Modélisation de la combustion de compositions pyrotechniques : approche par traitement d'images et simulation numérique
Les compositions pyrotechniques sont des matériaux énergétiques composites dont la combustion provoque divers effets tels que la production de lumière, de fumée, de son ou encore de chaleur. Cette diversité les rend très versatiles, et leur permet de trouver des applications multiples, tant civiles...
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| Hovedforfatter: | |
|---|---|
| Andre forfattere: | , , , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Sprog: | Français |
| Udgivet: |
2024.
|
| Fag: | |
| Online adgang: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2024ORLE1078_va.pdf http://www.theses.fr/2024ORLE1078/abes https://theses.hal.science/tel-05013487 |
| Kommentar: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Khaled Chetehouna (Président du jury) ; Eddy El Tabach, Luc Faget, Monica Siroux (Membre(s) du jury) ; Hui Ying Wang, Jean-Louis Rossi (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Modeling of the combustion of pyrotechnic compositions :, an approach using image processing and numerical simulation |
| LEADER | 06723nam a22005057a 4500 | ||
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| 100 | 1 | |a Violet, Alix, |d 1995- | |
| 240 | 1 | 0 | |a Modeling of the combustion of pyrotechnic compositions : |b an approach using image processing and numerical simulation |
| 245 | 1 | 0 | |a Modélisation de la combustion de compositions pyrotechniques : |b approche par traitement d'images et simulation numérique |c Alix Violet ; sous la direction de Mame Jean Pierre William-Louis et de Youssoufi Touré. |
| 256 | |a Données textuelles | ||
| 260 | |c 2024. | ||
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| 502 | |a Thèse de doctorat. Physique. Energétique, génie des procédés. Orléans. 2024 | ||
| 520 | |a Les compositions pyrotechniques sont des matériaux énergétiques composites dont la combustion provoque divers effets tels que la production de lumière, de fumée, de son ou encore de chaleur. Cette diversité les rend très versatiles, et leur permet de trouver des applications multiples, tant civiles que militaires. Constituées d'un mélange granulaire d'au minimum un oxydant et un réducteur, leurs caractéristiques de combustion sont modifiables aux travers de nombreux facteurs : la nature et la composition du mélange, la taille des particules, le taux de compaction ou encore méthode de fabrication. Chacun de ces paramètres influence la structuration de la composition en générant des variations locales de richesse en réactifs plus ou moins favorables à la propagation de la combustion. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d'un modèle numérique intégrant l'effet de l'anisotropie grâce à des techniques de traitement d'images. A la suite d'un bref état de l'art sur les compositions pyrotechniques, le développement d'un modèle différenciant les grains d'oxydant et de réducteur est présenté. Ce modèle intègre deux réactions couplées à des phénomènes de transport de matière : l'oxydant se décompose en libérant de l'oxygène, qui diffuse au sein du matériau avant de réagir avec le réducteur. Une étude paramétrique a permis d'identifier deux régimes distincts, caractérisés grâce au nombre de Damköhler. Finalement, des compositions sous formes de pastilles ont été fabriquées et caractérisées. Des images de microscopie électronique à balayage (MEB) de leur surface ont été utilisées pour développer des cartographies 2D de la répartition des constituants grâce à des techniques de traitement d'images. Ces cartographies ont ensuite été utilisés pour initialiser les concentrations dans les domaines de calcul du modèle. Leur diffusivité thermique a été calculée numériquement et comparées à des mesures expérimentales. Les simulations de combustion ont mis en évidence l'impact de la répartition locale des grains sur la propagation du front de combustion. | ||
| 520 | |a Pyrotechnic compositions are composite energetic materials whose combustion produces various effects such as light, smoke, sound, or heat. This diversity makes them highly versatile, allowing for multiple applications in both civilian and military contexts. Composed of a granular mixture of at least one oxidizer and one reducer, their combustion characteristics can be modified by numerous factors: the nature and composition of the mixture, particle size, compaction rate, and manufacturing method. Each of these parameters influences the structuring of the composition by generating local variations in reactant concentration, which can be more or less favorable to the propagation of combustion. This thesis aims to develop a numerical model that incorporates the effect of anisotropy using image processing techniques.Following a brief review of the state of the art on pyrotechnic compositions, the development of a model differentiating between oxidizer and reducer grains is presented. This model incorporates two reactions coupled with mass transport phenomena: the oxidizer decomposes, releasing oxygen that diffuses within the material before reacting with the reducer. A parametric study helped identify two distinct regimes, characterized by the Damköhler number. Finally, compositions in the form of pellets were manufactured and characterized. Scanning electron microscopy (SEM) images of their surfaces were used to develop 2D maps of the distribution of the constituents using image processing techniques. These maps were then used to initialize the concentrations in the model's computational domains. Their thermal diffusivity was calculated numerically and compared to experimental measurements. Combustion simulations highlighted the impact of the local grain distribution on the propagation of the combustion front. | ||
| 538 | |a Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF | ||
| 650 | |a Combustion |x Modèles mathématiques | ||
| 650 | |a Traitement d'images |x Techniques numériques | ||
| 650 | |a Microscopie électronique à balayage | ||
| 650 | |a Matériaux énergétiques |x Propriétés thermiques | ||
| 650 | |a Combustion |x Simulation par ordinateur | ||
| 650 | |a Thèses et écrits académiques | ||
| 700 | 1 | |a William-Louis, Mame Jean Pierre, |d 19..- |4 ths | |
| 700 | 1 | |a Touré, Youssoufi, |d 19..- |4 ths | |
| 700 | 1 | |a Chetehouna, Khaled, |d 19..-...., |c chercheur en énergétique. | |
| 700 | 1 | |a Wang, Hui Ying. | |
| 700 | 1 | |a Rossi, Jean-Louis. | |
| 700 | 1 | |a Tabach, Eddy El, |d 1974- |4 opn | |
| 700 | 1 | |a Faget, Luc, |d 1973-...., |c Ingénieur de recherche. |4 opn | |
| 700 | 1 | |a Siroux, Monica, |d 19..- |4 opn | |
| 710 | 2 | |a Université d'Orléans. |4 dgg | |
| 856 | 4 | |q PDF |s 21728476 |u http://www.theses.fr/2024ORLE1078/document |z Accès au texte intégral | |
| 856 | 4 | |u https://theses.univ-orleans.fr/public/2024ORLE1078_va.pdf | |
| 856 | 4 | |u http://www.theses.fr/2024ORLE1078/abes | |
| 856 | 4 | |u https://theses.hal.science/tel-05013487 | |
| 997 | |0 1289960 |1 Thèse numérique |a Ressource numérique |b INSA |b ENSA |c 0/Bibliothèque numérique/ |c 1/Bibliothèque numérique/Autre ressource numérique/ | ||