Frédéric GRUY

 

 

                                          

 

Description : Agr3D_sph3_M3_R15_P300_2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GRUY Frédéric né le 2/7/1955 à Arras (France)

Nationalité française

Professeur

 

Responsable de l’équipe “Procédés en Milieux Divisés et Multiphasiques

Ecole Nationale Supérieure des Mines (ENSM) de Saint-Etienne

158, cours Fauriel, 42023 Saint-Etienne, France

gruy@emse.fr

 

 

Formation :

Ancien élève de l’Ecole Normale Supérieure, Cachan

Agrégation de Sciences Physiques

DEA en chimie organique physique

DEA en génie des procédés

Doctorat : « surface area change of titania and ceria powders in presence of hydrogen chloride: modelling”

HDR (Habilitation à Diriger des Recherches): « Dynamics of a population of particles or crystals: experiments and modelling »

 

Enseignement :

Physique statistique

Physique de la matière condensée

Cristallisation-précipitation

Turbulence, Ecoulements polyphasiques

 

Recherche :

 

 

                                                            

 

 

Thématique de recherche : Dynamique de population de cristaux, particules ou cellules

 

Mots-clés : Physique statistique, Bilan de population, Cristallisation, Précipitation, Mécanique des fluides, Optique des milieux dispersés.

 

Je travaille depuis 1987 à l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne sur des sujets relevant de la physique et de la physico-chimie des poudres et des suspensions de petites (nano et micro) particules. L’application visée est la compréhension et la maîtrise de la cristallisation ou de la précipitation de petites particules. Je m’intéresse plus particulièrement aux mécanismes sous-jacents à la dynamique de populations de particules. Les phénomènes pris en compte sont la nucléation de nouvelles particules, leur croissance ou dissolution, la sédimentation et l’agrégation/agglomération. L’outil théorique permettant de modéliser la dynamique d’une population de particules est le bilan de population, qui est, sous sa forme continue, une équation intégro-différentielle, dont la solution est la densité de population, fonction du temps, des variables d’espace et de variables décrivant les propriétés des particules (volume, porosité …..). Parallèlement, nous réalisons des expériences de cristallisation ou de précipitation. L’évolution de la suspension est suivie à l’aide de différents capteurs et, en particulier, de capteurs optiques apportant une information de nature granulométrique. Le phénomène physique qui est exploité est la diffusion de la lumière par de petites particules. La connaissance de l’interaction entre la lumière et les particules de morphologies variées est donc primordiale. Pour un système physico-chimique donné, la comparaison de l’expérience et de la modélisation permet de remonter à des informations cinétiques et morphologiques sur le système étudié. Cette démarche est appliquée à des systèmes physico-chimiques (synthèse de nano-particules et micro-particules), mais aussi à des systèmes biologiques (par exemple, réponse immune d’une population de lymphocytes à une attaque virale).

 

Plus précisément, deux sujets me préoccupent depuis 2007 (publications ci-dessous) :

 

-       l’étude de la relation entre géométrie-topologie et propriétés mécaniques ou optiques de particules et agrégats de particules.

Le calcul exact des propriétés physiques (de particules) pertinentes pour l’étude de la cristallisation-précipitation (section efficace de diffusion de lumière, coefficient de traînée …) est possible, mais difficile (résolution numérique avec de longs temps de calcul). S’il est raisonnable de le faire pour une particule unique, il est hors de question de le faire pour une population de particules. Il est donc intéressant de chercher des relations approchées, quasi-analytiques, pour ces grandeurs physiques. Comme ces dernières sont fortement dépendantes de la morphologie de la particule, les approximations recherchées contiendront explicitement l’information morphologique sous la forme de distributions de paires, de cordes ou de leurs moments, objets mathématiques bien connus en stéréologie et géométrie iintégrale.   

 

-       La modélisation des phénomènes physiques et biologiques au moyen de bilans de population multidimensionnels.

Longtemps, la dynamique de population a été étudiée en assimilant les particules ou les cristaux à des sphères caractérisées par leur rayon ou leur volume. Le bilan de population, ne comportant alors qu’une variable interne, est dit unidimensionnel. Une description plus réaliste des particules nécessite plusieurs variables internes (volume de matière et porosité pour un agrégat, longueur et diamètre pour une aiguille, …). Le bilan de population devient alors multidimensionnel. Des complications surviennent à différents niveaux : gestion de variables internes plus ou moins couplées… Ceci entraîne une modélisation plus complexe et des méthodes de résolution peu développées.

 

 

 

Encadrement de 20 doctorants

 

 

Relations internationales :

Politecnico di Torino (Italy), TU Dresden (Germany), TU Berlin (Germany), UFRGS (Porto Allegre, Brasil), IPT (Sao Paulo, Brasil)

 

Partenariat industriel :

CEA, Arcelor-Mittal, Total, Biomérieux


 

Liste de publications (2007-2012):

 

Revues internationales avec comité de lecture

 

Ø Approximation of the scattering cross section for aggregated spherical particles, JQRST, 106, 133-144, 2007, F. Gruy and S. Jacquier

 

Ø Anomalous Diffraction Approximation for light scattering cross section: case of ordered clusters of non-absorbent spheres, JQRST, 109, 789-810, 2008,  S. Jacquier and F. Gruy

 

Ø The chord length distribution of a two-sphere aggregate, Computational Materials Science, 44, 218-223, 2008, F.Gruy et S. Jacquier

 

Ø Mathematical Modeling of T cell Activation Kinetics, J. of Computational Biology, 15 (1):105-28, 2008, C. Bidot, F. Gruy, C.S. Haudin, F.Z. Elhentati, B. Guy, C. Lambert

 

Ø Effect of precipitation conditions on the morphology of strontium molybdate agglomerates,  Journal of Crystal Growth, 310, 4152-4162, 2008, A. Cameirao, R. David, F. Espitalier, F. Gruy

 

Ø Anomalous Diffraction Approximation for light scattering cross section: case of random clusters of non-absorbent spheres, JQRST, 109, 2794-2803, 2008,  S. Jacquier and F. Gruy

 

Ø Light scattering cross section as a function of pair distribution density, JQRST, 110, 240-246, 2009,  F. Gruy

 

Ø Synthesis of zinc sulphide multi-scale agglomerates by homogeneous precipitation : parametric study and mechanism, Journal of Crystal Growth,  311(8), 2459-2465, 2009, M.K. Mekki Berrada, F.Gruy, M. Cournil

 

Ø Precipitation dynamics of zinc sulphide multi-scale agglomerate, AIChE Journal, 55(10), 2553-2562, 2009, F. Gruy, M.K. Mekki Berrada, M. Cournil

 

Ø Discussion of agglomeration mechanisms between hydrate particles in water in oil emulsions, Oil & Gas Science and Technology, 64, 629-636, 2009, E. Colombel, P. Gateau, L. Barré, F.Gruy and T. Palermo

 

Ø Variability of CD3 membrane expression and T cell activation activity, Cytometry: part B : clinical cytometry, 78B, 105-114, 2009, F.Z El Hentati, F. Gruy, C. Iobagiu, C. Lambert

 

Ø Application of scattering theories to the characterization of precipitation processes, Light Scattering Reviews, pp37-78, 2010, Ed. A. Kokhanovsky, S. Jacquier, F.Gruy

 

Ø Geometrical characterization of various shaped 3D aggregates of spherical primary particles by radial distribution functions, 2010, Lecture Notes in Computer Science, Vol 6112, 434-443, M. Lagarrigue, J. Debayle, S. Jacquier, F. Gruy, J.C. Pinoli

 

 

Ø Population balance for aggregation coupled with morphology changes, Colloids & Surfaces A: Physico-chemical & Engineering Aspects 374, 69-76, 2011, F. Gruy

 

Ø Relationship between the morphology and the light scattering cross section of optically soft aggregates, JQRST, 112, 2609-2618, 2011,  F. Gruy

 

Ø Dissecting single T cell activation dynamics using population balance approach of flow cytometry data, submitted, F. Gruy, F.Z. El Hentati, C. Lambert

 

Ø The use and abuse of mathematical modelling in immunology, submitted, F.Z. El Hentati, G. Dasgupta, F. Gruy, L. BenMohamed

 

Ø Approximation for the light scattering cross section of optically hard aggregates, JQRST, 113, 704-714, 2012, M. Lagarrigue, S. Jacquier, J. Debayle, J.C. Pinoli, F. Gruy

 

Ø Modelling of aggregate restructuring in a weakly turbulent flow, Colloids & Surfaces A: Physico-chemical & Engineering Aspects 395, 54-62, 2012, F. Gruy

 

 

Actes de conférence avec comité de lecture

 

Ø Approximation for scattering properties of aggregated spherical particles, Nuernberg PARTEC 2007, S. Jacquier and F. Gruy

 

Ø Etude expérimentale de la dissolution des matrices hydrophiles complexes à base d’hydropromellose et de principes actifs, SFGP 2007, Récents Progrès en Génie des Procédés, 96, E. Serris, F. Gruy, G. Thomas, S. Lefebvre, R. Cazes, G. Trouvé

 

Ø Dissociation des hydrates de méthane dans un milieu poreux : modèle et outil expérimental, SFGP 2007, Récents Progrès en Génie des Procédés, 96, N. Tonnet, J.M. Herri, F. Gruy

 

Ø Modelling of SrMoO4 precipitation at small supersaturations, ISIC 17, 2008, A. Cameirao, R. David, F. Espitalier, F.Gruy

 

Ø Relation entre morphologie et signature optique pour les particules nano et micrométriques, Cristal5, Edité in Récents Progrès en Génie des Procédés, 2008, F. Gruy

 

Ø Etude de l’agglomération d’une suspension de particules de glace et d’hydrate de fréon dans une phase hydrocarbure, Cristal5, Edité in Récents Progrès en Génie des Procédés, 2008, E. Colombel, T. Palermo, F. Gruy, L.Barré, P.Gateau

 

Ø Caractérisation des nanoparticules et précipitation, Cristal5, Edité in Récents Progrès en Génie des Procédés, 2008, F. Gruy

 

 

Ø Dynamique de la précipitation homogène d’agglomérats multi-échelle de sulfure de zinc, Cristal5, Edité in Récents Progrès en Génie des Procédés, 2008, F. Gruy, M. Cournil, M. Kamal Mekki Berrada

 

Ø Modélisation de la précipitation du molybdate de strontium : effet de la vitesse d’agitation, Cristal5, Edité in Récents Progrès en Génie des Procédés, 2008, A.Cameirao, F. Espitalier,  R. David, F.Gruy

 

Ø Cours en ligne sur les fondamentaux de la cristallisation et de la précipitation: lien recherche / enseignement, Cristal5, Edité in Récents Progrès en Génie des Procédés, 2008, F. Espitalier, F. Baillon, R. David, F. Gruy, A. Gaunand, J. Schwartzentruber, M. Cournil, A. Cameirao, A. Momm, K. Oliver, É. Loubignac, N. Lours

 

Ø Study of agglomeration of ice particles and of trichlorofluoromethane hydrate particles suspended in a hydrocarbon phase, Proceedings of the 6th ICGH , Vancouver, 2008, E. Colombel, T. Palermo, L. Barré, P. Gateau, F.Gruy

 

Ø Les lymphocytes sont-ils tous égaux devant une stimulation antigénique, 2008, SFI (immunologie) congrès, Paris, FZ El Hentati, F. Gruy, C. Genin, C. Lambert

 

Ø Controlled precipitation of an inorganic compound in solution using a polymeric matrix, Récents Progrès en Génie des Procédés, 98, 2009, M. Gellner, A. Cameirao, E. Serris, F.Gruy

 

Ø Sedimentation of fractal aggregates, IACIS, 2009, N.Y, F. Babick, M. Stintz, F. Gruy,

 

Ø Mesure de la force de traînée sur un agrégat, Récents Progrès en Génie des Procédés, 98, 2009, F. Gruy, G. Hilpmann, JP Poyet, F. Babick

 

Ø Etude expérimentale de l’agrégation de microparticules dans un métal liquide, Récents Progrès en Génie des Procédés, 98, 2009, S. Tabone, A. Lallemand, F. Gruy

 

Ø Méthode approchée pour la reconstruction de la densité de population : cas de l’agrégation-agglomération, Cristal 6, Récents Progrès en Génie des Procédés, 2010, F. Gruy

 

Ø Geometrical characterization of various shaped 3D-aggregates of  primary spherical particles by radial distribution functions, ICIAR 4, 2010, M. Lagarrigue, J. Debayle, S. Jacquier, F. Gruy, JC Pinoli

 

Ø Multiscale agglomerates : relationship between morphology and optical properties, WCPT 06, 2010, M. Lagarrigue, J. Debayle, S. Jacquier, F. Gruy, JC Pinoli

 

Ø Influence du frittage interne sur la vitesse de restructuration d’un agglomérat, Matériaux 2010 (Nantes), F. Gruy

 

Ø Modèles physiques simples pour décrire la complexité,  colloque de physique générale “ Modèles physiques simples pour décrire la complexité », Saint-Etienne, 2011, F. Gruy

 

Ø Dynamique de restructuration d’agrégats, colloque de physique générale “ Modèles physiques simples pour décrire la complexité », Saint-Etienne, 2011, F. Gruy

 

Ø Two-fluid numerical approach for under-expanded gas-into-liquid sodium jets, 10th Joint HZDR & ANSYS Germany Multiphase Flow Conference & Short Course - Simulation, Experiment and Application, June 2012, Dresden, Germany,  Daniele Vivaldi, F. Gruy, N. Simon

 

Ø Mathematical modeling for the activation of T-lymphocytes: Population balance modeling with non-conventional growth law, 5th Asian Particle Technology Symposium (APT), Singapore,  2012 Ali Q., Touboul E., Gruy F. and Lambert C.

 

Ø Agglomération avec restructuration dans un écoulement faiblement turbulent, Science et technologie des poudres, Toulouse, 2012, F. Gruy