Contribution of physics-informed neural networks to multiphase reactors dedicated to anaerobic bioprocesses for the production of energy vectors

L'Université Clermont Auvergne recrute un doctorant pour travailler au sein de l’Institut Pascal (UMR CNRS/UBP/IFMA 6602).

L'Institut Pascal, UMR 6602, est une unité mixte de recherche et de formation interdisciplinaire de 400 personnes placée sous la tutelle de l'Université Clermont Auvergne (UCA) et du CNRS. Le CHU de Clermont-Ferrand est tutelle secondaire de l'unité. L'Institut Pascal est membre de Clermont Auvergne INP, qui regroupe trois écoles d'ingénieurs ISIMA, POLYTECH Clermont et SIGMA Clermont.

L'Institut Pascal développe des systèmes innovants et intelligents par une approche intégrative systémique et multi-échelle, s'appuyant sur des champs scientifiques identifiés : électromagnétisme, fiabilité, génie des procédés et des bioprocédés, génie civil, imagerie, matériaux, mécanique, microsystèmes, nanophysique, perception, photonique, robotique, séparation et fonctionnalisation de biomolécules, technologies interventionnelles et diagnostiques médicales.

L’Institut Pascal est composé de 5 Axes de recherche :
•    Génie des Procédés, Energétique et Biosystèmes (GePEB) - Céline LAROCHE
Réacteurs et bioréacteurs, Photoprocédés, Bioénergies, Ecosystèmes clos artificiels, Bioraffineries.
•    Image, Systèmes de Perception, Robotique (ISPR) - Omar AIT AIDER 
Image, Perception artificielle, Commande pour la robotique.
•    Mécanique, Génie Mécanique, Génie Civil, Génie Industriel (M3G) - Hélène CHANAL 
Mécanique, Matériaux, Structure, Machines.
•    Photonique, Ondes, Nanomatériaux (PHOTON) - Guillaume Malpuech
MicroSystèmes, Nanosciences, Nanostructures, Photonique, Compatibilité Electromagnétique.
•    Thérapies Guidées par l’Image (TGI) - Jean-Jacques Lemaire
Guidage par l’Image (pelvis, abdomen, cerveau), Techniques endovasculaires, Endoscopie et Vision par ordinateur, Analyse d’impact.  

L'axe « Génie des Procédés, Énergétique et Biosystèmes » (GePEB), dont les résultats antérieurs à 2011 se trouvent sous l'étiquette Laboratoire de Génie Chimique et Biochimique (LGCB), comprend aujourd’hui 25 chercheurs permanents, 20 à 30 doctorants, post-docs, chercheurs sous contrat et des étudiants en master. L’axe GePEB adresse des domaines d’application nombreux, tel que la production de vecteurs énergétiques, les biomatériaux, l’environnement, les procédés alimentaires, les écosystèmes clos artificiels, etc. L’axe GePEB est structuré autour de trois thèmes principaux et d’un thème applicatif transversal :

Bioréacteurs et Systèmes Photoréactifs (BioSPhoR)

Bioprocédés : Biomolécules, Bioraffinage, Matériaux Biosourcés (4 Bio)

Bioprocédés : Propriétés, Interfaces, Écoulement (BPIE)

Analyses Système : Procédés Intégrés, Ingénierie Circulaire (IC)

Depuis sa création l’axe GePEB développe une approche générale de génie des procédés pour des processus biologiques, chimiques et physiques impliqués dans des procédés de transformation. Ces travaux partagent une méthodologie commune, fondée sur l'application de bilans de masse, d’énergie, d’entropie et de quantité de mouvement ; ils portent sur la modélisation des couplages entre des phénomènes de nature différente en développant les analyses systémiques. Ceci nécessite des analyses profondes des mécanismes et la connaissance fine des propriétés biologiques, physiques et thermochimiques des milieux et matériaux considérés. La synthèse et l'imbrication de ces recherches sont effectuées lors des étapes de simulation et de modélisation, systématiquement appliquées à toutes les échelles. C’est dans cette capacité d’intégration des disciplines autour d’un même corpus de modélisation que les activités de l’axe GePEB prennent leur source, ce qui leur confère toute leur puissance applicative et d’innovation pour une grande variété de procédés et de bioprocédés.

Ce sujet s’inscrit dans le cadre d'une nouvelle activité innovante et transverse entre l'axe GePEB et l'axe ISPR. Le but concerne la production de biohydrogène ou la méthanation biologique. Il s'agira de bénéficier des résultats connus et des outils de simulation CFD employés au sein de l'axe GePEB pour nourrir une  alternative prometteuse offerte par les réseaux de neurones informés par la physique (PINN) et développer un outil de simulation basé sur les PINN pour modéliser le comportement fluide de ces bioréacteurs, en lien avec l'axe ISPR.

Le profil recherché correspond soit à un(e) candidat(e) en génie des procédés avec une forte appétence pour les approches numériques (python, CFD…), soit à un profil en informatique ou en mathématiques appliquées, avec un intérêt marqué pour les phénomènes physiques. Bien que la thèse soit principalement orientée vers la modélisation numérique, une participation aux expérimentations est envisagée, afin de mieux appréhender les phénomènes étudiés et leurs ordres de grandeur.