Étude de l'interaction plasma/matériau. Application au foudroiement des aéronefs

par Fabrice Paillous

Projet de thèse en Énergétique

Sous la direction de Anouar Soufiani.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec EM2C - Energétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (laboratoire) et de CentraleSupélec (2015-....) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-11-2017 .


  • Résumé

    L'objectif de la thèse est d'étudier l'interaction entre la foudre et un matériau aéronautique par plusieurs diagnostics optiques innovants et de comparer ces résultats au code de simulation MHD de l'ONERA en incluant le rayonnement des vapeurs issues du matériau ainsi que sa structure et son éventuel changement de phase. L'application est la protection des aéronefs (avions, hélicoptères, missiles, drones…) et les perspectives visées sont le dimensionnement de la contrainte foudre pour les bureaux d'étude et la conception de capteurs et de diagnostics pour les centres d'essais et les campagnes en vol. Cette thèse fera suite à celle de Rafael Sousa Martins soutenues fin 2016 qui a permis d'étudier l'arc foudre durant sa phase impulsionnel. La thèse de Rafael a permis de mesurer sur un arc représentatif généré par le banc GRIFON plusieurs grandeurs telles que la vitesse de propagation de l'onde de choc généré par l'arc électrique par méthode schlieren, sa température et sa pression par mesure spectroscopique, cela pour plusieurs courants de décharge avec résolution temporelle et spatiale. Deux publications sont déjà publiées et une autre est en préparation. Sa thèse n'a toutefois pas permis pour des raisons de temps de diagnostiquer l'interaction plasma/matériaux qui est au cœur des préoccupation des industriels du secteur. En effet, sur les nouveaux modèles d'avions (B787, A350) la certification foudre a pour la première fois été une des causes majeures de retard dans le planning de conception de ces deux modèles. La faute en grande partie à la présence de carbone (peau, structure…) moins conducteur que l'aluminium. Une meilleure compréhension de l'interaction entre la foudre et un matériau tout d'abord dans des cas de référence comme les métaux (aluminium, titane) puis dans des cas représentatifs (panneau CFRP) doit permettre de résoudre une partie des problèmes rencontrées et donner des outils de simulation pour prédire l'endommagement ou tout au moins comprendre les résultats des essais. Les travaux de cette thèse seront effectués sur le banc GRIFON de l'ONERA Les essais et le développement des diagnostics se feront avec Clément Zaepffel. L'encadrement de la thèse étant réalisé par Clément Zaepffel. Anouar Soufiani, du laboratoire EM2C de CentraleSupélec, ayant une compétence reconnue en transfert thermique, en diagnostics optiques et plus spécifiquement en spectroscopie d'émission, encadrera cette thèse en tant que directeur.

  • Titre traduit

    Study of plasma/material interactions. Application to lightning in aeronautics


  • Résumé

    The aim of the thesis is to study the interaction between lightning and an aeronautical material by several innovative optical diagnostics and to compare these results with ONERA's MHD simulation code by including the radiation of vapors from the material as well as its structure and its eventual change of phase. The application is the protection of aircraft (airplanes, helicopters, missiles, drones ...) and the targeted perspectives are the dimensioning of lightning stress for design offices and the design of sensors and diagnostics for test centers and flying campaigns. This thesis will follow that of Rafael Sousa Martins defended end of 2016 which allowed to study the lightning arc during its impulse phase. Rafael's thesis allowed to measure on a representative arc generated by the GRIFON bench several quantities such as the speed of propagation of the shock wave generated by the electric arc by Schlieren method, its temperature and its pressure by spectroscopic measurement. This for several discharge currents with temporal and spatial resolution. Two publications are already published and one is in preparation. His thesis, however, did not allow for time reasons to diagnose the plasma / materials interaction which is at the heart of the industry's concerns. Indeed, on the new aircraft models (B787, A350) the lightning certification was for the first time one of the major causes of delay in the design planning of these two models. The issue is largely due to the presence of carbon (skin, structure ...) less conductive than aluminum. A better understanding of the interaction between lightning and a material first in reference cases such as metals (aluminum, titanium) and then in representative cases (CFRP panel) should allow to solve some of the problems encountered and give simulation tools to predict the damage or at least understand the test results. The work of this thesis will be carried out on the bench GRIFON of ONERA The tests and the development of the diagnoses will be made with Clément Zaepffel. The supervision of the thesis is directed by Clément Zaepffel. Anouar Soufiani, from CentraleSupélec EM2C laboratory, with recognized expertise in thermal transfer, optical diagnostics and more specifically in emission spectroscopy, will supervise this thesis as director.