Description du sujet de thèse

THESE REFERENCE : TH2403CE
Modélisation multi-échelle des milieux poreux
réactifs à haute température par méthode de
Boltzmann sur réseau
Contexte
Dans le cadre du développement de matériaux adaptatifs destinés à des applications dans le domaine spatial, le
CEA-DAM étudie des conceptions innovantes telles que les matériaux composites à matrice céramique. La prévision
du comportement de ces matériaux soumis à des flux aérodynamiques extrêmement sévères nécessite l’étude des
mécanismes d’ablation, de production d’oxydes liquides et de leur imprégnation à l’intérieur du réseau poreux du
composite.
Introduites pour la première fois en 1960, les méthodes numériques classiques sont aujourd’hui omniprésentes
dans les codes de calcul, mais elles présentent néanmoins leurs limites. Il devient très difficile d’appliquer ces méthodes
dans des systèmes composés de conditions aux bords difficiles à considérer (bords mobiles, par exemple) ou d’obstacles
(milieux poreux, par exemple). Elles peuvent également être très dans des systèmes à très petite échelle. Ce n’est qu’en
1988 que la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) a été introduite pour surmonter ces inconvénients. Les études
préliminaires réalisées au LCTS ont prouvé que la méthode LB est une véritable alternative aux méthodes numériques
traditionnelles. Cependant, on ne peut ignorer certaines pistes de développement. D’une part, très peu d’études dans la
littérature ont proposé une méthode implicite appliquée à la LBM, ce qui est primordial pour réduire le temps de calcul,
ce dernier devenant important pour les études tridimensionnelles. Cependant, la préservation de l’asymptotique
(Asymptotic Preserving AP) devrait être respectée pour assurer la convergence du système. D’autre part, les études de
la méthode avec des maillages non-structurés ou adaptatifs s’avèrent indispensables afin de prendre en compte la
structure globale d’un composant composite avec l’aide de la tomographie.
Pour les composites ablatifs, les différents composants présentent des propriétés thermophysiques différentes,
qui ont un impact significatif sur la réponse à haute température du matériau. Les modèles d’ablation macroscopiques
abordent ce problème en considérant le matériau composite de protection thermique comme un tout. À l’échelle
mésoscopique, les chercheurs se concentrent souvent sur le comportement thermomécanique des composites. Il est
nécessaire d’étudier la pyrolyse du matériau à l’échelle thématique et de clarifier le mécanisme des caractéristiques de
la structure mésoscopique sur la réponse à l’ablation du matériau. De plus, des matériaux de protection thermique, dans
certaines conditions, pourraient se transformer en phase liquide transitoire, subissant une forte pression et s'imprégnant
dans un milieu poreux. Ces phénomènes physiques sont très difficiles à gérer à l’échelle microscopique avec les codes
traditionnels.
Objectifs:
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Il est proposé ici développer des outils pratiques de modélisation « multi-physique, multi-échelle » permettant
de suivre les phénomènes d’ablation et de pyrolyse des matériaux composites soumis aux flux thermiques intenses.

Contexte de travail

Le LCTS est un laboratoire qui est localisé sur le campus bordelais; c'est une unité mixte à quatre tutelles - le CNRS, l'Université de Bordeaux, le groupe Safran et le CEA. Il totalise déjà 35 ans de recherches amont sur les composites réfractaires, matériaux très hautes performances employés dans l'aéronautique, le spatial et le domaine de l'énergie. C'est une équipe unique travaillant en mode projet en partenariat étroit avec ses cotutelles non-académiques. Il y a actuellement 34 personnels permanents, une quinzaine de doctorants et 4 post-doctorants.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Travail en zone ZRR