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Doctorant, Compréhension approfondie de la combustion de particules d'aluminium par diagnostics optiques avancés et simulation numérique (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : jeudi 18 août 2022

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Informations générales

Référence : UPR3021-CHRCHA-003
Lieu de travail : ORLEANS
Date de publication : jeudi 28 juillet 2022
Nom du responsable scientifique : Fabien HALTER, Christian CHAUVEAU, Stany GALLIER
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Contexte
ArianeGroup est le leader européen de l'accès à l'espace, à travers ses systèmes de lanceurs et d'applications spatiales civiles et militaires. ArianeGroup conçoit et développe notamment les propergols solides qui sont utilisés en propulsion militaire et spatiale (par exemple Ariane 5 et Ariane 6) et assurent en grande partie la poussée du lanceur. Ces propergols solides contiennent environ 20 % de particules d'aluminium dont la combustion doit être mieux connue afin de prédire plus finement les performances des moteurs.

Objectifs généraux de la thèse
Dans le cadre de nouveaux propergols ainsi que de nouveaux moteurs, des études sont actuellement menées pour mieux comprendre et prédire le temps de combustion des particules d'aluminium. Ces particules, initialement présentes dans le propergol, brûlent dans la chambre de combustion et contribuent fortement à la performance du moteur. Ce temps de combustion joue un rôle important et peut avoir un impact, en particulier sur les performances si le temps de combustion est supérieur au temps de résidence dans la chambre. La combustion de l'aluminium reste un phénomène complexe et cette thèse a pour objectif principal de caractériser expérimentalement la combustion de particules d'aluminium dans une atmosphère oxydante donnée.
L'exploitation des données acquises permettra de contribuer à une meilleure connaissance de la physique de combustion des particules métalliques et fournira des données d'entrée utiles pour le développement des futurs moteurs.

Travaux envisagés
Les travaux sont expérimentaux et numériques.
La partie expérimentale sera effectuée au laboratoire CNRS ICARE à Orléans. Un système expérimental (lévitateur électrostatique) permettant la caractérisation de la combustion d'une particule isolée sera mis à disposition [1-4]. La caractérisation consistera en une visualisation directe au moyen d'une caméra ultra-rapide équipée d'un objectif de microscopie, de mesure de température par pyrométrie bi-couleur (1 dimension et 2 dimensions), d'identification des espèces excitées présentes dans la zone de réaction par spectrométrie.
Des métaux alternatifs, autres que l'aluminium, pourront également être testés.

En parallèle, il est prévu d'utiliser la simulation numérique directe de la combustion de particules métalliques afin de confronter les mesures acquises avec les modélisations actuelles dans le but d'améliorer ces dernières. La simulation se base sur un code interne de mécanique des fluides en réactif, disponible chez Ariane Group, et qui comporte une description cinétique détaillée de la phase gazeuse. Il n'y a pas de développements prévus, mais principalement une utilisation du code de calcul pour aider à la compréhension des phénomènes. Selon les résultats obtenus, quelques améliorations (notamment sur la cinétique) pourront toutefois être proposées.

Profil souhaité :
Ingénieur ou master avec des compétences en combustion et mécanique des fluides et une appétence particulière pour l'expérimental.

Contexte de travail

Encadrement
Le travail sera encadré par :
- Christian Chauveau et Fabien Halter au CNRS-ICARE (Orléans, 45)
- Stany GALLIER chez Ariane Group (Centre de Recherches du Bouchet, Vert-le-Petit, 91).
Le travail s'effectuera sur ces deux sites (Orléans pour les aspects expérimentaux et Vert le Petit pour les simulations).

Situé sur le campus du CNRS d'Orléans, le/la doctorant(e) intègrera l'équipe Combustion & Turbulence de l'Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement (ICARE) qui compte environ 80 personnes.

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