Objectifs de la thèse

Fig. 1. Densités énergétiques volumétriques et gravimétriques des carburants métalliques comparées à celles des combustibles fossiles, d’après Bergthorson Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power, Appl. Energy 160. Abréviations utilisées : gaz naturel comprimé (CNG), gaz naturel liquéfié (LNG), hydrogène gazeux comprimé (CH2) et hydrogène liquide (LH2). À titre de comparaison, l’objectif de densité énergétique fixé par le Département de l’Énergie des États-Unis (DOE H2) pour les matériaux de stockage de l’hydrogène est également indiqué.

Cette thèse vise à développer un modèle CFD multiphasique permettant de simuler la propagation de flammes dans des nuages d’Al sous différentes conditions de densité massique (rapport masse Al et oxydant) et thermodynamiques (température et pression). Elle aura notamment pour ambition scientifique de :

• décrire le couplage entre gaz environnant et les particules réactives en fonction des conditions de combustion
• fournir un outil numérique pour la conception de réacteurs destinés à la production propre de chaleur ou de H₂ à la demande.

Ce travail se place à l’état de l’art car les modèles proposés à ce jour sont des extrapolations de théories classiques de propagation de flamme, résolues en 1D, avec des hypothèses très restrictives : propriétés thermophysiques constantes, absence de mouvement des particules, milieux supposés infinis et isobares. De telles simplifications ne reflètent pas les phénomènes multiphasiques complexes rencontrés dans un réacteur 3D : couplage gaz/particules, hétérogénéité du nuage, turbulence, fortes variations thermiques, réactions en surface. Cette thèse permettra un incrément indispensable pour pouvoir utiliser ces matériaux pour des applications concrètes.

Axes de travail

• Simulation de l’initiation de la combustion et de la nucléation/croissance d’agrégats d’oxyde d’alumine dans la flamme et sur les surfaces.
• Établissement de corrélations physiques (flux de chaleur, termes réactionnels, transferts interphases) destinées aux modèles macroscopiques.
• Développement d’un modèle CFD Euler–Euler complet implémenté dans le package NEPTUNE_CFD pour un réacteur 3D brûlant de la poudre d’aluminium.
• Etude des conditions optimales de combustion : rapport oxydant/métal, taille des particules, vitesse d’injection, géométrie, rendement énergétique, risques d’extinction ou d’emballement.

Profil cherché

 Recherche un candidat de niveau Master ou école d’ingénieur disposant des compétences suivantes :

Compétences Techniques :

• Mécanique des fluides & Thermodynamique : Maîtrise des équations fondamentales (fluides compressibles) et compréhension fine des phénomènes associés.
• Combustion & Transferts : Bases solides en combustion ainsi qu’en transferts de chaleur et de
• Informatique & HPC : Maîtrise indispensable de Python et de l’environnement Aisance avec les environnements de calcul haute performance (HPC) : écriture de scripts, soumission de jobs et optimisation.
• Maîtrise de l’anglais technique : notamment pour la rédaction de rapports scientifiques et de

Compétences Appréciées :

• Simulation Numérique (CFD) : Une expérience avec des codes tels que OpenFOAM ou NEPTUNE serait un plus.

Savoir-être :

• Travail collaboratif : Capacité de travailler au sein d’équipes multidisciplinaires (physiciens, numériciens, expérimentateurs) et à communiquer efficacement.

Documents à envoyer

CV + lettre motivation

Environnement de travail

 La thèse se déroulera entre l’IMFT et le LAAS-CNRS, au sein d’équipes expertes en combustion multiphasique, micro-énergétique et modélisation numérique avancée. Elle bénéficie d’un encadrement pluridisciplinaire (physique, thermodynamique et mécanique des fluides numériques) et d’un contexte applicatif fort (production d’énergie propre).