PhD H/F Caractérisation de la pyrolyse du régolithe lunaire par énergie solaire concentrée

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les objectifs scientifiques sont multiples et visent à mieux comprendre les mécanismes thermiques, hydrodynamiques et chimiques de la pyrolyse, afin de caractériser et optimiser le procédé solaire. Plus précisément, les travaux porteront sur :
• L’optimisation du transfert thermique et la minimisation des pertes pour garantir une utilisation optimale de l’énergie solaire et ainsi améliorer l’efficacité de la pyrolyse. Cela passera notamment par l’utilisation d’un réacteur de type cavité pour approcher des conditions isothermes.
• La modélisation des mécanismes hydrodynamiques de l’écoulement des vapeurs de pyrolyse, afin de contrôler les zones de trempe et de condensation (potentiellement sélectives) des espèces réduites vaporisées. Un meilleur contrôle hydrodynamique permettrait également de mieux gérer la recombinaison de l’oxygène avec les espèces réduites en phase gazeuse (avant condensation).
• L’avancement de la conception du réacteur solaire pour un fonctionnement à basse pression (possible sur la Lune), afin de faciliter la réaction et améliorer la conversion du régolithe (nouvelle conception avec pompage secondaire). Fonctionner sans dilution à l’argon représenterait une étape supplémentaire vers une preuve de concept applicable sur la Lune. Différents simulants de régolithe, ainsi que des oxydes purs, seront comparés. Des échantillons de régolithe de la NASA ou des météorites lunaires sont également visés pour produire des données de référence.
• La caractérisation approfondie des espèces condensées (DRX, XRF, spectroscopie Raman, analyses MEB-EDX). Cela permettra d’évaluer si des espèces métalliques peuvent être valorisées, en plus de l’oxygène gazeux. Les premiers résultats expérimentaux ont révélé la présence d’espèces ferromagnétiques dans les dépôts, suggérant que les oxydes de fer pourraient être récupérés.
• La proposition d’un schéma réactionnel et la détermination de la cinétique des réactions pour mieux comprendre les étapes du processus de pyrolyse.
• Le développement d’un processus lunaire intégré, incluant les différentes étapes (conception du système, simulation dynamique du réacteur et dimensionnement du concentrateur solaire), afin d’affiner la conception d’un démonstrateur de preuve de concept déployable sur la Lune.
L’objectif est de publier au moins trois articles en libre accès dans des revues internationales et de participer à au moins deux conférences internationales (Conférence Solar Power and Chemical Energy Systems – SolarPACES, Space Resources Conference, Space Resources Week, Congrès international d’astronautique – IAC).
Cela s’accompagnera de rapports de projet, de partage de données et de médiation scientifique.

Votre Environnement de Travail

Un premier projet de thèse (2023–2026) a été lancé au CNRS-PROMES grâce au soutien de l’ESA et du CNES (projet Spaceship), afin de quantifier la production d’oxygène à partir du régolithe lunaire en utilisant l’énergie solaire concentrée.
Le CNRS-PROMES (Procédés, Matériaux et Énergie Solaire) est un laboratoire spécialisé dans les matériaux à haute température et l’énergie solaire concentrée, doté de concentrateurs solaires uniques capables d’atteindre les températures de pyrolyse du régolithe. Il dispose d’une solide expertise en conception et exploitation de réacteurs thermochimiques solaires.
Une revue de l’état de l’art sur la pyrolyse du régolithe lunaire a été publiée [1] par le CNRS-PROMES. Bien que des expériences antérieures aient déjà démontré qu’il était possible d’extraire de l’oxygène de la poussière lunaire, aucune évaluation quantitative n’avait été menée en raison de diverses limitations expérimentales.
Dans le même temps, l’ESA a publié une étude thermodynamique et les premiers essais expérimentaux montrant que le régolithe pouvait être décomposé par la chaleur solaire à haute température [2].

[1] Robinot, J., Rodat, S., Abanades, S., Paillet, A., & Cowley, A. (2025). Review of in-situ oxygen extraction from lunar regolith with focus on solar thermal and laser vacuum pyrolysis. Acta Astronautica.
[2] Lamboley, K., Cutard, T., Grill, L., Reiss, P., & Cowley, A. (2024). Oxygen production by solar vapor-phase pyrolysis of lunar regolith simulant. Acta Astronautica.

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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