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doctorant en physique des plasmas (H/F)

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Informations générales

Référence : UPR3021-ISAZOL-024
Lieu de travail : ORLEANS
Date de publication : mardi 8 octobre 2019
Nom du responsable scientifique : Stéphane MAZOUFFRE
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 janvier 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Titre de la thèse : Physique d'un propulseur Helicon

Les propulseurs à plasma Helicon sont des systèmes propulsifs électrothermiques destinés aux satellites et aux sondes spatiales. Par rapport aux autres technologies, telles que les propulseurs Hall et les moteurs ioniques à grilles, ils présentent plusieurs avantages : ils n'utilisent pas de neutraliseur ce qui leur confère une grande fiabilité, leur électrode (antenne RF) n'est pas en contact direct avec le plasma, ce qui assure une longue durée de vie opérationnelle, et ils sont relativement simple et compact. Ces éléments en font ainsi des candidats intéressants pour divers types de missions spatiales telles que le contrôle d'attitude, les transferts d'orbite de petits satellites, les études scientifiques en orbite terrestre basse et la propulsion de sondes autonomes dans le contexte de l'exploration de la Lune et de la planète Mars.
Les propulseurs Helicon sont basés sur une décharge plasma radio-fréquence à basse pression opérant en mode inductif ou préférentiellement en mode Helicon. Les ions produits au cœur de la décharge à partir des atomes du gaz injecté, typiquement du xénon, sont accélérés à travers une tuyère magnétique où l'énergie thermique des électrons est convertie en énergie cinétique des ions. La détente du plasma au-delà de la région dite de « démagnétisation » génère la poussée et l'impulsion spécifique. Actuellement, les propulseurs Helicon délivrent une poussée de l'ordre de 10 mN et une Isp voisine de 1000 s avec une efficacité d'environ 15 %.
Ces travaux de thèse visent une compréhension approfondie des processus physiques qui gouvernent ces systèmes avec pour objectifs l'amélioration et l'optimisation des performances et l'accroissement de la durée de vie afin d'atteindre des incréments de vitesse élevés. Il s'agit ici de répondre à un ensemble de questions ouvertes au sujet de la décharge plasma et de l'écoulement du plasma dans le vide. Quel rôle joue la turbulence dans les transferts d'énergie et la dissipation d'énergie ? Quelle est la valeur des grandeurs électroniques et comment sont-elles reliées aux conditions de fonctionnement ? Quel est le mécanisme à l'origine de l'accélération des ions ? Comment les électrons se détachent-ils des lignes du champ magnétique ? Existent-ils des ergols susceptibles d'augmenter les performances et le rendement propulsif ?
Afin de répondre à ces questions, cette thèse se focalisera sur une approche expérimentale. L'étudiant appliquera des techniques de diagnostic laser pour analyser la dynamique des électrons et des ions ainsi que les propriétés de la décharge et de la tuyère magnétique. Ces outils sont disponibles à l'ICARE. Les expériences seront couplées à des investigations numériques conduites à l'Université Carlos-III de Madrid.

Contexte de travail

Situé sur le campus du CNRS à Orléans, ICARE est une unité propre du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) dont les thèmes de recherche principaux sont la combustion, la chimie environnementale et la propulsion spatiale. Des informations détaillées sont disponibles sur le site web du laboratoire. L'étudiant sera affecté à l'équipe Propulsion Electrique du laboratoire.
Le travail proposé sera réalisé dans le cadre du projet européen H2020 HIPATIA qui est coordonné par l'entreprise espagnole SENER. Ce projet concerne le développement et l'optimisation de propulseurs Helicon pour les véhicules spatiaux.

Contraintes et risques

L'étudiant travaillera avec des chambres à vide, des alimentations RF et des décharges RF. Il utilisera des diagnostics laser tels que la spectroscopie de LIF et la diffusion Thomson ainsi que des diagnostics électriques tels que les sondes de Langmuir, les analyseurs d'énergie et les sondes E×B pour mener à bien ses recherches.

Informations complémentaires

Les travaux seront réalisés majoritairement à Orléans au laboratoire ICARE. L'étudiant collaborera avec nos collègues de l'Université UC3M de Madrid qui travaillent sur la modélisation et la simulation numérique de plasmas. L'étudiant effectuera ainsi plusieurs séjours à Madrid ( 1-2 semaine) pour assurer une cohérence entre expériences et simulations.

Le candidat devra posséder un diplôme d'ingénieur ou un Master en physique. Une expérience en physique des plasmas et/ou optique est souhaitée. Des connaissances en propulsion spatiales seront appréciées. L'étudiant devra avoir une bonne maîtrise de la physique expérimentale. Un bon niveau d'anglais est indispensable car l'étudiant devra interagir régulièrement avec des chercheurs étrangers ; il participera également à des congrès internationaux. L'étudiant devra être motivé par le sujet proposé et plus généralement par la recherche, intellectuellement curieux, consciencieux et assidu.

Les candidats doivent envoyer un CV détaillé ainsi qu'une lettre de motivation avec des références aux responsables du projet via le portail emploi du CNRS. Les candidatures peuvent être déposées jusqu'à mi-Octobre 2019.
Les candidats sélectionnés seront auditionnés avant la fin du mois d'Octobre soit au laboratoire ICARE soit par visioconférence.

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