Stage Master Comportement des Poudres en Écoulement dans une Maquette Froide de Four à Vis en Présence d'Un Courant Gazeux à Contre-Courant - H/F Direction générale de l'Institut Mines-Télécom

Présentation de l'équipe d'accueil : le stage proposé sera réalisé à l'Ecole des Mines de Saint-Etienne, au sein du centre SPIN (www.mines-stetienne.fr/spin-fr/domaines-de-recherche/). Le centre SPIN est partie constituante du Laboratoire Georges Friedel UMR CNRS 5307 et développe une expertise dans le domaine Génie des Procédés appliqué aux milieux divisés (grains, particules, poudres, bulles, gouttes, ...). Il met ses compétences scientifiques et ses équipements de pointe au service de l'innovation dans les entreprises industrielles confrontées à la transition énergétique et à la nécessité d'inventer des procédés et matériaux nouveaux à haute performance. Plus précisément, le stage sera réalisé dans le groupe « Science et Technologie des Poudres » qui possède une vaste expérience dans les phénomènes physico-chimiques à l'oeuvre dans les systèmes granulaires, les opérations unitaires industrielles et leur modélisation / simulation numérique validée par l'expérience.

Ce que nous attendons de vous

En tant que stagiaire, vous contribuerez à renforcer notre expertise dans la compréhension des phénomènes intervenant dans un four à vis. Cet équipement est utilisé dans plusieurs industries (recyclage de catalyseurs, transformation de biomasse, retraitement de déchets nucléaires, ...) pour transformer la nature chimique d'une poudre. La réaction chimique peut être provoquée par une élévation de température et/ou par contact avec des espèces réactives présentes dans la phase gazeuse qui circule au-dessus du lit de poudre.

Dans le cadre de ce stage, nous souhaitons développer et utiliser un banc expérimental pour tester certaines hypothèses et valider les simulations numériques conduites depuis novembre 2023 par un doctorant. Ces simulations sont faites avec la Méthode des Eléments Discrets et visent à modéliser le comportement physique et mécanique d'une poudre dans un tel équipement. Pour permettre des observations visuelles, les parois sont transparentes et le gaz sera inerte.

Les questions de recherche sont les suivantes : est-ce que la poudre reste intégralement dans son compartiment ? ou bien y a-t-il une recirculation entre compartiments adjacents ? Quelle est la distribution de temps de séjour ? Dans son compartiment, quelle est l'intensité de l'auto-mélange ? Comment contrôler ce dernier ? Dans quelles conditions le gaz circulant à contre-courant modifie-t-il le mouvement de la charge granulaire ? Quelle est l'influence de la nature de la poudre (taille, cohésivité, ...)

Les missions principales de ce stage sont :

· Participer à la conception, la construction et l'assemblage des différentes parties de l'équipement. L'équipement comprend un système d'écoulement de gaz (mesure et contrôle du débit), un système de mise en rotation de la vis (mesure et contrôle de la vitesse), un système d'introduction de poudre (meure et contrôle du débit).

· Proposer et participer à la mise en place d'une ou plusieurs instrumentations pour quantifier le mouvement des grains et mesurer la distribution en temps de séjour. Sans que ce soit limitatif, des approches visuelles (Particle Tracking, caméra rapide), chimique, colorimétrique, peuvent être envisagées et testées. Il est également envisageable d'utiliser une nappe Laser pulsée et la technique de PIV (Particle Image Velocimetry) pour observer l'envolement des particules et caractériser l'écoulement du gaz (laminaire, turbulent, ...). Proposer des idées pour contrôler le mouvement des grains (géométrie de vis, mouvement de la vis, autre ...)

· Définir les protocoles opératoires, conduire les expériences et traiter les données obtenues. Confronter les résultats avec des modèles analytiques et numériques. Possibilité de développer des modèles pour mieux décrire / comprendre les phénomènes en jeu