Modélisation numérique de la propagation et de l'arrêt de fissures dans les pipelines transportant du CO2 // Numerical modeling of crack propagation and arrest in CO₂ pipelines

Ce projet de thèse s'inscrit dans le contexte de la lutte contre le changement climatique, en se concentrant sur le développement du captage, de l'utilisation et du stockage du CO₂ (CCUS). Il met en lumière les enjeux liés au transport du CO₂ par pipeline, notamment les risques de rupture accidentelle. Lors d'une fuite, la décompression rapide du CO₂ provoque un refroidissement extrême pouvant fragiliser l'acier des conduites et entraîner une propagation rapide des fissures.

L'objectif principal de la thèse est de développer une plateforme numérique avancée, basée sur la méthode des éléments finis et implémentée dans le logiciel OpenRadioss, afin de simuler et prédire le comportement des pipelines en conditions extrêmes. Le travail repose sur une approche multiphysique intégrant la rupture ductile et fragile, l'interaction fluide-structure et les effets thermiques.

Les axes de recherche incluent le développement de modèles constitutifs pour la rupture ductile, la modélisation de la rupture fragile par champs de phase, la simulation de l'écoulement et de la décompression du CO₂, ainsi que l'étude de la propagation dynamique des fissures. Les modèles développés seront validés à l'aide de données expérimentales issues d'essais en laboratoire et à grande échelle, afin de garantir leur fiabilité pour des applications industrielles.
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This PhD project is set in the context of combating climate change, focusing on the development of carbon capture, utilization, and storage (CCUS). It highlights the challenges associated with transporting CO₂ via pipelines, particularly the risks linked to accidental rupture. In the event of a leak, the rapid decompression of CO₂ causes extreme cooling, which can embrittle the steel and lead to rapid crack propagation.

The main objective of the thesis is to develop an advanced numerical platform, based on the finite element method and implemented in the OpenRadioss software, to simulate and predict pipeline behavior under extreme conditions. The work relies on a multiphysics approach, incorporating ductile and brittle fracture, fluid-structure interaction, and thermal effects.

The research focuses on developing constitutive models for ductile fracture, modeling brittle fracture using phase-field methods, simulating CO₂ flow and decompression, and studying dynamic crack propagation. The developed models will be validated using experimental data from laboratory tests and large-scale experiments to ensure their reliability for industrial applications.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Cifre

CIFRE ANRT

Mines Paris-PSL

621 ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Profil type pour une thèse à MINES Paris: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent. Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : - Formation en mécanique, génie mécanique, génie civil ou domaine connexe (niveau Master ou équivalent) - Solides bases en mécanique des solides et en mécanique de la rupture - Connaissances en méthodes numériques, notamment en méthode des éléments finis - Intérêt pour la modélisation multiphysique (couplages fluide-structure, thermique, etc.) - Compétences en programmation scientifique (Python, C/C++, ou Fortran appréciées) - Une expérience avec des codes de calcul (par exemple OpenRadioss, Abaqus, ou équivalent) est un plus - Bon niveau en anglais scientifique (écrit et oral) - Autonomie, rigueur scientifique et capacité à travailler sur des problèmes complexes Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant • un curriculum vitae détaillé • une copie de la carte d'identité ou passeport + adresse domicile si ne figure pas sur le document • une lettre de motivation/projet personnel • des relevés de notes L3, M1, M2 • 2 lettres de recommandation • les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation • une attestation de niveau d'anglais
Typical profile for a thesis at MINES Paris: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project. Prerequisite (specific skills for this thesis): - Master's degree (or equivalent) in mechanics, mechanical engineering, civil engineering, or a related field - Strong background in solid mechanics and fracture mechanics - Knowledge of numerical methods, particularly the finite element method - Interest in multiphysics modeling (fluid-structure interaction, thermal effects, etc.) - Skills in scientific programming (Python, C/C++, or Fortran are appreciated) - Experience with simulation software (e.g., OpenRadioss, Abaqus, or similar) is a plus - Good proficiency in scientific English (written and spoken) - Ability to work independently, scientific rigor, and capacity to handle complex problems Applicants should supply the following : • a detailed resume • a copy of the identity card or passport • a covering letter explaining the applicant's motivation for the position • detailed exam results • two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted • to provide an appreciation of the candidate • Your notes of M1, M2 • level of English equivalent TOEIC to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr