Offre_IFTS_030316

Offre de sujet de thèse 2016-2019
Comportement de l’eau dans les carburants
aéronautiques à basse température
CONTEXTE D'ETUDE DU PROJET DE RECHERCHE
Suite à l’arrêt, en 2008, des 2 moteurs d’un avion de la British Airways causé par
l’accumulation de givre dans son carburant, la sécurité aéronautique cherche à développer
des méthodes d’essais pour qualifier les performances attendues d’un filtre à carburant dans
des conditions données afin de mieux anticiper ce type de problème.
Porté par des intérêts de l’industrie aéronautique, L’IFTS a développé une boucle d’essais
unique qui permet de générer de manière reproductible de la glace dans le kérosène.
Néanmoins, la sensibilité des paramètres opératoires (température entre -10°C et -40°C,
tension interfaciale modulée par les additifs des carburants…) sur la forme du givre obtenu
est peu connue et mal comprise. Il est par contre nécessaire d’avoir la possibilité de tester le
comportement du filtre avec différents types de givre de caractéristiques bien définies,
quantifiables et générés dans des conditions parfaitement maîtrisées.
La profession a besoin d’élaborer une norme de méthode d’essais de filtre à carburant en
conditions givrantes. Une recherche prénormative est nécessaire pour mettre au point cette
méthode d’essais. Elle s’appuiera sur des méthodes innovantes de caractérisation physicochimique et de modélisation de la formation des cristaux de glace dans des conditions
d’essais maitrisées.
Les partenaires principaux de ce projet sont l'IFTS (Institut de la Filtration et des Techniques
Séparatives) acteur mondial dans le développement des bancs et méthodes d’essai pour
qualifier les filtres quelques soit le secteur d’application ; le CEN / CNRM-GAME (Centre
d'Etudes de la Neige) qui a développé une expertise importante sur la microstructure de la
neige et de la glace et le laboratoire 3SR (Sols Solides Structures Risques) qui est notamment
spécialisé dans la caractérisation et la modélisation des milieux divisés et poreux.
La mutualisation des moyens et compétences scientifiques et techniques de ces 3
partenaires offre toutes les chances de succès à la résolution de cette problématique, objet
de la recherche.
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LIEU D'EXECUTION ET ORGANISATION DE LA THESE
La thèse sera financée par l’IFTS dans le cadre d’une bourse CIFRE. Le doctorant
développera ses activités expérimentales et de recherche sur le banc d’essais disponible à
l’IFTS au sein du service CEEF (Centre Européen d’Essais de Filtres). Il s’appuiera également
sur le Bureau d’Etudes et le service Métrologie de l’IFTS qui apporteront un soutien
technique au projet.
L’encadrement scientifique de la thèse sera assuré en co-direction par le CEN / CNRM-GAME
(Météo-France et CNRS) et le laboratoire 3SR (UGA, G-INP et CNRS). La thèse sera rattachée
à l’Ecole Doctorale « Ingéniérie – matériaux, mécanique, Environnement, Energétique,
Procédés, Production » de l’Université de Grenoble.
Le CEN / CNRM-GAME accueillera l'étudiant sur certaines périodes de la thèse pour les
activités relevant d’essais comportementaux spécifiques et de modélisation numérique en
liaison avec le projet.
Le laboratoire 3SR accueillera également l'étudiant sur certaines périodes de la thèse pour la
caractérisation des produits étudiés.
Un comité de pilotage de la thèse, constitué de personnes extérieures au projet
(universitaires et/ou industriels) pourrait être constitué pour suivre l’avancée des travaux de
thèse qui ne sont pas confidentiels et apporter un regard extérieur au projet.
DESCRIPTION DU PROJET
Les travaux de thèse consisteront à produire divers types de givre avec le dispositif de l'IFTS,
puis à les prélever et à les caractériser à l'aide d'images 3D obtenues par tomographie RX.
Pour cela, le protocole expérimental existant actuellement au CEN / CNRM-GAME (cf.
Calonne et al, 2014) sera adapté au prélèvement et à l'acquisition d'images de givre formé
dans les carburants. Les tomographies, réalisées au laboratoire 3SR permettront ensuite, par
traitement et analyse d'image de caractériser les différents types de givre obtenus en
fonction de leur conditions de formation. Sur la base de ces observations, des travaux
expérimentaux, théoriques et numériques complémentaires permettront de mieux
comprendre la physique de leur formation (suivis dynamiques de la croissance d'un cristal,
adaptation de modèles de champ de phase existants...), afin de bien systématiser le banc
d'essai de l'IFTS.
En fonction de l'avancement de la thèse, une étude des propriétés physiques : conductivité
thermique (Calonne et al, 2011), perméabilité (Calonne et al, 2012)… et du mode de
croissance des dépôts sur les filtres pourra également être menée afin de mieux comprendre
leur impact sur l'arrêt des moteurs et les moyens d'y remédier.
La finalité du travail de thèse est de développer un protocole expérimental fiable pour
obtenir des microstructures de givre « standard », les caractériser et les classer en fonction
des conditions d’essais imposées. En outre, une meilleure compréhension de leur mode de
formation permettrait de rendre cette classification plus robuste.
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NATURE DU TRAVAIL ATTENDU ET COMPETENCES SOUHAITEES
Des compétences expérimentales, numériques et théoriques seront mises en œuvre dans
cette thèse ; elles s'appuient principalement sur des savoir-faire et des équipements de 3SR,
du CEN et de l'IFTS :
- Boucle d'essai permettant de générer de la glace dans le kérosène (IFTS).
- Expérimentation sur les matériaux glacés (CEN) : cellules cryogéniques adaptées à la
tomographie de la neige (Calonne et al, 2014; 2015), chambres froides.
- Imagerie par rayons X (tomographe du laboratoire 3SR).
- Analyse quantitative des microstructures : algorithmes développés (Flin et al, 2005 ;
Rolland du Roscoat et al, 2007) et logiciels dédiés.
- Simulation numérique des propriétés effectives 3D (Calonne et al, 2011 ; 2012 ; 2014).
- Modélisation à l’échelle microscopique des évolutions morphologiques de la neige et
de la glace (Flin et al, 2003).
CANDIDATURE
Votre candidature comportant CV, lettre de motivation, relevés de notes de vos 2 dernières
années ainsi qu'un lien pointant vers une version numérique de votre dernier mémoire sont
à envoyer par email à Hafedh Saidani en mettant en copie Frédéric Flin et Christian
Geindreau. Le contenu de votre email ne devra pas dépasser 4 Mo.
IFTS : Hafedh SAIDANI
Téléphone : +33 (0)5-53-95-83-94
Courriel : [email protected]
Fonction : Responsable Essais (CEEF)
Entreprise : Institut de la Filtration et des Techniques Séparatives, Agen (47)
CEN / CNRM-GAME : Frédéric FLIN
Téléphone : +33 (0)4-76-63-79-17
Courriel : [email protected]
Statut : Chargé de Recherche du Développement Durable
Laboratoire : CEN / CNRM-GAME UMR 3589 / Météo-France CNRS, Saint Martin d’Hères (38)
3SR : Christian GEINDREAU
Téléphone : +33 (0)4-76-82-70-77
Courriel : [email protected]
Statut : Professeur
Laboratoire : 3SR UMR 5521 / UGA G-INP CNRS, Grenoble (38)
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Durée
Début
Lieu de thèse
principal
Lieu de thèse
périodique
Encadrement
technique
Encadrement
scientifique
Bourse
THESE
36 mois
2016 (le plus tôt possible)
IFTS
Foulayronnes, à proximité d’Agen
3SR, CEN
Grenoble
IFTS
3SR (Direction de thèse)
CEN / CNRM-GAME
CIFRE
REFERENCES
Calonne, N., F. Flin, S. Morin, B. Lesaffre, S. Rolland du Roscoat, C. Geindreau. Numerical and experimental
investigations of the effective thermal conductivity of snow, Geophys. Res. Lett., 38, L23501, doi:
10.1029/2011GL049234, 2011.
Calonne, N., C. Geindreau, F. Flin, S. Morin, B. Lesaffre, S. Rolland du Roscoat, P. Charrier. 3-D image-based
numerical computations of snow permeability : links to specific surface area, density, and microstructural
anisotropy, The Cryosphere, 6, 939-951, doi: 10.5194/tc-6-939-2012, 2012.
Calonne, N., F. Flin, C. Geindreau, B. Lesaffre and S. Rolland du Roscoat. Study of a temperature gradient
metamorphism of snow from 3-D images: time evolution of microstructures, physical properties and their
associated anisotropy, The Cryosphere, 8, 2255-2274, doi: 10.5194/tc-8-2255-2014, 2014.
Calonne, N., F. Flin, B. Lesaffre, A. Dufour, J. Roulle, P. Puglièse, A. Philip, F. Lahoucine, C. Geindreau, J.-M.
Panel, S. Rolland du Roscoat, and P. Charrier, CellDyM: A room temperature operating cryogenic cell for the
dynamic monitoring of snow metamorphism by time-lapse X-ray microtomography, Geophysical Research
Letters, 42 (10), 3911-3918, doi:10.1002/2015GL063541, 2015.
Flin, F., J.-B. Brzoska, B. Lesaffre, C. Coléou and R. A. Pieritz, Full three-dimensional modelling of curvaturedependent snow metamorphism: first results and comparison with experimental tomographic data, J. Phys. D.
Appl. Phys., 36, A49-A54, doi: 10.1088/0022-3727/36/10A/310, 2003.
Flin, F., J.-B. Brzoska, D. Coeurjolly, R. A. Pieritz, B. Lesaffre, C. Coléou, P. Lamboley, O. Teytaud, G. L. Vignoles
and J.-F. Delesse. Adaptive estimation of normals and surface area for discrete 3-D objects: application to snow
binary data from X-ray tomography, IEEE Trans. Image Process., 14(5), 585-596, doi: 10.1109/TIP.2005.846021,
2005.
Rolland du Roscoat S, Decain M., Thibault X, Geindreau C, Bloch J.-F. Estimation of microstructural properties
from synchrotron X-ray microtomography and determination of the REV in paper materials, Acta Mater., 55,
2841-2850, doi:10.1016/j.actamat.2006.11.050, 2007.
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