Pour le Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA), la compréhension de la dynamique des écoulements à bulles est indispensable à la construction d'un ``réacteur numérique'' qui pourrait permettre, à terme, d’optimiser les marges de sûreté des installations nucléaires. En effet, cette dynamique un rôle dominant sur la thermique des écoulements diphasiques, allant jusqu'à modifier le flux de chaleur en paroi, lui-même relié aux problématiques de sûreté nucléaire. L'étude de ces phénomènes est donc un enjeu industriel de sûreté, doublé d’un champ de recherche innovant.

Aujourd'hui, aucun code de calcul n’est capable de prédire avec une précision satisfaisante cette dynamique pour un système industriel complexe. Les raisons sont multiples. L'une de ces raisons est la mauvaise prise en compte de la pollution des interfaces des bulles par les surfactants dans les modèles existants. Les surfactants sont des impuretés que l'on retrouve dans n'importe quel système hydraulique (les détergents sont des exemples courants). Ils peuvent être issus de la pollution de l'eau, de réactions chimiques, ou peuvent être volontairement ajoutés pour modifier les propriétés du fluide. Ces molécules à tête hydrophile et queue hydrophobe s'agglutinent à l'interface liquide/gaz des bulles et modifient localement la tension de surface. Elles provoquent alors une rigidification de l'interface et perturbent la déformabilité des bulles. Par réaction en chaîne, c'est l'ensemble de la dynamique de l'écoulement qui s'en trouve modifiée.
Historiquement, la modélisation de la dynamique des écoulements à bulles a été développée sur des expériences au sein desquelles la présence de surfactant n'était pas contrôlée, ou encore sur des données issues de simulations numériques en eau pure. Aucune de ces deux approches ne permettait de rendre compte de l'impact des surfactants. Depuis les années 2000, de nombreux travaux ont été mis en œuvre pour modéliser l'impact des surfactants, par exemple sur la force de traînée, la force de portance, ou même la turbulence induite par les bulles. Avec la demande croissante de modélisation fine, ces efforts doivent aujourd'hui être poursuivis. La Simulation Numérique Directe (SND) est un excellent outil pour aider à la modélisation des écoulements à bulles. On sait d'ailleurs simuler la présence de surfactant dans des codes SND à interfaces résolues (i.e. front-tracking). Le but du stage est de mettre en œuvre et de valider ces méthodes dans le code de calcul TrioCFD développé au CEA.
Le stagiaire aura pour but de valider des outils mis en place avant son arrivée. Il s'attachera à reproduire les résultats de la littérature dans des configurations analytiques pour s'assurer de la bonne implémentation du modèle dans TrioCFD. Suivant son avancé, il pourra ensuite poursuivre la mise en œuvre en développant lui-même, en C++.

Une poursuite en thèse est possible.

Le stagiaire aura suivi une formation complète en mécanique des fluides numérique (M2 ou équivalent). Une connaissance du langage C++ moderne serait un avantage notable. Un bon sens physique est également nécessaire pour juger au mieux des résultats de simulation.

-        Etudiant(e) en école d'ingénieur (ou master 2).

-        Maîtrise de l’environnement LINUX.

-        Intéressé par la programmation : C++, Python, LaTeX.

-        Qualité rédactionnelle.