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« Modélisation et réduction de la cinétique chimique LOx-Méthane pour des applications moteur-fusée« 

Résumé :

Le marché de l’espace étant de plus en plus compétitif, les lanceurs réutilisables sont considérés comme une technologie clé pour réduire de manière significative le coût de l’accès à l’orbite. Comme il représente le meilleur compromis coût-performance, le méthane est envisagé comme une solution pour de futurs moteurs réutilisables. Cependant, les conditions de fonctionnement des moteur-fusée sont extrêmes en termes de température et de pression, prohibitives pour la plupart des dispositifs expérimentaux existants. Il y a donc un manque fondamental de connaissances sur la cinétique de l’oxycombustion du méthane. 
Pour obtenir un modèle cinétique, une base de données expérimentale de vitesse de flamme  représentative des conditions d’application est construite à l’aide de la chambre de combustion isochore OPTIPRIME développée à ICARE (CNRS). Une gamme variée de richesses, pression et température jamais explorée auparavant pour ces mélanges est construite. Une sélection de différents mécanismes chimiques récents est ensuite comparée aux résultats expérimentaux. Le mécanisme ayant l’écart le plus faible avec l’expérience (POLIMI C1-C3) est utilisé comme point de départ d’un processus d’optimisation sur la base de données expérimentale à l’aide de l’outil OPTISMOKE++. Un mécanisme adapté à la combustion CH₄/O₂ en conditions d’un moteur de fusée est ainsi obtenu. Pour finir, le modèle est testé dans une simulation LES 3D haute-fidélité d’une configuration moteur-fusée mono-injecteur à 100 bar (REST HF-10) avec le code AVBP développé au CERFACS. Les résultats obtenus sont comparés à des modèles existants. Les principales caractéristiques de la flamme sont retrouvées mais sa structure est plus complexe, soulignant ainsi l’intérêt d’une chimie optimisée.     

Jury :

Frédérique BATTIN-LECLERC	CNRS LRGP, Université de Lorraine	Rapporteur
Guillaume RIBERT	CNRS CORIA, INSA Rouen Normandie	Rapporteur
Aurélie NICOLE	ONERA, Palaiseau	Examinateur
Annafederica URBANO	ISAE SUPAERO, Toulouse	Examinateur
Guillaume DAYMA	CNRS ICARE, Université d’Orléans	Examinateur
Florian MONNIER	ArianeGroup, Site de Vernon	Membre invité
Miguel MARTIN-BENITO	CNES, Paris Daumesnil	Conseiller industriel
Fabien HALTER	CNRS ICARE, Université d’Orléans	Directeur de thèse
Bénédicte CUENOT	CERFACS, Toulouse	Directrice de thèse