Etude expérimentale et numérique des systèmes de réfrigération cryogénique

CEA; Grenoble; Sur place; EUR 40 000 - 60 000; Plein temps

Résumé du poste

Un institut de recherche en énergie à Grenoble recherche un doctorant pour étudier des systèmes de réfrigération cryogénique dans des centrales à fusion. Le candidat participera au développement d'outils et à des expérimentations, contribuant à une recherche innovante en cryogénie et ingénierie. Les compétences requises incluent des connaissances en modélisation numérique et une expérience en système cryogénique. Disponibilité à partir du 01/01/2026 avec encadrement par des experts du domaine.

Qualifications

• Expérience en modélisation et analyse thermique.
• Familiarité avec les systèmes cryogéniques.
• Capacité à travailler en équipe multidisciplinaire.

Responsabilités

• Développer des outils numériques pour simuler des systèmes cryogéniques.
• Réaliser des expériences en laboratoire de cryogénie.
• Collaborer avec une équipe sur les projets de réfrigération.

Connaissances

Modélisation

Analyse numérique

Expérimentation en cryogénie

Formation

Master en ingénierie ou domaine connexe

Outils

Matlab/Simscape

Description du poste

Description du sujet de thèse

Étude expérimentale et numérique des systèmes de réfrigération cryogénique pour les centrales à fusion de nouvelle génération utilisant des supraconducteurs à haute température.

Domaine

Sciences pour l'ingénieur

Sujets de thèse

Etude expérimentale et numérique des systèmes de réfrigération cryogénique pour les centrales à fusion de nouvelle génération utilisant des supraconducteurs à haute température.

Contrat

Thèse

Description de l'offre

Le défi du réchauffement climatique et la promesse de production d'énergie sans émission de CO₂ stimulent le développement de nouveaux et audacieux concepts de réacteurs à fusion nucléaire, qui diffèrent sensiblement de systèmes tels qu’ITER ou JT60-SA. Ces nouveaux réacteurs à fusion repoussent les limites technologiques en réduisant les coûts d'investissement et d'exploitation en utilisant des aimants à haute température (HTS) pour confiner le plasma. Ces HTS promettent d'obtenir des champs magnétiques de haute intensité tout en fonctionnant à des températures de refroidissement plus élevées afin de réduire la complexité du refroidissement cryogénique, normalement assuré par circulation forcée d’hélium supercritique à environ 4,5 K. Le fonctionnement pulsé, des tokamaks induit une variation temporelle de la charge thermique absorbée par le système de réfrigération. Ce scénario de fonctionnement a conduit au développement de plusieurs techniques de lissage de charge afin de réduire l’amplitude des variations de charge thermique, réduisant ainsi la taille et la puissance du système de réfrigération, avec des effets bénéfiques sur les coûts et l’impact environnemental. Ces techniques utilisent des bains d’hélium liquide (à environ 4 K) pour absorber et stocker temporairement une partie de l’énergie thermique libérée par l’impulsion de plasma avant de la transmettre à l’installation cryogénique.

L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement de concepts innovants pour la réfrigération de grands systèmes HTS à des températures comprises entre 5 et 20 K. Elle comprendra (1) la modélisation des architectures de l’installation cryogénique et de la cryodistribution en fonction de la température du fluide caloporteur, ainsi que (2) l’exploration des techniques de lissage de la charge innovantes en collaboration avec l’Équipe multidisciplinaire « Centrale à Fusion » du PEPR SUPRAFUSION. Le premier volet comportera le développement et l’amélioration d’outils numériques 0D/1D appelé Simcryogenics et basés sur Matlab/Simscape par l’implémentation de modèles physiques (lois de fermeture) et de choix de modélisation opportune pour analyser et confronter des solutions d’architecture adaptées. Le deuxième volet sera expérimental et comportera la réalisation d’expériences de lissage de la charge à l’aide d’une boucle cryogénique à entre 8 et 15 K existante.

L’activité sera à l’avant‑garde de la révolution de la fusion nucléaire actuellement en cours en Europe et aux États-Unis, abordant un large éventail de domaines de l’ingénierie cryogénique telles que les technologies de réfrigération, l’hélium superfluide, la thermo‑hydraulique, les propriétés des matériaux, la conception de systèmes et de sous‑systèmes, la conception et réalisation d’essais cryogéniques.

Références

[R1] Cryogenic requirements for the JT-60SA Tokamak https://doi.org/10.1063/1.4706907
[R2] Analysis of Cryogenic Cooling of Toroidal Field Magnets for Nuclear Fusion Reactors https://hdl.handle.net/1721.1/144277
[R3] https://tokamakenergy.com/our-fusion-energy-and-hts-technology/fusion-energy-technology/
[R4] https://tokamakenergy.com/our-fusion-energy-and-hts-technology/hts-business/
[R5] "Forced flow cryogenic cooling in fusion devices: A review" https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06053
[R6] "Simcryogenics: a Library to Simulate and Optimize Cryoplant and Cryodistribution Dynamics", 10.1088/1757-899X/755/1/012076
[R7] https://renfusion.eu/
[R8] PEPR Suprafusion https://suprafusion.fr/

Université / école doctorale

Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Université Grenoble Alpes

Localisation du sujet de thèse

Site:
Grenoble

Disponibilité du poste

01/01/2026

Personne à contacter par le candidat

DURI Davide
[e-mail]
CEA
DRF/IRIG//LRTH
17 avenue des Martyrs

Tuteur / Responsable de thèse

DUCROS Frédéric
[e-mail]
CEA
DRT/DTBH//LER
17 rue des martyrs
04 38 78 90 61

En savoir plus

https://www.d-sbt.fr/Pages/LRTH/Presentation.aspx