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Grenoble INP
Science et ingénierie des matériaux et des procédés

M-E-HD – TRANSFERTS

Chercheurs - Enseignants Chercheurs : Antoine Alemany (E), Laurent Davoust , Yves Delannoy, Jacqueline Etay, Yves Fautrelle (E), René Moreau (E), Samuel Siedel

Nous voulons faire progresser la compréhension et la description de l'action d'un champ magnétique ou électrique extérieur, permanent, alternatif, et/ou leur superposition sur un milieu fluide conducteur de l'électricité. Le domaine fluide peut comprendre des surfaces libres ou des interfaces dont la position et les déformations dépendent du champ et le modifient. Il peut aussi être polyphasique (inclusions, cristallites, bulles).
Les problèmes traités sont multi-physiques (couplage MHD, EHD, transferts de chaleur et de masse, changement de phase,...) et multi-échelles (harmonicité du champ magnétique, peau électromagnétique, présence d’une phase porteuse continue et d’une phase dispersée,…).
Nous allons étendre nos connaissances à d’autres types de forces, d’autres matériaux (milieu faiblement conducteur, dispersé) et atteindre d’autres échelles inférieures au millimètre.


Exemple 1 : Pompes Electromagnétiques

 
Dans le cadre de la mise en oeuvre du futur réacteur sodium à neutrons rapides (GEN IV), le CEA a été chargé du projet ASTRID (pour Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration - 600 MWe raccordé au réseau) pour une mise en service du réacteur en 2020. Ce réacteur comprendra entre autre, une pompe à induction électromagnétique (EMP) qui assurera le pompage de boucles secondaires de sodium  à un débit de 9000l/min. Nous voulons  prédire le fonctionnement de ces pompes : caractéristiques pression/débit mais aussi genèse d’instabilité.


Exemple 2 : Electromouillage sur diélectrique (EWOD)

 
L’électromouillage sur diélectrique (EWOD) est maintenant considéré comme une solution fiable pour manipuler des gouttelettes qui se comportent comme de véritables micro-réacteurs. Bien que des modèles énergétiques expliquent certaines caractéristiques des écoulements de type EWOD (déplacement, éclatement / coalescence), les effets de la convection à l'échelle de goutte sont à expliquer. Récemment, nous avons montré que l’électrohydrodynamique interfaciale basse fréquence permet de concentrer (ou faire léviter) des cellules biologiques à une échelle (1mm) compatible avec les laboratoires sur puce à gouttes.
Les demandes sont directement liées au traitement d'échantillons biologiques que ce soient des cellules, des biomolécules ou des particules fonctionnalisés.
 
 
 

Exemple 3 : Transferts de masse aux interfaces libres

 
Les poches de traitement métallurgique consistent en deux couches liquides superposées : en dessous une phase métallique, au-dessus une phase saline ou d’oxyde. Afin de contrôler la qualité du produit que l’on veut élaborer, les compositions chimiques des phases sont choisies de façon à promouvoir les réactions d’oxydo-réduction entre les deux phases. Le transfert de masse associé à ces réactions est fortement dépendant de l’agitation de chacune des phases et de celle de leur interface.
Nous avons mis au point une expérience permettant de mesurer des cinétiques de transfert grâce à un dispositif de prélèvements ainsi qu’un modèle numérique prédictif. Ce modèle suppose que le transfert de masse est limité par la diffusion moléculaire proche de l'interface tandis que la convection domine loin de la couche de diffusion. (ci-dessous le carrousel de prélèvements pour suivi temporel de concentration)

Exemple 4 : Générateur thermo acoustique MHD

Le générateur thermo acoustique est un moyen séduisant pour convertir l’énergie thermique (par exemple solaire) en énergie mécanique sans pièce mécanique mobile et sans circulation de fluide. De plus, la MHD, grâce à l’induction, offre la possibilité de convertir de l’énergie mécanique en énergie électrique. Le générateur thermo-acoustique MHD est donc un très bon candidat pour tout endroit où les possibilités d’interventions sont limitées comme l’espace ou les milieux arides.

 Exemple 5 : MADIP


Le dispositif expérimental MADIP (MAgnétohydrodynamique DIPhasique) est un viscosimètre annulaire, constitué d’un canal annulaire à fond tournant rempli d’un bain de métal liquide électroconducteur (galinstan), à la surface duquel le degré d’oxydation est modulé par un contrôle d’atmosphère d’argon plus ou moins riche en ppm d’oxygène. L’ensemble est placé dans un champ magnétique uniforme. Le dispositif MADIP, idéal pour étudier la physicochimie interfaciale des métaux liquides, doit permettre de mieux décrire les écoulements diphasiques MHD rencontrés dans certaines applications métallurgiques ou nucléaires (génération IV).
 

Rédigé par Jacqueline Etay

mise à jour le 27 novembre 2014

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