Missions

Contexte
Le procédé d'infiltration chimique en phase vapeur (CVI) est un procédé intéressant pour la fabrication de matériaux composites. Le principe est d'infiltrer un substrat à l'aide de gaz précurseurs, ce qui va provoquer une réaction chimique entre les gaz et le matériau, et la densification dudit substrat. Ce procédé étant long et couteux, l'idée est de l'améliorer en imposant un gradient thermique au substrat : le cœur du substrat doit être plus chaud que les bords pour optimiser la densification et limiter au maximum la porosité résiduelle du composite. Ce gradient thermique permettra également d'accélérer la réaction chimique et de baisser le temps de fabrication.
Objectifs
Le travail proposé ici est de modéliser ce procédé dans le but d'améliorer son efficacité tout en préservant la qualité des matériaux composites produits. On s'intéressera au dimensionnement et à l'évaluation des performances du procédé appliqué à des situations réelles (infiltration pour la production de pièces réelles : plaques, plaques gauchis, cônes …). Le résultat attendu est la proposition de conditions optimales pour des infiltrations sur pièces réelles.

Activités

Programme de travail
A l'aide d'un logiciel de résolution d'équations aux dérivées partielles tels que FreeFEM++, FlexPDE etc…, modéliser le procédé multiphysique CVI à gradient thermique « homogénéisé » (échelle macroscopique) et simuler l'infiltration et la densification pour la fabrication de pièces réelles. On se focalisera sur la modélisation couplant la thermique, la chimie (réaction chimique entre le substrat et les gaz) et le phénomène de densification. Ce travail demandera une étude bibliographique pour l'élaboration de bases de données de cinétiques chimiques de dépôts, de propriétés thermiques concernant les matériaux infiltrés, et de propriétés de transport de gaz.
Pour aller plus loin, on pourra s'intéresser aux hétérogénéités locales du matériau en prenant en compte les échelles mésoscopique/microscopique (accessible à l'aide de tomographies à rayon X et microscopie) dans le but d'enrichir le modèle (calcul basé image).

Compétences

Doctorat en modélisation et simulation numérique avec une expérience dans l'étude de problèmes multiphysiques.

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 33 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 33 personnels permanents, une vingtaine de doctorants et 6 post-doctorants.

Contraintes et risques

Néant