CIFRE - OPTIMISATION DES RADIATEURS THERMIQUES PAR STRUCTURES LATTICES REALISEES EN FABRICATION ADDITIVE

Contexte industriel :

Thales SIX (Systèmes d’Information et de Communication Sécurisés) développe des boitiers électroniques pour les systèmes de communication destinés à des utilisations navales, terrestres et aériennes. Dans un contexte mondial caractérisé par une connectivité croissante, les progrès technologiques récents ont contribué à la miniaturisation des composants des cartes électroniques ainsi qu’à l’augmentation de leur puissance délivrée. Pour ne pas dépasser les températures de fonctionnement des composants électroniques, des systèmes de refroidissement sont mis au point pour éviter toute détérioration de ces composants et pour respecter les conditions opérationnelles spécifiées.

Un des systèmes couramment utilisés est le radiateur, réalisé sous la forme d’un élément métallique nervuré. Selon les équipements, l'échange de chaleur peut être réalisé soit naturellement par le mouvement de l'air (convection naturelle), soit grâce à un flux d'air artificiel favorisant l’échange thermique (convection forcée).

Problématique :

Les équipements tactiques et les systèmes embarqués dans les aéronefs militaires sont soumis à des normes de limitations d'espace et de capacité de charge. On peut citer les normes ARINC, les normes militaires telles que MIL-STD qui visent à assurer la fiabilité de ces équipements dans des environnements sévères, restreignant ainsi la possibilité d'intégrer des solutions de refroidissement plus volumineuses. Par conséquent, la conception des boîtiers électroniques doit concilier compacité, robustesse et conformité aux exigences en matière de performance et de durabilité imposées par ces normes.

Ces contraintes sont d'autant plus complexes à concilier avec les défis actuels liés à la dissipation thermique des nouveaux composants électroniques. On constate une limitation de performance en convection naturelle et forcée des radiateurs de type ailettes sur ces boitiers électroniques. Les technologies de fabrication par enlèvement de matière restreignent la capacité à usiner des ailettes optimisées en termes de finesse et hauteur, en raison des contraintes mécaniques associées à cette méthode. Augmenter la capacité de dissipation thermique avec l’usinage reviendrait à augmenter la surface d'échange des ailettes ce qui aurait pour conséquence d'augmenter la masse et le volume des radiateurs de manière assez significative. Cela ne satisferait pas les exigences liées à la masse et à la compacité. Le triptyque dissipation-masse-volume atteint donc ses limites.

Objectif de la thèse :

Exploiter la liberté géométrique offerte par la fabrication additive permettrait d’ouvrir le champ des possibles en terme de géométrie de dissipateurs, jusqu’ici fortement contraint par l’usinage. L’objectif recherché est d’obtenir un coefficient de transfert thermique élevé en minimisant la masse, avec une perte de charge respectant la plage spécifiée par le client ou imposée par des normes, et un coût proche des solutions moulées/usinées pour atteindre un polyptique dissipation-masse-volume-coût optimal.
 

Ecole Doctorale : Sciences des Métiers de l'Ingénieur - ED 432 (ED SMI)

Encadrement industriel et académique :

• Thales SIX France - Gennevilliers

• Laboratoire d’Ingénierie des Fluides, Systèmes Energétiques (LIFSE) – Paris

• Laboratoire Conception, Optimisation et Simulation des Matériaux et Structures (COSiMS) – Bordeaux

• Laboratoire de Conception Fabrication Commande (LCFC) – Metz

Durée du contrat : 36 moi

ENSAM - Paris (voir site web)

• Bac +5 (Ecole d’Ingénieur ou Université)

• Vous êtes titulaire d’un Grade de Master, d’un diplôme d’ingénieur avec les compétences requises,
• Spécialités : mécanique des fluides et/ou simulations numériques et/ou mathématiques appliquées,
• Vous avez une volonté forte de mener des travaux de recherche scientifique sur le sujet proposé,
• Vous êtes en capacité de prendre en charge des problématiques complexes, en interaction avec plusieurs acteurs scientifiques et industriels, 
• Vous êtes organisé, rigoureux, vous savez faire preuve de prises d'initiatives, vous avez de bonnes capacités à communiquer, à argumenter vos choix et à présenter de manière pédagogique votre travail.