d’un écoulement coûterait dans la plupart des cas des mois voire des années de calcul. On emploie plus couramment une approche statistique qui permet de modéliser les contraintes moyennes liées à la turbulence dans un « écoulement moyen ». C’est l’approche RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes Equations). Grâce aux moyens numériques actuels, il est possible de résoudre une partie des plus grandes échelles turbulentes. Il s’agit par exemple de l’approche LES (Large Eddy Simulation).

Modélisation des écoulements diphasiques

La méthode la plus répandue pour représenter les écoulements diphasiques est la méthode VOF (Volume Of Fluid). Elle consiste à étudier l’évolution de l’interface entre des fluides non miscibles. Chaque fluide est le plus souvent supposé incompressible et à sa masse volumique propre.

Quelques cas où l’on simplifie les modèles

  • Pour certains calculs d’aérodynamique, on néglige les effets de viscosité et de conduction. On utilise alors les équations d’Euler, correspondant à l’hypothèse d’un  fluide parfait. Cela revient à faire tendre le nombre de Reynolds vers l’infini.
  • En hydrodynamique et pour les écoulements gazeux à basse vitesse (jusqu’à Mach 0,3), on suppose généralement que le fluide est incompressible. Sa masse volumique ne varie pas avec la pression, mais elle peut varier avec la température entraînant un phénomène de convection
Vous comprenez maintenant pourquoi nos ingénieurs simulation sont de véritables experts en mécanique des fluides ? Contactez-nous pour en savoir plus.
Facebook-f Twitter Dribbble Instagram

Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur la gestion des déchets nucléaires (sans oser le demander) !

Déchets MA-VL et HA issus des combustibles irradiés en centrales nucléaires

L’un des défis majeurs de l‘énergie nucléaire réside dans la gestion et le stockage des déchets nucléaires de haute activité et à vie longue. En effet ils restent dangereusement radioactifs pendant des centaines de milliers d’années (généralement 200 000 ans) et nécessitent un traitement particulier, régulé par les états, garant de la sécurité publique. En France, les déchets nucléaires sont gérés par l’ANDRA. Ils sont classés selon deux caractéristiques principales: leur dangerosité et leur durée de vie. Ces caractéristiques sont déclinées en six catégories de déchets. Dans cet article, nous nous intéressons plus particulièrement aux deux catégories suivantes:

  • les déchets de Moyenne Activité à Vie Longue (MA-VL)
  • les déchets de Haute Activité (HA)

Les MA-VL proviennent majoritairement des structures de maintien du combustible nucléaire, e.g. les gaines des assemblages combustibles en zircaloy. Ces déchets sont compactés afin d’en réduire le volume, puis conditionnés dans des colis métalliques ou en béton. Ils représentent 3 % en volume de la totalité des déchets nucléaires produits en France.

Les HA proviennent du traitement du combustible usé. Ce sont des résidus non réutilisables comme les actinides, ou les produits de fission. Ils sont calcinés puis vitrifiés. Le mélange verre-déchet (3% de déchet, 97% de verre, en masse) est conditionné dans des colis en acier inoxydable qui sont parfois placés dans un deuxième conteneur en acier. Ces déchets HA représentent 0.2 % en volume de la totalité des déchets nucléaires produits en France. Ils concentrent 96 % de la radioactivité.

Ces deux catégories de déchets (MA-VL et HA) représentent une faible portion de la masse ou du volume total des déchets nucléaires. Cependant, ils ont des périodes de plusieurs centaines de milliers d’années, ainsi qu’une toxicité très importante. Ils sont tous issus du combustible usé. Une solution à l’étude est le stockage réversible en profondeur.

Gestion des  déchets MA-VL et HA

La gestion de ces déchets se décompose en deux phases :
  1. L’entreposage : Il est temporaire et basé sur le principe d’évacuation thermique continue permettant le refroidissement des combustibles irradiés.
  2. Le stockage: Il est définitif et basé sur le principe de décroissance des niveaux de radioactivité des combustibles irradiés.
Nous vous proposons dans cet article, un tour d’horizon de ces deux phases de gestion, leur principe de fonctionnement et leurs limites dans une perspective de développement durable.

Entreposage temporaire des déchets radioactifs

Nous distinguons deux catégories pour les systèmes d’entreposage temporaire: en piscine et à sec.
L’ Entreposage en piscine
  • PRINCIPE
Une fois déchargés du réacteur, les éléments combustibles irradiés sont entreposés pendant au moins cinq ans dans des piscines d’eau situées dans le même bâtiment abritant le réacteur nucléaire. Chacun de ces éléments combustibles est conservé dans des cellules disposées en maillage au fond des piscines.
  • PISCINE D’ENTREPOSAGE
Les piscines sont construites en béton armé et leurs parois sont recouvertes d’acier soudé. Elles sont conçues pour éviter les fuites et résister aux événements extérieurs. L’eau des piscines remplit la fonction principale de refroidissement du combustible nucléaire irradié dans les premières étapes de sa désintégration radioactive. Ce processus permet l’évacuation continue de la chaleur résiduelle générée par le combustible.
Piscine de Stockage Areva – Orano
  • INERTIE THERMIQUE ET BLINDAGE RADIOLOGIQUE
Grâce à la forte transmission de chaleur dans l’eau et à sa grande capacité calorifique, ce système offre une inertie thermique élevée et maintient la gaine du combustible (alliage de zircaloy) bien en dessous de son point de fusion. Cela permet de conserver la première barrière de confinement contre la dispersion radioactive intacte. D’autre part, l’eau des piscines constitue également un bon blindage radiologique contre les radiations émises par le combustible irradié.

L’ Entreposage à sec (non utilisé en France)
  • PRINCIPE
Cet entreposage temporaire -de moyen à long terme- est un système conçu pour loger le combustible usé et les déchets hautement radioactifs dans le même pays pour une période donnée (max. 100 ans).
  • STRUCTURE D’ENTREPOSAGE
Généralement, les déchets sont entreposés dans des containers métalliques, en béton ou dans des voûtes avec des systèmes spécifiques d’évacuation de chaleur. Ceci n’est possible qu’après une période de refroidissement préalable dans les piscines des centrales nucléaires (voir plus haut). Les installations d’entreposage temporaire sont situées en surface ou à une profondeur relativement faible. Elles peuvent être localisées sur le site de la centrale ou à l’extérieur de celui-ci. Dans ce dernier cas l’entreposage peut regrouper des combustibles irradiés d’un ou plusieurs EPR.
  • UN BLINDAGE ANTI-RADIATION
Ces installations sont constituées d’une structure en béton offrant un blindage contre les radiations et une sécurité anti-intrusion.
  • LIMITE
Cette solution ne peut en aucun cas être considérée comme définitive, ni prolongée indéfiniment.

Stockage
  •  LE DÉPÔT EN COUCHES GÉOLOGIQUES
Cette solution consiste à isoler les déchets par l’interposition d’une série de couches dans des installations de stockage à des profondeurs de l’ordre de 500 mètres environ. Les déchets sont d’abord introduits dans des conteneurs métalliques extrêmement épais, résistants à la corrosion et à d’autres formes de dégradations pendant de nombreuses années. Ils sont ensuite évacués dans des galeries creusées dans des formations géologiques stables, et entourées d’un terrain peu perméable, à forte capacité de rétention.
Stockage MA-VL HA – Schéma Cigéo

Le confinement et l’isolement des déchets sont assurés par différents éléments :

  1. le conteneur dans lequel les déchets sont introduits avant leur placement dans l’alvéole de stockage définitif.
  2. dans certains cas le surconteneur : complément de colisage étanche permettant de transformer les colis primaires de déchets vitrifiés en colis d’entreposage ou de stockage.
  3. la barrière naturelle que constitue la roche réceptrice.
  • PRINCIPE DE STOCKAGE DÉFINITIF

La caractéristique déterminante du stockage définitif, par opposition à l’entreposage temporaire, est que l’objectif de récupération des déchets n’est pas systématique. En d’autres termes, l’installation d’élimination des déchets est fermée et scellée sans qu’il ne soit forcément nécessaire de disposer d’une installation d’exploitation supplémentaire en surface.

  • LA RÉCUPÉRATION DES DÉCHETS EN QUESTION

En tout état de cause, il est toujours possible de garder l’installation de stockage et son environnement sous surveillance aussi longtemps que cela est jugé nécessaire. L’installation peut être conçue de manière à ce que les déchets stockés puissent être récupérés à l’avenir. L’ANDRA envisage la réversibilité de l’installation en stockage profond pour une période de 100 ans.

  • LIMITES

Le stockage en couches géologiques profondes requiert des démonstrations de sûreté concernant :

  • Le vieillissement des colis de déchets enfuis sur plusieurs milliers d’années. Il s’agit de prouver que la roche permettra la rétention des espèces radioactives lorsque la corrosion aura endommagé l’emballage.
  • La résistance aux événements géologiques comme les séismes.
  • La mémoire du lieu d’enfouissement des déchets. Se souvenir de la localisation des déchets est une problématique capitale. Cela revient à transmettre une information à de nombreuses générations d’individus. Il est donc nécessaire d’imaginer un moyen de communication qui perdure au-delà de la langue et un support de communication qui ne s’altère pas.

Les différentes étapes du stockage des déchets radioactifs en vidéo I Le projet Cigéo

SOLUTIONS INNOVANTES DE TRAITEMENT DES MA-VL ET HA

  • UN AVENIR BAS CARBONE
Chez DAES, nous sommes sensibles au défi que représente un avenir sans carbone. Dans cette optique nous collaborons avec TRANSMUTEX  afin de positionner le traitement des déchets nucléaires comme une priorité et remédier à cette ultime limite de l’énergie nucléaire.

  • L’EXPERTISE DAES :
Forts de notre expertise historique sur le nucléaire, nos équipes sont à même de simuler l’ensemble du cycle de l’énergie de sa production à sa restitution. Nous vous accompagnons dans la conception produits et procédés de vos projets: réduction/contrôle de la pollution, équipements, optimisation énergétique, respect des exigences en matière d’efficacité et de réglementation.
  • Analyse structurelle
  • Modélisation non linéaire et par contact
  • Impact et explosion
  • Optimisation de la conception, bruit et vibrations, fatigue
  • Analyse des mouvements et des systèmes
  • Analyse du stress et des contraintes
  • Analyse thermique et transfert de chaleur
  • Acoustique
Contactez-nous pour plus d’information ou programmer une réunion technique avec nos équipes. #InSimulationWeTrust. Découvrez ici notre ANSYS APP développée pour le dimensionnement d’équipements nucléaires.

  • UN PARTENARIAT RESPONSABLE ET INNOVANT
La solution Transmutex est une technologie nucléaire révolutionnaire basée sur la transmutation. Cette dernière peut être effectuée par des systèmes nucléaires pilotés par des accélérateurs. Ces systèmes couplés sont nommés ADS, de l’anglais Accelerator Driven System. L’ADS produit des flux de neutrons rapides pour induire la fission des actinides et transformer des espèces nucléaires à longue durée de vie (quelques centaines de milliers d’années) en espèces à durée de vie beaucoup plus courte (quelques centaines d’années). Ce processus génère également une énergie sans carbone. La transmutation des actinides et des produits de fission peut être réalisée de manière souple et très efficace dans les systèmes pilotés par accélérateur.
  • TRANSMUTATION ET RADIOTOXICITÉ
La transmutation du combustible irradié permettra de réduire d’un facteur 100 la radiotoxicité de ce dernier et de réduire d’un facteur 1000 la durée de stockage du combustible en tant que déchet nucléaire. A partir d’un horizon de stockage d’environ 200 000 ans, la solution TRANSMUTEX permettrait de le réduire à 200 ans, une durée plus que convenable au regard des technologies existantes qui ont fait leurs preuves.

  • WNE 2020  – For a Low Carbon Society

  • Nous participons prochainement au salon WNE 2020, pour notamment prendre part aux défis actuels et futurs de l’industrie nucléaire et présenter aux côtés des équipes Transmutex un projet plein de promesses.

    Pour ne rien rater de nos actualités et autres évènements DAES suivez notre Blog et notre Page Linkedin.

    Pour plus d’informations concernant nos solutions, contactez-nous.

Facebook-f Twitter Dribbble Instagram

Why the B2B Energy Sector Needs Inbound Marketing

  • Why the B2B Energy Sector Needs Inbound Marketing

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Risus commodo viverra maecenas accumsan lacus velesinmse ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit sedd eiusmod tempor incididunt consectetur adipiscing.

Deuxième titre page article

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Manufacturing Business Technology

  • Manufacturing Business Technology

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Risus commodo viverra maecenas accumsan lacus velesinmse ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit sedd eiusmod tempor incididunt consectetur adipiscing.

Deuxième titre page article

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt mollit anim id est laborum. Sed ut perspiciatis unde omnisste natus error sit voluptatem accusantium.

Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolor fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident suntin culpaue officia deserunt.