• Présentation du Laboratoire LAPLACE

Le Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE), dirigé par Oliver Eichwald et Xavier Roboam est une Unité Mixte de Recherche du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), de l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) et de l’Université Toulouse 3-Paul Sabatier (UPS). Localisé entre autres sur le campus de l’Université Paul Sabatier, le LAPLACE héberge la plus forte concentration de recherche en Génie Electrique et en Plasma de France et couvre de manière intégrée le continuum « plasma/matériaux/systèmes ». 

Site web: http//www.laplace.univ-tlse.fr

• Présentation de l’Equipe AEPPT 

L’équipe Arc Electrique et Procédés Plasmas Thermiques caractérise les plasmas en présence d’arc électrique depuis de nombreuses années. Ces caractérisations sont réalisées par le biais de développement de modèles et d’expérimentations associées. Ces deux approches viennent se compléter et aider à l’interprétation des résultats observés, à la compréhension du comportement du milieu et à l’optimisation des designs des dispositifs où le plasma est présent. Les expérimentations sont réalisées au sein de notre équipe ou chez nos partenaires. En complément, afin de mettre en place les modélisations ou de remonter aux grandeurs expérimentales telles que la température ou la pression, certaines données de base sont nécessaires. Nous avons donc développé une compétence en calcul de compositions pour des gaz et mélanges de gaz en incluant la physique nécessaire pour la prise en compte de pressions élevées (Corrections de Debye et de Viriel).

• Introduction

Ce sujet rentre dans le cadre d’une collaboration de longue date (plus de 15 ans) entre la Société Siemens Energy Berlin et l’équipe AEPPT du laboratoire LAPLACE. Ces dernières années, une nouvelle thématique a été initiée concernant l’étude des disjoncteurs pour la coupure électrique dans le vide en vue entre autres du respect des nouvelles normes écologiques notamment du remplacement des disjoncteurs à SF6. Bien que cette technologie de coupure existe depuis de nombreuses années, peu de travaux sont présents dans la littérature. Une thèse a été initiée il y a deux ans sur le sujet et a permis le développement d’un modèle 3D transitoire d’arc dans le vide. Les fondements théoriques sont ceux de la littérature et des résultats intéressants ont été obtenus. Cependant, des améliorations restent à apporter pour mieux prendre en compte la physique de l’arc dans ces dispositifs et en particulier celle liée à la composition du milieu qui pour l’instant est considérée à charge Z constante.

• Sujet Proposé

Les modèles et résultats théoriques disponibles dans la littérature sur les disjoncteurs à vide permettent une bonne appréhension de la problématiques. Ils aident à prédire et mieux comprendre le comportement de ces dispositifs. Pour cela, une validation/confrontation des résultats des modèles est faite en s’appuyant  sur les mesures expérimentales disponibles. Dans cet objectif, il s’agira ici de recenser les travaux de la littérature disponibles sur le sujet et d’en faire la synthèse. Un rapport correspondant à cette première partie du stage est attendu à la fin du deuxième mois.

La deuxième partie du stage consistera à prendre en main le logiciel développé sous Ansys Fluent avec des UDF afin de parvenir à calculer les caractéristiques d’un arc dans le vide dans sa phase fort courant subsonique.  

Une compréhension fine des équations et des hypothèses mises en jeu devra être réalisée et en particulier celle conduisant la littérature à considérer la charge électrique au sein du plasma constante.

Les bases d’un modèle prenant une charge électrique variable seront posées et un calcul prenant en compte cette variation sera mené.

Les résultats seront alors comparés à ceux déjà disponibles

• Profil recherché

Étudiant(e) en Master 2 ou en dernière année d’Ecole d’Ingénieur dans les domaines de la Physique, des Plasmas, de la Mécanique des fluides, de la simulation multi-physique

• Connaissances requises
  – Connaissance en langage C – Mécanique des fluides – Physique fondamentale – Connaissance de la physique des plasmas appréciée.

•  Possibilité de poursuivre en thèse

Une poursuite en thèse de ces travaux est d’ores et déjà planifiée pour débuter en octobre 2025.