Etude expérimental d'un caloduc oscillant miniature plat pour des applications cryogéniques // Experimental study of miniature flat plate pulsating heat pipes for cryogenic applications

Cette thèse de doctorat a pour objectif d'étudier expérimentalement les performances thermiques de caloducs pulsés cryogéniques (PHP) à plaques planes fonctionnant à l'hélium (4 K) et au néon (27 K). Les travaux débuteront par la conception thermique des PHP, sur la base d'une analyse approfondie de la littérature concernant les paramètres géométriques et physiques influençant leurs performances (diamètre hydraulique, dimensions des différentes sections, matériau, nombre et géométrie des canaux, etc.). Cette étude évaluera dans quelle mesure les connaissances acquises à température ambiante peuvent être transposées aux conditions cryogéniques. La deuxième étape sera consacrée à la fabrication de PHP à plaques planes, dont la fabrication est plus complexe que celle des configurations tubulaires. En fonction de la conception choisie, des procédés conventionnels ou des techniques de fabrication additive pourront être utilisés. Enfin, les prototypes feront l'objet d'une caractérisation expérimentale sur une installation d'essai adaptée afin de déterminer leurs performances thermohydrauliques. Les essais comprendront des mesures localisées de température et de pression à l'intérieur des canaux, sans perturber l'écoulement, et seront menés jusqu'à la limite de capacité du réfrigérateur cryogénique (source de froid).
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The objective of this doctoral dissertation is to experimentally study the thermal performance of pulsed cryogenic heat pipes (PHPs) with flat plates operating with helium (4 K) and neon (27 K). The work will begin with the thermal design of the PHPs, based on an in-depth analysis of the literature regarding the geometric and physical parameters that influence their performance (hydraulic diameter, dimensions of the various sections, material, number and geometry of the channels, etc.). This study will assess the extent to which knowledge acquired at room temperature can be applied to cryogenic conditions. The second stage will focus on the fabrication of flat-plate PHPs, which are more complex to manufacture than tubular configurations. Depending on the chosen design, conventional processes or additive manufacturing techniques may be used. Finally, the prototypes will undergo experimental characterization on a suitable test facility to determine their thermohydraulic performance. The tests will include localized measurements of temperature and pressure inside the channels, without disrupting the flow, and will be conducted up to the capacity limit of the cryogenic refrigerator (cold source).
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public/private mixed funding

Financement du CEA - CTBU (Contrat de thèse sur budget unité)

Université Paris-Saclay GS Physique

576 Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation

Le candidat doit être titulaire d'un master, d'un diplôme d'ingénieur ou d'un titre équivalent dans le domaine de la mécanique des fluides et du transfert thermique. Des connaissances en conception thermique et en écoulement de fluides diphasiques sont souhaitables. Une maîtrise des systèmes d'acquisition de données expérimentales (LabView, etc.) et des compétences en programmation (Python, etc.) pour l'analyse des données constitue un atout. Une connaissance de la cryogénie n'est pas nécessaire. Une vocation intrinsèque pour la recherche et une aptitude à mener des expériences sont indispensables. Les langues de travail seront le français et l'anglais.
The candidate must have a Master's degree, Dipl ˆome d'ingénieur or equivalent in the field of fluid mechanics and heat transfer. Knowledge of thermal design and two-phase fluid flow is desirable. Acquaintance of using experimental data acquisition system (LabView, etc.) and programming skills (Python, etc.) for data analysis would be a plus. Familiarity of cryogenics is not necessary. Intrinsic orientation for research and aptitude for conducting reliable experiments is a must. Working language will be French and English.