the master thesis proposals by M. Benoit Haut

Sujetsdemémoire2017-2018
Prof.BenoitHaut([email protected])
ServiceTransferts,InterfacesetProcédés(www.tips-ulb.be)
1. DéveloppementdedispositifsdeséchagedupoivredeKampot
Collaboration:InstitutdeTechnologieduCambodge(mémoireCODEPO)
De nos jours, le tissu économique Cambodgien est basé sur une agriculture en pleine
croissance. Cependant, le Cambodge manque de possibilités de transformation des
produitsagricolessursonterritoire.Développerdesfilièresdevalorisationdesproduits
agricoleslocauxestdoncunevoiededéveloppementéconomiquedurablepourlepays.
LepoivredeKampotétait,jusqu’àl’arrivéedesKhmersrougesaupouvoir,lepoivrele
plusprisédelahautegastronomieoccidentale.Redévelopperdesfilièresdeproduction
de ce poivre paraît donc une excellente opportunité pour le Cambodge. Une étape
importantedecesfilièresestleséchagedupoivre,afindepouvoirleconserverpendant
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
construiresurleterrainunpetitséchoirdepoivre(capacité:20-30kgdeproduitfrais
paropération).Ceséchoirseradansunpremiertempsconçuàl’ULBsurbased‘essais
enlaboratoireetdecalculs.Lorsd’unséjoursurleterrain,ilseraalorsconstruitettesté.
2. Etude de l’extraction solaire d’huiles essentielles de plantes d’Afrique subsaharienne
Collaboration:UniversitédeOuagadougou(mémoireCODEPO)
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
estessentieldepouvoiroptimiseruntelprocédé,entermesdeproductivitéetdequalité
deshuilesextraites,afind’envisagerundéploiementimportant.
L’objectifdecemémoireseradecaractériserlelienquiexisteentrelaqualitédel’huile
extraite,lesconditionsopératoiresdel’extractionetl’étatdumatérielvégétal(moment
delarécolte,tempsdeséchage,…)
La relation entre qualité et conditions de l’extraction sera étudiée en Belgique, sur un
dispositifdelaboratoire.Larelationentrequalitéetétatdumatérielvégétalseraétudiée
lorsd’unséjouràl’UniversitédeOuagadougou,surunextracteurpilotefonctionnantà
l’énergiesolaire.
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
modélisationdelacinétiquedel’extractiondeshuiles.
3. Analysed’unsystèmedeproductiond’eaupotableparRiverBedFiltration
Collaboration:COOPAGALdeCamiri(Bolivie)(mémoireCODEPO)
LavilledeCamiri(Bolivie)estengrandepartiealimentéeeneaupotableparunsystème
de7galeriesconstruitessouslefleuveParapeti.L'eaudufleuvepercoleautraversdulit
dufleuveetestainsirecueillie,débarrasséedesachargesolideensuspension,dansces
galeries. L'objectif de ce mémoire est de comprendre et de modéliser les phénomènes
physico-chimiquesquimodifientlaqualitédel’eaulorsdesonpassageautraversdulit
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
commelaconcentrationenoxygènedissous,laconcentrationenmatièrebiodégradable,
la conductivité, … La compréhension du lien entre ces modifications et la nature du
milieu poreux (épaisseur, tailles de particules, …) est essentielle à la conception
rationnelleetoptimiséedecessystèmes.
Des données seront récoltées lors d’un séjour de deux mois en Bolivie, au sein de la
COOPAGAL,lasociétéopérantlesystèmedegaleriesdelavilledeCamiri.
4. Modélisation de l’écoulement de l’eau au sein du réservoir d’eau potable
d’Ixelles
Collaboration:Vivaqua
Leréservoird’eaupotabled'Ixelles,d'unecapacitéde20.000m3,estcomposédedeux
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
dispositiondesentréesparrapportauxsortiespermetmalheureusementl'apparitionde
zonesoùl'eaustagneetdezonesouuntransfertrapided’eaudesentréesauxsortiesest
réalisé.Ainsi,lesdistributionsdutempsdeséjourdel’eaudanscescompartimentssont
trèsétendues.Deplus,lesdébitsd'entréeetdesortievarientenfonctiondumomentde
la journée. L’objectif de ce mémoire sera de modéliser et de simuler l’écoulement de
l’eauauseindechaquecompartimentdeceréservoir,àl’aided’unlogicieldemécanique
desfluidesnumérique.Encouplantlesdonnéesobtenuesavecdesdonnéesrelativesàla
décroissanceduchloreenfonctiondelatempératureetdutemps,deszonessanschlore
dans ces compartiments pourraient être identifiées. Des adaptations du réservoir
pourraientalorsêtreenvisagéesetévaluéesparlamodélisationetlasimulation.
5. LeNOcommemarqueurduphénotypedelamucoviscidose?
Collaboration:ServicedePneumologiedel’HôpitalErasme
Le monoxyde d’azote (NO) est naturellement produit par les cellules composant
l’épithéliumpulmonaire.Cettemoléculeestclassiquementutiliséepourlediagnosticde
l’asthmecaronsaitquesaproductionestaugmentéeencasd’inflammation.Enoutre,il
aétémontréque,chezunpatientatteintdecettemaladie,laquantitédeNOdansl’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’objectifdedéfinirdesstratégiesoptimalesdemanipulation.Pourcela,leNOdansl’air
exhalé par des patients sera mesuré avant et après les manipulations, et les résultats
serontcomparésàunmodèlemathématiquedutransportduNOdanslespoumons,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
reproduirelessignauxmesurés.Cettecomparaisoncontribueraainsiàaméliorernotre
compréhensiongénéraledecetteterriblemaladie,ainsiquel’impactdelakinésithérapie
sursessymptômes.
6. Versunemeilleurecompréhensiondeladynamiquedumucusbronchique
Collaboration:servicedePneumologiedel’HôpitalErasme
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
mucusdanslespoumonshumains.Cemodèlepourraalorsêtreutilisépourcontribuer,
encollaborationavecuneentrepriseenFrance,audéveloppementd’appareillagespour
mobiliser les sécrétions et les transporter pour leur élimination, chez des personnes
atteintesdelamucoviscidose.
7. Caractérisation et modélisation du séchage convectif de grains de levures, en
présenced’unmatérieldesupport
Collaboration:SociétéPuratos
L’objectifgénéraldecemémoireseradecontribueràmieuxcomprendre,optimiseret
modéliser le séchage convectif de grains de levure. La levure de boulanger est séchée
(souslaformedegrains)pouraugmentersaduréedeconservation.Elleestnotamment
utilisée en panification, pour sa capacité dégagerdu CO2. Cette capacité peut décroître
significativement après le séchage. Comprendre et modéliser les mécanismes prenant
placelorsduséchagedegrainsdelevureestdoncfondamental.
Unetechniqued’améliorationduséchagedesgrainsdelevurepermettantd’augmenter
laviabilitéetlaqualitédeslevuresséchéesestl’ajout,lorsdelaformulationdesgrains,
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
supportsurlacinétiquedeséchagedegrainsdelevureetsurlaqualitédeslevures.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’impactdesdeuxtypesdematérieldesupportsurlacinétiquedeséchageet
surlaqualitédeslevuresseraétudiéenajoutant,lorsdelaformulationdesgrains,soit
de la farine de blé soit du tréhalose. Ces matériaux seront ajoutés en différentes
proportionsafindediscuterdeslimitesdeleurajoutpréalableauséchage.Lesrésultats
seront consolidés dans un modèle mathématique, en se basant sur des modèles
développésprécédemmentauserviceTIPs.
8. Evaporationdegouttesenprésenced’uneinterfacegaz-liquidecomplexe
L’objectifdecemémoireseralacaractérisationdel’évaporationd’unegouttesphérique,
composée d’un solvant volatil et de composés non-volatils insolubles (p.ex. des
particulescolloïdales)ousoluble(p.ex.delamaltodextrine),ensuspensiondansungaz.
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
liquideàproximitédel'interface.Onobservealorssouventl'apparitiond'unetransition
dephased'unmilieuliquideversunmilieu(parfoisappelé«peau»)pouvantêtrep.ex.
ungelouunmilieuporeuxrésultantdel’agrégationdeparticulessolides.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
restentencoreensuspens.Cecirendaujourd’huidifficileledéveloppementdemodèles
mathématiques d’opérations unitaires mettant en jeu une telle évaporation ; modèles
quiseraientpourtantdesoutilsidéauxpourlaconceptionrationnelledecesopérations.
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)etdelastructuredela«peau»seformantauniveaudel’interfaceliquidegaz.Lebutserademettreenavantlesphénomènesclésgouvernantcesprocessus,par
la confrontation de résultats expérimentaux et de modèles mathématiques. Des
expériences et des modèles mathématiques pourront être formulés à trois échelles
(selonlechoixdel’étudiant):l'échelledel'aérosol,l'échelledelagoutteetl'échelledela
«peau».