PhD (H/F) : Allumage, structure de flamme et dynamique des fuites d’H2 des réservoirs sous pression

Contexte : Pour favoriser le déploiement des technologies basées sur l’hydrogène, il est essentiel d’assurer la sécurité des installations et des personnes. En cas de fuite d’hydrogène d’un réservoir sous pression, il est nécessaire de déterminer les conditions dans lesquelles une flamme d’hydrogène peut s’enflammer, notamment en présence d’une surface chaude ou d’une source d’électricité statique. Développer des outils de simulation de ces flux est crucial pour guider la conception de technologies sûres et fiables. Cependant, il existe un manque de connaissances fondamentales concernant l’inflammation ou la réactivation des fuites d’hydrogène, ainsi que la modélisation de la dynamique des écoulements et sa validation à l’aide de solveurs numériques d’écoulement haute fidélité. Dans ce cadre, l’IMFT et le CERFACS ( www.cerfacs.fr ) se sont associés pour répondre à ces problématiques.

Objectifs : Le programme doctoral se déroule dans le cadre du projet ERC SELECT-H (European Research Council, Grant Agreement 101097984). L’objectif est d’explorer, à travers une série d’expériences canoniques adaptées au diagnostic de flux optique, la structure et la dynamique des flammes d’hydrogène résultant de fuites dans des réservoirs d’hydrogène sous pression. Le projet englobe l’allumage à partir de sources électrostatiques ou d’une paroi chaude jusqu’à la stabilisation finale de la flamme, dans le but de découvrir les principaux mécanismes physiques qui conduisent à un allumage et à une stabilisation de la flamme réussis, ainsi que leur modélisation adaptée aux simulations numériques d’écoulement.

Programme de travail : Les travaux débuteront par une analyse de la littérature scientifique sur les fuites d’hydrogène et les flammes d’hydrogène. Le candidat recevra une formation en diagnostic laser et collaborera étroitement avec d’autres chercheurs doctorants et postdoctoraux des groupes de combustion, ainsi qu’avec des étudiants responsables des outils de simulation haute fidélité développés par le CERFACS. Les expériences se concentreront initialement sur l’examen de la structure des flammes des jets d’hydrogène émergeant de petits trous dans des réservoirs sous pression, en faisant varier la taille et la géométrie des orifices. Les données résultantes serviront à valider des simulations numériques de flux haute fidélité. Par la suite, l’impact d’un champ électrostatique sera étudié pour déterminer les conditions dans lesquelles le jet d’hydrogène s’enflamme. Des expériences similaires seront menées pour explorer l’inflammation déclenchée par une surface chaude. Un accent particulier sera mis sur l’étude des mécanismes physiques qui régissent ces observations, le développement de modèles physiques de ces interactions et l’affinement de modèles adaptés aux solveurs de flux. L’implication du candidat dans les structures du groupe combustion et du laboratoire est également anticipée.

Management : Le candidat sera encadré par Laurent Selle (Sénior scientifique, CNRS) et Thierry Schuller (Professeur UT3 et IUF).

Localisation : L’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) est une unité mixte de recherche regroupant le CNRS, l’INP de Toulouse et l’Université Toulouse 3. Forte d’environ 200 personnes (65 chercheurs et enseignants-chercheurs, 35 personnels d’appui à la recherche , 80 doctorants et 20 post-doctorants), il représente l’un des plus forts potentiels de recherche et de formation française voire européenne dans le domaine de la mécanique des fluides, tant par sa taille que par le spectre des thématiques de recherche qui y sont abordées. et les domaines d’application qu’ils couvrent. Situé à Toulouse sur une île de la Garonne, le laboratoire développe un large éventail de recherches qui couvrent à la fois les aspects fondamentaux liés aux phénomènes physiques impliqués dans les écoulements et à leur description mathématique, ainsi qu’un vaste champ d’applications.