Добірка наукової літератури з теми "Simulations procédés"

Le développement des unités de post-dénitrification dans les stations d’épuration de l’agglomération parisienne a fait réémerger la problématique du nitrite dans les eaux de Seine en aval de Paris. Le contrôle de l’apparition des nitrites au cours de l’étape de post-dénitrification est donc devenu un enjeu technique majeur. Des études visant à mieux appréhender les mécanismes d’apparition du nitrite lors de la dénitrification des eaux usées et à étudier des évolutions techniques (métrologie et boucles de contrôle-commande des procédés) à mettre en oeuvre sur les usines pour contrôler et limiter sa production ont été engagées dans le cadre du programme Mocopée (www.mocopee.com). De précédents travaux ont montré que les modes usuels d’injection du méthanol ne permettent pas de s’assurer de la stabilité du rapport C/N dans le réacteur biologique et conduisent à une production erratique et incontrôlée de nitrites. La possibilité d’ajouter une « commande sans modèle » à la commande classique a donc été testée à l’aide du modèle mathématique SimBio, modèle permettant de simuler le fonctionnement des unités de biofiltration. La commande sans modèle placée « en fin de traitement », et basée sur la concentration en nitrites mesurée en sortie de procédé, se greffe à la méthode de contrôle classique en y apportant des corrections seulement au besoin. Les résultats des simulations montrent qu’une régulation des injections de méthanol basée sur la « commande sans modèle » permet de stabiliser et maîtriser le nitrite dans le rejet, sans induire d’augmentation des quantités de méthanol injectées.

Dans la majorité des pays, il existe des lois strictes pour réglementer la qualité de l'eau provenant des systèmes de traitement d'eaux usées. Ces spécifications légales sont essentiellement influencées par des questions telles que la santé publique, l'environnement et les facteurs économiques. Les objectifs fondamentaux des procédés de traitement des eaux usées sont d'atteindre, avec l'utilisation d'énergie et à des coûts opérationnels minimaux, une concentration de matière biodégradable et de nutriments suffisamment basse dans les effluents et une production minimale de boues. Les systèmes de traitement des eaux usées sont de grandes dimensions et complexes. Ils sont aussi sujets à des variations importantes dans le flux d'entrée et dans la composition de l'eau à l'entrée, qui ne sont pas bien connues. Le procédé est multivariable, avec beaucoup de couplages croisés et nonlinéarités importantes. La dynamique dépend de la variabilité des flux d'entrée et de la complexité des phénomènes physico-chimiques et biochimiques. Le comportement dynamique démontre une énorme variation de temps de réponse (de quelques minutes jusqu'à plusieurs jours). Ces problèmes, combinés aux objectifs les plus importants du traitement des eaux usées, donnent lieu à une demande de techniques de commande avancées, qui peuvent conduire à une réduction du volume à traiter, une diminution importante dans l'utilisation des produits chimiques, et une possibilité d'économie d'énergie et une diminution des coûts d'opération. Dans ce travail, un " benchmark " (modèle de référence) d'un système complet de traitement des eaux usées a été développé, pour évaluer, à partir de simulations, la performance des différentes stratégies de commande proposées, y compris les techniques de respirométrie ("respirometry"). Ce travail s'aparente au Programme Européen d'Action COST (COST 624), et au projet "Respirometry in Control of the Activated Sludge Process (IWA Respirometry Task Group"). Le "Benchmark" représente un procédé de prédénitrification de la boue activée pour éliminer la matière organique et l'azote des effluents domestiques. Le simulateur est basé sur des modèles largement acceptés par la communauté internationale et il a été implanté dans un environnement Matlab/Simulink. La topologie du système et le développement complet du simulateur sont présentés dans ce travail. L'effet des conditions initiales et des caractéristiques du flux d'entrée (valeurs moyennes) sont analysés, aussi bien qu'un test en boucle ouverte. Les stratégies suivantes ont été sélectionnées en guise d'illustration de l'application de la commande automatique dans le "benchmark" (seulement avec commande proportionnel-intégral monovariable): commande basée sur la concentration d'oxygène dissous ("DO concentration-based control"), commande par respirométrie (commande par biomasse active et commande par taux de respiration bactérienne), et commande par concentration de nitrate (commande par dosage externe de carbone et recyclage du flux interne). Le "benchmark" est continuellement mis a jour et sa prochaine version va incorporer des fonctions d'optimisation en temps réel (on line) pour le procédé.

La réutilisation des eaux usées est reconnue comme une technique importante dans les régions arides et /ou grandes consommatrices d'eau. L'une des méthodes actuellement très employée consiste à recharger la nappe phréatique avec des effluents secondaires via des bassins d'infiltration. L'épuration biologique et / ou chimique à travers la zone non-saturée représente une caractéristique importante de cette technologie. Les procédés de ce type sont connus sous l'appellation de Soil Aquifer Treatment (SAT) ou géofiltration. Dans ce travail, le procédé a été étudié comme méthode de réhabilitation d'un effluent secondaire d'eaux usées jusqu'au stade d'eau potable. Cette recherche a été principalement axée sur le comportement, le transport des matières organiques (MO) de l'effluent et particulièrement sur leur rôle de précurseurs potentiels de sous-produits de désinfection lors de la réutilisation de la nappe. Dans la zone vadose, la matière organique est principalement éliminée par biodégradation, et à un degré moindre, par adsorption. Les simulations du procédé, en laboratoire, ont été réalisées en réacteurs recirculés aérobies, en mode cuvée, avec un biofilm acclimaté sur des particules de sable siliceux, afin de déterminer la fraction biodégradable des MO. L'évaluation de celle-ci est essentielle pour prédire leur potentiel de dégradation par la biomasse de la zone vadose. L'effluent mis en oeuvre est issu d'une station d'épuration de l'Arizona (États-Unis) avec biofiltre (lit filtrant à support plastique); sa concentration en carbone organique dissous (COD) se situe entre 10 et 15 mg/L. L'effluent mis 5 jours durant en contact avec le biofilm acclimaté du réacteur montre un abattement de 50-60 % du COD. Il a ainsi été déterminé qu'environ 80 % de l'élimination des MO de l'effluent survient dans les premières 24 heures d'expérimentation, alors que le reste, près de 20 %, est éliminé durant les 48 heures suivantes. Dans ces conditions, le délai de 5 jours apparait suffisant pour dégrader les MO présentes dans ces effluents. Les rendements observés augurent bien de la dégradation dans la zone vadose si l'on tient compte de la combinaison des taux et de la hauteur d'infiltration avec des temps de résidence de 2 à 14 jours ainsi qu'il est proposé dans le procédé. Afin d'accroître la biodégradabilité des MO, une ozonation a été effectuée, en amont du bio-traitement, avec un générateur d'ozone à l'échelle du banc d'essai fonctionnant en mode semi-continu (admission continue de gaz, volume stable de liquide). La pré-ozonation a permis d'accroître la biodégradation de 60-70 %. Bien qu'un fort pourcentage de MO soit éliminé dans ce schéma, il ressort que l'ozone n'a qu'un effet modeste sur la transformation des MO dissoutes non-biodégradables en matières biodégradables par rapport à des expériences similaires effectuées avec des matières organiques naturelles (MON) des eaux de surface. L'eau usée ainsi traitée présente des niveaux de COD comparables à ceux d'une eau de surface employée à des fins de consommation. Les caractéristiques des MO de l'effluent ont été comparées à celles des MON. Une ultrafiltration de l'effluent pour déterminer le poids moléculaire apparent des MO, donne une distribution bimodale de leur poids moléculaire par rapport à une distribution logarithmique normale observée avec des MON typiques. En utilisant des résines non- ioniques pour séparer les fractions hydrophobes et hydrophiles des MO, il ressort que l'ozonation ne transforme pas de façon significative la fraction hydrophobe des MO de l'effluent en fraction hydrophile, tel que cela a été observé durant l'ozonation des MON. Ces eaux ont été chlorées en pilote, selon des conditions similaires à celles des réseaux de distribution (CI2:COD=1:1mg/mg, période d'incubation=24 heures) afin de simuler la post-désinfection après récupération. Les sous-produits réglementés (Trihalométhanes THM) et ceux proposés (Acides holoacétiques, HAA6) ont été formés à des taux inférieurs ou proches des normes en vigueur (ou de celles proposées pour HAA6) pour l'eau potable aux États-Unis. Cependant, une nitrification significative a été observée dans nos simulations de traitement par le sol avec un effluent non-nitrifié, conduisant à des teneurs en nitrates supérieures à la norme américaine pour l'eau potable (10 mg/L).

Avec les besoins croissants en énergie renouvelable, les activités industrielles dans le domaine du photovoltaïque gagnent une place considérable dans le secteur de l’énergie. Afin d’être en adéquation avec ce marché de l’emploi en plein développement, il devient important de former des ingénieurs compétents dans ce domaine. Un TP a été développé au CIME Nanotech pour simuler, élaborer et caractériser des cellules photovoltaïques de première génération. Le travail de simulation (sur SILVACO®) porte sur les procédés de fabrication de la cellule, ainsi que sur sa réponse I-V sous éclairement. La fabrication (effectuée dans la salle blanche du CIME Nanotech) comprend essentiellement les étapes suivantes : (1) texturation de la surface d’un substrat de silicium (2) réalisation d’une jonction pn, (3) dépôt d’une couche anti-reflet et (4) métallisation. Au-delà de la confrontation aux procédés de fabrication en salle blanche, les étudiants appréhendent l’importance d’étapes technologiques comme, par exemple, la texturation ou la couche anti-reflet ainsi que le rôle de la géométrie, telle que le motif de métallisation. Ces cellules sont ensuite testées électriquement par la mesure des caractéristiques I-V sous obscurité et sous simulateur solaire. Les rendements et autres paramètres caractéristiques (facteur de forme, résistance série…) de chaque cellule sont ensuite calculés et comparés.

La Théorie de la réponse aux items (TRI) est une classe de modèles de mesure très utilisée en éducation. À ce jour, de nombreux logiciels, tel BILOG-MG, sont disponibles afin de procéder à l’estimation des paramètres d’item et de sujet. Parmi ces logiciels, il ne faut pas négliger ICL et R qui sont gratuits et qui peuvent permettre de produire des analyses diversifiées. Cette étude a pour objectif de comparer la qualité d’estimation des paramètres selon une des modélisations issues de la TRI : le modèle de Rasch. Pour ce faire, nous comparons les estimateurs du paramètre de difficulté et de sujet selon trois logiciels : BILOG-MG, ICL et la librairie ltm, disponible sous le logiciel R. Nous procédons à une analyse par simulation informatique et, dans un second temps, nous analysons un test de classement en anglais, langue seconde. Les résultats démontrent que les logiciels étudiés permettent d’obtenir des estimateurs des paramètres similaires, la différence principale entre ces logiciels étant leur temps d’exécution des procédures d’estimation.

Nous proposons dans ce rapport un outil d'aide au diagnostic de defauts en ligne pour les procedes continus, destine a etre integre dans un systeme d'aide a la supervision. L'objectif est de detecter les dysfonctionnements du procede aussi precocement que possible et de les interpreter dans leur contexte afin d'en determiner l'origine. Les methodes de diagnostic a base de modeles, qui reposent sur la comparaison de donnees procede et de donnees modele, sont confrontees au cout et a l'imprecision de la modelisation, et au risque de mauvaise decision induit par les techniques de seuillage. Dans le systeme propose, un graphe causal constitue le modele dynamique du procede qui sert de reference pour la detection de defauts. L'evolution d'une variable est percue sous la forme d'une suite d'evenements, et representee par une fonction du temps, affine par morceaux. La simulation consiste en la propagation de ces evolutions de variable en variable dans le graphe grace aux arcs parametres; la segmentation assure la transformation en ligne des signaux echantillonnes d'acquisition en evolutions, necessaire a l'alimentation du simulateur. Le principe de la simulation evenementielle et l'imprecision des donnees ont entraine l'elaboration d'une comparaison modele-procede specifique, ou est introduit une egalite qualitative. La modelisation des differentes sources d'imprecision a l'aide du flou offre un module de detection robuste aux fausses alarmes. Enfin, le diagnostic de defauts permet de recherche la variable directement affectee par le dysfonctionnement mis en evidence dans la phase de detection: la prise en compte du temps dans la modelisation autorise la gestion des liens de causalite temporels entre variables pour expliquer la propagation de defauts

L'objectif de ce travail est de definir de nouveaux concepts et de concevoir des outils logiciels pour l'aide a l'analyse des resultats de simulations de procedes continus en regime permanent. L'auteur montre que l'aide sera d'autant plus efficace que la structuration de l'information sera proche de la vision de l'utilisateur. Ainsi, dans une premiere partie, une synthese bibliographique des modelisations orientees utilisateur et des outils d'aides existants, tels qu'interfaces graphiques ou systemes experts, est effectuee. La modelisation proposee repose sur trois concepts generaux : l'agregation, le modele fonctionnel et le chemin. L'agregation, qui autorise differents niveaux d'abstraction, est appliquee aux elements constitutifs d'un procede : appareils, courants de matiere et d'energie et constituants. Les modeles fonctionnels ont pour objectif d'etudier le procede d'apres les fonctions qu'il doit remplir. Deux fonctions principales ont ete identifiees : reagir et separer ; leur modeles fonctionnels et les criteres d'evaluation associes ont ete developpes. Utilises conjointement, les concepts d'agregation et de modeles fonctionnels permettent de degager les roles respectifs des elements ou agregats d'un procede. Quant au chemin, il consiste a suivre l'evolution d'un constituant ou d'une propriete physique le long des courants du procede. Ce concept permet une vision du procede par constituant ou par propriete et non plus uniquement par courant. Les outils developpes, sur la base des elements de modelisation proposes, sont la visualisation et la verification de contraintes. La visualisation fournit une representation graphique du fonctionnement du procede. La verification de contraintes consiste en la comparaison des resultats de la simulation avec un type de fonctionnement attendu du procede, tels que le respect de normes et la satisfaction d'objectifs globaux. Les concepts et les outils proposes, leur complementarite et leurs utilisations et interets specifiques pour l'analyse des resultats sont illustres au travers d'exemples et d'un logiciel prototype.

Considérant l'effet des parois sur la croissance des bulles, nous avons récemment utilisé des plaques ondulées comme cloisons dans des lits minces fluidisés gaz-solide à multi-compartiments. Des analyses approfondies de la dynamique des bulles et du transfert de chaleur paroi-lit dans des lits fluidisés à cloisons planes (FWBFB) ou ondulées (CWBFB) ont été effectuées pour une variété de déclinaisons pariétales et des conditions d'opération couvrant une large gamme d'angles d'ondulation (θ = 120 °, 90 °), de distances moyennes inter-paroi (C), de hauteurs initiales de repos du lit et des rapports de vitesses superficielles du gaz aux vitesses minimales de barbotage, Ug/Umb. Il a été observé que le débit de gaz nécessaire pour amorcer le barbotage était plus faible dans le cas du CWBFB. Par ailleurs, un réseau de zones cou (distance minimale) et hanche (distance maximale) du CWBFB a également favorisé la rupture des bulles, une haute fréquence des bulles, une faible vitesse de montée des bulles et donc tous convergeant vers une meilleure distribution de gaz. Le CWBFB a offert un fonctionnement de fluidisation gaz-solide stable, une faible hauteur de désengagement de transport (HDT) comparé à FWBFB. CWBFB offert significanlty supérieur coefficient de transfert de mur-à-lit chaleur comapred à FWBFB. Des simulations complètes de type mécanique des fluides numériques (CFD) transitoires Euler-Euler 3-D ont également été menées, ce qui a permis de mieux comprendre les effets de parois ondulées sur l'augmentation de la force de traînée sur les particules dans des zones à hautes pressions convergentes-divergentes des parois ondulées. Ceux-ci ont indiqué des changements notables dans le régime de fluidisation en remplaçant les parois planes par des parois ondulées et ont en outre révélé que les zones cou étaient responsables de la création des instabilités comparativement aux zones hanche. La moyenne dans le temps des contours de la fraction volumique simulée de gaz a corroboré avec les résultats expérimentaux que le CWBFB a offert la meilleure distribution de gaz par rapport à FWBFB. Les profils axiaux de la moyenne dans le temps de la fraction volumique solide simulée ont montré que CWBFB réduit de façon nette la HDT.
With the endeavor of approaching an ideal allothermal gasifier, recently our group proposed a reactor concept of allothermal cyclic multi-compartment bubbling fluidized beds for biomass gasification with steam. The concept consisted of multiple intercalated parallelepipedic slim gasification and combustion compartments to enhance unit heat integration and thermal efficiency while preventing contact between flue gas and syngas to generate a N2-free high-quality biosyngas. However, the efficiency of contacting between gas and particles in bubbling fluidized beds is dictated to a large extent by the bubble dynamics which impacts mixing, heat and mass transfers. Literature showed that the decrease in clearance between flat walls for slim fluidization enclosures or in diameter for cylindrical vessels would make fluidized beds very sensitive to wall effects and prone to operate in slug flow regime. Since the occurrence of slugging in multi-compartment slim beds could reduce their thermal and chemical efficiency, the objective of current work was to devise suitable strategies in treating the incipient bubbles to suppress the slugging behavior of bed. By considering the effect of walls on bubble growth, we recently employed corrugated plates as separating walls in slim multi-compartment gas solid fluidized beds. Thorough analyses of bubble dynamics and wall-to-bed heat transfer in flat- (FWBFB) and corrugated- (CWBFB) wall bubbling fluidized beds were performed for a variety of wall declinations and operating conditions covering a range of corrugation angles (θ=120o, 90o), average inter-wall clearances (C), initial rest bed heights (Hi) and ratios of gas superficial velocity to minimum bubbling velocity, Ug/Umb. It was observed that gas flowrate required to achieve the incipient bubbling condition was lower in case of CWBFB. A network of neck (minimum clearance) and hip (maximum clearance) locations in CWBFB also promoted bubbles breakup, higher bubble frequency, lower bubble rise velocity and thus all converging into a better gas distribution. CWBFB offered stable gas-solid fluidization operation and lower transport disengagement height as compared to FWBFB. During the experimental work, digital image analysis technique and fast response heat flux probes were employed to study the effects of operating and geometrical parameters on bubble dynamics and wall-to-bed heat transfer. Two artificial neural network correlations valid both for FWBFB and CWBFB were recommended for the estimation of bubble frequency and size (equivalent diameter). Full 3-D transient Euler-Euler CFD simulations with kinetic theory of granular flow were also carried out which helped shaping an understanding of the effects of corrugated walls on increasing the drag force on particles in the converging-diverging high-pressure zones in corrugated walls. The dynamic fluctuations in the simulated solid phase volume fraction, granular temperature and granular pressure were monitored to determine their standard deviations. These revealed notable shifts in the fluidization regime by replacing flat walls with corrugated walls and further revealed that necks were responsible for inception of instabilities as compared to hips. Time averaged contours of simulated gas volume fraction corroborated with experimental findings that CWBFB offered better gas distribution as compared to FWBFB. Axial profiles of simulated time averaged solid volume fraction and granular temperature showed that CWBFB significantly reduced the transport disengagement height as compared to FWBFB.

L'impact économique des coûts de fabrication impose l'optimisation de l'usinabilité et donc le développement d'outils de modélisation de la coupe permettant l'étude ou la prévision des phénomènes rencontrés au cours de l'usinage. Cependant, la coupe des métaux est un phénomène complexe. Les différentes modélisations de la coupe utilisent des paramètres d'entrée, qui sont pour la plupart issus d'essais de coupe alors que les seules mesures facilement accessibles sont les efforts de coupe et la géométrie du copeau. La validation d'une simulation de la coupe est alors rendue délicate puisque les mêmes résultats expérimentaux ne peuvent être utilisés à la fois pour bâtir et valider la modélisation. Dans ce travail, nous étudions des méthodes d'analyses des résultats expérimentaux permettant d'une part d'informer la simulation numérique au niveau de l'interface outil-matière et d'autre part d'en assurer la validation expérimentale. A cette fin, nous choisissons de solliciter de différentes manières l'interface entre l'outil et la matière coupée en sélectionnant des outils possédant différents rayons d'arête, et en usinant un acier de type 42cd4 dans sa version normale et sa version à usinabilité améliorée. En conclusion des études expérimentales et numériques, nous notons que les effets locaux à l'arête ont une influence directe sur l'épaisseur du copeau et sur l'orientation de la résultante des efforts de coupe. L'analyse de l'orientation des directions principales de déformation du copeau ainsi qu'une méthode expérimentale de décomposition des efforts nous permettent de disposer de deux paramètres expérimentaux indépendants pouvant informer et valider la simulation numérique de la coupe

L'amidon, biopolymère de réserve, composant majeur des céréales et des plantes de grande culture, trouve de nombreuses applications industrielles après transformation hydrothermique. L'objectif de la thèse est d'étudier les modifications des propriétés structurales et fonctionnelles de l'amidon de maïs standard modifié par traitement physique, de type hydrothermique à l'aide de trois procédés. L'intensification des traitements, dans un contexte où le développement durable apparaît comme une priorité majeure, s'inscrit dans la large thématique de la valorisation des agro-ressources et du développement des procédés de transformation consacrés aux ressources carbonées renouvelables. La caractérisation des modifications des propriétés physicochimiques de l'amidon,générées par les traitements a été réalisée, dans l'objectif de relier les différences aux comportements thermique(transitions de phase, empesage) et rhéologique (comportement à l'écoulement et viscoélasticité) des amidons hydrotraités. Les traitements physiques appliqués aux amidons ont conduit à des modifications plus ou moins importantes de leurs structures. La maîtrise de l'utilisation de l'amidon nécessite la bonne connaissance des transitions de phase impliquées et des structures résultantes, fonction principalement de la teneur en eau et de la température. Dans cet objectif, une partie des travaux de thèse a été consacrée à la compréhension des phénomènes physiques à l'origine des transferts de matière et de chaleur dans le matériau amylacé pendant son hydrotraitement, ainsi que les équations régissant ces transferts. Un modèle phénomènologique de transfert couplé de masse et de chaleur a été développé, tenant compte des réactions biochimiques qui ont lieux simultanément dans le matériau, en présence d'eau et de chaleur. Les résultats de la modélisation numérique, à l'aide de la méthode des éléments finis, a permis de définir la répartition spatiale, des paramètres variables(température, teneur en eau,...), dont l'influence est déterminante sur la progression des réactions de fusion.

La complexité des applications numériques de calcul scientifique ne cesse de croître. Cette difficulté revêt alors deux formes. La première est une complexité logicielle qui nécessite l'intégration de divers codes de calcul toujours plus sophistiqués et spécialisés à la simulation de phénomènes physiques complexes. La seconde forme de complexité est calculatoire où les composants de calcul nécessitent toujours plus de ressources et de capacité de stockage afin de modéliser, entre autres, les phénomènes au plus proche de la physique « réelle ».

Dans le domaine de la simulation des procédés assistée par ordinateur, la complexité logicielle est masquée par le standard CAPE-OPEN qui répond aux besoins d'intégration de codes tiers. Il propose des spécifications d'interfaces, basées sur une approche par composants logiciels tels que DCOM ou CORBA. Cette thèse apporte une solution à la complexité calculatoire. Pour cela, nous étudions le problème de la distribution de la charge de calcul des simulations des procédés sur des architectures de type grappe de calcul dont les composants sont au standard CAPE-OPEN. Une exécution distribuée performante requiert la distribution des activités concurrentes de l'application tout en minimisant le volume de données à échanger via le support de communication.

Dans ce contexte, nous présentons une analyse fine du schéma d'exécution des simulations de procédés qui conduit à la conception de deux environnements distribués d'exécution. Le premier nous a permis de quantifier le gain atteignable sur une grappe de calcul à travers la simulation de plusieurs cas tests métier. Toutefois, les contraintes technologiques industrielles se sont avérées peu propices à l'implémentation d'un environnement distribué visant à s'approcher de l'optimal. Par conséquent, la définition d'un second prototype basé sur le moteur exécutif KAAPI a été mené à bien. Afin de répondre à nos besoins, nous l'avons étendu aux techniques « statiques » d'exécution. Fort de cet environnement, nous avons entrepris d'étudier différentes politiques d'ordonnancement. L'environnement KAAPI couplé à notre extension ouvre de larges perspectives d'études dans le cadre plus large des applications numériques de calcul scientifique.

L'objet de ce travail est de proposer une modélisation dynamique des opérations unitaires du procédé d'extraction par solvant de l'huile à partir de la graine d'arachide en vue de la simulation dynamique du procédé complet. Les opérations unitaires du procédé d'extraction des huiles oléagineuses sont proches de celles rencontrées en génie chimique. C'est ainsi qu'il est possible d'espérer qu'une simulation dynamique du procédé complet puisse avoir des effets bénéfiques sur l'analyse de tels procédés. De plus, la littérature scientifique ne fournissait pas de méthodes générales de détermination des propriétés thermodynamiques des corps purs et des mélanges rencontres dans les matières premières oléagineuses. Les outils de simulation dynamique des procédés, tels que le logiciel Speedup, par leur possibilité d'introduire ses propres données sur les différents mélanges rencontres sont des moyens efficaces pour la simulation des opérations unitaires de traitement des huiles végétales. La modélisation dynamique des opérations unitaires a été effectuée avec un traitement spécifique des données thermodynamiques. La simulation dynamique du procédé complet a été effectuée en tenant compte de ces modèles dynamiques spécifiques et d'un système adapte de contrôle-commande. A partir de cette modélisation, il a été possible d'étudier un atelier de trituration comprenant les opérations unitaires d'extraction par solvant et de distillation par évaporation a double effet ; une simulation dans des conditions de fonctionnement industriel avec système de contrôle-commande a pu être réalisée avec succès. Le modèle dynamique proposé est très flexible ; il peut s'adapter facilement à une amélioration du procédé ou s'intégrer à une stratégie globale de contrôle-commande.

Cette thèse porte sur l'étude de la réaction d'hydrogénation du dioxyde de carbone vers des hydrocarbures gazeux et liquides sur un catalyseur supporté K-Fe/Al2O3. Le sujet s'inscrit dans le cadre des technologies Power-to-X qui visent à stocker les excès d’énergie électrique issue des énergies renouvelables sous forme de composés chimiques gazeux et liquides. En particulier, l'électricité est utilisée pour produire de l'hydrogène via l’électrolyse de l'eau, puis l'hydrogène obtenu est utilisé pour convertir le dioxyde de carbone en hydrocarbures. Ces hydrocarbures peuvent avoir des applications comme matière première dans l'industrie chimique ou comme carburants dans le domaine des transports. L'hydrogénation du dioxyde de carbone est une réaction catalytique, généralement réalisée sur des catalyseurs à base de fer, et s’effectue en deux étapes : d'abord, le dioxyde de carbone est converti en monoxyde de carbone via la réaction inverse de conversion eau-gaz (RWGS), puis le monoxyde de carbone est transformé en hydrocarbures via la synthèse Fischer-Tropsch (FT). L'une des principales contraintes de cette réaction est sa faible sélectivité, car une grande variété d'hydrocarbures peut être obtenue. Pour une éventuelle application de ce procédé à l'échelle industrielle, il est nécessaire de comprendre comment la sélectivité de la réaction pourrait être orientée vers la formation des produits visés. Dans ce travail, une étude expérimentale à l'échelle du laboratoire a été réalisée dans un lit fixe continu et un protocole analytique qui permet la quantification de tous les produits obtenus a été développé. De plus, nous avons développé un modèle macro-cinétique qui décrit avec une approche semi-empirique la formation de tous les produits considérés ; et un modèle micro-cinétique, qui contribue à apporter un éclairage sur les mécanismes de réaction possibles. Enfin, nous avons modélisé un réacteur à plus grande échelle avec des approches hétérogène et pseudo-homogène et nous avons simulé le procédé global pour estimer son bilan carbone et son efficacité énergétique
This thesis is focused on the study of the carbon dioxide hydrogenation reaction towards gaseous and liquid hydrocarbons over a supported K-Fe/Al2O3 catalyst. The subject is part of the framework of the Power-to-X technologies that aim at storing surplus electric power derived from renewable energy into the form of gaseous and liquid chemical compounds. In particular, the electricity is used to perform the water electrolysis to produce hydrogen, then the obtained hydrogen is used to convert carbon dioxide into hydrocarbons. These hydrocarbons can have applications as feedstock in the chemical industry or as fuels in the transport field. The carbon dioxide hydrogenation is a catalytic reaction, generally performed over Fe-based catalysts, consisting in two steps: first, carbon dioxide is converted into carbon monoxide via the reverse water-gas shift reaction (RWGS), and then it is further transformed into hydrocarbons via the Fischer-Tropsch synthesis (FT). One of the main constraints of this reaction is its low selectivity, as a variety of hydrocarbons can be obtained. For an eventual application of this process at the industrial scale, it is necessary to deeper understand and better describe the selectivity of the reaction to optimize the productivity of the desired products. In this work, we have carried out an experimental study of the reaction in a lab-scale fixed bed reactor and developed an analytic protocol that allows the quantification of all the products obtained. Moreover, we have developed a macro-kinetic model that describes with a semi-empirical approach the formation of all the products considered; and a micro-kinetic model, that contributes to give insights about the reaction mechanism. Finally, we have modelled a scaled-up reactor with a heterogeneous and a pseudo-homogeneous approach and we have simulated the global process to estimate its carbon and energy efficiencies

Un nouveau procèdé pour la culture de microalgues a été conçu et développé. Ce procédé est basé sur l'amélioration simultanée du transfert de matière gaz-liquide et de la vitesse de photosynthèse dans un système venturi éclairé. Une étude de faisabilité a été menée sur le photobioréacteur avec plusieurs souches microalgales. Les concentrations en biomasse et les taux de croissance obtenus ont été importants et prometteurs. De plus, un modèle a été élaboré pour décrire le comportement d'une souche microalgale dans le procédé de culture. Les résultats du modèle ont été validés par rapport aux résultats expérimentaux, à l'acide de la simulation dynamique, effectuée sur le simulateur généralisé « SpeedUp ».

Ce chapitre présente les éléments nécessaires à la simulation numérique des phénomènes physiques en fabrication additive. Les principales équations pour simuler le comportement thermo-hydrodynamique du bain liquide et le comportement thermo-métallurgique et mécanique de la pièce sont présentées. Divers exemples illustrent l’intérêt des outils de simulation, capables de prédire des défauts de surface, des porosités, des risques de fissuration.