Description du sujet de thèse

Objectif : L'objectif du projet est d'explorer une voie innovante de production d'oxygène sur la Lune par pyrolyse du régolithe par énergie solaire concentrée. Ce procédé consiste à chauffer les roches du sol lunaire (régolithe) à très haute température pour en extraire différents matériaux, dont l'oxygène nécessaire à tout projet de base lunaire. Ce processus a l'avantage de ne nécessiter aucune ressource de la Terre. Des études préliminaires ont été menées par le CNES/ESA et la preuve de concept nécessite l'utilisation de concentrateurs solaires performants disponibles au laboratoire PROMES d'Odeillo. Les travaux consisteront à poursuivre les études théoriques, à concevoir, construire et tester un dispositif de pyrolyse solaire pour extraire l'oxygène d'une roche composée d'un mélange d'oxydes. D'autres produits (c'est-à-dire des métaux ou d'autres éléments stratégiques) peuvent également être séparés et doivent être analysés pour être récupérés. Ces travaux devraient ouvrir de nouvelles perspectives pour l'établissement d'une base lunaire par l'utilisation in-situ des ressources présentes pour une exploration plus lointaine de l'espace.

Détails de la proposition de doctorat :

Les travaux débuteront par un état de l'art sur l'utilisation des ressources in situ sur la Lune. Une étude thermodynamique sera également réalisée pour évaluer l'influence de la température et de la pression sur la réaction de pyrolyse du régolithe lunaire. Ensuite, des essais préliminaires seront réalisés sur un réacteur solaire discontinu existant au CNRS. L'adaptation d'un prototype existant à l'ESA sera étudiée en parallèle pour une campagne expérimentale sur les installations solaires du CNRS. Enfin, l'intensification du procédé et sa transposition pour opération dans l'environnement lunaire sont envisagées.
L'objectif est de publier au moins 3 articles dans des revues internationales et de participer à 2 conférences internationales (Solar Power and Chemical Energy Systems Conference, International Conference on Moon Exploration and Utilisation…).

Compétences

Le candidat ou la candidate (Master2 ou Ingénieur) doit avoir une solide formation en génie des matériaux, génie des procédés et génie énergétique (science et caractérisation des matériaux, réacteurs chimiques, thermochimie, cinétique, bilans masse/énergie). Un intérêt à la fois pour les travaux expérimentaux et de modélisation est requis, ainsi qu'une bonne maîtrise 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 CNRS 1MW) situé dans les Pyrénées Orientales à 1600 m d'altitude, à 100 km de Perpignan, 20 km de l'Espagne et 40 km d'Andorre. Pour atteindre les objectifs, cette thèse bénéficiera des infrastructures solaires du CNRS-PROMES (fours solaires, réacteurs solaires, appareils d'analyse de gaz, …) ainsi que de la longue expérience du laboratoire dans le domaine des matériaux et de la thermochimie solaire. Il bénéficiera également d'une étroite collaboration avec le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) et l'ESA (Agence Spatiale Européenne). La thèse s'intégrera dans l'activité Combustibles Solaires du CNRS-PROMES à Odeillo, et sera encadrée par 2 chercheurs CNRS. La thèse est cofinancée entre la « région Occitanie » et le CNES.

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.