Thèse Mesure et Modélisation des Propriétés Physico-Chimiques des Carburéacteurs Fossiles et Alternatifs H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : ONERA-DMPE Département Multi-Physique pour l'Energétique Direction de la thèse : Mickaël SICARD ORCID 0000000338578329 Début de la thèse : 2026-06-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Les normes internationales de « qualité carburant » permettent d'assurer la compatibilité de celui-ci avec l'aéronef et le moteur. Ainsi, les propriétés physico-chimiques du carburéacteur sont encadrées. Malgré des limites bien définies, la plupart d'entre elles sont fondées sur l'expérience et reflètent des solutions à des problèmes passés car le lien entre la composition du carburant et son comportement à l'usage n'est pas encore totalement compris, ceci d'autant plus que le carburant aéronautique est un mélange de centaines d'hydrocarbures. Par ailleurs et dans le but de réduire l'empreinte carbone du secteur de l'aviation, des carburants aéronautiques durables (SAF) sont produits et étudiés depuis de nombreuses années et plusieurs procédés de fabrication ont déjà été certifiés. La diversité des matières premières à partir desquelles ces carburants sont produits génère également une variété de composition chimique. Par exemple, les kérosènes paraffiniques synthétiques (SPK) sont dépourvus d'aromatiques, tandis que d'autres peuvent n'être constitués que de quelques molécules différentes. Cet écart de composition chimique avec un carburant d'origine fossile repose à nouveau de façon accrue la question du lien composition chimique/valeur de la propriété physico-chimique d'intérêt.
Cela confirme le fait que pour progresser dans un domaine où la composition des carburants sera de plus en plus diversifiée, il faut définir des moyens pour calculer avec précision les valeurs des propriétés physico-chimiques importantes à partir des constituants des carburants. À long terme, cette capacité jouera également un rôle clé dans la conception de nouvelles générations de carburants présentant de meilleures caractéristiques et performances.
La démarche qui sera adoptée dans cette thèse sera d'initier les travaux à partir de quelques molécules modèles représentatives, de les mélanger et de les caractériser au moyen des dispositifs disponibles au laboratoire du DMPE (viscosité, points d'éclair et de disparition du dernier cristal, PCI...). Cela permettra d'identifier les paramètres influençant une propriété. Il faudra ensuite se rapprocher de plus en plus d'un carburant réel. Un premier travail de modélisation des propriétés basé, entre autres, sur des régressions linéaires multiples sera réalisé afin de vérifier la possibilité de mettre en place des lois empiriques.
En parallèle, un travail de modélisation des propriétés basé sur une approche moléculaire et la méthode de contribution de groupes sera réalisé en collaboration avec l'ENSTA.
L'objetif final de cette thèse est de mettre en place des outils de modélisation des valeurs des propriétés physico-chimiques, que ce soit pour des carburants d'origines fossile ou alternative. Les spécifications du carburant et ses propriétés associées permettent d'assurer le bon fonctionnement d'un aéronef et de son moteur. Pour tout carburant autorisé d'emploi, il est primordial d'identifier les caractéristiques les plus importantes et de limiter leur variabilité autant que possible afin que le système carburant et le moteur puissent fonctionner de manière optimale d'autant plus que le pétrole brut peut être extrait et raffiné à partir de différents endroits dans le monde. Pour ce faire, les propriétés sont encadrées par diverses normes qui ont chacune leur propre champ d'application. Malgré des limites bien définies, la plupart d'entre elles sont fondées sur l'expérience et reflètent des solutions à des problèmes passés car le lien entre la composition du carburant et son comportement à l'usage n'est pas encore totalement compris. Ceci d'autant que le carburant aéronautique est un mélange de centaines d'hydrocarbures avec un très faible pourcentage d'hétéroatomes (moins d'un demi pour cent [1]).
Dans le but de réduire l'empreinte carbone du secteur de l'aviation, des carburants aéronautiques durables (SAF) sont produits et étudiés depuis de nombreuses années et plusieurs procédés de fabrication ont déjà été certifiés [2]. La diversité des matières premières à partir desquelles ces carburants sont produits génère également une variété de composition chimique. Par exemple, les kérosènes paraffiniques synthétiques (SPK) sont dépourvus d'aromatiques, tandis que d'autres peuvent n'être constitués que de quelques molécules différentes. Cet écart de composition chimique avec un carburant d'origine fossile repose à nouveau de façon accrue la question de lien composition chimique/valeur de la propriété physico-chimique d'intérêt.
Cette situation confirme le fait que pour progresser dans un domaine où la composition des carburants sera de plus en plus diversifiée, il faut définir et mettre en place des moyens d'évaluer avec précision les propriétés physico-chimiques importantes des constituants des carburants. À long terme, cela jouera également un rôle clé dans la conception de nouvelles générations de carburants présentant de meilleures caractéristiques et performances. À terme, les objectifs sont de disposer à l'ONERA d'outils de modélisation des valeurs des propriétés physico-chimiques, que ce soit pour des carburants d'origines fossile ou alternative. La démarche principale est de partir de quelques molécules modèles représentatives, de les mélanger et de les caractériser. Cela permettra d'identifier les paramètres influençant une propriété. L'idée sera ensuite de se rapprocher de plus en plus d'un carburant réel.
Un premier travail de modélisation des propriétés basé, entre autres, sur des régressions linéaires multiples sera réalisé afin de vérifier la possibilité de mettre en place des lois empiriques.
En parallèle, un travail de modélisation des propriétés basé sur une approche moléculaire et la méthode de contribution de groupes sera réalisé en collaboration avec l'ENSTA.
Les moyens expérimentaux mis en oeuvre correspondent à ceux disponibles dans le laboratoire de l'unité CMEI.