M2. Influence de la géométrie des releveurs sur la trajectoire de charge et l’énergie dissipée sur le revêtement (DEM, YADE)

Niveau : Master 2 · Nature : simulation numérique · Coût : nul Problème Le profil des releveurs (hauteur, angle de face) détermine la hauteur à laquelle les boulets sont soulevés, leur point de chute et la répartition des chocs et des glissements sur le revêtement. Sur le plan technique, un profil mal choisi envoie des boulets frapper directement la virole au-dessus du pied de charge, ce qui accélère l’usure et peut casser les pièces. Sur le plan scientifique, il s’agit de quantifier, par un indicateur énergétique, comment la géométrie des releveurs redistribue l’énergie dissipée sur les surfaces du revêtement. État des connaissances (à approfondir) • Powell (1988) a montré, par un modèle de trajectoire et des essais filmés dans un broyeur à extrémités vitrées, que la hauteur du releveur influence fortement les trajectoires jusqu’à une hauteur critique, au-delà de laquelle l’effet devient faible. L’angle de face influence fortement la hauteur des trajectoires, et la puissance diminue quand la hauteur des releveurs augmente. • Cleary (2001) a étudié par DEM la sensibilité de la charge et de la puissance à la géométrie du revêtement. • Boemer et Ponthot (2017) ont proposé une procédure générique de prédiction de l’usure des revêtements de broyeurs à boulets fondée sur l’énergie dissipée aux contacts calculée par DEM. • Powell et al. (2011) ont étudié l’évolution du profil des revêtements et son effet sur le taux de broyage. • Mei et al. (2025) ont comparé trois formes de plaques de revêtement par couplage DEM-éléments finis, avec une validation par scan laser après 3192 h de service. Hypothèses de travail • H1. Le classement relatif des profils de releveurs est robuste même sans coefficient d’usure calibré : on compare des énergies, pas des profondeurs absolues. • H2. L’angle de face pilote la hauteur des trajectoires, donc la part d’énergie dissipée par impact direct sur la virole. • H3. Un modèle quasi-2D suffit pour comparer les profils entre eux. Objectifs Objectif général : établir, par simulation DEM, l’effet de la hauteur et de l’angle de face des releveurs sur la trajectoire de la charge et sur la répartition de l’énergie dissipée sur le revêtement. Objectifs spécifiques : • Paramétrer la géométrie de 4 à 6 profils de releveurs : plusieurs hauteurs à angle fixe, puis plusieurs angles à hauteur fixe. • Simuler chaque profil à vitesse et remplissage fixes, après vérification de la stabilité numérique et du régime permanent. • Extraire l’énergie dissipée par zone de surface (face du releveur, sommet, virole) et localiser le point d’impact de la cataracte par rapport au pied de charge. • Mesurer la puissance absorbée pour chaque profil et la comparer aux tendances publiées. • Classer les profils et formuler des recommandations de conception. Livrables attendus • Scripts YADE de génération des géométries, de simulation et de post-traitement. • Tableau comparatif des profils : énergie par zone, position d’impact, puissance. • Note de recommandations de conception des releveurs. Conditions préalables et dépendances • Un ordinateur d’au moins 8 Go de RAM sous Ubuntu, ou sous Windows avec WSL. • Aucune dépendance à un autre sujet : le candidat construit son propre modèle. • Risque maîtrisé : l’extraction de l’énergie par zone est la partie la plus exigeante. On commence par l’énergie totale par surface, puis on affine. Compétences • Exigées : dynamique du solide, bases de Python, dessin assisté par ordinateur. • À développer : méthode des éléments discrets, YADE sous Linux, génération de géométries maillées, bilans d’énergie aux contacts. Sources pour démarrer • Powell, M. S. (1988). The effect of liner design upon charge motion in a rotary mill. Mémoire de Master, University of Cape Town. Lien : https://open.uct.ac.za/items/c8963f5b-51e5-4f4b-9fa7-0d4f69bb70d5 • Cleary, P. W. (2001). Charge behaviour and power consumption in ball mills: sensitivity to mill operating conditions, liner geometry and charge composition. International Journal of Mineral Processing, 63(2), 79-114. • Boemer, D., & Ponthot, J.-P. (2017). A generic wear prediction procedure based on the discrete element method for ball mill liners in the cement industry. Minerals Engineering. • Powell, M. S., et al. (2011). DEM modelling of liner evolution and its influence on grinding rate in ball mills. Minerals Engineering. • Mei, X., Du, H., Yao, W., & Liu, A. (2025). Investigating the wear evolution and shape optimize of SAG mill liners by DEM-FEM coupled simulation. Minerals, 15(11), 1155. Lien : https://www.mdpi.com/2075-163x/15/11/1155 • Yin, et al. (2024). Effect of grinding media grading on liner wear and load behavior in a ball mill by using Rocky DEM. • Šmilauer, V., et al. Yade Documentation. yade-dem.org : https://yade-dem.org/doc/