De l'imagerie 3D des structures à l'étude des mécanismes de transport en milieux cellulaires

par Emmanuel, Camille, Marius Brun

Thèse de doctorat en Mécanique. Énergétique

Sous la direction de René Occelli.

Soutenue en 2009

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) et de Institut universitaire des systèmes thermiques industriels (Marseille) (autre partenaire) .

mots clés

• Imagerie tridimensionnelle
• Mousses (matériaux)
• Transfert de chaleur
• Écoulement monophasique

Résumé

Tres peu de travaux s'appuient directement sur la structure reelle des milieux cellulaires pour determiner l'impact de la structure sur les proprietes de transport. Les outils developpes lors de cette these ont permis une caracterisation fine de la geometrie des milieux cellulaires. Notre demarche s'appuie sur l'utilisation conjointe du logiciel d'analyse morphologique 3D developpe durant la these (iMorph) et d'outils numeriques de simulation des transferts de chaleur et de masse sur la base des geometries reelles obtenues par tomographie haute resolution. Le couplage de ces approches, et l'etude menee sur une large gamme de mousses metallique, nous a permis de degager les criteres geometriques pertinents pour la comprehension des proprietes de transferts (Ecoulement, conduction, radiatif). De plus nous estimons les volumes elementaires representatifs associes aux grandeurs geometriques comme aux proprietes de transfert. L'analyse locale de la phase solide des materiaux cellulaires nous a conduit a concevoir un algorithme de segmentation multi-objets (plaques, coques, poutres) base sur le calcul des moments locaux d'inertie. Enfin cette methode originale nous a permis de proposer une premiere classification d'os trabeculaires pour une aide au diagnostic de l'osteoporose.

Titre traduit

From 3D imagery of structure to transport properties of cellulmar material

Résumé

Few works deals with real geometry to study the impact of structure on transport properties of cellular material. Tools developed during this phd permit a precise geometrical characterization os cellular solids. Our approach is based on the combined use of the morphological analysis software 3D developed during the phd (iMorph) and numerical simulation of heat and mass transfer on real geometry obtained by X-ray tomography. With this approaches, and the study on a wide range of metallic foams, we identify the geometrical relevant criteria for the transport properties understanding (Conductivity, Fluid flow and Radiative transfer). Moreover we estimate Representative Volume Element for both geometrical and fluid flow properties. We developed a multi object segmentation algorithm based on local inertia moments. This original method allow a classification of a trabecular bone database based on the plate volume ratio.