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 cuivre. 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 Liquide-
Centre 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.
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