MUSCOFI — Phénomènes Multi-échelles et Multi-phases dans les Fluides Complexes pour les Industries Energétiques

Le comportement des fluides multiphasiques complexes impliqués dans divers domaines industriels est en grande partie régi par des phénomènes multi-échelles, couplant des interactions à l'échelle moléculaire, méso et macroscopique. Ces couplages sont encore mal compris et nécessitent un développement de connaissances expérimentales et théoriques transférables à des applications technologiques. Plusieurs applications liées aux industries de l'énergie bénéficieront des améliorations du contrôle moléculaire et interfacial des phénomènes de transport. Le projet MUSCOFI vise à interpréter les données macroscopiques et à prédire les comportements macroscopiques en utilisant des outils de modélisation et expérimentaux pour élucider les phénomènes moléculaires qui 1) régissent la formation, l'agrégation et la stabilité des structures interfaciales dans les fluides polyphasiques; 2) contrôlent leur développement et leurs effets sur la rhéologie macroscopique et les phénomènes de transport, 3) et impactent l'efficacité des procédés dans les technologies énergétiques. C'est une opportunité unique de fédérer des équipes de recherche complémentaires dans un nouveau schéma collaboratif qui couvrira toute la gamme d'échelles, de la molécule au procédé industriel. Le projet MUSCOFI rassemble les partenaires français d'un projet international PIRE (programme américain NFS "Partnerships for International Research and Education"), dirigé par le City College of New York et comprenant 12 équipes de recherche des États-Unis, d'Allemagne, de Norvège et de France . Ce programme comporte des collaborations scientifiques, des échanges de chercheurs et d'étudiants ainsi que l'organisation de colloques sur l'étude multi-échelle de fluides complexes d'intérêt pour le secteur de l'énergie. MUSCOFI bénéficiera ainsi de synergies au niveau international en termes de coopération, de mise en réseau et de visibilité internationale. Les étudiants (2 PhD) et chercheurs (2 x 18 mois de Post Doctorat) qui seront recrutés pendant le projet bénéficieront des opportunités de stages dans les laboratoires partenaires à l'étranger, tandis que les étudiants étrangers seront accueillis dans les laboratoires français impliqués. Deux systèmes d'intérêt particulier dans le domaine de l'énergie seront étudiés : les asphaltènes à l'interface eau / huile et les hydrates clathrates en émulsion eau / huile. Ces systèmes interviennent dans diverses applications dans le pétrole et gaz, le stockage de la chaleur et la réfrigération à faible impact écologique. Les tâches du projet sont décrites ci-dessous: 1 Les systèmes modèles qui seront étudiés aux différentes échelles, ainsi que les conditions opératoires requises, seront validés au tout début du projet. 2 Au niveau moléculaire, la structure électronique sera décrite à l'aide d'une méthode d'approximation du type Tight Binding Density Functional Theory, afin d'extraire des données structurelles, énergétiques et thermodynamiques. 3 Les interactions aux interfaces liquide / liquide dans les conditions de formation de la phase solide seront étudiées à l'aide d'expériences microfluidiques. 4 L'extrapolation des résultats moléculaires, micro- et méso-scopiques au niveau macroscopique sera validée en mesurant l'influence de la composition des systèmes et de la présence d'additifs sélectionnés sur les comportements d'écoulement, la dynamique de changement de phase et les transferts de chaleur et de masse . 5 Des modèles seront ensuite développés dans une approche d'intégration et d'extrapolation qui inclura les résultats à l'échelle locale pour fournir des outils prédictifs macroscopiques. Le projet devrait produire d'abondants résultats expérimentaux et théoriques nouveaux, promouvoir le développement de méthodologies originales et offrir des opportunités pour de nouvelles coopérations nationales et internationales.