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Modélisation du transport/diffusion d’O2 dans un métal liquide. Application à la fusion d’un barreau suspendu – PIMM / Air Liquide Centre Innovation Paris

Missions et Responsabilités

Le PIMM et Air Liquide travaillent en commun depuis de nombreuses années sur le thème de la combustion des métaux en présence d’oxygène pur visant à accroître la sécurité et la fiabilité des procédés industriels actuels et futurs. Deux doctorats (2010-2013, 2018-2021) ont permis en particulier de progresser dans la compréhension des mécanismes d’allumage d’une combustion en utilisant un dépôt d’énergie laser comme source thermique. La partie propagation de la combustion reste cependant encore lacunaire.

Les objectifs de cette thèse sont donc:

  • D’une part, d’aboutir avec l’appui technique de l’équipe laser du PIMM et d’Air Liquide à une installation de type Promoter Ignition Test Laser sous pression inspirée par la méthode de test standard ASTM G124 (allumage d’un barreau par sa partie inférieure; suivie de sa combustion) qui fournira les données expérimentales pour les géométries de barreaux fins  qui seront utilisées pour valider les modèles numériques.
  • D’autre part, de développer un modèle complet d’allumage et de propagation de la combustion sous oxygène, d’abord dans une configuration d’un barreau de faible section composé d’un corps pur (fer), puis avec l’addition d’éléments d’alliage (fer + nickel, chrome et d’autres) et sa validation expérimentale sur des matériaux d’ingénierie base fer, nickel ou  Ces essais de validations seront réalisés avec le soutien du personnel académique.
  • De caractériser la diffusion de l’oxygène en s’appuyant sur des expériences élémentaires dédiées couplées à des techniques d’identification de paramètres (méthodes inverses).
  • Par la suite, le modèle sera appliqué à une configuration plaque plane plus représentative de la paroi d’un équipement. Cette étape vise à déterminer l’influence de la géométrie sur les mécanismes de combustion (Initiation et propagation) dans différents équipements.

Ces tâches seront supportées par des développements expérimentaux réalisés par les ITA/chercheurs du PIMM et de Air LiquideCentre Innovation Paris.

L’approche serait la suivante:

  • Prise en main des éléments existants (modèles et essais issus des travaux précédents) – identification des paramètres physiques les plus sensibles.
  • Mise au point des essais élémentaires pour l’identification paramétrique sur matériaux purs (coefficients de diffusion de l’O2 dans les métaux liquide…).
  • Validation des simulations (et modèles) sur des configurations de gouttes, barreaux et plaques minces à l’aide du logiciel COMSOL multiphysicsTM.
  • Application à des matériaux et configurations réelles.

Profil et compétences recherchés, encadrement

 Le problème étant multiphysique (identification de la source thermique moteur de la réaction de combustion,  les phénomènes de transport et de diffusion aux interfaces et dans le bain liquide), le-la candidat(e) doit disposer d’un master 2 (ou équivalent) dans le domaine physique/énergétique avec une forte composante en simulation multi physique (thermique, hydrodynamique, diffusion).

Une première expérience en identification paramétrique (Méthode inverse) serait appréciée.

Compte tenu du contexte industriel du sujet, capacité rédactionnelle, aisance aux présentations et à la vulgarisation et maîtrise de l’anglais sont indispensables.

Etablissements : PIMM-CNRS Labo Commun MaHTEO PIMM/Air Liquide
Durée : 36 Mois
Lieux de travail : Laboratoire PIMM, UMR CNRS. (80-90% du temps) ENSAM-PARIS, 151 bd de l'Hopital Paris 75013 Air Liquide campus Innovation Paris (10 à 20% du temps) CHEM de la PRTE des Loges, 78350 les Loges en Josas
Détail du contrat :

● Thèse CIFRE. ● Direction de la thèse : Morgan DAL, MdD HdR ENSAM, laboratoire PIMM, UMR CNRS-ENSAM-LeCNAM. ● La thèse se déroulera principalement au laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM) – Arts et Métiers (75013), et 10 à 20% du temps sur le site du Campus Innovation Paris d’Air Liquide aux Loges en Josas (78) ● Le recrutement se fera par Air Liquide sous le format CIFRE, et commencera au second semestre 2022.