Comité National de la Recherche Scientifique
Section 10 :
Milieux fluides et réactifs : transports, transferts, procédés de transformation
Ce site est conçu pour informer l'ensemble de la communauté relevant de la section 10 du Comité National de la Recherche Scientifique sur les travaux menés par la section pour la mandature 2021-2026.
Ce n'est pas un site officiel du CNRS, ni du Comité National de la Recherche Scientifique. Les informations qu'il contient doivent être considérées comme indicatives et n'engagent pas la responsabilité du Comité National de la Recherche Scientifique.
Rapport de conjoncture 2019
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Résumé
La section 10 fédère les chercheurs autour d’une thématique commune, les milieux fluides et réactifs, dont elle traite toutes les facettes. Cette structuration, unique au niveau national comme international, forme un creuset favorable aux approches multiphysiques et multi-échelles, avec un fort niveau d’intégration des phénomènes couplés, rendu possible par l’essor du calcul intensif et d’outils expérimentaux avec des résolutions temporelles et spatiales élevées. La section 10 regroupe plus de 380 chercheurs répartis dans près de 80 laboratoires, parmi lesquels il existe à la fois des laboratoires comprenant jusqu’à 19 chercheurs de la section et des laboratoires rattachés à onze autres sections et six instituts différents dans lesquels la transversalité des thèmes traités par la section prend tout son sens.
Forte de ce potentiel, la section 10 rassemble une large diversité de compétences et d’expertises pour traiter de sujets fortement ancrés dans les sciences de l’ingénierie. Elle aborde, de façon fondamentale et appliquée, des problématiques allant de l’échelle atomique à celle de la planète afin de lever les verrous scientifiques au coeur de ses disciplines comme dans les zones d’interactions avec les domaines de la physique, des mathématiques appliquées, des sciences de l’univers, de la chimie, des matériaux, des sciences et technologies de l'information et de la communication (STIC), de la biologie et de la santé. Les domaines d’application dans lesquels les milieux fluides et réactifs jouent un rôle clé ne cessent de s’élargir et de se renouveler pour répondre aux problématiques sociétales et économiques. Les milieux fluides et réactifs seront ainsi au coeur des enjeux d’au moins 7 des Objectifs du Développement Durable à l’Horizon 2030. Assurer cette flexibilité nécessite de veiller à constamment consolider et enrichir un socle de connaissances scientifiques fondamentales aptes à générer des solutions en rupture.
Sans être exhaustif, ce rapport est une photographie de l’ensemble de la communauté qui étudie les milieux fluides et réactifs ; communauté qui inclut environ 2500 enseignants-chercheurs. Il met en avant les thématiques fortes et émergentes des 5 grandes disciplines constitutives de la section 10 : la mécanique des fluides (≈ 45% des chercheurs), la thermique et l’énergétique (≈ 10%), les plasmas et les lasers (≈ 20%), la combustion (≈ 10%) ainsi que le génie des procédés (≈ 15%). Il formule aussi des recommandations.
Rapport intégral 2019 de la Section 10
Rapport de conjoncture 2014
Résumé
La section 10 du Comité National de la Recherche Scientifique, forte de plus de 380 chercheurs CNRS répartis dans près de 70 laboratoires, est au cœur d’une multitude de problématiques de l’ingénierie d’aujourd’hui. Fondée sur des disciplines possédant une longue histoire mais profondément renouvelées, notamment par les apports des diagnostics expérimentaux modernes et de la simulation numérique intensive, elle recouvre aussi bien des recherches motivées par des questionnements très amont que des développements menés au plus près des problématiques industrielles, environnementales ou médicales actuelles. S’intéressant à des objets dont la taille va du nanomètre à celle des planètes, elle se développe en forte interaction avec de très nombreux domaines de la physique, de la chimie, des sciences de l’univers, des mathématiques appliquées ou de la biologie. Ce rapport en propose une photographie, forcément incomplète, au travers de l’état des cinq grandes disciplines qui la composent (dynamique des fluides, génie des procédés, plasmas froids et lasers, combustion, thermique et énergétique), de leurs évolutions récentes et de leurs interactions.
Rapport intégral 2014 de la Section 10
Rapport de conjoncture 2010
Introduction
Exercice d’introspection ou de prospective ? Le rapport de conjoncture est plus un état des lieux qu’une projection dans l’avenir. Exercice disciplinaire ou multidisciplinaire ? Il est clairement disciplinaire, même dans une section comme la S.10, très pluridisciplinaire. Passage obligé de chaque mandat ce rapport a le mérite d’identifier une communauté de recherche par ses champs d’investigation, ses questions et ses pratiques. Nous espérons qu’il nourrira quelques débats.
Rapport intégral 2010 de la Section 10
Rapport de conjoncture 2006
Introduction
La section a rédigé un document de travail en cinq parties correspondant à ses cinq disciplines majeures. Comme cela est devenu un objectif central du département Sciences et Technologies de l’Information et de l’Ingénierie, la section s’est attachée à dégager des champs prometteurs d’avancées aux intersections.
Rapport intégral 2006 de la Section 10
Rapport de conjoncture 2004
Introduction
La section 10 du comité national de la recherche scientifique est, par essence, une section pluridisciplinaire qui couvre un large champ scientifique allant de l’étude fondamentale du comportement mécanique des fluides jusqu’aux procédés de transformations de la matière et prenant en compte les transferts d’énergie que ce soit l’énergie thermique comme dans l’étude de la combustion ou l’énergie électrique comme dans l’étude des plasmas froids.
Elle représente une communauté scientifique au cœur de nombreux développements industriels, notamment l’aéronautique et l’espace mais aussi les industries de transformation et agroalimentaires, et est pleinement concernée par quelques uns des grands problèmes sociétaux liés à la maîtrise de l’énergie tant dans sa production que dans son utilisation, le traitements des sources de nuisances via le développement des procédés propres et le traitement des effluents.
Une démarche scientifique largement répandue dans cette communauté consiste à traduire en termes scientifiques une problématique liée à des objets industriels, à trouver les solutions de ce problème scientifique et enfin de traduire en sens inverse pour exprimer ces solutions en termes industriels.
La section 10 est pleinement concernée aussi bien par des travaux expérimentaux que par des travaux théoriques ou de modélisation et simulation numérique.
Ses principales thématiques sont au nombre de cinq : Combustion, Génie des Procédés, Mécanique des fluides, Plasmas froids, Thermique. Il est évident que les thèmes de recherche font intervenir, dans la quasi-totalité des cas, plusieurs de ces champs thématiques.
Rapport intégral 2004 de la Section 10
Rapport intégral 1996 de la Section 10
Rapport de conjoncture 1996
Introduction
Avec près de 60 laboratoires, dont 45 en rattachement primaire, la section 10 se situe au cœur d’une problématique scientifique centrée sur la maîtrise totale et l’approche intégrée de milieux, de phénomènes, de comportements, d’opérations et de procédés, analysés et étudiés en tant que systèmes complexes.
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La complexité est inhérente à des états thermodynamiques particuliers (changement de phase, fluides supercritiques, plasmas...), aux phénomènes couplés non linéaires ou hors équilibre induisant des comportements complexes (milieux réactifs, ferro-fluides...), aux lois rhéologiques non newtoniennes (biofluides, polymères, mousses, pâtes, produits alimentaires...), aux hétérogénéités des milieux et des objets considérés (écoulements polyphasiques, dispersés, milieux poreux ou granulaires, solides divisés), aux comportements dynamiques des systèmes et aux multiples interactions (laser-matière, champs électromagnétiques, électriques, ondes ultrasonores...).
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Approche intégrée, parce que les phénomènes, processus et opérations mis en jeu concernent une large gamme d’échelles d’espace et de temps : nanoéchelle pour les phénomènes moléculaires, microéchelle pour les particules, gouttes, bulles, tourbillons..., mésoéchelle pour les réacteurs, séparateurs, échangeurs..., macroéchelle pour les unités de production, jusqu’aux mégaéchelles de l’atmosphère, des sols, des océans... Ainsi, en considérant le complexe comme inaccessible par définition à l’approche traditionnelle analytique et détaillée, nous justifions pleinement l’approche multiéchelle et intégrée, qui constitue une spécificité forte de la section 10.
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Le problème de l’établissement des lois gouvernant les phénomènes, à un niveau d’organisation donné à partir des niveaux précédents, constitue un enjeu scientifique important, notamment pour les milieux et fluides complexes.
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Il serait vain de prétendre dresser un bilan exhaustif des activités relevant de la section dans un document d’une vingtaine de pages, étant donné la diversité des phénomènes et processus étudiés (dynamique des fluides, mono ou polyphasiques, turbulence, transferts couplés de matière, chaleur et quantité de mouvement, transformations physiques, chimiques, biochimiques, photochimiques de la matière, combustion, détonation, décharges, phénomènes de mélange, comportement aux interfaces...) ainsi que celle des objets d’étude naturels ou artificiels (milieux fluides ionisés, poreux, dispersés, granulaires, milieux naturels, matériaux-solides divisés, organisés, polymères et composites, catalyseurs, membranes, cristaux, couches minces, matière vivante, opérations unitaires, réacteurs, séparateurs, échangeurs, procédés à vocation industrielle). Mais au-delà de cette diversité, qui constitue la richesse de la section et en aucun cas une dispersion thématique, il convient d’insister sur l’approche méthodologique unitaire (et tout à la fois complémentaire dans certains cas), dont les objectifs sont de nature:
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- cognitive (compréhension des phénomènes et des interactions, des comportements dynamiques...),
- théorique et conceptuelle (modélisation, simulation, analyse...),
- instrumentale (expérimentation, maquettes, instrumentation, métrologie, validation),
- opérationnelle (diagnostic, conduite, commande, extrapolation),
- économique (évaluation, optimisation).
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L’ensemble des systèmes complexes étudiés mettent en jeu des milieux fluides réactifs ou non, mono- ou polyphasiques, sièges de phénomènes multiéchelles et couplés de transports et de transferts aux interfaces, en écoulement au sein de milieux artificiels (équipement, opérations unitaires, réacteurs, séparateurs...) ou naturels (sols, atmosphère, océan...). Ceci constitue le dénominateur commun de l’ensemble des activités de la section, qui tout en reposant sur une démarche cognitive, trouvent leur motivation dans un certain nombre de domaines d’application ainsi que dans des enjeux socio-économiques importants.