Academic literature on the topic 'Modélisation thermodynamique'

Dans le présent travail, un modèle thermodynamique de combustion à zone unique pour le carburant diesel et le biodiesel a été mis en oeuvre pour prédire la pression du cylindre afin de mieux comprendre la combustion caractéristique des différents carburants testés dans un moteur diesel et d’analyser les performances caractéristiques d'un même moteur fonctionnant avec différents types de carburants. Il s’est agi également d’évaluer les émissions potentielles de ces carburants lors de leurs combustions dans le moteur diesel. L'évaluation du modèle est faite en fonction de la complexité temporelle, de la complexité spatiale et de la précision de la prédiction à l'aide du programme informatique développé sous MATLAB. Les résultats du présent modèle montrent que les évolutions de la pression du cylindre ainsi que la température du cylindre ont été reproduites avec une bonne précision. En outre, la comparaison entre les paramètres de performance simulés et expérimentaux du moteur a montré une bonne concordance. Les resultatas montrent également des réductions des émissions polluantes avec l’utilisation des carburants alternatifs comparés au diesel.

Ce travail s'appuie sur l'étude de plusieurs bases de données en vue d'extraire des modèles de prévision de la production de CH4 enfonction des régimes et des fermentations ruminales. La méthanogenèse est décrite en relation avec les principaux principes de la stoechiométrieet de la thermodynamique des fermentations ruminales. Il apparaît en particulier une relation étroite entre la productionde CH4 et le rapport des acides acétique/propionique du jus de rumen (Ac/Pr). Les variations du profil des AGV et de la productionde CH4 traduisent des phénomènes d'adaptation des microorganismes du rumen à la quantité d'énergie disponible. Au sein desdifférents critères alimentaires de prévision de la production de CH4, la teneur en matière organique digestible (MOD) est intéressante: elle est globalement bien liée à la MO fermentescible du rumen, donc au CH4 produit, et à la valeur énergétique des aliments.Cependant, le rapport CH4/MOD varie également en fonction de certains facteurs de variation qui modifient aussi le rapport Ac/Prdans le rumen : le niveau alimentaire, la qualité du fourrage, la teneur en concentré du régime et l'apport de matières grasses.Une dernière partie du texte est consacrée à l'étude de modèles plus mécanistes qui s'appuient sur les principes de stoechiométrie desAGV, ces modèles constituant une étape vers une modélisation intégrative de l'ensemble des phénomènes digestifs et fermentaires durumen.

La transition énergétique vers les énergies renouvelables a poussé les pays notamment ceux du sahel à utiliser au mieux les énergies renouvelables. Parmi ces énergies renouvelables, le biogaz contribue aux défis énergétiques et environnementaux des populations. Dans ce papier, nous proposons une méthodologie capable à la fois de produire du froid et d’électricité à partir des déchets organiques. L’approche proposée donne une étude du potentiel et de la disponibilité des déchets (analyse de la disponibilité, caractérisation des déchets, etc.), une conception et dimensionnement du système de conversion (centrale à déchets), une modélisation et simulation du processus de production de froid et d’électricité sous le logiciel « Thermoptim ». Les résultats obtenus notamment pour le cas de Bamako (capitale du Mali) donnent la quantité journalière de biogaz (déchets méthanisables) de 1544 tonnes/j dont celle du méthane est de 14479,084 m3/j et celle de l’énergie primaire est de 143,922 MWh/j. L’énergie thermique convertible en froid est de 57,93 MW/j et l’énergie électrique est de 52,475 MW/j. Par ailleurs, la simulation a permis d’une part de comprendre le processus thermodynamique, d’obtenir des résultats intéressants sur l’analyse de la biomasse soit 60,51% de matières sèches et 39,08 % de matières organiques pour le cas de Bamako et d’autre part de faire les analyses environnementale et économique. L’application de ce travail peut combler un déficit énergétique par rapport à la demande énergétique (froid, électricité) qui croit 10% environ par an.

L’objectif de ce travail est de proposer à l'industrie pétrolière un modèle thermodynamique compositionnel capable de prévoir les conditions opératoires induisant la floculation des asphaltènes à partir des bruts. Au cours de cette étude, diverses méthodes d'analyse (calorimétrie, analyse élémentaire, RMN du 13C, diffusion des neutrons…) ont été utilisées afin d'acquérir une meilleure description de la fraction asphalténique et d'en déduire les mécanismes de sa floculation. Le modèle proposé décrit cette floculation comme une transition thermodynamique induisant la formation d'une nouvelle phase liquide riche en asphaltènes et contenant l'ensemble des constituants initialement présents dans le brut : le dépôt asphalténique. Les asphaltènes sont représentés à l'aide d'un seul pseudo-constituant composé essentiellement de carbone et d'hydrogène. La représentation de la fraction légère F11-F20 est celle proposée par Jaubert. La fraction lourde F20+ est représentée à l'aide de quatre pseudo-constituants, leurs propriétés caractéristiques étant déterminées à l'aide des méthodes de contribution de groupes développées par Avaullee ainsi que par Neau et Rogalski. L'équation d'état de Peng-Robinson associée aux règles de mélange par contribution de groupes d'Abdoul et Peneloux est utilisée afin de restituer les équilibres de phases gaz-liquide-dépôt asphalténique. Ce modèle ne permettant pas de restituer la floculation de façon purement prédictive, la démarche consiste alors à ajuster certaines propriétés caractéristiques des pseudo-constituants introduits dans la représentation analytique des bruts. Les résultats obtenus montrent que le modèle de floculation proposé est bien adapté à la restitution des propriétés thermodynamiques (pressions de saturation, volumes relatifs, courbes de floculation) des bruts asphalténiques sur un large domaine de températures (30-150°C) et de pressions (0,1-50 MPa), couvrant la majorité des cas rencontrés dans l'exploitation pétrolière

Lors de la production de bruts paraffiniques, les risques de formation de dépôts solides, notamment dans les puits et dans les conduites de transport, sont a prendre en compte. La prévention de ces risques se traduit par des frais d'exploitation élevés, voire des manques a produire. Une meilleure connaissance des phénomènes mis en jeu permettrait d'ajuster au mieux les conditions de production et donc de réduire les coûts. Dans cet objectif, nous avons, d'une part, établi un modèle thermodynamique compositionnel permettant de calculer la température de cristallisation commencante ainsi que la quantité de solide précipité pour les valeurs de températures inférieures et, d'autre part, mis en œuvre une technique expérimentale afin de mesurer a la pression atmosphérique la courbe de dépôts solides d'un brut donné. Le modèle est mis en pratique par l'intermédiaire du programme informatique Cryspar. C'est un modèle qui tient compte de la non-idéalité de la phase solide a l'aide de l'équation a un paramètre proposée par Margules. Celle-ci ne nécessite donc que le calage de ce seul paramètre a partir des quantités de dépôts mesurées en laboratoire. La connaissance de ce paramètre permettra, par la suite, de calculer les courbes de dépôts des bruts dont la composition a été modifiée dans le temps (par fluxage en particulier). La technique expérimentale utilisée est l'analyse calorimétrique différentielle (acd). L'acd est rapide, facile d'utilisation et disponible dans les laboratoires des opérateurs pétroliers.

L'objet de cette these est de contribuer au developpement d'un modele numerique de noyau de comete permettant de mieux comprendre la formation du systeme solaire et son evolution, ainsi que de fournir des informations importantes aux ingenieurs charges des missions spatiales. Le noyau de comete est considere comme une matrice poreuse de glaces (h#2o, co) et de poussieres, formee par accretion de grains de taille micrometrique d'origine interstellaire. Le modele tient compte de la diffusion de chaleur et des gaz, de la sublimation/recondensation ainsi que de la cristallisation de la glace d'eau amorphe a l'interieur du noyau. La cristallisation de la glace est decrite par une loi d'activation. Lors de cette transition exothermique les gaz pieges par la phase solide sont relaches. Ce travail se distingue des modeles precedents par une resolution bidimensionnelle des equations de diffusion dans les directions radiale et latitudinale, une theorie plus generale de la diffusion d'un gaz binaire dans un milieu poreux, et une parametrisation de l'ejection de grains de la surface contrainte par l'observation. Une solution tridimensionnelle est calculee explicitement en fonction de l'angle horaire. Les equations de diffusion comprennent des termes sources, representant les reactions physico-chimiques, et elles sont resolues par un algorithme de differences finies, parallelise. Le modele est applique aux etudes des cometes 29p/schwassmann-wachmann 1. C/1995 o1 (hale-bopp), et 1p/halley. Une attention particuliere a ete attribuee a la transition de phase amorphe-cristalline. Les resultats de la modelisation sont compares avec les observations dans les domaines millimetrique et visible. Le meilleur accord entre simulation et observation a ete obtenu dans le cas d'un melange contenant de la glace d'eau amorphe. Il a ete possible de montrer que la cristallisation de la glace d'eau amorphe, couplee avec un processus de diffusion, peut introduire un comportement erratique de l'activite cometaire. Ce comportement est observe pour la comete 29p/schwassmann-wachmann 1. La chaleur latente liberee lors de cette transition de phase represente une source d'energie suffisante pour expliquer des taux de production importants a grande distance heliocentrique tels qu'ils sont observes pour la comete hale-bopp. On montre de maniere quantitative que les taux de production d'eau, mesures dans le coma de la comete 1p/halley, sont en bon accord avec une surface en regime de sublimation libre. En conclusion, le modele d'un corps poreux de faible densite, compose de glace d'eau et d'autres especes volatiles telles que le monoxyde de carbone, ainsi que d'une phase refractaire, est compatible avec les observations actuelles des cometes

L'étude de la stabilité vis-à-vis de la démixtion des verres borosilicatés d'intérêt pour le nucléaire nécessite le calcul des enthalpies libres des phases en présence et des phases formées. Or, en simulation, avec les moyens de calcul actuels, l'échantillonnage direct des états d'un système vitreux suivant une statistique d'ensemble n'est pas ergodique et les moyennes estimées ne sont pas fiables. Notre approche consiste à effectuer, à une vitesse de refroidissement imposée, des trempes, c'est-à-dire une série de chemins reliant des états du liquide à des états de verre, et à prendre en compte dans les moyennes d'ensemble les probabilités de générer les chemins aboutissant aux différents états amorphes. En faisant de la sorte, nous introduisons un formalisme d'ensemble de chemins et calculons une énergie libre de Landau associée à un métabassin amorphe. Cette méthode a été validée en cartographiant de manière précise le paysage d'énergie libre d'un amas vitreux modèle de 38 atomes. Nous l'avons ensuite appliquée au calcul de l'enthalpie libre d'alliages amorphes binaires de Lennard-Jones, ce qui nous a permis de vérifier la corrélation entre les tendances à l'ordre ou à la démixtion observées et les courbes enthalpies libres calculées. Nous avons finalement estimé la force motrice à la démixtion pour un verre nucléaire très simplifié, constitué de trois oxydes et modélisé par un potentiel de Born-Mayer-Huggins comportant un terme à trois corps. Et nous avons comparé les grandeurs calculées aux données expérimentales disponibles
Investigating the stability of borosilicate glasses used in the nuclear industry with respect to phase separation requires to estimate the Gibbs free energies of the various phases appearing in the material. In simulation, using current computational resources, a direct state-sampling of a glassy system with respect to its ensemble statistics is not ergodic and the estimated ensemble averages are not reliable. Our approach consists in generating, at a given cooling rate, a serie of quenches, or paths connecting states of the liquid to states of the glass, and then in taking into account the probability to generate the paths leading to the different glassy states in ensembles averages. In this way, we introduce a path ensemble formalism and calculate a Landau free energy associated to a glassy metabasin. This method was validated by accurately mapping the free energy landscape of a 38-atom glassy cluster. We then applied this approach to the calculation of the Gibbs free energies of binary amorphous Lennard-Jones alloys, and checked the correlation between the observed tendencies to order or to phase separate and the computed Gibbs free energies. We finally computed the driving force to phase separation in a simplified three-oxide nuclear glass modeled by a Born-Mayer-Huggins potential that includes a three-body term, and we compared the estimated quantities to the available experimental data

L’étude menée sur le système Mo-Pt-Si vise à contribuer à la connaissance d’alliages métalliques complexes destinés à des applications à hautes températures rencontrées dans les industries aéronautiques ou verrières. Sa description d’un point de vue thermodynamique est rendu difficile par son caractère réfractaire lié à la présence du molybdène d’une part et à sa complexité due au nombre élevé de ses constituants (3 éléments) d’autre part. Seule une approche du problème par une modélisation thermodynamique de type CALPHAD permet d’aboutir à un résultat significatif. Comme l’impose l’établissement d’une modélisation d’un système ternaire, à savoir l’étude préalable des trois bordures binaires, le premier volet de ce travail a été consacré à l’étude des systèmes Pt-Si, Mo-Pt et Mo-Si. Parallèlement au travail d’optimisation, des mesures expérimentales réalisées dans le cadre de cette étude (radiocristallographie, analyse thermique, microsonde,….) ont permis de déterminer les équilibres entre phases, les enthalpies de formation des différents composés intermétalliques ainsi que les mécanismes structuraux responsables des grands domaines de stabilité observés pour certaines phases. La première approche du système ternaire Mo-Pt-Si, obtenue à partir de la banque de données intégrant les optimisations binaires, a permis de cibler et interpréter des expériences de contrôles des équilibres entre phases en condition isotherme et anisotherme. Un nouveau siliciure ternaire a ainsi été découvert et pris en compte dans le calcul. Enfin, à travers de nombreux exemples nous montrons la cohérence de la modélisation avec l’ensemble des données expérimentales
The study on the Mo-Pt-Si system contributes to the knowledge of complex metal alloy, which are intended for applications at high temperatures in the aerospace or glass industries. Its thermodynamic description is difficult because its refractory character related to the presence of the molybdenum and to its complexity due to the high number of the constituents (3 elements). Only an approach of problem by a modelling thermodynamics of CALPHAD type gives to a significant result. As imposes the establishment of a modelling of a ternary system by the study of three binary borders, the first part of this work was devoted to the study of Pt-Si, Mo-Pt and Mo-Si systems. Along with the optimization, an experimental measurements used in this study (X-ray, thermal analysis, microprobe,….) allowed to determine the equilibria phases, the enthalpies of formation of the various intermetallic compounds as well as the structural mechanisms responsible for large domains of stability observed for some phases. The first approach of the Mo-Pt-Si ternary system obtained from the database including the binary optimisations, allowed to interpret the experiments of controls of equilibria phases in isotherm and anisotherm conditions. A new ternary silicide was discovered and took into account in calculation. Finally, through many examples we show the agreement of the modelling with all experimental data

Un injecteur-condenseur est un appareil à thermo-compression dans lequel de la vapeur entraîne un liquide sous-refroidi et refoule le mélange sous forme liquide à une pression supérieure aux deux pressions d'injection amont. Le principe de fonctionnement des injecteurs fait appel à des phénomènes thermo-hydrauliques complexes si bien que les connaissances actuelles restent essentiellement empiriques ; cette étude présente une approche à la fois théorique et expérimentale. Une description générale des injecteurs et un modèle thermodynamique idéal expliquant le principe de fonctionnement sont tout d'abord proposés. Dans une seconde partie, des résultats d'essais globaux réalisés sur plusieurs injecteurs sont présentés. Ils permettent de dégager les principales lois de similitude ainsi que les limites de fonctionnement. Ces essais sont complétés par une modélisation globale (OD) comportant une loi de fermeture déduite de nos essais. Des mesures locales 2D sont ensuite effectuées sur une veine à section rectangulaire où 1 'on a visualisé préalablement 1' écoulement. Ces mesures concernent le taux de vide, les pressions et les températures statiques. Elles permettent de déduire l'ensemble des grandeurs et des phénomènes physiques intervenants dans l 'écoulement et mettent en évidence des déséquilibres cinétiques, thermiques et thermodynamiques importants. Enfin, une modélisation locale lD est proposée pour l'ensemble de l'injecteur rectangulaire. Le modèle pour la tuyère primaire est de type homogène équilibré. Le modèle de la chambre de mélange s'appuie sur un système diphasique 6 équations et sur des lois de fermetures déduites en partie des mesures locales. Cette modélisation donne des résultats satisfaisant pour la partie amont de la chambre de mélange, mais n'a pas permis de prédire correctement l'onde de condensation. L'origine des difficultés est discutée et d'autres méthodes de résolution sont proposées
A condensing-injector is a thermo-compression device where a steam drags directly a subcoleed liquid and delivers a liquid mixing with an outlet pressure higher than the both upstream injections pressures. The functioning principle of injectors involves sophisticated thermo-hydraulic process, and actual knowledge is essentially empirical. This work presents a theorical and experimental approach of condensing-injector. A general description of injectors is firstly presented, followed by an ideal thermo-dynamic modelling which explains clearly the principle of functioning. In a second part, we present global experimental results realized on several injectors and the main scaling and driving laws. These results are completed by a global modelling which required a closure law deduced from our experimental values. Then, local measurements (2D) are carried out on a special device with a rectangular section, where the flow was firstly visualized. This measurement are respectively, the void fraction, the static pressure and the static temperature and so, permits the calculation of all the variable and a well understanding of the physical phenomena involved in the flow. Especially, we show, in some well-defined zones, the existence of important non-equilibrium kinetic, thermal and thermodynamic phenomena. Thus, a local modelling (1D) is presented for the all part of the rectangular injector. The model for the primary nozzle is a homogeneous equilibrium model. The two-phase flow model for the mixing chamber is based on a system of six coupled governing equations and closure laws calculated from our local measurements. This model predicts good results for the upstream part of the mixing chamber, but it was impossible to solve it for the condensation wave. The causes of these difficulties are discussed and some other computing methods are investigated

La prédiction des microstructures représente un enjeu majeur pour l'étude des processus de vieillissement des alliages métalliques, en particulier sous irradiation. Les résultats des calculs ab initio de structure électronique peuvent être utilisés pour paramétrer les méthodes cinétiques de Monte Carlo Atomique et permettent ainsi de simuler quantitativement la diffusion des atomes et l'évolution de la microstructure qui en résulte. Cette méthode est cependant limitée par le temps de calcul qu'elle exige. Les simulations mésoscopiques évitent cet écueil, mais souffrent généralement de ne pouvoir être paramétrées sur les résultats obtenus aux échelles inférieures, limitant ainsi leur pouvoir de prédiction. Dans ce travail, une méthode de simulation appelée Monte Carlo cellulaire cinétique a été développée pour relier les échelles atomiques et mésoscopiques tout en conservant la nature discrète des atomes. Une procédure de paramétrisation basée sur les simulations Monte Carlo à l'échelle atomique a été établie. Elle permet de reproduire quantitativement les propriétés macroscopiques d'équilibre des alliages indépendamment de la taille des cellules utilisées. Une application à l'alliage fer-cuivre est présentée. Afin de décrire les propriétés cinétiques à ces échelles, un outil générique de calcul de la matrice d'Onsager dans les alliages a été mis en place. Il est fondé sur la theorie du Champ Moyen Auto-Cohérent. Les résultats obtenus sur des cinétiques de diffusion et de précipitation dans un alliage modèle sont présentés et validés par une comparaison systématique avec des simulations Monte Carlo à l'échelle atomique.

Les saumures naturelles sont des ressources en eau de plus en plus convoitées et utilisées par les industriels, que ce soit pour la production d’eau potable (dessalement de l’eau de mer…) ou pour la récupération de substances valorisables (le lithium, le potassium, le magnésium, la silice …). Les saumures industrielles sont aussi souvent utilisées dans différents procédés comme fluides caloporteurs ou lors d’extraction de minerai (phosphore, alumine…). Cependant, ces solutions aqueuses complexes présentent des propriétés thermodynamiques qui s’écartent de celles des solutions aqueuses diluées (dites idéales). Des approches de calcul spécifiques sont alors nécessaires pour pouvoir déterminer ces propriétés. Cette étude s’intéresse au calcul des propriétés thermodynamiques d’excès (coefficient osmotique, capacité calorifique, densité …) de ces systèmes. Celles-ci dépendent toutes de la dérivée de l’énergie libre de Gibbs d’excès (G^ex) par rapport à la concentration en sels dissous, à la température ou à la pression. Suite à une revue bibliographique des différents modèles thermodynamiques permettant de calculer l’énergie libre de Gibbs d’excès, le modèle de Pitzer a été sélectionné pour décrire les propriétés d’excès d’un système contenant c cations, a anions et n espèces neutres. Les propriétés thermiques et volumiques ont été, dans un premier temps, établies pour un système contenant des espèces neutres avant d’être implémentées dans le logiciel PhreeqC, logiciel de géochimie qui permettait déjà le calcul du coefficient osmotique, de l’activité de l’eau et du coefficient d’activité. Le logiciel issu de cette modification, PhreeSCALE, permet désormais, lorsque les paramètres d’interaction de Pitzer sont connus, de calculer les propriétés d’excès telles que le coefficient osmotique, la capacité calorifique ou la densité d’une saumure en tenant compte de la spéciation exacte de la solution. Dans le cas où les paramètres d’interaction sont à déterminer, PhreeSCALE peut être couplé à des logiciels d’optimisations pour établir de nouveaux jeux de paramètres, calés sur les propriétés mesurées des solutions. Les applications de cette étude s’appuient sur plusieurs systèmes qui sont soit des saumures industrielles, soit des saumures naturelles. Le système NaOH-H2O a été sélectionné en raison des salinités élevées dans l’eau (jusqu’à 29 mol.kgw-1 à 25°C). Pour représenter au mieux l’ensemble des propriétés sur toute la gamme de concentrations, la dissociation partielle de l’espèce NaOH a dû être prise en compte. Les autres systèmes étudiés sont des saumures chlorurées, plus caractéristiques des saumures naturelles. Une approche par étape a permis d’établir les paramètres d’interaction pour cinq systèmes binaires (NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2 et BaCl2). Puis, des systèmes ternaires et un système quinquénaire composés de ces cinq électrolytes, ont été étudiés. Dans chaque cas, la capacité calorifique et la densité ont été déterminées. Finalement des abaques, tenant compte des conditions de température et de pression, ont pu être tracées pour le système NaCl-H2O
Natural brines are water resources that are increasingly sought and used by industrialists both to produce drinking water (e.g. seawater desalinisation) or retrieve economically exploitable substances (lithium, potassium, magnesium, silica, etc.). Industrial brines are often used in various processes as coolants or in ore processing (phosphorus, alumina, etc.). However, the thermodynamic properties of these complex aqueous solutions differ somewhat from those of so-called "ideal" diluted aqueous solutions. Specific calculation methods must therefore be used to determine these properties. This study focuses on calculating the thermodynamic excess properties of these systems (osmotic coefficient, heat capacity, density, etc.). All of these depend on the derivative of the excess Gibbs free energy (G^ex) in relation to the concentration of dissolved salt, temperature or pressure. A literature survey of thermodynamic models capable of calculating excess Gibbs free energy was done and the Pitzer model was chosen to describe the excess properties of a system containing c cations, a anions and n neutral species. Thermal and volumetric properties were determined for a system containing neutral species and these were then added to PhreeqC, a geochemical model that makes it possible to calculate the osmotic coefficient, water activity, and the activity coefficient. The resulting model, PhreeSCALE, now makes it possible, when the Pitzer interaction parameters are known, to calculate excess properties such as the osmotic coefficient, the heat capacity, and the density of a brine, taking into account the precise speciation of the solution. If the interaction parameters must be determined, PhreeSCALE can be coupled with optimisation software to determine new parameter sets based on properties measured in solution. The applications of this study are based on several systems that are either industrial or natural brines. The NaOH-H2O system was chosen because of its high salinities in water (up to 29 mol.kgw-1 at 25 °C). To best represent all of the properties over the entire range of concentrations, the partial dissociation of the NaOH species had to be considered. The other systems studied are chloride brines, which are more like natural brines. A multi-step approach made it possible to determine the interaction parameters for five binary systems (NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, and BaCl2). Ternary systems and one quinary system made up of all five electrolytes were then studied. In each case, the heat capacity and the density were determined. Charts taking into account temperature and pressure conditions were drawn for the NaCl-H2O system

Ce chapitre expose les méthodes expérimentales et les modélisations thermodynamiques qui permettent de recréer ou de simuler au laboratoire les conditions de l’intérieur du globe, afin de prédire la nature et l’évolution de la minéralogie en fonction de la profondeur. Après une présentation des différentes espèces minérales du manteau terrestre, les diagrammes de phase des principales lithologies sont détaillées. Celles-ci sont essentielles afin de pouvoir interpréter les observations sismologiques.