Mesure et modélisation des propriétés physico-chimiques des carburéacteurs fossiles et alternatifs (SAF)

Les normes internationales de « qualité carburant » permettent d’assurer la compatibilité de celuici
avec l’aéronef et le moteur. Ainsi, les propriétés physico-chimiques du carburéacteur sont
encadrées. Malgré des limites bien définies, la plupart d'entre elles sont fondées sur l'expérience
et reflètent des solutions à des problèmes passés car le lien entre la composition du carburant et
son comportement à l'usage n'est pas encore totalement compris, ceci d’autant plus que le
carburant aéronautique est un mélange de centaines d'hydrocarbures. Par ailleurs et dans le but
de réduire l'empreinte carbone du secteur de l'aviation, des carburants aéronautiques durables
(SAF) sont produits et étudiés depuis de nombreuses années et plusieurs procédés de fabrication
ont déjà été certifiés. La diversité des matières premières à partir desquelles ces carburants sont
produits génère également une variété de composition chimique. Par exemple, les kérosènes
paraffiniques synthétiques (SPK) sont dépourvus d'aromatiques, tandis que d'autres peuvent n’être
constitués que de quelques molécules différentes. Cet écart de composition chimique avec un
carburant d’origine fossile repose à nouveau de façon accrue la question du lien composition
chimique/valeur de la propriété physico-chimique d’intérêt.
Cela confirme le fait que pour progresser dans un domaine où la composition des carburants sera
de plus en plus diversifiée, il faut définir des moyens pour calculer avec précision les valeurs des
propriétés physico-chimiques importantes à partir des constituants des carburants. À long terme,
cette capacité jouera également un rôle clé dans la conception de nouvelles générations de
carburants présentant de meilleures caractéristiques et performances.
La démarche qui sera adoptée dans cette thèse sera d’initier les travaux à partir de quelques
molécules modèles représentatives, de les mélanger et de les caractériser au moyen des
dispositifs disponibles au laboratoire du DMPE (viscosité, points d’éclair et de disparition du dernier
cristal, PCI...). Cela permettra d’identifier les paramètres influençant une propriété. Il faudra ensuite
se rapprocher de plus en plus d’un carburant réel. Un premier travail de modélisation des propriétés
basé, entre autres, sur des régressions linéaires multiples sera réalisé afin de vérifier la possibilité
de mettre en place des lois empiriques.
En parallèle, un travail de modélisation des propriétés basé sur une approche moléculaire et la
méthode de contribution de groupes (version prédictive de SAFT : SAFT-g) sera réalisé en
collaboration avec l’ENSTA.
L’objetif final de cette thèse est de mettre en place des outils de modélisation des valeurs des
propriétés physico-chimiques, que ce soit pour des carburants d’origines fossile ou alternative.

L'unité CMEI (Chimie des Matériaux énergétiques, Emissions et Impact environnemental) est chargée des études et des recherches sur les matériaux énergétiques solides et les carburants liquides et étudie l’impact de l’aviation sur l’environnement incluant la caractérisation des effluents issus des aéronefs et leur transformation dans l’atmosphère, au sol ou en vol de croisière.

Les activités sur propergols solides concernent la propulsion solide ; les études sur les carburants liquides concernent aussi bien les missiles que les aéronefs. Les travaux sur les effluents concernent l’environnement proche de l’avion où les phénomènes sont les germes de ceux plus globaux étudiés en partie par Météo-France ou d’autres laboratoires académiques. L'unité mène également des travaux d’expertise, par exemple dans le cadre de la mise en place des protocoles de certification des moteurs d'avion, de carburants et du déploiement associé de chaînes de mesure complexes.

Master recherche et/ou ingénieur chimiste. Des compétences en modélisation seraient un plus.