CFD models to predict the fast combustion waves in nanoscale Al-Fe2O3 thermites

Le stage est co-encadré par le LAAS-CNRS, l'IMFT-INP à Toulouse et Ariane Group au Mureaux et vise l'élaboration de modèles CFD multiphasiques capable de prédire la combustion dans les nanothermites, matériau énergétique à  base d'Al et d'oxyde métallique. Ces matériaux suscitent actuellement un vif intérêt pour des applications civiles et militaires en raison de leur versatilité au plan des performances (compaction des poudres, autres structurations et rapport combustible/comburant) et de leurs enthalpies de réaction élevées ; une fois initiés, ils engagent une réaction exothermique d'oxydo-réduction auto-entretenue consommant tous les matériaux réactifs, accompagnée d’une production plus ou moins élevée de gaz. Ils offrent de nombreuses perspectives applicatives, notamment pour de nouveaux actionneurs miniaturisés  (tels les airbags), pour la conversion rapide d’énergies dans des conditions extrêmes (soudage en eau profonde où souterraine), pour assurer des manœuvres en environnement spatial (séparation d’étage, libération de charge utile, génération de puissance pour les missions lointaines, assurer la sécurité ultime de systèmes électroniques par leur destruction physique ou leur déconnexion d’urgence, plus généralement assurer des fonctions mécaniques de désolidarisation. La grande étendue des performances des nanothermites nous oblige à faire appel à de la modélisation pour mieux prédire leur performances énergétiques.

Il existe un modèle basé sur la résolution des équations de Navier-Stokes/Euler unidimensionnelles et multi-phasique (coexistence de trois phases de matière et modélisation des différentes interactions entre elles) caractérisant les vitesses de combustion dans la thermite Al/CuO.  ArianGroup souhaite adapter le code à la thermite Al/Fe₂O₃. Ainsi, après avoir étudié les différents mécanismes réactionnels régissant la combustion de la thermite Al/Fe₂O₃, l'étudiant  l'implémentera dans un code en python décrivant la combustion de cette même thermites. Il y intègrera aussi les mécanismes de condensation, évaporation ..... Enfin, une étude d’influence et de comparaison sera effectuée avec les nouveaux paramètres dans une perspective de publication des résultats obtenus.

L'étudiant sera intégré dans une équipe compétente dans le domaine et interagira avec non seulement ses responsables directs mais aussi l'industriel, et des étudiants en thèse et post-doc.

Profil du candidat :

Vous êtes en formation Bac+5 en école d’ingénieur ou université orientée thermodynamique, mécanique des fluides et êtes à la recherche d’un stage de 6 mois. Thèse en suivant possible.

Le contexte multi-disciplinaire de ce projet de recherche nécessitera au candidat recruté :

• d’avoir une forte capacité d’adaptation et une bonne hauteur de vue
• d’être autonome et force de proposition
• d’avoir un bon niveau d’anglais afin d’étudier la littérature dans les domaines d’intérêt
• d’avoir des connaissances et/ou de l’intérêt dans les domaines de :
  • la thermodynamique
  • les méthodes de résolution numériques (volumes finis, schémas numériques)
  • la programmation (python, C, Matlab…)
  • la mécanique des fluides