the master thesis proposals by M. Benoit Haut

Sujets'de'mémoire'2017-2018'
Prof.'Benoit'Haut'([email protected])'
Service'Transferts,'Interfaces'et'Procédés'(www.tips-ulb.be)!
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1. Développement'de'dispositifs'de'séchage'du'poivre'de'Kampot'
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Collaboration':!Institut!de!Technologie!du!Cambodge!(mémoire'CODEPO)!
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De! nos! jours,! le! tissu! économique! Cambodgien! est! basé! sur! une! agriculture! en! pleine!
croissance.! Cependant,! le! Cambodge! manque! de! possibilités! de! transformation! des!
produits!agricoles!sur!son!territoire.!Développer!des!filières!de!valorisation!des!produits!
agricoles!locaux!est!donc!une!voie!de!développement!économique!durable!pour!le!pays.!
Le!poivre!de!Kampot!était,!jusqu’à!l’arrivée!des!Khmers!rouges!au!pouvoir,!le!poivre!le!
plus!prisé!de!la!haute!gastronomie!occidentale.!Redévelopper!des!filières!de!production!
de! ce! poivre! paraît! donc! une! excellente! opportunité! pour! le! Cambodge.! Une! étape!
importante!de!ces!filières!est!le!séchage!du!poivre,!afin!de!pouvoir!le!conserver!pendant!
plusieurs!mois,!tout! en!maintenant!intactes! ses!propriétés!gustatives.! En!collaboration!
avec! l’Institut! de! Technologie! du! Cambodge! (Phnom! Penh)! et! une! coopérative!
produisant! du! poivre! de! Kampot,! l’objectif! de! ce! mémoire! sera! de! développer!et! de!
construire!sur!le!terrain!un!petit!séchoir!de!poivre!(capacité!:!20-30!kg!de!produit!frais!
par!opération).!Ce!séchoir!sera!dans!un!premier!temps!conçu!à!l’ULB!sur!base!d‘essais!
en!laboratoire!et!de!calculs.!Lors!d’un!séjour!sur!le!terrain,!il!sera!alors!construit!et!testé.!!!!!
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2. Etude' de' l’extraction' solaire' d’huiles' essentielles' de' plantes' d’Afrique' sub-
saharienne''
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Collaboration':!Université!de!Ouagadougou!(mémoire'CODEPO)!
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L’extraction! des! huiles! essentielles! de! plantes! à! vertus! médicinales! est! une! piste! très!
intéressante! de! développement! pour! les! pays! d’Afrique! sub-Saharienne.! Parmi! les!
procédés! d’extraction! possibles,! le! procédé! d’extraction! à! la! vapeur! produite! par!
concentration! des! rayons! du! soleil! est! celui! qui! présente! les! perspectives! les! plus!
intéressantes,! notamment! en! termes! de! coût! énergétique! du! procédé.! Cependant,! en!
raison!de!la!taille!prohibitive!que!peuvent!rapidement! prendre!les!capteurs!solaires,! il!
est!essentiel!de!pouvoir!optimiser!un!tel!procédé,!en!termes!de!productivité!et!de!qualité!
des!huiles!extraites,!afin!d’envisager!un!déploiement!important.!
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L’objectif!de!ce!mémoire!sera!de!caractériser!le!lien!qui!existe!entre!la!qualité!de!l’huile!
extraite,!les!conditions!opératoires!de!l’extraction!et!l’état!du!matériel!végétal!(moment!
de!la!récolte,!temps!de!séchage,!…)!
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La! relation! entre! qualité! et! conditions! de! l’extraction! sera! étudiée! en! Belgique,! sur! un!
dispositif!de!laboratoire.!La!relation!entre!qualité!et!état!du!matériel!végétal!sera!étudiée!
lors!d’un!séjour!à!l’Université!de!Ouagadougou,!sur!un!extracteur!pilote!fonctionnant!à!
l’énergie!solaire.!
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La! notion! de! qualité! d’une! huile! essentielle! devra! tout! d’abord! être! définie! et! des!
méthodes! simples! de! caractérisation! de! cette! qualité! devront! être! identifiées.! Les!
résultats! des! expériences! seront! interprétés! par! confrontation! avec! des! approches!
thermodynamiques! de! caractérisation! des! équilibres! vapeur-liquide-liquide! et! de!
modélisation!de!la!cinétique!de!l’extraction!des!huiles.!
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3. Analyse'd’un'système'de'production'd’eau'potable'par'River'Bed'Filtration'
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Collaboration':!COOPAGAL!de!Camiri!(Bolivie)!(mémoire'CODEPO)!
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La!ville!de!Camiri!(Bolivie)!est!en!grande!partie!alimentée!en!eau!potable!par!un!système!
de!7!galeries!construites!sous!le!fleuve!Parapeti.!L'eau!du!fleuve!percole!au!travers!du!lit!
du!fleuve!et!est!ainsi!recueillie,!débarrassée!de!sa!charge!solide!en!suspension,!dans!ces!
galeries.!L'objectif! de! ce! mémoire! est!de! comprendre! et! de! modéliser!les! phénomènes!
physico-chimiques!qui!modifient!la!qualité!de!l’eau!lors!de!son!passage!au!travers!du!lit!
du! fleuve.! En! effet,! outre! une! réduction! la! charge! solide! en! suspension! dans! l’eau,! le!
passage! au! travers! d’un! milieu! poreux! modifie! significativement! d’autres! paramètres!
comme!la!concentration!en!oxygène!dissous,!la!concentration!en!matière!biodégradable,!
la! conductivité,! …! La! compréhension! du! lien! entre! ces! modifications! et! la! nature! du!
milieu! poreux! (épaisseur,! tailles! de! particules,! …)! est! essentielle! à! la! conception!
rationnelle!et!optimisée!de!ces!systèmes.!
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Des! données! seront! récoltées! lors! d’un! séjour! de! deux! mois! en! Bolivie,! au! sein! de! la!
COOPAGAL,!la!société!opérant!le!système!de!galeries!de!la!ville!de!Camiri.!
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4. Modélisation' de' l’écoulement' de' l’eau' au' sein' du' réservoir' d’eau' potable'
d’Ixelles'
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Collaboration':!Vivaqua!
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Le!réservoir!d’eau!potable!d'Ixelles,!d'une!capacité!de!20.000!m3,!est!composé!de!deux!
compartiments.! Chaque! compartiment! est! alimenté! par! deux! conduites! délivrant! des!
débits! différents! et!déversant! l’eau! à! l'entrée! du! compartiment.! ! La! sortie! de! chaque!
compartiment!aboutit!ensuite! à!une!bâche!commune.! La!toiture!de! ces!compartiments!
est! soutenue! par! de! nombreux! piliers! qui! s'appuient! sur! le! radier! du! réservoir.!La!
disposition!des!entrées!par!rapport!aux!sorties!permet!malheureusement!l'apparition!de!
zones!où!l'eau!stagne!et!de!zones!ou!un!transfert!rapide!d’eau!des!entrées!aux!sorties!est!
réalisé.!Ainsi,!les!distributions!du!temps!de!séjour!de!l’eau!dans!ces!compartiments!sont!
très!étendues.!De!plus,!les!débits!d'entrée!et!de!sortie!varient!en!fonction!du!moment!de!
la! journée.! L’objectif! de! ce! mémoire! sera! de! modéliser! et! de! simuler! l’écoulement! de!
l’eau!au!sein!de!chaque!compartiment!de!ce!réservoir,!à!l’aide!d’un!logiciel!de!mécanique!
des!fluides!numérique.!En!couplant!les!données!obtenues!avec!des!données!relatives!à!la!
décroissance!du!chlore!en!fonction!de!la!température!et!du!temps,!des!zones!sans!chlore!
dans! ces! compartiments! pourraient! être! identifiées.! Des! adaptations! du! réservoir!
pourraient!alors!être!envisagées!et!évaluées!par!la!modélisation!et!la!simulation.!
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5. Le'NO'comme'marqueur'du'phénotype'de'la'mucoviscidose'?'
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Collaboration':!Service!de!Pneumologie!de!l’Hôpital!Erasme!
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Le! monoxyde! d’azote! (NO)! est! naturellement! produit! par! les! cellules! composant!
l’épithélium!pulmonaire.!Cette!molécule!est!classiquement!utilisée!pour!le!diagnostic!de!
l’asthme!car!on!sait!que!sa!production!est!augmentée!en!cas!d’inflammation.!En!outre,!il!
a!été!montré!que,!chez!un!patient!atteint!de!cette!maladie,!la!quantité!de!NO!dans!l’air!
expiré!est! très!souvent! moindre! que!chez! un!patient! sain.!L’idée! de! ce!mémoire! serait!
d’évaluer,! chez! des! patients! atteints! de! mucoviscidose,! l’impact! de! manipulations! de!
kinésithérapie! respiratoire! sur! la! répartition! du! mucus! dans! leurs! poumons,! dans!
l’objectif!de!définir!des!stratégies!optimales!de!manipulation.!Pour!cela,!le!NO!dans!l’air!
exhalé! par! des! patients! sera! mesuré! avant! et! après! les! manipulations,! et! les! résultats!
seront!comparés!à!un!modèle!mathématique!du!transport!du!NO!dans!les!poumons,!au!
sein! duquel! on! peut! tenir! compte! de! la! présence! de! couches! de! mucus! tapissant! les!
bronches.! Ce! modèle! devra! éventuellement! être! raffiné,! afin! d’être! capable! de!
reproduire!les!signaux!mesurés.!Cette!comparaison!contribuera!ainsi!à!améliorer!notre!
compréhension!générale!de!cette!terrible!maladie,!ainsi!que!l’impact!de!la!kinésithérapie!
sur!ses!symptômes.!!!
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6. Vers'une'meilleure'compréhension'de'la'dynamique'du'mucus'bronchique'
!
Collaboration':!service!de!Pneumologie!de!l’Hôpital!Erasme!
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Un! premier! objectif! de! ce! mémoire! sera! d’étudier,! sur! des! systèmes! modèles,! la!
dynamique! (en! ce! inclus! l’évaporation)! du! mucus! bronchique.! Dans! un! second! temps,!
l’idée! sera! alors! d’intégrer! les! résultats! obtenus! dans! un! modèle! de! la! dynamique! du!
mucus!dans!les!poumons!humains.!Ce!modèle!pourra!alors!être!utilisé!pour!contribuer,!
en!collaboration!avec!une!entreprise!en!France,!au!développement!d’appareillages!pour!
mobiliser! les! sécrétions! et! les! transporter! pour! leur! élimination,! chez! des! personnes!
atteintes!de!la!mucoviscidose.!
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7. Caractérisation' et' modélisation' du' séchage' convectif' de' grains' de' levures,' en'
présence'd’un'matériel'de'support'
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Collaboration':!Société!Puratos!
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L’objectif!général!de!ce!mémoire!sera!de!contribuer!à!mieux!comprendre,!optimiser!et!
modéliser! le! séchage! convectif! de! grains! de! levure.! La! levure! de! boulanger! est! séchée!
(sous!la!forme!de!grains)!pour!augmenter!sa!durée!de!conservation.!Elle!est!notamment!
utilisée!en!panification,! pour!sa!capacité! dégager!du!CO2.! Cette!capacité!peut! décroître!
significativement! après! le! séchage.! Comprendre! et! modéliser! les! mécanismes! prenant!
place!lors!du!séchage!de!grains!de!levure!est!donc!fondamental.!!
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Une!technique!d’amélioration!du!séchage!des!grains!de!levure!permettant!d’augmenter!
la!viabilité!et!la!qualité!des!levures!séchées!est!l’ajout,!lors!de!la!formulation!des!grains,!
de! supports! protecteurs! tels! que! des! matériaux! de! support! liquides! (par! exemple! le!

tréhalose,! le! matériel! de! support! liquide! le! plus! efficace! pour! protéger! les! levures! des!
effets! néfastes! de! la! déshydratation)! ou! solides! (farine! de! blé).!Dès! lors,! l’objectif!
spécifique! de! ce! mémoire! sera! de! comprendre! et! caractériser! l’effet! d’un! matériel! de!
support!sur!la!cinétique!de!séchage!de!grains!de!levure!et!sur!la!qualité!des!levures.!Pour!
atteindre! cet! objectif,! des! expériences! de! séchage! (partiel! ou! complet)! de! quelques!
grains! de! levure! comprenant! un! matériel! de! support! seront! réalisées! dans! un! séchoir!
tunnel! dans! des! conditions! bien! contrôlées! (vitesse! et! température! de! l’air,! temps! de!
séchage).!L’impact!des!deux!types!de!matériel!de!support!sur!la!cinétique!de!séchage!et!
sur!la!qualité!des!levures!sera!étudié!en!ajoutant,!lors!de!la!formulation!des!grains,!soit!
de! la! farine! de! blé! soit! du! tréhalose.! Ces! matériaux! seront! ajoutés! en! différentes!
proportions!afin!de!discuter!des!limites!de!leur!ajout!préalable!au!séchage.!Les!résultats!
seront! consolidés! dans! un! modèle! mathématique,! en! se! basant! sur! des! modèles!
développés!précédemment!au!service!TIPs.!
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8. Evaporation'de'gouttes'en'présence'd’une'interface'gaz-liquide'complexe'
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L’objectif!de!ce!mémoire!sera!la!caractérisation!de!l’évaporation!d’une!goutte!sphérique,!
composée! d’un! solvant! volatil! et! de! composés! non-volatils! insolubles! (p.ex.! des!
particules!colloïdales)!ou!soluble!(p.ex.!de!la!maltodextrine),!en!suspension!dans!un!gaz.!
Lorsqu’une! telle! goutte! s'évapore,! son! interface! se! complexifie! au! cours! du! temps.! En!
effet,! lors! de! l'évaporation,! la! concentration! en! l’espèce! non-volatile! augmente! dans! le!
liquide!à!proximité!de!l'interface.!On!observe!alors!souvent!l'apparition!d'une!transition!
de!phase!d'un!milieu!liquide!vers!un!milieu!(parfois!appelé!«!peau!»)!pouvant!être!p.ex.!
un!gel!ou!un!milieu!poreux!résultant!de!l’agrégation!de!particules!solides.!L'évaporation!
de! telles! gouttes! est! une! opération! fondamentale! dans! de! nombreux! domaines!
industriels,! comme! l'agroalimentaire,! l'industrie! chimique! ou! pharmaceutique.!
Cependant,! un! grand! nombre! de! questions! relatives! à! l’évaporation! de! ces! gouttes!
restent!encore!en!suspens.!Ceci!rend!aujourd’hui!difficile!le!développement!de!modèles!
mathématiques! d’opérations! unitaires! mettant! en! jeu! une! telle! évaporation! ;! modèles!
qui!seraient!pourtant!des!outils!idéaux!pour!la!conception!rationnelle!de!ces!opérations.!
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L’attention! se! portera! sur! la! cinétique! de! l’évaporation! de! ces! gouttes! et! sur! la!
caractérisation! de! la! cinétique! de! formation,! de! la! nature! (élastique,! plastique,!
visqueuse)!et!de!la!structure!de!la!«!peau!»!se!formant!au!niveau!de!l’interface!liquide-
gaz.!Le!but!sera!de!mettre!en!avant!les!phénomènes!clés!gouvernant!ces!processus,!par!
la! confrontation! de! résultats! expérimentaux! et! de! modèles! mathématiques.! Des!
expériences! et! des! modèles! mathématiques! pourront! être! formulés! à! trois! échelles!
(selon!le!choix!de!l’étudiant)!:!l'échelle!de!l'aérosol,!l'échelle!de!la!goutte!et!l'échelle!de!la!
«!peau!».!!
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