PhD H/F Caractérisation de la pyrolyse du régolithe lunaire par énergie solaire concentrée

Sujet de thèse :
Les objectifs scientifiques sont multiples et visent à mieux comprendre les mécanismes thermiques, hydrodynamiques et chimiques de la pyrolyse, afin de caractériser et optimiser le procédé solaire. Plus précisément, les travaux porteront sur :
• L’optimisation du transfert thermique et la minimisation des pertes pour garantir une utilisation optimale de l’énergie solaire et ainsi améliorer l’efficacité de la pyrolyse. Cela passera notamment par l’utilisation d’un réacteur de type cavité pour approcher des conditions isothermes.
• La modélisation des mécanismes hydrodynamiques de l’écoulement des vapeurs de pyrolyse, afin de contrôler les zones de trempe et de condensation (potentiellement sélectives) des espèces réduites vaporisées. Un meilleur contrôle hydrodynamique permettrait également de mieux gérer la recombinaison de l’oxygène avec les espèces réduites en phase gazeuse (avant condensation).
• L’avancement de la conception du réacteur solaire pour un fonctionnement à basse pression (possible sur la Lune), afin de faciliter la réaction et améliorer la conversion du régolithe (nouvelle conception avec pompage secondaire). Fonctionner sans dilution à l’argon représenterait une étape supplémentaire vers une preuve de concept applicable sur la Lune. Différents simulants de régolithe, ainsi que des oxydes purs, seront comparés. Des échantillons de régolithe de la NASA ou des météorites lunaires sont également visés pour produire des données de référence.
• La caractérisation approfondie des espèces condensées (DRX, XRF, spectroscopie Raman, analyses MEB-EDX). Cela permettra d’évaluer si des espèces métalliques peuvent être valorisées, en plus de l’oxygène gazeux. Les premiers résultats expérimentaux ont révélé la présence d’espèces ferromagnétiques dans les dépôts, suggérant que les oxydes de fer pourraient être récupérés.
• La proposition d’un schéma réactionnel et la détermination de la cinétique des réactions pour mieux comprendre les étapes du processus de pyrolyse.
• Le développement d’un processus lunaire intégré, incluant les différentes étapes (conception du système, simulation dynamique du réacteur et dimensionnement du concentrateur solaire), afin d’affiner la conception d’un démonstrateur de preuve de concept déployable sur la Lune.
L’objectif est de publier au moins trois articles en libre accès dans des revues internationales et de participer à au moins deux conférences internationales (Conférence Solar Power and Chemical Energy Systems – SolarPACES, Space Resources Conference, Space Resources Week, Congrès international d’astronautique – IAC).
Cela s’accompagnera de rapports de projet, de partage de données et de médiation scientifique.



Contexte :
Un premier projet de thèse (2023–2026) a été lancé au CNRS-PROMES grâce au soutien de l’ESA et du CNES (projet Spaceship), afin de quantifier la production d’oxygène à partir du régolithe lunaire en utilisant l’énergi
Voir plus sur le site emploi.cnrs.fr...