Thermodynamique d’un écoulement de métal liquide en surface libre destiné à l‘extraction de chaleur au sein de centrales à fusion nucléaire par confinement magnétique

L'objectif de cette thèse est de participer au développement d’un nouveau concept de composant destiné à l’extraction de chaleur au sein des futures centrales à fusion nucléaire par confinement magnétique.
Ce concept repose sur l’écoulement continu d’un film mince (
La montée en maturité de ce concept de composant à métal liquide est en cours au CEA et fait l’objet de développements numériques et expérimentaux dédiés. Toutefois, (i) la connaissance précise des propriétés physiques et thermodynamiques (tension de surface, viscosité, conductivité thermique) des métaux liquides candidats (Li, LiH, LiSn) ainsi que (ii) la caractérisation de l’écoulement lui-même (mesure de la vitesse, de l’épaisseur du film, de la hauteur des vagues en surface libre) sont cruciales pour améliorer notre compréhension des phénomènes observés lors d’expériences d’écoulement représentatives menées en eau sous flux thermiques.
Cette thèse vise à pallier les problématiques (i) et (ii) en développant une approche combinant modélisation; en vue de simuler l’écoulement continu du métal liquide en environnement représentatif (sous flux thermique et environnement magnétisé) et expérimentation; sur le banc SALTO basé à l’Institut Fresnel (pour l’identification des grandeurs physiques et thermodynamiques) et le banc d’écoulement école en eau du CEA (TRITON) pour la caractérisation et l’étude de l’écoulement fluide lui-même.

La thèse sera menée dans le cadre d’une collaboration entre l’IRFM (Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique) qui fait partie de la direction de la Recherche Fondamentale du CEA basé sur le centre de Cadarache et l’équipe ILM (Interaction Laser Matière) de l’Institut Fresnel.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The aim of this Ph.D is to explore innovative heat exhaust solution for nuclear fusion power plants.
This concept is based on the continuous thin film flow ( This liquid metal component concept is currently maturing at the CEA and is the subject of dedicated numerical and experimental developments. However, (i) precise knowledge of the physical and thermodynamic properties (surface tension, viscosity, thermal conductivity) of the candidate liquid metals (Li, LiH, LiSn) and (ii) characterisation of the flow itself (measurement of speed, film thickness, wave height at the free surface) are crucial to improve our understanding regarding the phenomena observed during representative flow experiments carried out in water under thermal flux.
This thesis aims at overcoming issues (i) and (ii) by developing an approach that combines fluid modelling (under thermal flux and in a magnetised environment), and experimentation, on the SALTO bench based at Institut Fresnel (for the identification of physical and thermodynamic quantities) and the CEA's school flow bench in water (TRITON), for the characterisation and study of the fluid flow itself.
The thesis will be carried out as part of a collaboration between the IRFM (Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique), which belongs to the CEA's Fundamental Research unit based at the Cadarache, and the ILM (Interaction Laser Matière) team at the Institut Fresnel.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service d’Ingénierie, des Internes et des Projets
Laboratoire : Groupe Composant Face au Plasma et Matériaux
Date de début souhaitée : 01-11-2025
Ecole doctorale : Physique et Sciences de la Matière (ED352)
Directeur de thèse : Gallais Laurent
Organisme : Ecole Centrale Marseille et Institut Fresnel - UMR7249
Laboratoire : Equipe ILM

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique
Service : Service d’Ingénierie, des Internes et des Projets

ingenieur matériaux / mécanique des fluides