N° d'ordre

Marc Prat

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• mémoire

N° d'ordre : 2204 Thèse présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Energétique et Dynamique des Fluides Spécialité : Dynamique des Fluides Par Kader BENMACHOU ETUDE ET MODELISATION DU COLMATAGE D'UN FILTRE PLISSE Soutenance prévue le 11 Mars 2005 devant le jury composé de : M. Marc PRAT Président M. Philippe SCHMITZ Directeur de thèse Mme Martine MEIRELES Co-directrice de thèse M. Pierre LE CLOIREC Rapporteur M. Dominique THOMAS Rapporteur M. Jean Francis BLOCH Membre M. Christophe DEVILLERS Membre invité

• colmatage


• media - filtration - clogging - pressure drop - filtration


• pleated filter - fibrous


• filtration - colmatage - perte de charge - efficacité de filtration


• fluides


• filtration


• filter made up

Sujets

• Mémoire
• Thomas
• Pierre
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Schmitz
• Pierre Devillers
• Meireles
• Lascaux

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 mars 2005
• Nombre de lectures: 55
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2204




Thèse


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE
TOULOUSE



École doctorale : Energétique et Dynamique des Fluides

Spécialité : Dynamique des Fluides


Par Kader BENMACHOU

ETUDE ET MODELISATION DU COLMATAGE D’UN
FILTRE PLISSE




Soutenance prévue le 11 Mars 2005 devant le jury composé de :


M. Marc PRAT Président
M. Philippe SCHMITZ Directeur de thèse
Mme Martine MEIRELES Co-directrice de thèse
M. Pierre LE CLOIREC Rapporteur
M. Dominique THOMAS
M. Jean Francis BLOCH Membre Christophe DEVILLERS Membre invité




















































K. Benmachou Résumé

Résumé

Les filtres hydrauliques conçus pour des applications aéronautiques et spatiales doivent
respecter des critères très sévères en ce qui concerne la perte de charge, l’efficacité et la durée
de vie d’un élément filtrant. Pour apprécier ces performances, des tests expérimentaux réalisés
aux différentes phases du développement constituent encore une étape incontournable qui doit
être renouvelée pour chaque nouvel élément. Dans ce contexte, les travaux présentés ont pour
but de déterminer par voie numérique le comportement des filtres plissés pour limiter le
recours à des tests expérimentaux et dégager quelques règles générales pour la conception de
ces filtres.
La première partie de ce travail est consacrée à l’analyse et à la modélisation de la
filtration à travers un matériau fibreux. Tout d’abord, une étude expérimentale portant sur la
microstructure du matériau fibreux et sur ses capacités de filtration a été effectuée. Puis, un
modèle de colmatage basé sur l’hypothèse de capture des particules par blocage mécanique a
été développé. Ce modèle restitue de façon satisfaisante les deux phases successives de
colmatage observées expérimentalement et associées à une filtration en profondeur suivie
d’une filtration sur gâteau.
Dans une deuxième partie, l’écoulement du fluide ainsi que le transport et la capture des
particules sur un pli puis sur un élément filtrant constitué d’un grand nombre de plis sont
étudiés. Le processus de filtration est modélisé de façon itérative en couplant le modèle de
colmatage développé précédemment à un modèle d’écoulement monodimensionnel préservant
l’inertie du fluide. Les résultats sont validés à l’aide de tests expérimentaux et de simulations
®numériques d’écoulement sous Fluent et discutés en fonction des caractéristiques
géométriques de l’élément filtrant (caractéristiques du media filtrant, ouverture et
hétérogénéité des plis, position des entrée –sortie).

Mots clés :

Filtre plissé - Milieu fibreux - Filtration - Colmatage - Perte de charge - Efficacité de filtration
- Blocage mécanique – Simulation
K. Benmachou Abstract

Abstract

The hydraulic filters designed for aeronautical and space applications are required to
meet severe criteria with regard to flow pressure drop and lifetime. Experimental test
campaigns are today a binding step in the development of these filter elements. In this
context, the purpose of this work is to develop an approach to numerically simulate the
behaviour of the pleated filters, and thus limit the number of experimental tests.
The first part of this work concerns the analysis and the modelling of filtration through
fibrous media. An experimental study related to the microstructure of fibrous media and its
filtration capacities was carried out. Then, assuming that the particles are captured by a
sieving mechanism, a clogging model was developed. This model correctly describes the two
successive phases of clogging observed in the experiments, namely depth filtration and cake
filtration.
In a second part, the fluid flow, the particle transport and capture are studied in an
elementary pleat and within the complete filter made up of a great number of pleats. The
filtration process is modelled by coupling the clogging model developed previously with a
monodimensional flow model that preserves the flow inertia behaviour. The validation of the
model is carried out by considering both experimental results and CFD simulations using
®Fluent . The results are discussed according to the geometrical characteristics of the filter
element (filter media characteristics, pleats opening and heterogeneity, inlet and outlet
positions).

Keywords:

Pleated filter - Fibrous media - Filtration - Clogging - Pressure drop - Filtration efficiency -
Sieving – Simulation

K. Benmachou Table des matières


Remerciements

Ce mémoire marque la fin d’un peu plus de trois années de recherche au sein de l’Institut de
Mécanique des Fluides de Toulouse. Ce travail n’aurait pu se concrétiser sans un ensemble
d’aides très précieuses. C’est pourquoi, je voudrais remercier tous ceux qui ont contribué au
bon déroulement de ma thèse aussi bien par leur encadrement, leurs compétences que leur
soutien.

Je tiens tout d’abord à remercier Olivier Simonin pour la confiance qu’il m’a accordé en
m’accueillant dans son laboratoire.

Je remercie vivement les membres du jury qui ont accepté d’évaluer ce travail. En particulier,
je suis très reconnaissant à Marc Prat, directeur du Groupe d’Etude des Milieux Poreux, pour
avoir présidé le jury qui a validé ma thèse. Je remercie également Pierre Le Cloirec et
Dominique Thomas qui, en acceptant d’être les rapporteurs de mon travail, m’ont fait un
grand honneur. Je remercie également Jean Francis Bloch pour sa participation au jury.

Christophe Devillers et Marie-Paule Lascaux ont été mes interlocuteurs au sein de la société
Sofrance. Outre l’apport de leur connaissance sur les aspects industriels de la filtration, ils
m’ont permis de m’intégrer dans leur équipe de Recherche et Développement. Qu’ils trouvent
ici toute ma gratitude.

Je remercie mes deux directeurs de thèse Philippe Schmitz et Martine Meireles. Le terme
« encadrement » est bien trop faible pour décrire l’accompagnement privilégié dont j’ai pu
bénéficier durant ces trois années. Leurs compétences scientifiques et leurs qualités humaines
font d’eux des directeurs de thèse remarquables. Je remercie également Muriel Sabater qui
s’est occupé de relier ce document.

Je tiens aussi à remercier tout particulièrement Laurent Oxarango pour m’avoir grandement
aidé à avancer dans la modélisation de l’écoulement.

Mes pensées vont également à Sébastien Cazin pour son aide inestimable lors de l’acquisition
et du traitement des images MEB.
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Pour les très bons souvenirs que je garderai, je remercie les doctorants et ex-doctorants
« POPO » grâce à qui l’ambiance aux pauses café a fait la renommée du groupe GEMP au
sein de l’IMFT. Parmi eux, Bruno « le Baron », Vincent « Kskate », Fabrice
« FaFapopoteam », Olivier Amyot, Xavier « XS », Franck, Laurent. et Mamour tiennent une
place particulière.

Enfin, je terminerai en remerciant ma famille, mes amis et Rania pour leur précieux soutien
pendant la rédaction de ce mémoire.
- 6 - K. Benmachou Table des matières












à mes parents que j’aime,
à mes sœurs Kheira, Soraya et Amina,
à Rania.

















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- 8 - K. Benmachou Table des matières



TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION............................................................................................................................................... 13
CHAPITRE 1: CONTEXTE ET POSITION DU PROBLEME.....................................................................