Soutenance de thèse de CORIA Guillaume

Résumé de la thèse

Cette thèse traite de la modélisation et de la simulation de l'interaction entre un écoulement hypersonique et un système de protection thermique ablatable, appliquée à la rentrée atmosphérique. Une méthode de couplage bidirectionnel entre un code de mécanique des fluides et un code de dégradation des matériaux a été développée, afin d'étudier les mécanismes de dégradation des matériaux ablatables à base de carbone. Dans ce travail, ce couplage a été réalisé entre le solveur fluide CHARME et le solveur de dégradation des matériaux MoDeTheC et il s'est concentré sur la pyrolyse et les réactions de surface de ces matériaux sous des conditions de haute température rencontrées lors des vols hypersoniques.
Dans un premier temps, une revue approfondie des phénomènes physiques liés aux écoulements hypersoniques et aux systèmes de protection thermique a été réalisée. Cela a servi de base pour développer les modèles numériques décrivant la conservation de la masse, de l'énergie et des espèces à la surface du matériau ablatable, tout en prenant en compte le transport convectif des gaz de pyrolyse et les réactions de surface. Le solveur CHARME a été utilisé pour simuler l'écoulement extérieur, tandis que MoDeTheC s'est concentré sur la dégradation du matériau.
Le couplage entre les solveurs permet un échange en temps réel de grandeurs physiques telles que la température, le flux de chaleur, la pression et les concentrations d'espèces, assurant ainsi une représentation précise des interactions entre l'écoulement et le matériau. Le modèle a été validé par plusieurs cas tests, dont celui de la sonde RAMC-I de la NASA, où les effets des gaz de pyrolyse sur le flux thermique ainsi que l'importance des réactions chimiques de surface ont été mis en évidence.
Les résultats montrent que les gaz de pyrolyse peuvent significativement réduire le flux thermique à la paroi, tandis que les réactions de surface impliquant les espèces carbonées jouent un rôle crucial dans la dégradation du matériau et la composition chimique de l'écoulement. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour une simulation plus précise des systèmes de protection thermique ablatable dans les futures missions hypersoniques.
Enfin, la thèse identifie plusieurs axes d'amélioration, notamment le raffinement du maillage, l'amélioration des modèles de diffusion des gaz, et surtout, la prise en compte du déséquilibre thermique, qui pourrait apporter une meilleure compréhension des transferts d'énergie dans les régimes hypersoniques et améliorer la précision des simulations dans les conditions extrêmes.