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Sujet :
Le sujet de la thèse porte sur la simulation numérique de l’atténuation des effets d’une explosion (détonation dans un matériau hétérogène) par une mousse aqueuse.
Des études ont montré (Del Prete et al. 2013, Ballanger 2015) que le confinement d’un explosif par des mousses aqueuses sèches est à même de limiter les effets destructeurs de la détonation en termes d’ondes de choc et d’ondes de souffle. Plus récemment, l’utilisation de mousse a également permis de mettre en évidence la possible capture de particules micro et millimétriques (Mikart 2020). Des analyses plus précises de l’impact du confinement le ralentissement voire la capture de particules nécessitent le recours à la simulation numérique du phénomène.

Les outils numériques développés doivent prendre en compte différents aspects physiques pour rendre compte à la fois du phénomène de détonation et transport de particules (jusqu’à une possible capture) par la mousse aqueuse. Les problématiques sont variées :

  • Compressibilité des phases.
  • Calcul de la propagation des ondes de chocs et des ondes de détonation au sein de matériaux hétérogènes (mélanges de solides, gazeux, etc.) (Petitpas et al. 2009).
  • Les écoulements étant multi-vitesses durant la phase d’interaction entre particules et mousse aqueuse, une modélisation en déséquilibre de vitesse est nécessaire.
  • Fragmentation pour le solide et la mousse.

L’outil de calcul ECOGEN (Schmidmayer et al. 2020, https://code-mphi.github.io/ECOGEN/), développé conjointement par Aix-Marseille Université (IUSTI) et l’Inria Bordeaux (LMAP) s’avère suffisamment évolutif pour réaliser à terme des simulations numériques complexes sur cette problématique. ECOGEN a déjà fait ses preuves dans de nombreux domaines dont le spatial (Cazé et al. 2023), la défense (Marty et al. 2019), l’aéronautique (Dorschner et al. 2020, Biasiori-Poulanges & Schmidmayer 2023) ou encore dans le domaine de la santé (Pishchalnikov et al. 2019). Un des points cruciaux des évolutions à venir concerne la prise en compte du déséquilibre de vitesse.

Le but de la thèse consiste à introduire de nouveaux modèles et méthodes numériques précises et robustes au sein d’ECOGEN pour permettre la simulation d’écoulements multiphasiques (liquide, gaz, solide) avec écarts de vitesses entre phases. Les méthodes devront être étendues à l’ordre élevé pour améliorer la précision des résultats. Le phénomène de détonation devra être pris en compte via le développement de méthodes d’intégration de termes sources raides en vue de rendre possible la simulation d’une explosion confinée par une mousse aqueuse. Le doctorant pourra s'appuyer sur une exploitation des données expérimentales existantes.

Profil du candidat :
Le candidat est titulaire d’un niveau M2 ou d’un diplôme d’ingénieur, idéalement issu d’une formation en mécanique et en particulier avec une maitrise de la dynamique des fluides avec de bonnes connaissances en mécanique des fluides compressibles. Le candidat a aussi des connaissances sur les méthodes de simulations numériques d’écoulements.

Le candidat doit avoir une appétence naturelle pour le développement informatique et numérique pour utiliser voire développer des outils de calculs haute performance (séquentiel et parallèle). De bonnes connaissances en C/C++ sont un plus.

La thèse se déroulera en partie à l’IUSTI (Université d’Aix Marseille) et à l’UPPA (Université de Pau et des Pays de l’Adour).

Contacts :

Références :

  • Ballanger F. (2015) Confinement de la détonation d’un objet explosif par mousse aqueuse sèche. Etude expérimentale et numérique. PhD thesis. ISAE-ENSMA.
  • Biasiori-Poulanges, L., Schmidmayer, K. (2023). A phenomenological analysis of droplet shock-induced cavitation using a multiphase modelling approach. Physics of Fluids, 35 (1), 013312.
  • Cazé, J., Petitpas, F., Daniel, E., Queguineur, M., Le Martelot, S. (2023). Modeling and simulation of the cavitation phenomenon in space-engine turbopumps. Journal of Computational Physics, under revision.
  • Del Prete, E., Chinnayya, A., Domergue, L., Hadjadj, A., & Haas, J. F. (2013). Blast wave mitigation by dry aqueous foams. Shock waves, 23(1), 39-53.
  • Dorschner, B., Biasiori-Poulanges, L., Schmidmayer, K., El-Rabii, H., Colonius, T. (2020). On the formation and recurrent shedding of ligaments in droplet aerobreakup. Journal of Fluid Mechanics, 904, A20.
  • Marty, A., Daniel, E., Massoni, J., Biamino, L., Houas, L., Leriche, D., Jourdan, G. (2019). Experimental and numerical investigations of shock wave propagation through a bifurcation. Shock Waves, 29, 285-296.
  • Mikart, M. (2019). Capture, par mousse aqueuse, de particules micrométriques dispersées par explosif. Étude expérimentale et numérique. PhD thesis, ISAE-ENSMA.
  • Petitpas, F., Saurel, R., Franquet, E., & Chinnayya, A. (2009). Modelling detonation waves in condensed energetic materials: Multiphase CJ conditions and multidimensional computations. Shock waves, 19(5), 377-401.
  • Pishchalnikov, Y. A., Behnke-Parks, W. M., Schmidmayer, K., Maeda, K., Colonius, T., Kenny, T. W., Laser, D. J. (2019). High-speed video microscopy and numerical modeling of bubble dynamics near a surface of urinary stone. The Journal of the Acoustical Society of America, 146, 516-531.
  • Schmidmayer, K., Petitpas, F., Le Martelot, S., Daniel, E. (2020). ECOGEN: An open-source tool for multiphase, compressible, multiphysics flows. Computer Physics Communications, 251, 107093.