Objectifs par rapport aux acquis d'apprentissage du programme

• Imaginer, concevoir, mettre en oeuvre ou réaliser, et exploiter des composés, produits et matériaux aux propriétés spécifiques et des solutions / procédés physiques, chimiques et biochimiques conduisant à l'obtention de ces derniers matériaux en intégrant les besoins, contextes et enjeux (techniques, économiques, sociétaux, éthiques, de sécurité et environnementaux).
• Sur base d'une modélisation, concevoir un ou plusieurs produits / procédés / une ou plusieurs solutions répondant au problème posé ; les évaluer compte tenu des différents paramètres du cahier des charges.
• Evaluer la démarche et les résultats en vue de leur adaptation (optimisation, qualité, environnement, sécurité,...).
• Mobiliser un ensemble structuré de connaissances et compétences scientifiques et techniques spécialisées permettant de répondre, avec expertise et adaptabilité, aux missions de l'ingénieur civil en Chimie - Science des matériaux
• Maîtriser et appliquer de façon pertinente des connaissances, des modèles, des méthodes et des techniques relatifs au domaine de la Chimie - Science des matériaux
• Analyser et modéliser un problème / procédé / voie de production en sélectionnant de manière critique des théories et des approches méthodologiques (modélisation, calculs), y compris en tenant compte des aspects pluridisciplinaires.
• Travailler efficacement en équipe, développer son leadership, prendre des décisions dans des contextes multidisciplinaires, multiculturels, et internationaux.
• Identifier les compétences et ressources, rechercher l'expertise externe si nécessaire.
• Communiquer et échanger des informations de manière structurée - oralement, graphiquement et par écrit, en français et dans une ou plusieurs autres langues - sur les plans scientifique, culturel, technique et interpersonnel en s'adaptant au but poursuivi et au public concerné.
• Sélectionner et utiliser les modes et supports de communication écrite ou orale adaptés au but poursuivi et au public concerné.
• Utiliser et produire des documents scientifiques et techniques (rapport, plan, cahier des charges,...) adaptés au but poursuivi et au public concerné.
• Agir en professionnel responsable, faisant preuve d'ouverture et d'esprit critique, inscrit dans une démarche de développement professionnel autonome.
• Exploiter les différents moyens mis à disposition pour se documenter et se former de manière autonome.
• Contribuer par un travail de recherche à la solution innovante d'une problématique en sciences de l'ingénieur.
• Concevoir et mettre en oeuvre des analyses techniques, des études expérimentales et des modélisations numériques.
• Interpréter avec pertinence des résultats en tenant compte du cadre de référence au sein duquel la recherche s'est développée.
• Communiquer, à l'écrit et à l'oral, sur la démarche et ses résultats en mettant en évidence tant les critères de scientificité de la recherche menée, que les potentialités d'innovation théoriques ou techniques et les possibles enjeux non techniques.

Acquis d'apprentissage de l'UE

Initier les étudiants aux principales techniques de modélisation numérique des procédés, incluant de phénomènes de transport liés à des écoulements mono- et multi-espèces, des réactions chimiques et des transferts de chaleur.
Dans le cadre de problèmes d’analyse ou de conception impliquant des phénomènes de transport au sein d’écoulements avec transferts thermiques ainsi que le transport et les réactions d’espèces chimiques, les objectifs du cours sont les suivants :

Développer un esprit critique en modélisation des procédés chimiques combinant la modelisation numérique des écoulements fluides, des réactions chimiques et des transferts de chaleur.;
Décrire les principales méthodes numériques classiques, avec un accent particulier sur la méthode des volumes finis appliquée aux écoulements advection/diffusion et à la conduction thermique, en évaluant leur potentiel et leurs limites ;
Résumer les différentes étapes de discrétisation des méthodes de simulation les plus courantes ;
Contribuer au développement de logiciels de simulation ;
Comprendre les principes sous-jacents des codes existants et des logiciels commerciaux ;
Utiliser de manière judicieuse les simulations numériques et les logiciels commerciaux disponibles ;
Évaluer la qualité des résultats de simulation de façon critique ;
Lire et comprendre la littérature scientifique dans ce domaine ;
Résoudre un problème simplifié en 1D ou 2D à l’aide de Matlab ou Python ;
Utiliser ces connaissances comme base pour un éventuel mémoire de Master (TFE : Travail de Fin d’Études) ;
Évaluer la pertinence et la qualité des résultats d’une simulation en faisant preuve d’esprit critique ;
Utiliser la simulation physique de manière appropriée ;
Identifier les composantes importantes d’un problème en vue de sa modélisation.

Contenu de l'UE : descriptif et cohérence pédagogique

Simulation des écoulements, des transferts de chaleur et des écoulements réactifs dans un monde de prototypage virtuel.
Étapes et outils pour résoudre numériquement les lois de conservation des phénomènes de transport pilotées par les EDP (Équations aux dérivées partielles).
Descriptions mathématiques des lois de transport pour l'advection/diffusion impliquées dans les modèles d’écoulement avec transfert de chaleur et réaction d’espèces chimiques
Nature et niveaux d'équation approximation des lois transports de conservation de la masse, de la quantité de mouvement, de l'énergie et d’espèces chimiques réactives.
Nature mathématique des EDP d’advection/diffusion: Impacts sur la méthodologie de solution; Problème bien posé, conditions aux limites et conditions initiales.
Principes de résolution des EDP : Approximation discrète de la solution; Enjeux des échelles temporelles et spatiales de discrétisation; Discrétisation spatiale (Notion de maillage); Méthodologies de discrétisation spatiale (méthodes des différences finies, méthodes des volumes finis, méthodes des éléments finis et autres méthodes)
Méthodes de volumes finis :  Discrétisation spatiale des flux convectifs (schémas centrés et décentrés) et des flux diffusifs (effets visqueux, diffusion de la chaleur et d’espèces chimiques); Discrétisation temporelle (schémas explicites et implicites)
Techniques d’accélération 
Schémas pour écoulements incompressibles
Quelques spécificités pour les simulations numériques de transferts conductifs de la chaleur et milieux solides et fluides
Consistance, stabilité et convergence
Traitements aux conditions limites
Aspects de la modélisation des turbulences
Discussion critique d'articles scientifiques dans le domaine
 

Compétences préalables

Sans objet