Détermination de la capacité thermique massique et des chaleurs latentes de changement de phase des métaux liquides à haute température par lévitation aérodynamique.

Pour répondre à un besoin grandissant des industries nucléaires, du transport, ou de
la défense, l’IRDL a entrepris depuis plusieurs années de développer des dispositifs de
caractérisation des métaux fondus afin de mieux maitriser les nouveaux procédés
d’assemblages et de fabrication additive, notamment par la modélisation. La
complexité des mesures liée conjointement à l’état liquide du matériau et aux hautes
températures étudiées (1500 – 3000°C) requiert des méthodologies particulières sans
contact par lévitation. Le laboratoire utilise actuellement la lévitation aérodynamique
avec succès pour estimer la densité ou la tension superficielle, mais à ce jour, très peu
d’études se sont attachées à l’étude des capacités thermiques massiques et aux
chaleurs latentes des matériaux à ces niveaux de température.
Les matériaux visés concernent des métaux tels que le fer, le nickel, le niobium, ou le
titane, qui sont largement utilisés dans le domaine des transports, de l’armée, de
l’aérospatial ou de l’industrie nucléaire. L’élaboration de nouveaux alliages à base de
ces éléments, qui nécessite des étapes de mise en fusion, requiert bien sûr, la
connaissance de ses propriétés sur une large gamme de températures au–delà de 2
000 °C.
La thèse utilisera d’une part le dispositif de lévitation existant opérationnel au
laboratoire (à pression atmosphérique) mais développera également le même type de
mesure dans une nouvelle enceinte permettant de monter fortement la pression (100
bar – financée par l’UBS) afin de contrôler/piloter les phénomènes d’évaporation ce qui
représente une évolution ambitieuse et novatrice dans ce domaine.
L’estimation de la capacité thermique sera réalisée par méthodes inverses (moindres–
carrés, bayésiens) en comparant la température expérimentale du métal liquide avec
celle obtenue via un modèle représentatif de l’expérience (numérique ou analytique).
L’accès à une nouvelle propriété à un niveau de température inédit augmentera
assurément le rayonnement du laboratoire.
Le candidat devra présenter de compétences en mesures physiques, thermique,
montage expérimentaux, modélisation numérique et devra avoir une appétence pour
la physique en générale.