CDD DOCTORANT : Interactions gaz–solide en environnement de combustion hydrogène : expériences et modélisation pour les matériaux à haute temperature (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Au CNRS, sur le site du futuroscope, l'Institut PPRIME, en collaboration avec l'Université d'Arizona (USA), dans le cadre d'un projet CNRS–UofArizona PhD Joint Program, recrute un doctorant ou une doctorante pour étudier la durabilité des superalliages base nickel en combustion hydrogène.

1- CONTEXTE et SUJET DE THESE :
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Comment des gaz réactifs à haute température interagissent-ils avec des matériaux structuraux ?
Cette question est centrale pour de nombreux systèmes énergétiques et de propulsion, dans lesquels des superalliages structuraux sont exposés à des environnements chauds et réactifs contenant des espèces oxydantes, de la vapeur d’eau et des radicaux. Ces environnements induisent des processus de dégradation complexes impliquant les transferts thermiques, le transport d’espèces (diffusion), l’oxydation et l’évolution microstructurale. Pourtant, les mécanismes couplés à l’interface gaz–solide restent encore mal compris.

Ce projet de thèse vise à développer une nouvelle méthodologie pour étudier les interactions gaz–matériau dans des environnements réactifs, en combinant les disciplines de la combustion, des matériaux et la modélisation numérique. Le projet développe un dispositif canonique basé sur un brûleur à flamme plane, permettant d’exposer des échantillons de superalliages à des gaz bien caractérisés, dans des conditions contrôlées de température, de composition et d’écoulement.

Ces travaux de recherche s’inscrivent dans une nouvelle initiative interdisciplinaire à l’Institut Pprime (CNRS – ISAE-ENSMA), à l’interface entre la combustion et les matériaux à haute température, soutenue par une Chaire de Professeur Junior (CPJ) récemment attribuée, dédiée à la propulsion hydrogène et à l’aviation bas carbone.
Un premier doctorant a récemment débuté sur le projet, avec un travail portant sur la caractérisation microstructurale avancée de superalliages exposés ainsi que sur des expériences de référence en environnements synthétiques (ATG). Nous recherchons désormais un second doctorant, ayant un fort intérêt pour la modélisation numérique, afin de développer des modèles prédictifs basés sur la physique des interactions gaz–solide, tout en contribuant également aux campagnes expérimentales et à la caractérisation des échantillons.

2- OBJECTIF ET ACTIVITES :
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L’objectif est d’étudier la manière dont la vapeur d’eau à haute température produite par la combustion de l’hydrogène interagit avec des superalliages à base de Ni, dont elle pénètre le long des joints de grains et contribue à la dégradation du matériau. Le projet combine des expériences de combustion contrôlées avec des simulations multidimensionnelles de transport réactif couplé à l’interface gaz–solide, utilisées pour interpréter les observations expérimentales et identifier les mécanismes dominants. Ces résultats permettront de développer un modèle réduit 1D, basé sur la physique, des mécanismes de diffusion–réaction et d’endommagement. Les premiers travaux se concentreront sur l’identification des échelles de temps caractéristiques des phénomènes de diffusion–réaction dans le solide ainsi que sur l’extraction de variables de modélisation à partir de données expérimentales et microstructurales.

Le travail de thèse combinera :
• des expériences de combustion canoniques exposant des échantillons de superalliages à des gaz réactifs
• des techniques avancées de caractérisation microstructurale (MEB, EBSD, Raman, NanoSIMS, micro-CT)
• des simulations multidimensionnelles du couplage gaz–solide basé sur OpenFOAM


3- PROFIL RECHERCHE :
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- Le candidat ou la candidate devra être titulaire d'un diplôme de MASTER ou d'un diplôme d'Ingénieur,
- Domaines de formation : Fluid mechanics / Combustion / Materials.

Votre Environnement de Travail

Le projet est mené en étroite collaboration avec l’University of Arizona (États-Unis), une institution de premier plan dans le domaine des superalliages à base de nickel et de la fabrication additive.
Le doctorant ou la doctorante bénéficiera d’un programme international conjoint, incluant des séjours de recherche prolongés en France (ISAE-ENSMA, Institut Pprime) et aux États-Unis :
• des expériences de combustion et des campagnes d’exposition à l’Institut Pprime (France)
• une caractérisation microstructurale avancée et des procédés d’élaboration à l’University of Arizona

Le candidat ou la candidate devra s'inscrire à l'École doctorale de l'Université de Poitiers (MIMME).

Contraintes et risques

Des déplacements de courte durée, en France et à l'étranger, sont à prévoir.
Des déplacements de longue durée (plusieurs semaines à plusieurs mois), à l’University of Arizona, sont à prévoir.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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