Modélisation et simulation d'un procédé de projection plasma de suspension : interaction du jet de plasma turbulent avec le substrat et traitement de la suspension // Modeling and simulation of a suspension plasma spraying process: interaction of the turb

La projection plasma de suspension permet d'obtenir des revêtements avec des microstructures fines et variées répondant à des applications exigeantes qui émergent au niveau industriel comme par exemple, des barrières thermiques de nouvelle génération pour l'aéronautique. Dans ce procédé, la suspension liquide contenant les particules submicroniques du matériau à déposer est injectée dans un jet de plasma thermique pour être fragmentée, évaporée libérant des particules submicroniques individuelles ou agglomérées qui sont alors accélérées et fondues et vont impacter et s'étaler sur la pièce à revêtir pour former le dépôt. La maitrise du procédé nécessite la compréhension des mécanismes complexes et interdépendants qui régissent le traitement de la suspension et la construction du revêtement.

Cette compréhension passe par la simulation du procédé en fonction de ses paramètres opératoires par un jumeau numérique, depuis la génération du jet de plasma jusqu'à la construction du dépôt. Les laboratoires IRCER et TREFLE de l'I2M se sont associés pour faire avancer cette problématique qui intéresse fortement la société Safran, leader international pour la réalisation de dépôts sur pièces aéronautiques. Ces travaux de modélisation sur la formation du jet de plasma, son développement turbulent, le traitement de la suspension et la construction du dépôt ont donné lieu à un premier projet et qui se poursuit avec le support de Safran et de la région Nouvelle-Aquitaine.

Le travail de ce doctorat consistera à poursuivre la modélisation du développement du jet de plasma turbulent instationnaire (LES/U-RANS) en présence d'un substrat mobile avec le Code de CFD Ansys_Fluent, à optimiser les méthodes numériques pour augmenter la robustesse des simulations et diminuer leur durée, et à modéliser l'atomisation puis la fragmentation secondaire du jet de suspension et son traitement physique en interaction avec un autre doctorant du projet.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Suspension plasma spraying can be used to produce coatings with a variety of fine microstructures to meet the demanding requirements of emerging industrial applications, such as new-generation thermal barriers for the aerospace industry. In this process, the liquid suspension containing submicron particles of the material to be deposited is injected into a thermal plasma jet to be fragmented and evaporated, releasing individual or agglomerated submicron particles which are then accelerated and melted, impacting and spreading out on the part to be coated to form the coating. Mastering the process requires an understanding of the complex, interdependent mechanisms governing suspension processing and coating construction.

This understanding requires simulation of the process as a function of its operating parameters by a digital twin, from plasma jet generation to deposit construction. The IRCER and TREFLE laboratories at I2M have joined forces to make progress on this issue, which is of great interest to Safran, the international leader in the production of coatings for aeronautical parts. This modeling work on plasma jet formation, turbulent development, suspension treatment and deposit construction gave rise to an initial project, which is continuing with support from Safran and the Nouvelle-Aquitaine region.

The work of this PhD will consist of continuing to model the development of the unsteady turbulent plasma jet (LES/U-RANS) in the presence of a moving substrate with the Ansys_Fluent CFD Code, optimizing numerical methods to increase the robustness of simulations and reduce their duration, and modeling the atomization then secondary fragmentation of the suspension jet and its physical treatment in interaction with another PhD student from the project.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Limoges

653 Sciences et Ingénierie

Profil : CFD, ingénierie mathématiques, ingénierie modélisation Connaissances et première expérience indispensable en modélisation, méthodes numériques, programmation et physique, bon sens physique, capacité à communiquer avec les partenaires. Activités/Compétences: • Développer un modèle CFD, implémenter le modèle 3 avec les schémas numériques adaptés dans l'environnement du code Ansys_Fluent par des fonctions utilisateurs, réaliser des maillages avec Icem et gérer de maillages mobiles. • Maitriser les approches fluides diphasiques. • Développer des programmes de traitement de données sous langage Python • Interagir avec les chercheurs du laboratoire pour valider le modèle et avec les doctorants des étapes 1 et 3.
Profile: CFD, mathematical engineering, modeling engineering Knowledge and initial experience essential in modeling, numerical methods, programming and physics, good physical sense, ability to communicate with partners. Activities/Skills: - Develop a CFD model, implement model 3 with the appropriate numerical schemes in the Ansys_Fluent code environment using user functions, create meshes with Icem and manage moving meshes. - Master two-phase fluid approaches. - Develop data processing programs in Python. - Interact with laboratory researchers to validate the model and with PhD students in stages 1 and 3.