Etude expérimentale et modélisation de la dégradation d'un carburant en écoulement dans des conditions représentatives du fonctionnement d'un moteur d'avion

La cokéfaction ou formation de dépôts est une question qui revient régulièrement au centre
des discussions sur le carburéacteur : incorporation d’EMAG (pollution par des biocomposants lors
du transfert dans les pipe-line), carburants alternatifs, augmentation de la densité de puissance de
moteurs, etc… La formation de ces dépôts pour un aéronef en exploitation peut s’avérer
catastrophique, perturbant l’alimentation en carburant de la chambre de combustion ou altérant le
fonctionnement de différents organes (vannes aux marges de tolérance particulièrement serrées,
roues d’injection carburant).
Les travaux proposés se focalisent sur la compréhension des mécanismes mis en jeu lors de la
dégradation des carburants et la détermination des vitesses de dépôts en fonction de divers
paramètres tels que la température et la nature des matériaux en contact. Dans un souci de
répondre au mieux au besoin industriel, une attention particulière sera portée à la mise en oeuvre
d’essais relatifs à la décomposition thermo-oxydative et pyrolytique de carburants, dans les
conditions de fonctionnement représentatives de celles des moteurs réels. En appui des activités
expérimentales, un effort de modélisation et de simulation sera mené pour développer des outils
permettant d’anticiper la formation de dépôts de coke.
Les principaux paramètres influençant la formation de dépôts seront explicités, qu’ils soient liés
à l’environnement du carburant (matériaux en contact, nature de l’écoulement, température
pression…) ou au carburant lui-même (composition chimique, taux d’oxygène, EMAG,
impuretés…). Si nécessaire, des méthodes d’essai spécifiques permettant la validation des
modèles et des différentes hypothèses soulevées précédemment seront développées.
Le projet de thèse devra donc répondre aux questions suivantes.
· Quelle description phénoménologique de la cokéfaction peut être faite ?
· Quels sont les paramètres exogènes au carburant qui contribuent aux différents
phénomènes de cokéfaction et quelles sont leurs importances respectives ?
· Quels sont les paramètres endogènes au carburant qui contribuent aux différents
phénomènes de cokéfaction et quelles sont leurs importances respectives ?
· Quels sont les modèles actuels qui permettent de rendre compte des phénomènes de
cokéfaction et quel est leur niveau de maturité ?
· Quelles seraient les avancées nécessaires pour faire progresser le degré de pertinence des
modèles cités précédemment afin qu’ils puissent être intégrés aux outils de conception
industriels ?
· Quelle méthodologie serait à mettre en place pour caractériser plus finement la propension
d’un carburant à cokéfier ?

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.