Description

La projection plasma de suspension permet d’obtenir des revêtements avec des microstructures fines et variées répondant à des applications exigeantes qui émergent au niveau industriel comme par exemple, des barrières thermiques de nouvelle génération pour l’aéronautique. Dans ce procédé, la suspension liquide contenant les particules submicroniques du matériau à déposer est injectée dans un jet de plasma thermique pour être fragmentée, évaporée libérant des particules submicroniques individuelles ou agglomérées qui sont alors accélérées et fondues et vont impacter et s’étaler sur la pièce à revêtir pour former le dépôt. La maitrise du procédé nécessite la compréhension des mécanismes complexes et interdépendants qui régissent le traitement de la suspension et la construction du revêtement.

Cette compréhension passe par la simulation du procédé en fonction de ses paramètres opératoires par un jumeau numérique, depuis la génération du jet de plasma jusqu’à la construction du dépôt. Les laboratoires IRCER et TREFLE de l’I2M se sont associés pour faire avancer cette problématique qui intéresse fortement la société Safran, leader international pour la réalisation de dépôts sur pièces aéronautiques. Ces travaux de modélisation sur la formation du jet de plasma, son développement turbulent, le traitement de la suspension et la construction du dépôt ont donné lieu à un premier projet et qui se poursuit avec le support de Safran et de la région Nouvelle-Aquitaine.

Le travail de ce doctorat consistera à modéliser le comportement des particules submicrométriques au sein d’une goutte de suspension déjà fragmentée et soumise au flux de chaleur et au cisaillement de l’écoulement plasma et dont le liquide porteur s’évapore, se déforme et recircule en prenant en compte la diffusion et les forces sur/entre particules, et ce, de façon à prédire le nombre de particules résultant, leur taille voire leur forme, une goutte pouvant possiblement conduire à la naissance des plusieurs agrégats.

Compétences requises

Profil du candidat: CFD, ingénierie mathématiques, ingénierie modélisation, Connaissances et première expérience indispensable en modélisation, méthodes numériques, programmation et physique, bon sens physique, capacité à communiquer avec les partenaires. Activités/Compétences du/de la doctorant(e) • Développer et implémenter des modèles numériques ( représenter la physique régissant les interactions goutte de suspension/plasma : approche diphasique Eulérienne (gaz/liquide), Lagrangienne (comportement des particules en suspensions dans la goutte), • Connaitre les approches diphasiques • Implémenter les schémas numériques adaptés à ces modèles. • Interagir avec les chercheurs du laboratoire pour valider le modèle et avec les doctorants des étapes 2 et 4.

Bibliographie

Chergui, A., Lebot, C., Rat, V., Mariaux, G., & Denoirjean, A. (2024, April). Physical Mechanisms in Plasma Spray Processing of Suspensions. In International Thermal Spray Conference (Vol. 84864, pp. 298-309). ASM International.

S.M. Javid, C. Moreau and J. Mostaghimi, Numerical Analysis of Buckling of a Single Suspension Droplet, J Therm Spray Tech, 2020, 29(3), p 344-357, 32 A

Mots clés

projection plasma, suspension, modélisation, simulation numérique, revêtements barrières thermique , aéronautique