Systèmes innovants pour l'intensification des transferts par l'approche constructale et l'optimisation multi-échelle – Constructurale

L'approche constructale, proposée par A. Bejan, est une notion émergente qui se développe rapidement au niveau international et dans un cadre pluridisciplinaire. Il s'agit d'une méthode d'optimisation de la conception d'objets et de composants qui permet de trouver la forme d'un système multi-échelle afin d'offrir un rendement optimal. Le concept constructal, comme le concept fractal, est une façon de relier la géométrie d'un monde microscopique (les structures d'un équipement ou d'un matériau aux échelles les plus fines) au monde macroscopique dans lequel il est immergé, à travers plusieurs échelles intermédiaires. A la différence essentielle de l'objet fractal, l'objet constructal optimise les passages d'échelle, et la géométrie n'est pas nécessairement invariante d'une échelle à l'autre. Les équipes qui se réunissent autour de ce projet ont participé, depuis quelques années, au développement de cette approche, en particulier en la concrétisant par la fabrication de quelques uns des « premiers objets constructals », grâce au savoir-faire antérieur du LSGC et du DCPR. Le LOCIE à Chambéry en a fait un axe transversal prioritaire depuis l'arrivée de L.Luo en 2003.L'objectif du projet proposé est l'intensification et l'amélioration des performances des échangeurs thermiques et des réacteurs multitubulaires par la maîtrise de la distribution des fluides en entrée et en sortie, et par la miniaturisation géométrique. Plus précisément, on étudiera l'intégration :- de distributeurs et collecteurs fractals dans un mini-échangeur de chaleur,- d'un mélangeur constructal dans un micro-réacteur.Ces deux aspects sont axés sur la conception, la technologie de fabrication, l'expérimentation, mais avec une analyse théorique par l'approche constructale et la simulation en vue d'une optimisation. L'idée directrice est de se servir de configurations classiques et bien connues d'échangeurs et de réacteurs multitubulaires pour tester les distributeurs et les mélangeurs constructals, et pour étudier la sensibilité des performances à la distribution des fluides. Les travaux s'appuieront sur deux thèses en cours au LOCIE à Chambéry. La première concerne l'intégration de distributeurs et collecteurs constructals dans un mini-échangeur de chaleur. Il s'agit de la thèse de Z. Fan, thèse en co-tutelle entre l'Université de Savoie et l'Université des Sciences et de Technologie de Huadong à Shanghai, Chine, encadrée par les Professeurs L. Luo et D. Tondeur du côté français et le Professeur et Académicien W. Yuan du côté chinois. La seconde porte sur l'intégration d'un mélangeur constructal dans un micro-réacteur. Il s'agit de la thèse de J. Yue, thèse également en co-tutelle entre l'Université de Savoie et l'Institut de Chimie Physique de l'Académie des Sciences de Chine à Dalian. Elle est encadrée par les Professeurs L. Luo et Y. Gonthier du LOCIE et le Professeur et Académicien Q. Yuan du côté chinois.