Résumé des activités de recherche de TCHUEN Ghislain
J’ai soutenu le 08 Juin 2011 une Habilitation à Diriger les Recherches à l’Ecole Polytechnique Universitaire de l’Université de Provence-France. Cette soutenance a permis de présenter la synthèse de mes travaux de recherche qui s’intitule : Contribution à la modélisation et la simulation numériques des écoulements compressibles à haute enthalpie. Les travaux présentent ma contribution pour certains problèmes spécifiques qui portent sur une thématique comportant des aspects théoriques très diversifiés (Ondes de choc dans les gaz hors d’équilibre, interactions d’onde de choc, milieux hors d’équilibre thermo-chimique en haute enthalpie, transfert radiatifs, turbulence, développement de solveurs numériques, Magnéto-hydrodynamique (MHD),…).

Les exemples typiques d’écoulements à haute enthalpie sont : l’écoulement retrouvé dans un disjoncteur électrique haute tension, dans la microfluidique industrielle, l’écoulement dans une torche de plasma, dans la soudure laser, dans un arc électrique, lors d’une phase de rentrée, ….

Dans les écoulements compressibles à haute enthalpie, le gaz peut traverser plusieurs régimes d’écoulement (Du raréfié au continu, De l’hypersonique au subsonique, Du laminaire au turbulent) et peut passer du déséquilibre thermochimique à l’équilibre. Dans ces conditions, l’hypothèse de gaz parfait peut être remise en cause. Les effets de gaz réel apparaissent dans la couche limite ou à la traversée d’onde de choc. La structure de l’écoulement est modifiée et plusieurs régions avec des propriétés bien distinctes se créent (une onde de choc détachée se forme au travers duquel les propriétés de l’écoulement varie brutalement, une couche limite qui se développe au niveau des parois dans laquelle des forts gradients existent). Une partie importante de l’énergie cinétique est transférée au gaz sous forme d’énergie interne. Ce qui se traduit par une élévation brutale de température derrière l’onde de choc. La couche de choc devient par conséquent le siège d’intenses processus physico-chimique tel que :
l’excitation vibrationnelle des molécules suivie de leur dissociation
l’excitation électronique des espèces chimiques
l’ionisation pour des températures très élevées et le gaz est constitué de particules neutres, des ions et des électrons.
Les phénomènes radiatifs
   
L’ensemble de mes travaux a un double objectif
Sur le plan de la modélisation : tenir compte de l’ensemble des processus physico-chimiques et phénomènes en présence (raréfaction, ionisation, radiation, déséquilibre thermochimique, turbulence, interactions d’onde de choc, MHD, couvrant une large plage de Mach, Reynolds, Knudsen, Damköhler, …)
Sur le plan numérique : faire évoluer le code de calcul CARBUR existant au laboratoire IUSTI-Marseille-France en y incluant tous ces processus. Le but étant de prédire et contrôler l’écoulement autour des configurations complexes tout en validant les modèles développés, de mesurer les influences sur les performances des structures, afin d’assurer une protection aérothermique optimale.

Quelques résultats
J’ai fait évoluer le code CARBUR en y implémentant l’ionisation, la relaxation électronique, les différents couplages CVD, T-E, V-E et V-V, la correction de la vitesse du son. Un module de Transfert radiatif RAD a été construit et couplé au code hydrodynamique CARBUR. Un nouveau solveur AUFSR est développé et implémenté dans le code. Le code a été validé pour des expériences en Microgravité (projet SARA), dans un disjoncteur électrique (contrat SIEMENS). Un modèle physico-chimique d’air (à 4 température, 7 espèces) a été validé pour des écoulements à haute enthalpie. Les influences des effets de gaz réels sont identifiées sur les interactions de type IV. Le nouveau solveur a permis d’entreprendre une extension vers la MHD. L’ensemble des ces travaux ont été validé par onze publications internationales et huit communications lors des congrès internationaux.