{"id":100224,"date":"2020-09-28T13:01:00","date_gmt":"2020-09-28T17:01:00","guid":{"rendered":"https:\/\/linitiative.ca\/International\/covid-19-le-tracage-des-gouttelettes-de-nouveaux-outils-mathematiques-pour-des-simulations-plus-robustes\/"},"modified":"2020-09-28T13:01:00","modified_gmt":"2020-09-28T17:01:00","slug":"covid-19-le-tracage-des-gouttelettes-de-nouveaux-outils-mathematiques-pour-des-simulations-plus-robustes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/linitiative.ca\/International\/covid-19-le-tracage-des-gouttelettes-de-nouveaux-outils-mathematiques-pour-des-simulations-plus-robustes\/","title":{"rendered":"Covid-19: Le tra\u00e7age des gouttelettes, de nouveaux outils math\u00e9matiques pour des simulations plus robustes"},"content":{"rendered":"

Simuler une pulv\u00e9risation de fluide, comme un \u00e9ternuement, peut s’av\u00e9rer un d\u00e9fi, en particulier lorsque les gouttelettes sont trop petites pour \u00eatre incluses dans la simulation. Le professeur assistant le Tunisen Mohamed Kasbaoui<\/a> et le professeur Marcus Herrmann travaillent sur une m\u00e9thode num\u00e9rique permettant d’am\u00e9liorer ces simulations pour mod\u00e9liser plus pr\u00e9cis\u00e9ment les pulv\u00e9risations de fluides. Photo gracieuset\u00e9 de Pixabay.<\/p>\n

Alors que nous nous rapprochons de la saison du rhume et de la grippe – et avec le stress accru d’une pand\u00e9mie mondiale – un \u00e9ternuement qui envoie une explosion de gouttelettes potentiellement infect\u00e9es volant de la bouche d’une personne \u00e0 pr\u00e8s de cent miles par heure suffit \u00e0 rendre n’importe qui nerveux. Et les \u00e9ternuements, tout comme les autres sprays liquides, peuvent \u00eatre mod\u00e9lis\u00e9s math\u00e9matiquement.<\/p>\n

Mohamed Kasbaoui et Marcus Herrmann, membres du corps professoral de l’ASU, collaborent \u00e0 un projet financ\u00e9 par la National Science Foundation pour d\u00e9velopper et tester de nouveaux outils math\u00e9matiques afin de garantir que chaque gouttelette est prise en compte dans ces simulations.<\/p>\n

\u00abNous faisons de la dynamique des fluides computationnelle, ce qui signifie que nous regardons le mouvement des \u00e9coulements de fluides et essayons de le mod\u00e9liser dans des simulations informatiques\u00bb, explique Kasbaoui, professeur adjoint de g\u00e9nie m\u00e9canique et a\u00e9rospatial. \u00abLorsque vous avez plusieurs fluides, tels qu’un liquide et un gaz, l’ex\u00e9cution de simulations n\u00e9cessite souvent des m\u00e9thodes suppl\u00e9mentaires qui finissent par \u00eatre assez co\u00fbteuses en calcul. Celles-ci n\u00e9cessitent l’ex\u00e9cution de simulations sur des supercalculateurs pendant plusieurs jours. \u00bb<\/p>\n

Kasbaoui et Herrmann ont re\u00e7u un total de 300000 $ pour travailler sur le projet de trois ans qui d\u00e9butera cet automne pour d\u00e9velopper des algorithmes pour mod\u00e9liser plus efficacement les pulv\u00e9risations de fluides comme les \u00e9ternuements \u00e0 plusieurs r\u00e9solutions lorsque les gouttelettes se s\u00e9parent et se d\u00e9placent de la source.<\/p>\n

Par exemple, dans toute pulv\u00e9risation de fluide, une feuille de liquide provient initialement de la source. De petites gouttelettes se d\u00e9tachent de cette feuille au fur et \u00e0 mesure que le fluide s’\u00e9loigne de la source, et \u00e0 mesure que le morceau de liquide se d\u00e9compose, ces gouttelettes deviennent progressivement plus petites.<\/p>\n

\u00abCes minuscules gouttelettes qui se d\u00e9tachent tombent souvent en dessous de la r\u00e9solution de la simulation\u00bb, explique Kasbaoui. \u00ab\u00a0Donc, une partie de ce que nous essayons de faire est de voir comment nous pouvons \u00e9galement mod\u00e9liser avec pr\u00e9cision le sort de ces petites gouttelettes.\u00a0\u00bb<\/p>\n

Au fur et \u00e0 mesure que ces gouttelettes se d\u00e9tachent et deviennent de plus en plus petites, elles peuvent devenir si petites qu’il faut une puissance de calcul prohibitive pour les simuler. Ces simulations ne sont pas non plus toujours les plus pr\u00e9cises.<\/p>\n

\u00ab\u00c0 l’heure actuelle, dans les simulations, nous effectuons un transfert de gouttelettes de la grande \u00e0 la petite \u00e9chelle, mais c’est tr\u00e8s ponctuel\u00bb, explique Herrmann, professeur de g\u00e9nie m\u00e9canique et a\u00e9rospatial. \u00abCe n’est pas math\u00e9matiquement valable. Avec les \u00e9ternuements, vous savez ce qui se passe avec les gouttelettes tr\u00e8s proches du nez, mais quel est le sort \u00e9ventuel de ces gouttes? O\u00f9 voyagent-ils ? Il existe une m\u00e9thode math\u00e9matique diff\u00e9rente pour les simuler, et nous essayons de trouver comment les coupler de mani\u00e8re pr\u00e9cise et efficace. \u00bb<\/p>\n

Actuellement, il existe une m\u00e9thode math\u00e9matique de simulation de la formation de gouttelettes et une m\u00e9thode math\u00e9matique de simulation de la mani\u00e8re dont un gros morceau de liquide se d\u00e9compose en gouttelettes plus petites. Cependant, ces deux m\u00e9thodes ne peuvent pas \u00eatre utilis\u00e9es ensemble car elles ne sont pas compatibles l’une avec l’autre en raison de discontinuit\u00e9s entre les deux m\u00e9thodes.<\/p>\n

\u00abNous essayons de combler cette lacune en proposant une nouvelle base math\u00e9matique qui nous permet d’en tirer une m\u00e9thode de calcul pour l’impl\u00e9menter dans des simulations \u00e0 grande \u00e9chelle que nous ex\u00e9cuterons sur des supercalculateurs\u00bb, explique Kasbaoui.<\/p>\n

Cependant, ces simulations peuvent \u00eatre utilis\u00e9es sur plus que de simples \u00e9ternuements.<\/p>\n

Les nouveaux outils math\u00e9matiques peuvent \u00eatre utilis\u00e9s \u00abpartout o\u00f9 vous avez un spray\u00bb, explique Herrmann. \u00abLes sprays pharmaceutiques, les inhalateurs nasaux, les syst\u00e8mes de brumisation, les syst\u00e8mes d’injection de carburant, les \u00e9ternuements et la toux en sont tous des exemples. Il n’est pas n\u00e9cessaire qu’il s’agisse d’un liquide et d’un gaz, il peut \u00e9galement y avoir des particules solides, comme dans un haboob ou une temp\u00eate de poussi\u00e8re. Partout o\u00f9 vous avez de petites particules dans un flux, nous essayons de le d\u00e9crire. \u00ab\u00a0<\/p>\n

En raison des nombreux domaines dans lesquels cette recherche peut \u00eatre appliqu\u00e9e, ce projet a le potentiel d’avoir un impact sur un grand nombre d’industries.<\/p>\n

\u00abSi nous pouvons proposer des outils num\u00e9riques plus efficaces et plus fid\u00e8les, les ing\u00e9nieurs qui con\u00e7oivent ces syst\u00e8mes, comme les pulv\u00e9risateurs de carburant ou les inhalateurs nasaux, peuvent utiliser ces outils de calcul pour mieux concevoir ces syst\u00e8mes et les impl\u00e9menter dans les usines\u00bb, explique Kasbaoui. \u00ab\u00c0 l’heure actuelle, ils doivent utiliser des m\u00e9thodes empiriques qui ne sont pas vraiment bien adapt\u00e9es si vous voulez beaucoup changer la conception. Si vous souhaitez proposer une conception radicalement nouvelle pour le spray de votre syst\u00e8me, vous feriez mieux d’avoir des m\u00e9thodes num\u00e9riques haute fid\u00e9lit\u00e9 pour faciliter ces simulations. \u00bb<\/p>\n

En plus de cette recherche, Kasbaoui et Herrmann m\u00e8nent \u00e9galement des activit\u00e9s de sensibilisation pour aider le grand public \u00e0 conna\u00eetre leur travail. Ils collaboreront avec le professeur adjoint de recherche\u00a0 Brandon Mechtley\u00a0 de la\u00a0 School of Arts, Media and Engineering\u00a0 de l’ASU. Mechtley a une sc\u00e8ne d’arts de la sc\u00e8ne appel\u00e9e iStage qui est \u00e9quip\u00e9e de capteurs et de projecteurs de capture de mouvement qui peuvent aider \u00e0 visualiser leurs recherches.<\/p>\n

\u00abNous pouvons projeter des simulations sur cette sc\u00e8ne des arts de la sc\u00e8ne et les participants peuvent monter sur la sc\u00e8ne. En se promenant, ils peuvent interagir avec la simulation de l’\u00e9coulement de fluide autour d’eux \u00bb, explique Kasbaoui. \u00abNous esp\u00e9rons que les gens pourront s’inspirer de cela pour poursuivre une \u00e9ducation STEM.\u00bb<\/p>\n

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