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Jeudi 1 décembre 2016, soutenance de thèse de Samuel MER - 14h00, Amphithéâtre K118 (LEGI), site Bergès

Stockage d’ergol cryogénique pour l’exploration spatiale : étude expérimentale, modélisation et optimisation d’un système de contrôle thermodynamique à échappement

Membres du jury :
- Mme Catherine COLIN, Professeure à l’Institut National Polytechnique de Toulouse, rapporteur
- M. Lounes TADRIST, Professeur à l’Université Aix Marseille, rapporteur
- M. Jean-Luc HARION, Professeur à l’Ecole des Mines de Douaix, examinateur
- M. Nicolas MORDANT, Professeur à l’Université Grenoble Alpes, rapporteur
- M. Benjamin LEGRAND, Correspondant au CNES, invité
- M. Fabrice MATHEY, Correspondant chez Air Liquide Advanced Technologies, invité
- M. Jean-Paul THIBAULT, Chargé de recherche CNRS - LEGI, directeur de thèse
- M. Christophe CORRE, Professeur à l’Ecole Centrale de Lyon, directeur de thèse

Résumé

Les futures missions d’exploration spatiale nécessitent le stockage d’ergols cryogéniques sur de longues durées. Sous l’effet d’entrées thermiques résiduelles, l’ergol se vaporise et le réser- voir s’auto-pressurise, pouvant entraîner la rupture du réservoir pour des missions suffisamment longues. Cette thèse s’intéresse à un système de contrôle, appelé Thermodynamic Venting Sys- tem (TVS), reposant sur l’injection d’un jet sous-refroidi dans le réservoir. L’injection entraîne la condensation de la vapeur, la déstratification du bain liquide et donc une baisse de pression dans le réservoir. L’étude expérimentale a permis de mettre en place une technique originale d’isolation active générant une condition de paroi à flux de chaleur net nul. Une base de données expérimentales, d’auto-pressurisation et de contrôle TVS, a été constituée avec ce nouveau dis- positif. Elle a notamment permis de valider un modèle thermodynamique homogène permettant de prédire l’évolution de température et de pression dans le réservoir. Ce modèle a été étendu de façon à décrire le comportement de tous les éléments constitutifs du système TVS. Un outil de dimensionnement du système complet a ainsi été mis en place. En le couplant à une plateforme d’optimisation, un système TVS optimal a pu être établi pour une mission de démonstration. Enfin une étude numérique a permis de mettre en évidence, pour notre cas d’étude, les faiblesses des modèles de changement de phase disponibles dans les solveurs CFD commerciaux. Une modé- lisation prédictive du changement de phase a été mise en place dans un code de calcul recherche puis validée sur un cas académique 1D.