Détermination du schéma cinétique des réactions molécules/surface lors de la combustion de poudres métalliques en contact avec des oxydes métalliques
Les nanothermites représentent une classe de matériaux énergétiques sous la forme d'un composite métal/oxyde métallique composé d'un combustible, le plus souvent de l'aluminium, et d'un oxydant, tels que l'oxyde de fer ou de cuivre. 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. L'utilisation de techniques de micro et de nanofabrication standard offre de nouvelles 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 déconnection d’urgence, plus généralement assurer des fonctions mécaniques de désolidarisation. La grande étendue des performances des thermites nous oblige à faire appel à de la modélisation pour éviter les cycles trop couteux et longs de type essai/erreur, dans un contexte où la manipulation des matériaux est également compliquée.
Le LAAS et le CEA travaillent ensemble à l’élaboration de modèles en capacité de prédire les performances en combustion des thermites. Dans ce cadre, une hiérarchie de modèles doit être mise en œuvre. Elle s’étend depuis l’échelle atomique, jusqu’aux modèles de combustion basés sur la résolution des équations de la mécanique des fluides en milieu réactif diphasique, ainsi que des outils plus statistiques, de type Machine Learning.
Ce stage a pour objectif de réaliser une étape de cette hiérarchie où il sera question, via le calcul à l’échelle atomique de type DFT (Density Functional Theory), de compléter les bases thermocinétiques des réactions molécules/surfaces mises en jeu durant la réaction de la thermite. Les calculs s’attacheront à déterminer les énergies d’adsorption/desorption de sous oxydes d’aluminium moléculaires (tels AlO, AlO2 …) sur les surfaces d’intérêt dans la combustion de deux thermites Al/CuO et Al/Fe2O3, d’en déduire des coefficients de collages ou préfacteurs de lois exponentielles en vue d’établir un schéma cinétique complet pour des niveaux de modélisation à plus grande échelle.
Lieu du stage
Le stage se déroulera au LAAS-CNRS situé à Toulouse, un centre de recherche de renommée nationale et internationale dans les domaines de l’informatique, la robotique, l’automatique et les micro et nano systèmes.
Profil du candidat
Vous êtes en formation Bac+5 en école d’ingénieur ou université orientée physique ou chimie (des matériaux) et êtes à la recherche d’un stage de 6 mois.