Modélisation CFD de la combustion du bois bûche dans les poêles domestiques

L’Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM, EA 7548), constitué de 54 enseignants-chercheurs, est structuré en 3 équipes représentant les trois domaines scientifiques couverts par l’institut : Mécanique, Thermique-Energétique, Matériaux.

Chaque équipe décline des Opérations Scientifiques suivantes :

• Équipe 1 : Thermique et Énergétique (TE)
• Équipe 2 : Mécanique Appliquée et Génie Civil (MAGC)
• Équipe 3 : Matériaux et Procédés Innovants (MAPI)

Contexte :

En France, environ sept millions de foyers se chauffent au bois (granulés ou bûches), ce qui représente la première énergie renouvelable consommée pour le chauffage. En revanche, la combustion de biomasse est responsable d’émissions de polluants tels que le monoxyde de carbone CO, les oxydes d’azotes (NOx) et les particules fines (PM10, PM2.5). Les normes environnementales françaises et européennes visent à limiter ces émissions et rendre les appareils de chauffage domestique plus performants. Dans cette optique, la société Invicta souhaite développer un outil de modélisation destiné à optimiser les conditions opératoires et la conception de nouveaux poêles.

Objectif :

               Dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) et la société Invicta, un modèle numérique CFD sous Ansys FLUENT a déjà été développé pour prédire les émissions dans les poêles à granulés. L’objectif de ce stage est d’adapter ce modèle à la combustion du bois bûche. En particulier, des moments clés de la combustion devront être identifiés et sélectionnés pour la simulation. Le modèle numérique devra être alimenté par des résultats de caractérisation de la biomasse (ATG, ATD, bombe calorimétrique, analyses de gaz de pyrolyse par µGC/MS). Les résultats de simulations seront systématiquement confrontés à des résultats expérimentaux.

Tâches :

• Réalisation d’une bibliographie sur le chauffage au bois et sur la modélisation de la combustion
• Prise en main du modèle numérique existant et implémentation dans une nouvelle géométrie de poêle
• Adaptation du modèle pour la combustion de bûches
• Réalisation de tests de caractérisation sur la biomasse
• Réalisation de tests de combustion sur des poêles à bois existants
• Rédaction de rapports scientifiques

Étudiant en dernière année d’école d’ingénieur ou en Master 2 avec une spécialité en thermique, mécanique des fluides ou énergétique.

Compétences requises :

• Solides connaissances en mécanique des fluides, transfert de chaleur et de masse, rayonnement
• Expériences avec Ansys FLUENT
• Connaissance des techniques de caractérisation (ATG/ATD, analyse de gaz, etc) et des cinétiques de pyrolyse est un plus
• Goût pour le travail expérimental
• Bonnes capacités rédactionnelles en français et en anglais
• Bon niveau d’anglais à l’oral