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Selon l’Organisation Mondiale de la Santé, en 2016 plus de 4 millions de décès prématurés dans le monde seraient dus à la pollution de l’air extérieur. Il est donc important d’améliorer la qualité de l’air en proposant une solution globale allant du suivi la qualité de l’air au plus proche des personnes jusqu’au déploiement d’éléments innovants dépolluants. C’est l’objet d’une des activités du projet de recherche E3S impliquant l’Université Paris-Est, ESIEE-Paris, EIVP, IGN, EAV&T, IFSTTAR et l’entreprise Eiffage.

Dans une approche BIM (Building Information Modeling), la maquette numérique de la ville et des bâtiments, aussi appelée « jumeau numérique », permet d’étudier et de mieux comprendre les problématiques urbaines telles que la qualité de l’air. La maquette numérique et des modèles physiques de mécanique des fluides seront utilisés afin de prédire l’écoulements d’air et la dispersion des polluants à l’échelle du quartier. Dans un premier temps, des essais virtuels seront réalisés à l’aide de simulations numériques afin de positionner de façon optimale des panneaux dépolluants à l’échelle d’un quartier. Pour cela, on utilisera la solution adjointe des équations de transport-diffusion-réaction. Pour information, le développement de panneaux dépolluants à base de ZnO (tâche en dehors du sujet de post-doc) permettant par photocatalyse de dégrader des polluants émis par le trafic routier (NOx et COV) fait l’objet de travaux de recherche de l’Université Paris Est dans le cadre du projet E3S. Dans un second temps, afin de réduire les temps de calcul des simulations de type « Computational Fluid Dynamics » (CFD), des stratégies dites de « bases réduites » seront mises en œuvre. Cette méthode consiste à pré-calculer un grand nombre de simulations dans une phase hors ligne, de les sauvegarder dans une base de données et enfin de réaliser des calculs complémentaires peu coûteux en temps réel. De plus, cette stratégie sera couplée à des méthodes numériques inverses combinant les simulations numériques et des mesures de capteurs afin de réaliser une cartographie représentative de l’écoulement d’air et de la pollution à l’échelle du quartier en temps-réel.

Les différentes approches numériques seront validées grâce à des essais réels de pollution dans le petit quartier instrumenté de l’équipement « Sense-City ». Sense-City est un équipement unique en Europe. Ce petit quartier, sous ambiance contrôlée à l’aide d’une grande chambre climatique mobile de dimensions 20m20m10m, est constitué d’un bâtiment R+1, de deux maisonnettes et d’une route à l’échelle 1. Des premiers essais seront réalisés sous ambiance contrôlée (écoulement et injection polluant maitrisés) avec la chambre climatique positionnée sur le petit quartier à l’échelle 1. Ensuite, des essais de validation en situation quasi-réelle seront conduits sans la chambre climatique. Les différentes campagnes d’essais permettront d’étudier les mesures effectuées par les anémomètres 2D et 3D et les capteurs de gaz présents dans Sense-City et de les confronter/intégrer aux méthodes numériques développées.

Le post-doctorat sera réalisé au sein du laboratoire LISIS du département COSYS de l’IFSTTAR sur le site de Champs sur Marne. La recherche du LISIS couvre le développement et la conception d’outils expérimentaux, la mesure et la mise en équation des phénomènes physiques jusqu'à la réalisation d’outils informatiques pour la ville numérique. Le LISIS a également capitalisé sur son ancrage dans la tradition du calcul scientifique avec le développement du code de calcul par éléments finis pour le génie civil CESAR-LCPC. Il a étendu ses compétences vers les domaines de la modélisation inverse, de la mécanique des fluides numérique et des méthodes rapides de résolution des équations aux dérivées partielles. Le post-doctorat sera encadré par Rachida CHAKIR et Julien WAEYTENS, chercheurs à l’IFSTTAR.

Pour avoir plus de renseignements, n’hésitez pas à nous contacter par mail :
rachida.chakir@ifsttar.fr , julien.waeytens@ifsttar.fr

Profil candidat :
Le (la) candidat(e) aura un Doctorat dans le domaine des Mathématiques Appliquées ou des Sciences de l’ingénieur. Il est souhaitable d’avoir des notions dans une ou plusieurs des disciplines suivantes : mécanique des fluides et mathématiques appliquées. Même si le sujet de post-doctorat concerne principalement les aspects numériques, le candidat devra présenter un intérêt pour l’expérimentation. Un bon niveau en anglais est demandé à l’oral pour la présentation des travaux lors de conférences internationales et à l’écrit pour la rédaction d’articles scientifiques.