RECHERCHE

Les problématiques scientifiques abordées sont centrées sur l’étude des milieux continus, fluides ou solides, abordant les questions des comportements en déformation ou en écoulement, les problèmes de transferts et les couplages avec des réactions chimiques. Les systèmes étudiés sont donc intrinsèquement complexes, car non linéaires, multiphysiques, multi-échelles. Les thématiques présentes s’inscrivent dans les sciences pour l’ingénieur et les sciences de l'environnement et partagent les champs d’applications de leur recherche. 

Les domaines de recherche couverts

Ils concernent la Mécanique et Energétique, appliquées à une large classe de systèmes, depuis les plus usuels aux plus novateurs. Les principales disciplines concernées relèvent ainsi de : 

• Mécanique des fluides : La mécanique des fluides a une longue tradition marseillaise. Longtemps motivée par les propriétés des écoulements turbulents, elle a évolué sous l’impulsion de plusieurs écoles de pensée fécondes issue de la physique non-linéaire, des mathématiques appliquées ou de la physique de la matière molle. Les questionnements liés à la turbulence et aux instabilités restent très actifs et se sont ouverts vers des systèmes mettant en jeu des couplages complexes (stratification, rotation, effets électromagnétiques). Les problématiques multiphasiques en général et celles liées aux effets de surface et d’interface ont pris une ampleur considérable (fragmentation, bulles, gouttes, mouillage, vagues). Les écoulements à grandes vitesses restent un sujet actif grâce notamment à la présence sur le site de grands instruments (soufflerie supersonique, tubes à choc). Les écoulements de fluides complexes (sang, suspensions, milieux granulaires, vésicules...) ont connu un développement important. La dynamique des fluides s’est également largement ouverte aux sciences du vivant avec de nombreuses questions de biomécanique. Notons enfin que la mécanique des fluides numériques est très présente dans les laboratoires, comme un outil incontournable d’investigation, mais également en tant que sujet de recherche avec le développement de méthodes et schémas. L’ensemble de ces recherches se réalise principalement dans les trois laboratoires IRPHE, M2P2 et IUSTI.

•  Mécanique des solides : Les études en mécanique des solides se distribuent autour de 4 grandes thématiques situées principalement au LMA mais également à l’IRPHE : les problèmes de changement d’échelles et de micromécanique (le passage micro-macro, les méthodes d’homogénéisation pour les composites, la fragmentation solide), les problèmes d’interface de contact et de frottement (friction, grippage, adhésion,…), les couplages multiphysiques (thermo-chimio-mécaniques sur des élastomères), l’étude des structures (structures déployables, instabilités et effets non linéaires ). 

• Energétique et transferts : L’énergétique au sens large est un sujet en plein renouveau en lien avec les enjeux sociétaux liés à l’énergie et l’environnement. Historiquement bien ancrés dans les laboratoires marseillais autour de la thermique et de la combustion, les différentes thématiques se sont élargies notamment aux questions portant sur les changements de phase (ébullition, séchage, croissance cristalline), l’intensification des transferts (dans les milieux poreux, problèmes d’instabilités ou encore les questions de caractérisation des propriétés de matériau). La combustion reste encore présente avec l’étude des instabilités de front de flammes, la problématique des incendies (feux de forêts, feu compartimentés), le développement de code de combustion multiphasique. 

• Acoustique : L’acoustique est un champ d’étude traditionnellement implantée au sein du LMA. Les travaux récents dans le domaine peuvent se répartir en deux classes : l’acoustique chez les êtres vivants qui touche les problèmes d’audition (implant cochléaire), de caractérisation et contrôle du bruit, l’étude et la conception d’instrument de musique ; et l’acoustique comme moyen d’investigation à des fins d’ingénierie. La propagation d’ondes dans les milieux complexes, l’imagerie de structures géologiques, le contrôle non destructif, l’imagerie médicale sont quelques exemples de développement en acoustique.

• Génie des procédés : Le génie des procédés qui aborde l'étude, la conception et l’optimisation des transformations physico-chimiques et biologiques de la matière et de l’énergie, évolue de plus en plus vers des problématiques environnementales. Au sein du laboratoire M2P2 sont étudiés des procédés basés sur les fluides supercritiques qui représentent une alternative à l’utilisation de solvants organiques, les procédés membranaires notamment pour la purification de composés à hautes valeurs ajoutées (conception, caractérisation), et les procédés de traitements des eaux (procédés biologiques, bioréacteurs, procédés thermiques).

Grand champ d’applications

Les différentes problématiques scientifiques exposées précédemment sont abordées principalement en lien étroit avec des applications dans les trois champs suivants : 

•  Procédés industriels : Le domaine des transports qu’ils soient aériens (aéronautique, aérospatiale, hélicoptères), terriens (automobile, ferroviaire), marins pose des problèmes de matériaux, de mécanique des fluides, d’acoustique en lien avec les études de nos laboratoires. Le domaine de l’énergie au sens large est un champ applicatif motivant de nombreuses recherches autour de la combustion, de l’efficacité énergétique et les échangeurs de chaleurs, des énergies alternatives comme les éoliennes, les biocarburants. Le domaine de l’habitat se retrouve dans bon nombre de recherches entreprises au travers de questions sur les matériaux, les structures, sur l’isolation thermique ou acoustique du bâtiment, des écoulements et transfert à l’échelle des villes. Le génie des procédés est par essence en lien direct avec l’industrie chimique et pharmaceutique pour des problèmes d’extraction, de génération de particules.  

• Milieux naturels : Le second grand champ d’applications des recherches menées dans nos laboratoires concerne les milieux naturels, l’environnement et l’univers. Le milieu marin tout d’abord est au cœur des études sur les vagues, le transport de sédiment, les études de génie côtier. Les problèmes d’environnement et de risques naturels sont abordés par les études sur les écoulements à grandes échelles de polluants, les travaux sur le traitement de l’eau, les modélisations de feu de forêts, l’analyse des écoulements granulaires rencontrés dans les glissements de terrain et les avalanches. A plus grande échelle, les planètes et la terre en particuliers motivent des travaux de sismologie, de mécanique des fluides appliqués à la géophysique interne ou l’atmosphère.   

• Milieux vivants : Le dernier grand champ d’applications de nos travaux porte sur l’étude des milieux vivants. Certaines activités de recherche de l’institut menées en mécanique des fluides, mécanique des solides, mécanique énergétique, acoustique et génie des procédés contribuent à une meilleure caractérisation/compréhension des mécanismes de fonctionnement des systèmes biologiques. Ce champ d’application se caractérise par son caractère fortement interdisciplinaire autour de sujets à l’interface entre les sciences pour l’ingénieur et les sciences de la vie. Les modèles multi physiques qui sont développés peuvent être théorique, in silico, in vitro, ou in vivo. Les échelles spatiales varient de la cellule à l’organe en passant par les tissus ; les échelles temporelles de la réaction cellulaire au développement de pathologies. Différents systèmes sont étudiés au sein des laboratoires de l’institut : cardiovasculaire, respiratoire, osseux, auditif, vocal, dentaire,…mais aussi animal et végétal. Les objectifs sont en lien avec des applications biomédicales (diagnostic, thérapie, dispositifs médicaux,…), mais également biomimétiques (robots, pompe active, biopolymères végétaux,…).