TP star-phor
Le génie des systèmes photoréactifs est la discipline qui étudie la production de molécules d'intérêt via l'utilisation de la lumière, avec des applications nombreuses dans le cadre de la transition énergétique et de la transformation durable de la matière (carburants solaires par photosynthèse artificielle, dépollution des effluents, culture de microalgues, photochimie préparative). Ces procédés ont pour caractéristique commune de mettre en œuvre des technologies dont les performances cinétiques et énergétiques sont entièrement contrôlées par la physique du transfert radiatif : la formulation de modèles de connaissance est donc nécessaire pour leur conception, leur simulation et leur optimisation, et la résolution de l'équation du transfert radiatif en est une des briques fondamentales. Or, en plus de leur nature multi-physique et multi-échelles, ces modèles présentent une forte sensibilité à la géométrie et aux conditions aux limites, si bien que leur résolution par des méthodes déterministes classiques (méthode à deux flux, ordonnées discrètes...) est souvent inaccessible sans simplifications notables, ce qui peut nuire à la précision requise pour la conception et l'optimisation. En revanche, les méthodes stochastiques, et en particulier la méthode de Monte Carlo, ont démontré leur robustesse pour estimer les observables radiatives comme l'espérance d'une variable aléatoire, à condition de pouvoir les exprimer sous une formulation intégrale. Grâce à des avancées récentes issues de l'informatique graphique, il est ainsi possible de résoudre l'équation du transfert radiatif par échantillonnage d'un espace de chemins, avec un temps de calcul indépendant de la complexité géométrique du domaine, du rapport entre les échelles spatio-temporelles du problème et du nombre de dimensions impliquées.
L’objectif de ce TP est d’illustrer la puissance de cette méthode dans le cas des photoréacteurs. Plus particulièrement, nous allons nous intéresser au calcul de la vitesse volumétrique moyenne d’absorption des photons dans un volume réactionnel dont la concentration en espèce absorbante est homogène. Cette grandeur permet d’estimer la productivité d’un réacteur dans le cas où le couplage entre le transfert radiatif et la loi cinétique de réaction est linéaire. Pour ce faire, l’outil [star-phor] (http://www.edstar.cnrs.fr/starphor/)) sera utilisé. star-phor est un moteur de calcul libre qui bénéficie des plusieurs avantages de la méthode de Monte Carlo, réappropriés de la communauté de la synthèse d’images, tout en restant une implémentation dédiée aux calculs dans les photoréacteurs.
TP 1
Objectif : prendre en main le moteur de calcul star-phor via l’une de ses interfaces : le format de fichier d’entrée star-phor-input(5). Lancer une première simulation avec star-phor et comprendre le format du fichier de sortie star-phor-output(5).
TP 2
Objectif : utiliser star-phor pour étudier quelques cas limites : forte et faible épaisseur optique. Reffinement de la description du système.
TP 3
Objectif : hacker star-phor. Analyse de l'algorithme et ajout de la diffusion
