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Contexte
Cette proposition de contrat postdoctoral s’inscrit dans le cadre du projet NExT Innovez OPTHOCERA portant sur la simulation numérique du comportement thermo-fluidique de céramiques à haute porosité utilisées en tant qu’échangeurs de chaleur compacts dans les procédés et systèmes énergétiques à haute température. Ce projet s’articule autour d’une collaboration entre le LTeN (UMR CNRS 6607) de Nantes, l’IRCER (UMR CNRS 7315) et l’entreprise 3D CERAM-SINTO, tous deux basés à Limoges.
Dans un contexte mondial marqué par un quasi doublement de la consommation d’énergie primaire d’ici 2050 et la lutte contre le réchauffement climatique imputé aux gaz à effet de serre majoritairement d’origine fossile, les efforts actuels sont orientés vers le développement de sources énergétiques décarbonées ainsi que vers une gestion plus rationnelle de l’énergie nécessaire aux activités humaines. Dans le domaine des hautes températures (T>1000°C), cet impératif explique le regain d’intérêt pour la conception d’échangeurs thermiques toujours plus compacts, légers et efficaces, utilisés pour la conversion d’énergie radiative. Une spécificité des hautes températures est de devoir tenir compte de phénomènes physiques complexes et couplés dans ces milieux poreux (transferts conductifs et radiatifs, transport fluidique le cas échéant multi-phasique avec des régimes d’écoulement pouvant être turbulents), rendant toute démarche d’optimisation thermodynamique ardue.

Objectifs
Le post-doctorat visera dans une première partie à valider un solveur éléments finis déjà développé dans l’environnement FreeFEM et traitant du couplage conducto-radiatif [1]. La validation comprendra différentes étapes de difficulté croissante, commençant avec des géométries simples, jusqu'à des géométries complexes de type mousses à pores ouvertes, lesquelles nécessitent l'emploi de super-calculateurs [2]. Pour ce faire, des géométries de céramiques cellulaires seront définies (caractérisation texturale, niveau de voxelisation, finesse du maillage) via le logiciel genMat (C++, Qt) co-développé avec l’IUSTI de Marseille. La validation passera probablement par des comparaisons avec des approches stochastiques développées par des équipes du GDR CNRS 2047 TAMARYS.
La deuxième partie consistera à développer, toujours dans l’environnement FreeFEM, un solveur permettant de résoudre les équations de Navier-Stokes pour la simulation de l'écoulement laminaire dans les pores. Au niveau des calculs fluidiques, la validation se fera sur des géométries simples (canal, empilement axial de cellules de Kelvin [3]) et pourra faire l’objet d’inter-comparaisons avec le code YALES2 du CORIA.
Dans une troisième partie des jeux de céramiques dont les textures permettront de tendre vers une conversion solaire chaleur optimisée seront élaborées par fabrication additive par la société 3D CERAM-SINTO. Il conviendra d’assurer une pénétration volumique du rayonnement thermique dans tout le volume de la céramique poreuse tout en maximisant le coefficient d’échange thermique et en minimisant les pertes de charge [4]. Les céramiques produites seront testées sur le banc OPTISOL du laboratoire PROMES.

Profil du Candidat
Le candidat devra avoir soutenu une thèse de doctorat en mécanique des fluides et/ou thermique avec un gout prononcé pour le calcul scientifique (décomposition de domaine, parallélisation, gestion des maillages, post-processing). Une expérience avec FreeFEM sera très appréciée.

Localisation
Le poste sera mené dans les locaux du LTeN hébergé à Polytech’Nantes (rue Christian Pauc, 44306 Nantes cedex 03, France). Le projet inclura des missions à l’IRCER et 3D CERAM SINTO sur Limoges. L’accès dans les locaux du LTeN passera au préalable par une enquête de 2 mois de type ZRR.
Date de début : à compter du 12 avril 2021

Candidature
Pour postuler, envoyez un CV avec une liste de publications et une lettre de motivation avec recommandations à Benoit Rousseau (benoit.rousseau@univ-nantes.fr) et Yann Favennec (yann.favennec@univ-nantes.fr)

[1] Badri M.-A., Favennec Y., Jolivet P., Rousseau B., Conductive-radiative heat transfer within SiC-based cellular ceramics at high-temperatures: A discrete-scale finite element analysis., Finite Elements in Analysis and Design. 2020;178.
[2] Badri M.-A., Jolivet P., Rousseau B., Favennec Y., High performance computation of radiative transfer equation using the finite element method., Journal of Computational Physics. 2018;360:74-92
[3] Wu Z., Caliot C., Flamant G., Wang Z., Numerical simulation of convective heat transfer between air flow and ceramic foams to optimize volumetric solar air receiver performances, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2011:54:1527-1537
[4] Pelanconi M., Barbato M., Zavattoni S., Vignoles G.-L., Ortona A., Thermal design, optimization and additive manufacturing of ceramic regular structures to maximize the radiative heat transfer, Material&Design, 2019:163:107539