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Le 12 avril 2019 à 14h00

Soutenance de thèse : Valentin JONCQUIERES -“Modélisation et simulation numérique des moteurs à effet Hall”

Jean-François BOUSSUGE |  SALLE DE CONFERENCES JCA, Cerfacs, Toulouse, France |  

La question de la propulsion spatiale a été un enjeu politique au coeur de la guerre froide et reste un enjeu stratégique de nos jours. La technologie chimique déjà en place sur les moteurs fusées s’avère être limitée par la vitesse d’éjection et la durée de vie des appareils. La propulsion électrique et plus particulièrement le moteur à effet Hall apparait ainsi comme la technologie la plus performante et la plus utilisée pour diriger un satellite dans l’espace. Cependant, la physique à l’intérieur d’un propulseur étant complexe, de par les champs électromagnétiques ou les processus de collisions importants, toutes les particularités de fonctionnement du moteur ne sont pas parfaitement expliquées. Au bout de centaines d’heures d’essais, certains prototypes voient leur paroi s’éroder de façon anormale et des instabilités électromagnétiques se développent au sein de la chambre d’ionisation. La mobilité des électrons mesurée est en contradiction avec les modèles analytiques et soulèvent des problématiques sur la physique du plasma à l’intérieur de ces moteurs. Par conséquent, le code AVIP a été développé afin de proposer un code 3D massivement parallèle et non-structuré à Safran Aircraft Engines modélisant le plasma instationnaire à l’intérieur du propulseur. Des méthodes lagrangiennes et eulériennes sont utilisées et intégrées dans le code et mon travail s’est concentré sur le développement d’un modèle fluide, étant plus rapide et donc mieux adapté à la conception et au design industriel. Le modèle fluide est basé sur un modèle aux moments avec une expression rigoureuse des termes de collisions et une description précise des conditions limites pour les gaines. Ce modèle a été implémenté numériquement dans un formalisme non structuré et optimisé de façon à être performant sur les nouvelles architectures de calcul. La modélisation retenue et les efforts d’optimisation ont permis de réaliser un calcul réel de moteur à effet Hall afin de retrouver les propriétés globales de fonctionnement telles que l’accélération des ions ou encore la localisation de la zone d’ionisation. Un second cas d’application a finalement reproduit avec succès les instabilités azimutales dans le propulseur avec un modèle fluide et a justifié le rôle de ces instabilités dans le transport anormal des électrons et l’érosion des parois

Jury :

Thierry MAGIN                Van Karman Institute, Belgique                       Rapporteur

Khaled HASSOUNI         LIMHP-CNRS, Université Paris Nord              Rapporteur

Olivier SIMONIN             INP Toulouse                                                    Examinateur

Anne BOURDON            LPP ECOLE POLYTECHNIQUE Palaiseau     Examinateur

Paul-Quentin ELIAS        ONERA Chatillon                                             Examinateur

Stephan ZURBACH        SAFRANGROUP Vernon                                Invité

Olivier VERMOREL        Cerfacs, Toulouse                                            Co-directeur de thèse

Bénédicte CUENOT       Cerfacs, Toulouse                                            Directeur de thèse

 

PS : Vigipirate impose la présentation d'une pièce d'identité pour entrer sur le site de la Météopole.

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