Doctorant/doctorante en Modélisation multi-échelle du processus de broyage des résidus végétaux (H/F)

Sujet de thèse :
Les matières végétales sont utilisée dans divers secteurs tels que l'alimentation, la pharmacie, la chimie, la construction et la bioraffinerie [Mayer-Laigle, 2018]. Néanmoins, les résidus de l’utilisation des plantes, représentant une ressource en matière carbonée, souvent relégués à des applications de faible valeur. Pour utiliser ces matières dans des applications à forte valeur ajoutée, une compréhension approfondie des processus de broyage et de séparation des résidus végétaux est nécessaire. Prédire les distributions de taille et la consommation d'énergie lors des opérations de comminution pose des défis scientifiques significatifs. En effet, il faut tenir compte de la compositions et des structures histologiques des tissus végétaux, ainsi que de la physique complexe du broyage, y compris le comportement de particules fragmentables dans des écoulements [Nguyen, 2015; Orozco, 2015].

L'objectif de ce projet de thèse est de développer une approche multi-échelle englobant au moins trois niveaux : 1) la cellule et le tissu végétal, 2) la particule de résidu de plante, et 3) la poudre de résidu végétal (échelle du procédé). La mécanique classique de la fracture, bien qu'efficace pour les matériaux homogènes, ne traite pas adéquatement la complexité des milieux hétérogènes [Anderson, 2017; Blanc, 2021]. La distribution statistique et les gradients de propriétés mécaniques jouent un rôle critique ; les micro-fissures se formant dans les phases les plus faibles (vides, parois cellulaires, interfaces) et coalesçant en macro-fissures [Smith, 2003; Mulla, 2021]. Au niveau du tissu, des paramètres tels que la forme des cellules et l'adhésion entre les parois cellulaires contrôlent la propagation des fissures à l'intérieur et/ou à travers les cellules, influençant l'énergie de fracture et la résistance des particules. Ces particules subissent une fragmentation progressive en raison des contraintes mécaniques exercées par leurs voisines pendant le broyage, résultant en une microstructure granulaire hautement désordonnée [Nguyen, 2015].

Les interactions mécaniques et physico-chimiques au niveau des constituants seront modélisées ainsi que la dissociation intercellulaire. Ceci permettra de développer des lois de fracture applicables à des particules uniques. Ces lois seront validées expérimentalement et intégrées dans des simulations dynamiques comportant un grand nombre de particules à l'échelle du procédé. L'histologie des résidus végétaux sélectionnés sera analysée à l'aide de divers systèmes d'imagerie adaptés, et des expériences de nano-indentation pourront fournir des propriétés mécaniques des composants tissulaires [Chichi, 2013]. Des tests de traction simples sur des échantillons de tissus végétaux seront effectués pour analyser la propagation des fissures et les déformations. Ces tests permettront de paramétrer des simulations de type peridynamique [Frank, 2020].

Pour la validat
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