Laboratoires d’accueil : IMT Nord Europe - Centre d’Enseignement, Recherche et Innovation Énergie Environnement (CERI EE), Douai

Directeur du CERI EE : Pr. Patrice CODDEVILLE

Nature du poste : Thèse de doctorat CIFRE en CDD sur 36 mois avec le groupe TERA

Ecole doctorale : Ecole doctorale Science de l'ingénierie et des systèmes (ENGSYS ED 632) - Domaine : Mécanique, Génie Civil, Énergétique, Matériaux (MGCEM)

Contexte

Ecole sous tutelle du ministère en charge de l’économie et des finances, et école de l’Institut Mines Télécom, IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l’innovation et les créations d’entreprises.

Localisée sur plusieurs sites d’enseignement et de recherche, IMT Nord Europe s’appuie sur plus de 20 000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d’excellence dans les domaines suivants :

• Systèmes Numériques

• Energie Environnement

• Matériaux et Procédés

Pour plus de détails, consulter le site internet de l’Ecole : https://imt-nord-europe.fr/

Contexte scientifique du Doctorat - Missions de recherche et de développement

Cette thèse, qui sera menée dans le cadre d’une Convention Industrielle de Formation par la Recherche (CIFRE), est intégrée aux travaux du Laboratoire Commun IAM-Lab, projet partenarial entre le Groupe TERA et IMT Nord Europe. Elle est centrée sur l’optimisation des performances de capteurs à base de polymères conducteurs grâce au développement d’un système fluidique capable d’intensifier les échanges entre le gaz et le matériau sensible (Figure 1-a).

Figure 1- a) Surface sensible d’un capteur d’ammoniac. b) Illustration de la mesure par un capteur d’ammoniac (en bleue) d’une évolution temporelle de concentration réelle de gaz (en orange). La détérioration de la mesure est caractérisée par une sous-estimation de la concentration ( ) et par un déphasage temporel ( ). L’utilisation d’une technique de contrôle d’écoulement consiste à réduire ce décalage (courbe grise en pointillés).

L’augmentation de la performance de détection des capteurs passe souvent par l’amélioration des propriétés chimiques des surfaces sensibles. Un deuxième aspect reste souvent négligé dans le dimensionnement d’un capteur : l’influence de l’écoulement de l’air sur la qualité de détection. Avant d’être détectées par une surface sensible, les molécules d’ammoniac sont transportées par l’écoulement d’air (transport convection/diffusion) induit à l’intérieur du capteur par une micro-pompe ou de manière plus « naturelle » selon les configurations. Or, un écoulement dans un milieu confiné en présence de parois est caractérisé par des zones de faibles vitesses (couches limites) et potentiellement des « zones mortes » (zones de recirculation). Ces phénomènes peuvent 1) détériorer (ou « lisser ») les niveaux de concentration détectés par la surface sensible et 2) augmenter les temps de réponse du capteur (déphasage), comme illustré dans la Figure 1-b. Ces phénomènes deviennent majeurs lorsque les tailles caractéristiques du système deviennent plus petites ; les écoulements laminaires ayant des propriétés de mélange (ou d’homogénéisation) beaucoup plus faibles que les écoulements turbulents.

Le principal défi scientifique consiste donc à améliorer par voie fluidique le temps de réponse de ces capteurs tout en renseignant les bons niveaux de concentration. Dans le cadre du présent doctorat, des techniques de contrôle/manipulation d’écoulement seront définies et mises en œuvre pour intensifier les échanges gaz/surface et proposer des conceptions innovantes améliorant la distribution du flux gazeux et in fine la qualité métrologique des capteurs.

Les principales tâches à réaliser durant la thèse s’articulent autour des points suivants :

• Développement d’un modèle numérique prédictif permettant l’optimisation par voie fluidique de la détection de gaz ammoniac par une surface sensible en utilisant un code commercial CFD (Star-CCM+).
• Modélisation de la physico-chimie de surface (adsorption/désorption de l’ammoniac)
• Intégration d’éléments perturbateurs de l’écoulement, définition d’architectures géométriques optimisant les flux d’air au niveau de la surface sensible et dans son environnement immédiat.
• Etude par voie numérique de l’influence des modifications aérauliques envisagées sur la détection.
• Mise en œuvre d’un banc d’essai permettant l’utilisation de méthodes optiques de vélocimétrie pour analyser l’évolution de grandeurs physiques moyennes et instationnaires de l’écoulement et qualifier le modèle numérique développé.
• Mise en œuvre d’une cellule de mesure adéquate permettant d’évaluer en conditions de laboratoire la qualité métrologique des capteurs d’ammoniac innovants proposés.

Encadrants et chercheurs impliqués : Rémi Gautier (IMT), Souria Hamidouche (IMT), Caroline Duc (IMT), Alexandra Fresneau (TERA)

Direction de Thèse : Nathalie Redon (IMT) et Serge Russeil (IMT)

Profil du candidat

• Le/la candidat(e) devra être titulaire d'un diplôme d’Ingénieur(e) ou d’un master recherche avec une formation en Mécanique des fluides, Génie des procédés ou Thermique/Génie énergétique avec un grand intérêt pour la mécanique des fluides, en particulier pour la modélisation numérique.
• Un sens pratique permettant de développer des modèles et outils numériques CFD est nécessaire. Une appétence pour le travail expérimental est un plus.
• Le/la candidat(e) devra être apte à travailler en équipe sur ce projet pluridisciplinaire.
• De bonnes aptitudes de communication orale et écrite (français/anglais) sont attendues pour présenter les travaux aux partenaires ou dans des congrès, rédiger des rapports et des articles dans des revues scientifiques.

Conditions

Le poste est à pourvoir à compter du 01/11/2022 (environ) pour une durée de 36 mois (contrat CDD).

Le Doctorat étant mené dans le cadre du dispositif CIFRE (Convention Industrielle de Formation par la Recherche), l’employeur est le groupe TERA.

Renseignements et modalités de dépôt de candidature

Fournir un CV détaillé, les relevés de notes (M1 et M2), une lettre de motivation, deux lettres de recommandation de personnes référentes, un résumé d'une page du mémoire de master ou des stages, et tout autre document permettant d’appuyer votre candidature.

Pour toute information complémentaire concernant cette offre de thèse, contactez souria.hamidouche@imt-nord-europe.fr ou remi.gautier@imt-nord-europe.fr

Pour tout renseignement administratif, merci de vous adresser à la Direction des Ressources Humaines : jobs@imt-nord-europe.fr

Date limite de candidature : 30/06/2022