La transition énergétique impose la recherche de solutions décarbonées, sûres et capables de répondre aux besoins industriels en chaleur et en production d’hydrogène. Dans ce contexte, les poudres métalliques, en particulier l’aluminium (Al) et le fer (Fe), sont des candidats prometteurs pour le stockage et la restitution d’énergie. Ces matériaux possèdent en effet des densités énergétiques volumétriques et massiques très élevées, supérieures à celles des carburants fossiles, tout en présentant l’avantage d’être solides, faciles à stocker et à transporter. L’Al représente un vecteur énergétique stratégique : il peut brûler dans l’air pour libérer une grande quantité de chaleur ; sa combustion dans l’eau ou la vapeur d’eau produit simultanément de la chaleur et de l’hydrogène.

Ces propriétés font de l’Al un candidat sérieux pour alimenter des systèmes de production de chaleur et d’hydrogène à la demande. Néanmoins, malgré un intérêt croissant de la communauté scientifique, aucun modèle physique et numérique fiable ne permet aujourd’hui d’anticiper le comportement d’un nuage de poudre d’aluminium en combustion, ni d’envisager la conception d’un réacteur industriel dédié. Au plan fondamental des mécanismes de combustion de l’aluminium, des données de caractérisations expérimentales ont pu distinguer plusieurs phases, et mettre en évidence le rôle d’agrégats d’alumines formés au cœur de la flamme détachée de la particule où les températures sont ~ 3000-3500 K. La nucléation/croissance de ces agrégats de la molécule au micromètre puis leur réaction avec la goutte d’aluminium en combustion, ne sont pas, à l’heure actuelle, modélisées.

Objectifs du stage

Le/la stagiaire implémentera la nucléation puis la croissance d’agrégats d’alumine dans la flamme à l’aide de la méthode des moments, avant d’étudier leur transport et leur réaction sur la goutte d’aluminium via la thermophorèse. Le travail s’appuiera sur un schéma cinétique existant décrivant la nucléation de l’alumine à partir des sous-oxydes d’aluminium et de l’oxygène présents dans le gaz, publié par une équipe japonaise sur la base de calculs théoriques. La théorie des moments sera elle utilisée pour caractériser les régimes de croissance ainsi que la distribution des agrégats autour de la goutte et à son interface.

Environnement de travail

Le stage se déroulera au LAAS-CNRS principalement, et sera mené en collaboration avec l’IMFT, au sein d’équipes expertes en combustion multiphasique. Elle bénéficie d’un encadrement pluridisciplinaire (physique, thermodynamique et mécanique des fluides numériques) et d’un contexte applicatif fort (production d’énergie propre).

Pour postuler : envoyer mail à aesteve@laas.fr et rossi@laas.fr