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1. 2 Creating forest sector solutions www.fpinnovations.ca Creating forest sector solutions La simulation numérique: un outil dinnovation pour lindustrie.

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3 Creating forest sector solutions Creating forest sector solutions La simulation numérique: un outil dinnovation pour lindustrie des pâtes et papiers François Drolet Colloque SCF-CFL, 27 Novembre 2008

4 4 Un travail déquipe David Vidal Ilya Vadeiko Tetsu Uesaka Martin Dubé Patrice Mangin François Bertrand

5 5 Plan de la présentation Introduction Exemples dapplication: Filtration de lair Interactions encre/papier Optimisation dune sauce de couchage Conclusion

6 6 Le papier: un matériau complexe Discret vs. continu Stochastique Hétérogène Problèmes de type système Essais pilotes longs et coûteux Approche basée sur la modélisation ?

7 7 formation pressageséchage calendrage Composition de fabrication printing Performance Le procédé de fabrication du papier couchage Comment puis-je améliorer mon produit? Comment puis-je réduire mes coûts?

8 8 Une alliée puissante: ARTÉMIS Grappe de calcul (Dell Blade HPCC) 130 processeurs à quatre coeurs Intel Xeon 2.83 GHz > 1 TByte de RAM Ethernet Gigabit ~ 5 TFlops

9 9 Filtration de lair par les milieux fibreux

10 10 Quest-ce quun papier bioactif? Un papier capable de détecter, de capturer et/ou de désactiver des pathogènes présents dans leau ou dans lair.

11 11 Le réseau SENTINEL +20 professeurs, 10 universités $2,2 million/année –75% du CRSNG –25% dun consortium industriel et du gouvernement de lOntario Investigateur Principal: Bob Pelton, McMaster

12 12 Objectifs du projet Développer un outil de simulation permettant de prédire lefficacité de filtration des réseaux fibreux Se servir de cet outil pour développer des filtres en papier à haute performance (R. Kerekes)

13 13 Comment modéliser la filtration de lair? Structure du filtre Écoulement de lair Transport des aérosols

14 14 Étape 1: Construction des filtres Déposition de fibres Consolidation du réseau Paramètres dentrée: propriétés des fibres, épaisseur du réseau Alava and Niskanen Drolet and Uesaka

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16 16 Étape 1: Construction des filtres Déposition de fibres Consolidation du réseau Paramètres dentrée: propriétés des fibres, épaisseur du réseau Alava and Niskanen Drolet and Uesaka

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18 18 Étape 1: Construction des filtres Déposition de fibres Consolidation du réseau Paramètres dentrée: propriétés des fibres, épaisseur du réseau Alava and Niskanen Drolet and Uesaka

19 19 Étape 2: Calcul de lécoulement D.Vidal, F. Bertrand Champ de vitesse à lintérieur dune structure de papier simulée Vitesse découlement environ 10 cm/s Écoulement satisfait les équations de Navier-Stokes

20 20 Étape 1: Construction des filtres Déposition de fibres Consolidation du réseau Paramètres dentrée: propriétés des fibres, épaisseur du réseau Alava and Niskanen Drolet and Uesaka

21 21 Étape 2: Calcul de lécoulement D.Vidal, F. Bertrand Champ de vitesse à lintérieur dune structure de papier simulée Vitesse découlement environ 10 cm/s Écoulement satisfait les équations de Navier-Stokes

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23 23 Étape 2: Calcul de lécoulement D.Vidal, F. Bertrand Champ de vitesse à lintérieur dune structure de papier simulée Vitesse découlement environ 10 cm/s Écoulement satisfait les équations de Navier-Stokes

24 24 Étape 3: Transport des aérosols Diffusion brownienne Force de traînée Vitesse de la particule (I.Vadeiko)

25 25 Effet du grammage et de la porosité Δp=200 Pa, V f 12.5 cm/s Augmentation du grammage et de la porosité interception + impaction diffusion

26 26 Efficacité de filtration des mélanges binaires Diminution du diamètre moyen des fibres V f =10 cm/s diamètre des fibres: 1 et 4 μm

27 27 Interactions entre lencre et le papier

28 28 La recherche dans le domaine de limpression: approche traditionnelle Sous Pression Échelles multiples Encre, fluide viscoélastique Impression Poreux Compressible Hétérogène Densité dimpression Moutonnage Points manquants

29 29 Simplification du système z Géométrie simple Encre Newtonienne Substrat lisse/ incompressible

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31 31 Simplification du système z Géométrie simple Encre Newtonienne Substrat lisse/ incompressible

32 32 Effet du diamètre des pores

33 33 Réseau de capillaires en 2D Des modèles de plus en plus réalistes Réseau fibreux en 3D Capillaires verticaux Substrat lisse et non-poreux

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36 36 Réseau de capillaires en 2D Des modèles de plus en plus réalistes Réseau fibreux en 3D Capillaires verticaux Substrat lisse et non-poreux

37 37 Effet de langle de contact sur létalement dune goutte (vue du dessus) θ=10 θ=50 Temps

38 38 Optimisation dune sauce de couchage

39 39 PCC GCC Clay TiO 2 ? Formuler une sauce de couchage: lembarras du choix

40 40 Argile PCC GCC Ellipsoïdes Modélisation des différents pigments

41 41 PCC GCC Clay TiO 2 ? Formuler une sauce de couchage: lembarras du choix

42 42 Argile PCC GCC Ellipsoïdes Modélisation des différents pigments

43 43 Prédire la structure finale du couchage Modèle basé sur la méthode de Monte- Carlo Inclut les variables du procédé et les effets de taille et de forme des particules

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45 45 Prédire la structure finale du couchage Modèle basé sur la méthode de Monte- Carlo Inclut les variables du procédé et les effets de taille et de forme des particules

46 46 Mélange de pigments de formes différentes =6 =2 Solids content = 50% Pigment synergy =10 = Pore volume fraction (%) Blending ratio CaCO 3 Clay

47 47 La modélisation numérique au niveau des particules est bien adaptée à létude du papier Elle permet de mieux comprendre les mécanismes gouvernant certains phénomènes reliés à la performance du papier (filtration, impression, couchage,…). Cest un outil puissant et polyvalent Conclusion générale

48 48 (De Faucompret, Drolet & Dai, 2007) Structure des panneaux OSB

49 49 Ministère du Développement Économique, de lInnovation et de lExportation du Québec (MDEIE) CRSNG Partenaires industriels de SENTINEL Remerciements

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