Les pompes électromagnétiques (PEM) mettent en mouvement sans contact un métal liquide conducteur de l’électricité. Elles présentent ainsi une excellente étanchéité pour les caloporteurs dans les réacteurs à neutrons rapides ou à fusion, tout en minimisant l’inventaire en déchets. Dans les PEM à induction, la force de Lorentz de pompage est issue de l’interaction entre le champ magnétique d’excitation et le courant qu’il induit dans le liquide conducteur, lequel se déplace à une vitesse relative. Ce couplage est typique de la magnétohydrodynamique (MHD).
Lorsque l’écoulement MHD devient turbulent, un verrou scientifique émerge lié à la description des couches limites turbulentes. La simulation numérique directe (DNS) permet de lever des hypothèses en se passant de modèles sous-maille pour décrire les couches limites. Le prix à payer est le temps de calcul rédhibitoire pour l’ingénieur qui veut concevoir une PEM en géométrie réelle. Le but de cette thèse est de calculer par DNS, en géométrie simplifiée, mais suffisamment représentative d’une PEM, les quantités MHD (vitesse, courant et potentiel électriques). Des calculs pourront être menés en parallèle en utilisant des modèles avec lois de fermeture, plus accessibles à l’ingénieur. L’objectif est d’établir, s’il en existe, des domaines de validité de ces lois de fermeture.
Un écoulement MHD en canal sera modélisé, laminaire ou faiblement turbulent. Le champ magnétique pourra être imposé uniforme, non-uniforme, puis glissant et/ou oscillatoire. Les simulations numériques seront validées sur un dispositif expérimental à finaliser, permettant un écoulement de galinstan (métal liquide à température ambiante) et de la vélocimétrie à ultrasons ou potentiels électriques.
Cette thèse doit permettre de mieux comprendre les écoulements MHD turbulents en canal afin d’alimenter le travail futur de modélisation des pompes électromagnétiques pour des nombres de Reynolds et Hartmann représentatifs. Ce travail ouvre des perspectives professionnelles en particulier dans les centres de recherche et les départements de R&D dans l’industrie.
Cette thèse se déroulera au SIMaP de Grenoble avec quelques séjours à Cadarache (13).