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Hydraulique - Mécanique des Fluides
L’option « Mécanique des Fluides Numérique »
un exemple de formation au calcul scientifique
O. THUAL, Professeur à l’INP/ENSEEIHTDépartement « Hydraulique - Mécanique des Fluides »
L’option « Mécanique des Fluides Numérique »un exemple de formation au calcul scientifique
Hydraulique - Mécanique des Fluides2
Exemples d’options « calcul scientifique »
• MATMECA : « Modélisation mathématique et mécanique »• ENSTA : Option « Modélisation des systèmes »• Ecole Polytechnique (X) : Parcours d’approfondissement « Sciences de
l’ingénieur, simulation et modélisation »• Centrale Paris : Option « Mathématiques appliquées »• Université Joseph Fourier : Master « Mathématiques appliquées »• INSTN, ENS Cachan, … : Master « Sciences de l’ingénieur, simulation
et modélisation »• ENPC : « Ingénierie mathématique et informatique »
• Etc …
• ENSEEIHT : Option « Mécanique des fluides numérique »
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Un point de vue partiel
• Créateur et responsable de l’Option « Mécanique des Fluides Numérique » à l’ENSEEIHT (10 ans)• Directeur du Département « Hydraulique - Mécanique des Fluides » à l’ENSEEIHT (3 ans)
• Responsable d’un groupe « environnement » (6 ans)• Recherches en mécanique des fluides à l’aide de simulations numériques
• Professeur chargé de cours dans le Département de Mécanique :environnement, aérodynamique, milieux continus (11 ans)
• Chercheur simulation numérique directe et spectrale (4 ans)• Reponsable d’une équipe « modélisation » : climat, coupleurs,assimilation de données (15 ans)
• Intervenant à l’Ecole de la Météorologie (10 ans)• Ingénieur chercheur à Météo-France (10 ans)
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Les écoles d’ingénieurs en France
BAC
BAC+1
BAC+2
BAC+3
BAC+4
BAC+5
CLASSESPREPA.
DUT
CPP
ATS
MAITRISE
LICENCE
DEUG
332211
FORMATIONSFORMATIONSSPECIALISEESSPECIALISEES MASTERMASTER MASTER
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Hydraulique - Mécanique des Fluides5
Une école d’ingénieur : l’ENSEEIHT
• UT1 Sciences Sociales• UT2 Le Mirail• UT3 Paul Sabatier
• INSA Toulouse• ISAE• Sciences Po• ENIT• CUFR Champollion• EMAC• ENVT• EI Purpan• ENAC• ENFA• ENS Archi• ESC Toulouse
• ENSAT
• Génie Electrique et Automatique• Electronique• Informatique et Mathématiques Appliquées
• INP Toulouse
• ENSEEIHT• ENSIACET
• Mécanique des Fluides
• Télécommunications et Réseaux
etc…
laboratoires
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Département « Hydraulique - Mécanique des Fluides »
Former des ingénieurs généralistesen mécanique des fluides dans lesdomaines de l’énergie, des transports,des procédés et de l’environnement.
Développer leur adaptabilité aumonde de l’entreprise : culturescientifique, formation humaine,maîtrise de l’anglais, international.
Transmettre des compétencesprofessionnelles : modélisation,approches expérimentales ousimulations numériques.
• 70 élèves ingénieurs par an• 75% Concours Commun Polytechnique• 25% Admis sur titre• 2/3 font un semestre à l’étranger• 24 enseignants permanents• 100 intervenants extérieurs• 2 masters de recherche• 2 mastères spécialisés
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Hydraulique - Mécanique des Fluides7
Département « Hydraulique - Mécanique des Fluides »
Les transports : hydraulique de puissance,mécanique des structures, aérodynamique desvéhicules (trains, avions, véhicules spatiaux,lanceurs, automobiles, …)
L’énergie : production et transport,génie pétrolier, combustion, moteurs,échangeurs de chaleur, générateurs devapeur, changement de phase, systèmesréactifs, turbomachines, pompes, …
Les procédés : transformationde la matière, transfert réactif,lits fluidisés, conduite deprocessus, filtration, réacteurspolyphasiques …
L’aménagement et le génie hydraulique :hydraulique, gestion des ressources en eau,morphologie fluviale et côtière, pollution,transferts dans les sols, hydrologie …
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Option Option Option Option
Semestre A
Les premiers pas du mécanicien
Hydraulique et spécialisations
La mécaniquedes fluides
Les connaissancesde base
Fluides etprocédes
Génie del’environnement
Sciences del’eau et
environnementEnergétique
Mécanique desfluides
numérique
Stage d’insertion en entreprise ou séjour linguistique (de 1 à 2 mois)
Stage en entreprise ou en laboratoire de recherche (de 2 à 3 mois)
Stage : Projet de Fin d’Etudes (de 5 à 6 mois)
Semestre C
1Hy
2Hy
Semestre B
Semestre D
3Hy
Bureau d’Etudes Industrielles (1,5 mois)
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• Hydraulique
• Mécanique des structures
• Mécanique des Fluides
• Energétique et Procédés
• Mathématiques appliquées
• Calcul scientifique
• Métrologie et Automatisme
• Langues et sport
• Sciences humaines
Cours
TD/TPSta
ges
10%
De 8 à 11 mois de stage
Au moins 40 % : contact secteur aval
10 semaines à l’étranger minimum
10%
10%
10%
10%
10%
10%
20%
10%
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Hydraulique - Mécanique des Fluides10
PREMIERE ANNEE
Les premiers pasdu mécanicien
Les connaissancesde base 1Hy
Mécanique des fluides Mécanique des fluides Expériences numériques, FLUENT Hydraulique et métrologie Hydraulique en charge Signaux et systèmes
Programmation Algorithmes et méthodes, Langage C Langage FORTRAN
Mécanique du Solide Elasticité linéaire Projet de mécanique
Milieu continu Mécanique des milieux continus Thermodynamique Maths pour l’ingénieur Intégration, transformée de Fourier Probabilités, statistiques
Calcul scientifique Informatique appliquée Différences finies et analyse de schémas
Outils de la mécanique Mécanique rationnelle Variable complexe et logiciel Matlab
Langues, sport et sciences humaines
Stage d’insertion en entreprise ou séjour linguistique
semestre A semestre B
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Hydraulique - Mécanique des Fluides11
Hydraulique et aérodynamique Hydraulique à surface libre Ecoulements compressibles Energétique et transferts Machines hydrauliques Turbomachines à gaz Transferts en milieux poreux
Majeures Hydraulique numérique de l’environnement Hydraulique de puissance Mécanique des structures
Mineures Eléments finis, contrôle des canaux, … Aérosols, moteurs, génie nucléaire, …
DEUXIEME ANNEE
Mécanique des fluides Ondes de surface et ressauts hydraulique Couches limites, jets et sillages laminaires
Turbulence Introduction à la turbulence Etude des écoulements turbulents Analyse de Fourier des signaux turbulents
Transferts Echanges thermiques et massiques Expériences numériques, FLUENT
Introduction aux spécialisations Volumes finis Contrôle et commande Introduction à la mécanique des structures
Stage en entreprise ou en laboratoire de recherche
Hydraulique et spécialisationsLa mécanique des fluides 2Hy
semestre C semestre D
Langues, sport et sciences humaines
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Option Option Option Option
Semestre A
Les premiers pas du mécanicien
Hydraulique et spécialisations
La mécaniquedes fluides
Les connaissancesde base
Fluides etprocédes
Génie del’environnement
Sciences del’eau et
environnementEnergétique
Mécanique desfluides
numérique
Stage d’insertion en entreprise ou séjour linguistique (de 1 à 2 mois)
Stage en entreprise ou en laboratoire de recherche (de 2 à 3 mois)
Stage : Projet de Fin d’Etudes (de 5 à 6 mois)
Semestre C
1Hy
2Hy
Semestre B
Semestre D
3Hy
Bureau d’Etudes Industrielles (1,5 mois)
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• Compléter la formation en Mécanique des fluides• Approfondir la formation en calcul numérique• Maîtrise et développement des codes industriels• Sens physique outils numériques / applications
Objectifs pédagogiques :
Contexte industriel et pédagogique :
• Modélisation numérique d ’écoulements complexes• Transports, énergétique, environnement, ...• EADS, EDF/GDF, CNES, IFP, CS-SI, SIMULOG, ...• Laboratoires : IMFT, CERFACS, IRIT, ...
Mécanique desfluides
numérique
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ou
Modélisation et simulation des écoulements turbulents Physique des écoulements turbulents incompressibles Modèles de turbulence pour les simulations numériques stationnaires Simulation numérique directe et simulation des grandes échelles
pour l’énergétiqueCombustionEcoulements diphasiquesMéthodes numériques et interfacesEcoulements gaz-particulesUtilisation du code SATURNE
pour l’environnementCouche limite atmosphériqueHydrodynamique littorale et côtièreTransport et mélangeTransport sédimentaire et morphodynamiqueBES Ecoulements à surface libre
Mécanique des fluides
Méthodes numériques pour les écoulements Méthodes numériques pour la simulation des écoulements incompressibles Méthodes numériques pour la simulation des écoulements compressibles BES Ecoulement incompressibles BES Schémas et conditions aux limites
Calcul scientifique intensif Calcul parallèle Informatique pour le calcul scientifique BES maîtrise des codes industriels
semestre E
3Hy
Anglais et sciences humaines
Mécanique desfluides
numérique
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Exemple de travaux : code AVBP
http://www.enseeiht.fr/travaux
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Maîtrise du code industriel FLUENT
http://www.enseeiht.fr/travaux
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Les « Bureaux d’Etudes Industrielles » (BEI)
BEI « Energétique, Fluides et Procédés »
BEI « Energies Renouvelables et Environnement »
3Hy
http://www.enseeiht.fr/travaux
2007-2008 : 50 étudiants - 22 sujets- 6 encadrants - THALES ALIENA SPACE,AREVA, CNES, DASSAULT, EDF, GDF, IFP,INOVENNE, PSA, RENAULT, RHODIA, StGOBAIN, SAIPEM, TOTAL
2007-2008 : 45 étudiants - 6 sujets - 5 encadrants -HYDRATEC, DHI, VEOLIA, EDF, ELIOTH, STAR TECHNOLOGIES
Problème d’ingénieur
Travail en autonomie progressive
Solution non-connue, … si elle existe
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Génie Energétique
Partenaire : EDF Partenaire : EDF Combustion en lit fluidiséCombustion en lit fluidisé
Compétences:
Transfert, Combustion, Diphasique, Milieux granulaires, Agitation-Mélange,Echangeurs
Outil : SATURNE/NEPTUNEMasse volumique du charbon (droite) Quantité de charbon réactif (gauche) à t = 3,07 s pour T = 1 200 °C
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Génie côtier
Partenaires : SOGREAH, IFREMER, DDEPartenaires : SOGREAH, IFREMER, DDEAménagementAménagement du littoral dans le bassin ddu littoral dans le bassin d’’ArcachonArcachon
Compétences :Hydraulique à surface libre,Transport sédimentaire, Déferlement des vagues
Outil : TELEMAC 2D, JADIM
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Bilan de l’option MFN
EDF
AREVA NP
RENAULT
SOGREAH
AIRBUS
CERFACS
GDF
SAFEGE
TOTAL
VEOLIA
ALTRAN
PSA
• Création en 1997 avec le Département Informatique• Abandon du Département Informatique faute d’étudiants informaticiens• Rayonnement du calcul scientifique vers les autres options et années• Attrait pour cette option difficile à maintenir auprès des élèves ingénieurs• Effectifs de l’Option MFN : 12 étudiants en moyenne
Exemple d’entreprises :
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Quelques réflexionssur la formation au calcul scientifique
• Beaucoup de formations d’ingénieurs traitent de la simulation• Le secteur aval doit promouvoir l’image du calcul scientifique• Le calcul scientifique doit être présent tôt dans la formation• Il faut renforcer l’accès des formations aux moyens de calcul• Les filières informatiques débouchent peu vers ces métiers• Le doctorat est une bonne formation au calcul scientifique• L’image du calcul scientifique peut être revalorisée• On peut combiner séjour à l’étranger et formation au calcul• Etc…