Sujet :

Ecoulement diphasique compressible et réactif – transition à la détonation

Contexte :

L’évaluation de la sécurité d’une structure pyrotechnique passe par la prédiction du niveau de réaction atteint lors d’agressions thermiques (chauffage, feu) ou mécaniques (impact). Les équipes du CEA DAM ont développé et homologué un code de simulation numérique (sur la base du logiciel aux éléments finis ABAQUS) permettant de prédire l’explosion thermique, la première étape du processus réactif. L’attention se tourne maintenant vers les étapes suivantes que sont la combustion, la déflagration et la transition à la détonation. Dans le cadre de ce contrat post-doctoral, le cas des agressions par impacts sera plus particulièrement étudié.
La prédiction de la transition combustion-déflagration-détonation nécessite de mesurer, de comprendre et de modéliser plusieurs mécanismes physiques : propagation de la décomposition par conduction thermique, par infiltration des gaz chaud dans un empilement granulaire, par formation de point chaud au passage d’une onde de compression… La complexité du processus menant à des réactions violentes n’a pas permis jusqu’ici à la communauté scientifique internationale de proposer une démarche unifiée et pragmatique.
Le travail sera réalisé en collaboration avec les équipes du Laboratoire de mécanique Gabriel LaMé (région Centre Val de Loire) et avec les équipes d’autres sites du CEA. Des échanges pourraient avoir lieu avec d’autres équipes universitaires en France ou bien avec des membres de l’INRIA.
Les travaux seront présentés dans des conférences internationales ou devant un groupe d’experts « Computer Modelling » de l’Insensitive Munition European Manufacturer Group (association d’industriels).

Objectif :

La simulation de la transition à la détonation nécessite de se placer dans le contexte des écoulements diphasiques compressibles (écoulement de gaz au sein d’un empilement granulaire) et de prendre en compte, pour la phase solide, une équation de compaction du matériau granulaire en plus de l’équation d’état du solide. Le modèle réactif proposé en 1986 par Baer et Nunziato sera implémenté dans ABAQUS explicit dans sa version simplifiée en 2001 par Kapila et ses coauteurs. Il s’agit de programmer les lois de conservation de chaque phase, les relations de fermeture, les termes d’interaction et les lois du mélange en supposant un équilibre mécanique (vitesse et pression) mais un déséquilibre thermique entre les phases.
Les résultats numériques seront comparés à des mesures publiées jusqu’ici dans la littérature ou à des expériences réalisées durant le post-doctorat. Une interaction forte est souhaitée avec l’équipe en charge de la réalisation de ces essais.
Ce travail de recherche donnera l’opportunité au jeune chercheur d’étendre ou de parfaire ses connaissances dans les domaines de la dynamique rapide, des écoulements compressibles réactifs et de la physique des matériaux granulaires et de la matière condensée.

Contact :

PICART Didier
CEA Le Ripault – BP16 – 37260 Monts
Tél. : 02.47.34.40.00 – didier.picart@cea.fr