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Frank DUBOIS


coordonnées


Frank DUBOIS
tel 02 650 42 83, fax 02 650 31 26, Frank.Dubois@ulb.ac.be
Campus du Solbosch
CP165/62, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles




unités de recherche


Chimie-physique E.P.- Microgravity Research Center [Physical Chemistry Dept A.S. - Microgravity Research Center] (MRC)



projets


Prodex BIOMICS: (Biomimetic and Cellular Systems) [Prodex BIOMICS: (Biomimetic and Cellular Systems)]
L'objectif de ce projet vise en l'étude, par holographie digitale, du comportement hydrodynamique de vésicules phospholipidiques et globules rouges qui modélisent les flux sanguins. Les expériences sont menées sur terre et en microgravité (Avion ZERO G du CNES et fusée sonde MASER) http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1012 [The project aims to quantify, without the effect of the gravity, the dynamical regimes of biomimetic systems under flow. The main measurement system is based on a digital holographic microscope. The main achievement of the project is the data analysis of a souding rocket experiment. It will result from a preparatory phase including experiments on ground and during parabolic flights campaigns.http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1012]

Prodex CMP [CMP Prodex: Cloud Manipulation Phenomena (within ICAPS overall project)]
L'Interactions des Systèmes de Particules Cosmiques et Atmosphériques (Interactions in Cosmic and Atmospheric Particles Systems ' ICAPS) est l'un des programmes scientifiques en recherche fondamental sous conditions de microgravité qui est amené à améliorer nos connaissances à propos de l'agglomération de poussières dans les processus astrophysiques liés à la formation de la matière proto-planétisimal. L'idée expérimentales est de produire des nuages d'une densité de plusieurs millions de particules de taille micrométrique pas centimètre cube avec une pression du gaz d'environ 1 mbar, et d'étudier l'évolution du nuage ' cinématique de l'agglomération des particules, et structures tridimensionnelles d'agglomérats étendus. La faible pression est nécessaire afin de fournir l'agglomération par mouvement Brownien. Au sol, à une pression si faible, les particules tombent trop rapidement pour pouvoir former le moindre petit agglomérat. Les agglomérats étendus, qui se seraient formés, ne pourraient soutenir leur propre poids qu'en microgravité. Cependant, même sous conditions de microgravité artificielle, les expériences astrophysiques ont certaines limitations pour ce qui est de l'observation d'agglomérat pendant une durée suffisamment longue : 1) La diffusion naturelle du nuage due au mouvement Brownien, 2) La diminution du nombre de particule due à l'agglomération, 3) le déplacement du nuage dû à des perturbations résiduelles. Le projet de « Phénomène de Manipulation de Nuage » est amené à développer des systèmes et des méthodes expérimentaux pour étudier les processus d'agglomération sous conditions de microgravité. En particulier, nous développons un manipulateur pour des particules individuelles, et pour le nuage de particules en utilisant les forces thermophorétiques, et nous étudions les phénomènes de physique des fluides en découlant.http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1008 [Interactions in Cosmic and Atmospheric Particle Systems (ICAPS) is one of European Space Agency's scientific programs in fundamental research at microgravity conditions that is aimed at increasing our knowledge about dust agglomeration in astrophysical processes related to proto-planetary matter formation. The experimental idea is to produce dense clouds with millions of micrometer-sized particles per cubic centimetre at gas pressure around 1 mbar and to study cloud evolution ' kinetics of particle agglomeration and three-dimensional structures of growing extended agglomerates. Low pressure is needed to provide Brownian aggregation. On the ground, at such low pressure the particles fall down too quickly to form even small agglomerates. Extended agglomerates, would they grow, may sustain their own weight only in microgravity. However, even in microgravity conditions of man-made astrophysical experiments there are severe limitations on the way of observation of sufficiently long agglomeration: 1) natural cloud spread due to Brownian diffusion, 2) cloud particle number depletion due to agglomeration and 3) cloud sweeping away by residual perturbations. The Cloud Manipulation Phenomena project is aimed at development of experimental system and methods for investigation of agglomeration processes in microgravity conditions. Particularly, we develop a manipulator for individual particles and for a dust cloud using thermophoretic force and we investigate related phenomena in fluid physics. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1008]

Prodex DCMIX [Prodex DCMIX]
Le projet DCMIX étudie les transports de matière dans les systèmes ternaires au travers d'expériences en microgravité. Il existe plusieurs formalismes et théories dans la littérature pour décrire la thermodiffusion dans un système multicomposant mais un manque de données empêche leur validation. Seul un petit nombre de techniques expérimentales permet d'étudier un système binaire avec des coefficients Soret négatifs. La vision à long terme consiste à comprendre le fonctionnement de la diffusion et de la thermodiffusion dans les systèmes multicomposants.Les méthodes optiques modernes requièrent (N-1) sources de lumière indépendante pour analyser un système à N composantes. Deux longueurs d'ondes lambda son donc nécessaires pour mesurer les coefficients de diffusion dans un mélange ternaire. Le succès de l'expérience dépend non seulement de la variation de l'indice de réfraction en fonction de la concentration (dn/ dc) de chaque composant mais également de la matrice composée des [(d(nlambda),j/d(ci)], i,j=1,2. Deux lasers (, lambda=670 nm et lambda=925) sont installés sur l'instrument SODI à bord de l'ISS. A l'aide de cet instrument La première DCMIX en microgravité a d'ores et déjà analysé le système Tétrahydronaphtalène/ Isobutylbenzène/ Dodécane.La prochaine expérience concerne le système Toluène/ Méthanol/ Cyclohexane. Les études préliminaires révèlent la présence dans ce système de coefficients Soret négatifs.Objectifs: - Mesures de coefficient de diffusion et de thermodiffusion dans des mélanges ternaires qui sont fortement affectée par la présence de convection. - Permettre de comprendre comment les coefficients de thermodiffusion dans les systèmes ternaires sont relies à ceux des systèmes binaires. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1013 [DCMIX project is focused on the investigation of the mass transport in ternary mixtures including experiment under microgravity conditions. Different formalisms and theories exist in literature to describe the thermodiffusion effect in multicomponent mixtures but there is a lack of experimental data for their validations. There exist only a few experimental techniques which allow studying the binary systems with negative Soret coefficients. The long-term vision is to understand kinetic of thermal diffusion in multicomponent systems.Application of modern optical methods requires (N-1) independent light sources for the mixture with N components. Two wavelengths lambda i are needed for measuring (thermo) diffusion coefficients in ternary mixtures. The success of the experiments depends not only on variation of refractive index with concentration (dn/ dc) of individual components but on the matrix composed by [(d(nlambda),j/d(ci)], i,j=1,2. Two light sources, lambda=670 nm and lambda=925 nm are available inside SODI instrument onboard the ISS. The first microgravity experiment DCMIX analyzed the hydrocarbon mixture (TNH-IBB-C12 ) .The next subject of DCMIX is the mixture Toluene (T) / Methanol (M) / Cyclohexane (CH). The preliminary ground experiment reveals strong instability which indicates at negative Soret coefficients. Objectives :' Measurement of diffusion and thermodiffusion coefficients in ternary mixture which are strongly affected by convection in the presence of gravity. ' Achieve a quantitative understanding of how thermodiffusion coefficients in ternary mixtures are related to those in binary mixtures.http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1013]

Prodex EVAPORATION [EVAPORATION Prodex]
Etude de la convection et des échanges de masse aux interfaces liquides [Liquid interfaces convection and mass transfer study]

Holoflow 1
Obtenu dans le cadre le l'appel Impulse 2008 environnent de l'IRSIB de la Région Bruxelles Capitale. Prévu sur une durée de 3 ans, le projet, dont le MRC est le coordinateur vise en l'application de l'holographie digitale pour le monitoring de l'eau. Deux autres laboratoires de l'ULB et un laboratoire de la VUB sont partenaires. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1011 [Digital holography application on water purity monitoring. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1011]

Holoflow2
Suite du projet Holoflow1 qui a été obtenu dans le cadre le l'appel Impulse 2008 environnent de l'IRSIB de la Région Bruxelles Capitale. Prévu sur une durée de 2 ans et demi, le projet, dont le MRC est le coordinateur vise en l'application de l'holographie digitale pour le monitoring de l'eau et l'industrialisation des applications par la spin-off Ovizio. Un autre laboratoire de l'ULB et un laboratoire de la VUB sont partenaires. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1016

Heat Transfer Prodex [Heat Transfer Prodex]
Heat Transfer [Heat Transfer is an ubiquitous phenomena found in many industrial applications. In some applications like electronic cooling it has become the limiting factor dictating further development. Boiling, evaporation and condensation are used in many engineering fields and, particularly, in space applications. Experimental and theoretical study of various physical phenomena in fluids in the vicinity of the contact line on simple and complex substrates is very important in view of space exploration and the micro-cooling, micro-fluidic devices.We at MRC-ULB are performing work on Loop Heat Pipes for terrestrial and aerospace application. Loop Heat Pipes are passive heat transfer devices able to transfer heat over very long distances (up to 10-15m) with small temperature differences. They have been conceived for space application in the late 70's but are being applied to terrestrial application as well.We are also looking at condensation problems on curvilinear surfaces for application inside advanced heat exchangers with enhanced surfaces.The evaporation of self-rewetting fluids is another strand of research at MRC-ULB. Self-rewetting fluids are mixtures that exhibit an increasing surface tension with temperature and concentration. Since in the course of liquid/vapour phase change, self-rewetting fluids behaviour induces a rather strong liquid inflow (caused by both temperature and concentration gradients) from the cold region (where liquid condensates) to the hot evaporator region, several interesting applications may be envisaged, e.g. the development of advanced wickless heat pipes for utilization in reduced gravity environments.]

IR Digital holography [IR Digital holography]
Projet coordonné par le Centre Spatial de Liège visant en la mise au point de technique de non-destructive testing par holographie digitale dans le domaine de l'infrarouge. [Non-destructive testing adjust by digital holography in IR field]

JEREMI (Japanese-European Research Experiment on Marangoni Instabilities) [JEREMI (Japanese-European Research Experiment on Marangoni Instabilities)]
Ce projet met l'accent sur l'étude du transfert thermique à travers l'interface liquide/gaz d'une colonne cylindrique (modèle du « pont liquide »). Cette étude se focalise sur l'influence des conditions ambiantes sur le comportement de l'interface libre et sur les écoulements qui prennent naissance dans le cylindre liquide. Ce couplage est très complexe entre les écoulements et les transferts de chaleur dans la phase liquide limitée par une interface déformable. La plupart des études antérieures négligent totalement les conditions ambiantes et utilisent des conditions adiabatiques sans contraintes mécaniques, ou utilisent des modèles élémentaires et grossiers. En plus d'utiliser des gaz différents, des perturbations supplémentaires seront imposées via une modulation de l'écoulement du gaz le long de l'interface du pont liquide. Pour rencontrer les différents objectifs de ce projet, il faut en parallèle améliorer les outils théoriques, les codes numériques et les techniques expérimentales. Ce projet conjoint Japon-Europe (JAXA-ESA) sera réalisé à bord de l'ISS en 2012-2013. Les conditions de microgravité permettront d'étudier: Les rôles distincts des contraintes mécaniques (écoulement forcé de gaz autour de l'interface) et thermiques (échange de chaleur avec l'environnement) sur le déclenchement des instabilités, ce qui ne peut se faire qu'en microgravité. L'effet du gaz ambiant sur des ponts liquides de grands diamètres (avec un petit rapport surface/volume) et donc avec un grand rapport d'aspect. Effet de l'écoulement du gaz ambiant sur la forme idéale d'un pont liquide. Le projet a démarré en 2009 avec un support financier du programme PRODEX. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1009 [Study of thermal transfer trough liquid/gas interface in cylindrical volume (liquid bridge model) http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1009]

MAP CBC
Etude de l'ébullition convective, de la condensation et de la dynamique de transfert [Convective boiling study]

MAP ENCOM
Etude et mise au point de dispositif de condensation pour la microgravité. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1017 [MAP Condensation (ENCOM-2) is a European Space Agency founded project involving 13 partners (9 academics and 4 industrial) with a budget of over 2m Euro spread over 3 years (2011-2014). ENCOM-2 looks at condensation of liquids (pure and mixtures) on external surfaces, convective condensation inside tubes, and inside heat pipes. ENCOM-2 also looks at the spreading of liquid drops on inclined surfaces.We at MRC-ULB are looking at condensation on curvilinear external surfaces of HFE-7100, measuring the condensate liquid thickness and evaluating the heat transfer coefficient if such advanced fin surfaces. Ground experiments are being carried out on a condensation test cell which will also be used for a parabolic flight campaign with the European Space Agency in May-June 2013.We are also building a test cell using sintered wicks heat pipes with transparent glass tubes which will allow for the first time to unveil the evaporation but especially the condensation phenomena taking place. This research topic is being carried out in collaboration with the university of Bergamo in Italy. This work is of paramount importance for electronic cooling, power electronic (IGBT) cooling, power plant cooling, etc.We will shortly be building a test rig to investigate convective condensation inside mini tubes using pure liquids. In particular we will investigate the effect of surface roughness and of monolayers on the condensation process. This work is in collaboration with the university of Mons in Belgium, LAPLACE in France, and the University of Padova in Italy. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1017]

PRODEX TRAS [PRODEX TRAS]
Dans le cadre du programme Prodex de BELSPO, l'ULB bénéficie d'un support pour la préparation, le développement de l'instrumentation d'expériences spatiales et de la Téléscience, technique permettant une interaction entre les expérimentateurs se trouvant au sol et l'expérience se trouvant dans l'espace. La téléscience a été déjà utilisée lors de nombreuses expériences depuis la Station Spatiale Internationale, de satelittes ou de fusées sondes Maser. [In the framework of Prodex program of BELSPO, ULB-MRC have a project for the preparation and supports of space experiments. This includes a support from the beginning of the preparation of the space experiment (ground experiments) till the operation of it from the ground. Telescience was used with success for many experiments on board the International Space Station, sattelites and Maser sounding rockets. ]

Prodex SAFIR [Prodex SAFIR]
Le projet vise en la mesure de l'évaporartion sur films minces. [thin film evaporation measurement]

DESISIV Waleo 2 [DESISIV Waleo 2]
Ce projet financé par la Région Wallonne vise en l'application de la microscopie par holographie digitale pour des applications biomédicales : La fusion cellulaire, le monitoring des bioréacteurs et l'embryologie. Le MRC est le coordonnent les travaux de deux autres laboratoires de l'ULB et un laboratoire de l'ULg. [Digital hlography microscopy for biomedical applications]

Prodex IVIDIL [Prodex IVIDIL:Influence of VIbration stimuli on DIffusion in Liquids]
Ce programme de recherche est mené par une équipe internationale composée de chercheurs belges (coordinateur), canadiens et russes en vue d'étudier l'influence des vibrations sur la diffusion et la thermodiffusion dans les liquides. En plus des études théoriques et numériques, des expériences sont réalisées non seulement en laboratoire, mais aussi en conditions de pesanteur réduite au cours de vols paraboliques et à bord de la station spatiale internationale. Le développement, les tests pendant les campagnes de vols paraboliques et la mise en oeuvre d'IVIDIL sont réalisés par le groupe du MRC - NFL (Phénomènes non linéaires dans les liquides) avec le support de l'ESA et de la Politique Scientifique Fédérale. Depuis le 5 octobre et jusqu'à la fin de l'année 2009 l'expérience IVIDIL (Influence of Vibrations on Diffusion In Liquids) se déroule à bord de l'ISS, sous le contrôle de l'astronaute belge Frank De Winne (actuellement commandant de l'ISS), il est assisté par son collègue canadien Bob Trisk. Les opérations au sol sont conduites depuis le EUSOC à Madrid. Le contrôle précis de différents processus industriels requière la connaissance des coefficients de diffusion. La microgravité offre un environnement unique pour la mesure de ces coefficients de transport qui sont perturbés par la convection parasite induite par les différences de densité. Ces mouvements qui perturbent le transport purement diffusif des différents composants et de la chaleur sont éliminés en l'absence de pesanteur. Toutefois, des micro-accélérations (g-jitters) sont présentes sur la plupart des plateformes spatiales et pourraient altérer le bénéfice des mesures effectuées dans cet environnement de pesanteur réduite. Les coefficients de diffusion et de thermodiffusion dans des mélanges soumis à des vibrations contrôlées et parfaitement caractérisées en amplitudes et fréquences sont mesurés. Cela constituera une base de données de référence pour valider et tester les modèles et les codes numériques. En plus la convection induite par des mouvements vibratoires est un sujet d'étude contemporain qui jouit d'un intérêt certain en physique fondamentale. Les expériences en microgravité devraient apporter une meilleure connaissance de ce phénomène. http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1010 [In the frame of the ESA MAP Physical Sciences project ''Diffusion and Soret Coefficient Measurements for Improvement of Oil Recovery'', (or DSC) the experiment IVIDIL is planned to examine the influence of vibration stimuli on the diffusive phenomena. Molecular diffusion occurs when a concentration gradient exists in a mixture: there is a net mass flux that tends to decrease the magnitude of this concentration gradient. To describe the effect of temperature gradients on the separation of the components, the thermodiffusion process also called Soret effect is considered.http://67.199.102.30/mrc/fr/projects.cfm?id=1010]

PRODEX SoDi: (Selectable Optical DIagnostics). Mesure de coefficient de diffusion et Soret. Prévu à la mi-2007 à bord de la Station Spatiale Internationale [PRODEX SoDi: (Selectable Optical DIagnostics) . Diffusion and Soret coefficient measurement to fly onboard ISS in mid-2007]
qui a été développée en partie grâce au soutien des SSTC dans le cadre d'un programme Prodex. [The SODI facility for the MSG is a 2-wavelength Mach Zehnder Interferometer set-up and a thermal conditioner for liquid cells. It is designed to enable measurements diffusion coefficients in liquid mixtures, primarily crude oils. Thermodiffusion (Soret) coefficients will be measured by applying a thermal gradient to the cell; when relaxing the temperature gradient, one can then also measure isothermal diffusion. The set-up is designed to enable exchange of the cell in the conditioner and thereby, other experiments that can make use of the capabilities. The design will enable to mount the cell conditioner on a system generating low frequency vibrations so as to quantify their influence on the diffusion process (project IVIDIL: Influence of VIbration stimuli on DIffusion in Liquids).]



theses


Dubois, F., ''Reconnaissance optique de formes par la méthode des filtres de corrélation non-redondants. Application à l'invariance des rotations dans le plan.'', Dir. Prof. J. Ebbeni, Faculté des Sciences, Service d'Optique et d'Acoustique, ULB, Bruxelles, 1992



prix


Renommé le prix Zénobe de la Région Wallonne (2011)



disciplines et mots clés déclarés


Astrophysique Informatique appliquée logiciel Instrumentation et méthodes en physique Instrumentation scientifique Mécanique des fluides Physique de l'état condense [struct., propr. thermiques, etc.] Physique des phénomènes non linéaires Physique théorique et mathématique Rayonnement cohérent et holographie Techniques d'imagerie et traitement d'images Techniques séparatives Thermodynamique et thermochimie [physique]

aérosols agence spatiale européenne (esa) Agence Spatiale Européenne (ESA) agence spatial européenne (esa) agglomération de poussière classification d'organismes coefficient Soret convection détection 3d de particules diagnostic optique diagnostics optiques diffusion diffusion ternaire dynamique non linéaires ebullition echange de masse ecoulement diphasique evaporation fontainebleau benchmark heat holoflow holographie holographie digitale icaps instabilité et bifurcation interface interface liquide irsib laboratoire de physique des fluides Laboratoire de physique des fluides laboratoire orbital marangoni microgravité microgravité microscope microscopie holographiqu digitale e microscopie holographique digitale modélisation théorique et numérique monitoring of drinking water resources mrc pièges dynamiques satellite russe Foton selene téléscience thermodiffusion thermophorèse tour de chute traitement eau potable tras vésicules