ETUDE DU COMPORTEMENT DISPERSIF D'UN BROUILLARD D'EAU POLYDISPERSE (10 A 100 MU M) DANS LA ZONE DE MELANGE DE DEUX ECOULEMENTS TURBULENTS ETABLIS ENTRE PLAQUES PLANES. MESURES DE VITESSES PAR ANEMOMETRIE A FIL CHAUD ET ANEMOMETRIE LASER DOPPLER. MESURE DES TEMPERATURES ET DES FLUCTUATIONS DE TEMPERATURES. MESURES DES TAILLES ET DE LA REPARTITION DES GOUTTELETTES PAR MICROHOLOGRAPHIE. DETERMINATION DE LA DISPERSION PARTICULAIRE. ESTIMATION DES ECHELLES DE TURBULENCE
CE TRAVAIL PORTE ESSENTIELLEMENT SUR LA DISPERSION DE PARTICULES DANS LES ECOULEMENTS TURBULENTS. NOUS PROPOSONS UN ECOULEMENT QUI RESULTE DE LA COMPOSITION D'UNE TURBULENCE A CISAILLEMENT CONSTANT ENGENDRE PAR UNE GRILLE APPROPRIEE ET D'UN JET AXISYMETRIQUE ISSU D'UN INJECTEUR PNEUMATIQUE A DOUBLE FLUX QUI SERT A PRODUIRE L'AEROSOL. L'ENSEMBLE DES RESULTATS SEMBLE MONTRE QUE, DANS LE CAS DE CES EXPERIENCES LA DISPERSION EST ESSENTIELLEMENT CONTROLEE PAR L'INERTIE DES GOUTTES ET LA DISTRIBUTION SPATIALE DES VITESSES DE L'ECOULEMENT PORTEUR. LA NATURE TURBULENT DE CE DERNIER N'INTERVIENT QUE DANS LA MESURE OU IL MODIFIE LA DISTRIBUTION DES GRANDEURS MOYENNES
ON MONTRE QU'UNE TURBULENCE DE GRILLE CONSTITUE UN ECOULEMENT TURBULENT HOMOGENE ET QUASI ISOTROPE DANS SA ZONE INITIALE. ON ETUDIE ENSUITE LA DIFFUSION DANS UN TEL MILIEU, D'UN AEROSOL COMPOSE DE GOUTTELETTES MICRONIQUES ET FAIBLEMENT CONCENTRE PAR DES METHODES OPTIQUES DANS LA CONFIGURATION SUIVANTE: ZONE ASYMPTOTIQUE DE DIFFUSION TURBULENTE A PARTIR D'UNE SOURCE PONCTUELLE CONTINUE. DES RELATIONS ENTRE GRANDEURS LAGRANGIENNES ET EULERIENNES SONT ETABLIES
NOTRE ETUDE PORTE SUR LA CARACTERISATION D'UN JET D'AIR TURBULENT CHARGE DE PARTICULES OU DE GOUTTELETTES. ELLE SE PLACE DANS LE CADRE D'UNE COOPERATION ENTRE LE CEMAGREF ET DES PARTENAIRES INDUSTRIELS. LE BUT ULTIME DE L'ETUDE EST LE TRANSFERT VERS CES PARTENAIRE INDUSTRIELS DU MAXIMUM DE CONNAISSANCES UTILISABLES POUR LE DEVELOPPEMENT ET L'AMELIORATION DE SES PRODUITS. EN CE SENS, L'ETUDE SE VEUT LA PLUS COMPLETE POSSIBLE. NOUS AVONS EGALEMENT LE SOUCIS DE PRODUIRE DES RESULTATS APPLICABLES ET D'UTILISER ET DE DEVELOPPER DES TECHNIQUES D'ETUDE SUSCEPTIBLES D'ETRE ADOPTEES PAR LES PARTENAIRES A L'ISSUE DE NOTRE COLLABORATION. NOTRE ETUDE PORTE SUR LA DYNAMIQUE PURE DE L'ECOULEMENT. DE PLUS, NOUS NOUS INTERESSONS A UN MODELE REDUIT ET SIMPLIFIE DES PRODUITS DE NOS PARTENAIRES QUI OFFRE DES DEBITS, ET DONC UNE PORTEE, PLUS FAIBLES, CE QUI PERMET LE MONTAGE D'UNE INSTALLATION EXPERIMENTALE EN LABORATOIRE OU ON CONTROLE PARFAITEMENT L'ENVIRONNEMENT DANS LEQUEL LE JET FONCTIONNE. CE MEMOIRE CONSISTE EN TROIS PARTIES. LA PREMIERE PRESENTE LES BASES FONDAMENTALES DES PHENOMENES QUI ENTRENT EN JEU DANS LES ECOULEMENTS TURBULENTS DIPHASIQUES A PHASE DISPERSEE, PUIS DRESSE UN ETAT DE L'ART SUCCINT DES CONNAISSANCES ET MOYENS D'ETUDE POUR CE TYPE D'ECOULEMENTS. LA SECONDE PARTIE DETAILLE NOTRE ETUDE EXPERIMENTALE, LES TECHNIQUES EMPLOYEES ET LES RESULTATS OBTENUS. UNE TROISIEME PARTIE PRESENTE LE TRAVAIL EFFECTUE SUR LE DEVELOPPEMENT D'UN OUTIL NUMERIQUE DE PREDICTION DE L'ECOULEMENT, NOTRE BASE DE DEPART, LES MODELES PASSES EN REVUE POUR LES DIFFERENTS PHENOMENES ET LES PREMIERS RESULTATS OBTENUS.
Introduction : Les soignants sont exposés à un risque d'infection respiratoire lors d'épidémies de virus émergents. L'aérosolisation des particules virales est un mécanisme principal de transmission. L'administration de médicament par voie inhalée peut générer une quantité importante de gouttelettes aérosolisées. Cette étude a pour but d'évaluer la dispersion des particules lors d'un traitement par aérosol avec soit un nébuliseur soit un aérosol-doseur avec chambre d'inhalation. Méthode : 2 groupes composés chacun de 3 volontaires sains étaient constitués : un groupe recevant 6mL de NaCl 0,9% avec un nébuliseur pneumatique, un groupe recevant 1000μg de salbutamol avec un aérosol-doseur avec chambre d'inhalation. L'administration durait 10min suivie d'une période de wash out. Les mesures étaient réalisées par comptage laser. Résultats : Dans le groupe nébuliseur on observe une augmentation maximale à 9min de particules de 0,5μm et 1μm de 10807%(IC95% 10720-10893) et 42720%(IC95% 39021-46419) sans retour à l'état initial en fin de wash out. Dans le groupe aérosol-doseur on observe un pic d'augmentation des particules de 1μm à 1min (219%(IC95% 159-279)) avec retour à l'état initial dès le début du wash out. La dispersion s'effectue dans toutes les directions avec un retour à l'état initial à 1m dans le groupe aérosol-doseur. Conclusion : L'administration de traitement à l'aide d'un aérosol-doseur avec chambre d'inhalation limite la dispersion de particules dans le temps et l'espace comparé à un nébuliseur. Le risque de contamination des soignants par des particules contenant des virus pourrait donc être limité par l'utilisation d'aérosol-doseur avec une chambre d'inhalation.
Ce travail de thèse fait partie intégrante de l'ANR PLAYER (début janvier 2012), projet visant à étendre les simulations d'écoulements gaz-particules à des particules non-sphériques ayant une inertie couvrant une large gamme. Les avancées de cette ANR portent notamment sur la détermination des forces et couples élémentaires sur de tels objets avec la question du nombre de degrés de liberté supplémentaires à prendre en compte, l'impact de la forme et de l'effet d'inertie ainsi que l'influence d'une force extérieure telle que la gravité sur les interactions particule-turbulence. Dans ce cadre, l'objectif de ce travail de thèse est d'étudier finement la dispersion de particules non-sphériques rigides dans un écoulement turbulent à l'échelle mésocospique (il est supposé que les particules sont des points matériels). Pour ce faire, un suivi lagrangien de particules ellipsoïdales couplé à un code de simulation numérique directe d'un écoulement turbulent de canal a été utilisé. Cette méthode nécessite alors une bonne estimation des forces et couples hydrodynamiques agissant sur ce type de particules, ainsi qu'un couplage des équations du mouvement de translation et de rotation. En se basant sur les résultats obtenus par une simulation numérique directe résolue à l'échelle de la particule (Ansys Fluent, body-fitted method), nous avons établi, dans un premier temps, des corrélations pour les coefficients hydrodynamiques (traînée, portance, couple de tangage) dépendant du nombre de Reynolds particulaire, de la forme, et de l'orientation des particules. L'originalité de ce travail réside en la validité de ces corrélations pour des gammes étendues de facteurs de forme (rapport entre la longueur et la largeur de la particule w ∈ [0,2-32] et de Reynolds particulaires Rep ∈ [1-240]. Ces corrélations ainsi que les équations du mouvement de rotation ont été ensuite intégrées dans le code « maison » de simulation numérique directe d'un écoulement turbulent gaz-solide à l'échelle mésocospique. Après avoir validé ce code à travers différents cas tests, nous avons étudié la dispersion de différentes particules ellipsoïdales dans un écoulement de canal turbulent pour un nombre de Reynolds modéré. Trois principaux effets sont à l'étude : l'effet de forme, l'effet d'inertie et l'effet du croisement de trajectoires.
CETTE THESE PORTE SUR L'ETUDE DU DEPOT DE PARTICULES D'AEROSOLS EN PRESENCE D'UN ECOULEMENT TURBULENT (60 000 RE 300 000) DANS DES CONDUITES DE GROS DIAMETRE (20 CM). L'APPLICATION PRINCIPALE CONCERNE CERTAINES PARTIES DU CIRCUIT PRIMAIRE D'UN REACTEUR A EAU SOUS PRESSION LORS D'UNE PHASE ACCIDENTELLE. AU COURS DE CETTE THESE, UN PROGRAMME EXPERIMENTAL, DENOMME DEPAT (DEPOT D'AEROSOLS DANS LES TUBES), A ETE CONCU ET REALISE. IL PERMET L'ETUDE DU DEPOT TURBULENT D'AEROSOLS MONODISPERSES OU POLYDISPERSES DANS UNE CONDUITE HORIZONTALE DE 20 CM DE DIAMETRE. DES TECHNIQUES DE MESURES FINES ONT ETE ASSOCIEES A CE PROGRAMME: L'ANEMOMETRIE A FILS CHAUDS POUR CARACTERISER LA TURBULENCE, LA VELOCIMETRIE PAR IMAGERIE DE PARTICULES POUR DETERMINER LES VITESSES DES PARTICULES DANS L'ECOULEMENT, LA MICROSCOPIE OPTIQUE ET ELECTRONIQUE POUR LA MESURE DU DEPOT. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DE CE PROGRAMME ONT ETE COMPARES A CEUX D'UN CODE DE CALCUL MONODIMENSIONNEL DE SURETE NUCLEAIRE SIMULANT LE TRANSPORT ET LE DEPOT DE PRODUITS DE FISSION DANS LE CIRCUIT PRIMAIRE LORS D'UN ACCIDENT GRAVE. LE PROGRAMME DEPAT A EGALEMENT PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LA PRESENCE D'UN PHENOMENE DE RESUSPENSION DES PARTICULES DANS L'ECOULEMENT A PARTIR D'UNE VITESSE CRITIQUE DE FLUIDE. DANS CETTE THESE, UN MODELE DE RESUSPENSION POUR PARTICULES MONODISPERSEES EST COMPARE A DES DONNEES DE LA LITTERATURE ET AUX RESULTATS DES EXPERIENCES DEPAT, L'ACCORD EST SATISFAISANT
