Missions

Les travaux seront réalisés dans le cadre d'un projet ANR portant sur la métallurgie solaire. La réduction de l'oxyde de fer à l'aide de coke est le processus qui a donné naissance à la révolution industrielle. Cependant, il entraine 7% des émissions mondiales de CO2. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer un procédé métallurgique durable et à faible émission de CO2 utilisant l'énergie solaire concentrée pour la réduction du minerai de fer, et le remplacement du coke et du charbon par des réducteurs sans carbone tels que l'hydrogène.

Un nouveau réacteur à flux continu adapté à l'utilisation directe de l'énergie solaire concentrée pour la réduction du minerai de fer a été conçu et développé au laboratoire PROMES. Ce réacteur solaire permet l'injection de particules et l'extraction en continu des produits en atmosphère contrôlée. Il doit être testé au foyer d'un concentrateur solaire avec irradiation directe des particules d'oxyde de fer pour déterminer les performances telles que les rendements et la qualité des produits en fonction des différents paramètres de fonctionnement. Les produits obtenus seront également analysés par différentes techniques de caractérisation des matériaux afin de déterminer leur composition et morphologie. Des campagnes expérimentales seront donc menées afin de déterminer les performances du réacteur en fonction du type de réducteur.

En parallèle, le réacteur solaire sera modélisé par deux approches : modèle CFD (Computational Fluid Dynamics) et simulation globale en dynamique qui seront validées par comparaison avec les résultats expérimentaux. Le modèle CFD (Ansys Fluent) permettra notamment de déterminer les profils de température et de vitesse dans l'écoulement. Un modèle diphasique sera développé prenant en compte les phénomènes de transferts, l'écoulement et la cinétique de réaction. D'autre part, la simulation dynamique du système sera basée sur un modèle global permettant la résolution des bilans matière et énergie en régime transitoire, ce qui permettra de prédire les productions envisageables en prenant en compte la variabilité saisonnière et journalière de l'irradiation solaire.

Activités

Les activités seront menées à la fois au niveau expérimental et de la modélisation :
- Etudes expérimentales sur le réacteur solaire au foyer d'un concentrateur à Odeillo,
- Détermination des performances en fonction des paramètres, bilans matière et énergie, analyse des gaz produits, caractérisation des produits solides obtenus,
- Modélisation CFD détaillée du réacteur sous Ansys Fluent,
- Simulation dynamique globale pour la prédiction des performances en fonction du flux solaire,
- Traitement des données, exploitation et analyse détaillée des résultats, rédaction.

Compétences

Le/la candidat(e) (Ingénieur ou docteur) devra avoir une solide formation en génie des procédés et énergétique (réacteurs chimiques, thermochimie, cinétiques, modélisation CFD, phénomènes de transfert, bilans matière/énergie). Un intérêt pour les travaux à la fois expérimentaux et de modélisation est nécessaire, ainsi qu'une bonne maitrise de l'anglais scientifique (rédaction de rapports et d'articles en anglais).

Contexte de travail

Le poste sera basé au laboratoire PROMES Odeillo (Four solaire du CNRS) localisé dans les Pyrénées Orientales à 1600 m d'altitude, à 100 km de Perpignan, 20 km de l'Espagne et 40 km d'Andorre. PROMES est une Unité Propre du CNRS (UPR 8521) rattachée à l'Institut des Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (INSIS) conventionnée avec l'université de Perpignan via Domitia (UPVD). Les travaux seront effectués dans l'équipe Carburants Solaires à Odeillo Font-Romeu qui développe notamment des activités sur la production de nouveaux vecteurs énergétiques et de matériaux par des procédés thermochimiques.

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

Conditions particulières :
- Un moyen de locomotion est nécessaire pour les trajets domicile/travail (absence de transports en commun).