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Résumé :

Les interactions entre flammes et plasmas sont le fil directeur de ce travail. Les décharges nanoseconde répétées (NRP en anglais) sont des plasmas hors-équilibre qui ont montré des caractéristiques intéressantes pour le contrôle de la combustion. Ces décharges peuvent interagir avec les flammes à travers non seulement un effet thermique, mais aussi un effet chimique à travers la production d’espèces réactives tel que les radicaux. Dans cette thèse, des simulations entièrement couplés de combustion assistée par plasma sont visées. Pour ce faire, la simulation de décharges plasmas a été implémentée dans le code de plasmas froids AVIP. Les méthodes numériques, ainsi que de nombreux cas de validations pour chaque ensemble d’équations, sont tout d’abord présentées. Ces équations comprennent les équations de dérive-diffusion couplées avec l’équation de Poisson pour les décharges plasmas. AVIP est couplé à AVBP qui résout les équations de Navier-Stokes réactives pour décrire la combustion. Dans une deuxième partie, nous commençons par construire une chimie détaillée pour les mélanges méthane-air à travers des calculs de réacteurs 0D. Cette chimie est ensuite réduite pour être applicable à des calculs multi-dimensionnels. La capacité d’AVIP à simuler des décharges plasmas, aussi appelés streamers, est ensuite montrée sur des chimies simples. Toutes les parties du code sont enfin rassemblés dans un calcul multi-dimensionel enitèrement couplé pour étudier l’allumage d’un mélange méthane-air en utilisant des décharges NRP. Au vu de l’expérience gagnée sur ces simulations entièrement couplés, des modèles phénoménologiques sont proposés. Dans une dernière partie, des réseaux de neurones sont utilisées pour résoudre l’équation de Poisson. Ceux-ci ont le potentiel pour accélérer les simulations plasmas par rapport aux solveurs linéaires classique.

Mots-clés : Combustion Assistée par Plasma, Méthodes Numériques, Réseaux de Neurones, équation de Poisson

Jury :

Yiguang JU	Princeton University	Rapporteur
Khaled HASSOUNI	Laboratoire des Sciences et des Procédés des Matériaux (LSPM)	Rapporteur
Anne BOURDON	Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP)	Examinateur
Vincent MOUREAU	CORIA	Examinateur
Bruno DESPRES	Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL)	Examinateur
Deanna LACOSTE	KAUST	Examinateur
Michaël BAUERHEIM	ISAE-SUPAERO	Invité
Olivier VERMOREL	CERFACS	Invité
Bénédicte CUENOT	CERFACS	Directrice