Caractérisation expérimentale de l'atomisation de liquides modèles en vue d'une application à l'injection d'esters biosourcés
Direction Mobilité et Systèmes

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Caractérisation expérimentale de l’atomisation de liquides modèles en vue d’une application à l’injection d’esters biosourcés

Dans un contexte de transition énergétique et de développement de procédés plus durables, la production d’oléfines légères à partir de ressources alternatives constitue un enjeu important. L’acétate de butyle, potentiellement accessible par des voies biosourcées, apparaît comme un candidat intéressant pour la production de 1-butène par pyrolyse.

Toutefois, la mise en œuvre d’un tel procédé implique l’introduction d’un composé initialement liquide dans un environnement réactif, avec des phénomènes physiques déterminants en amont de la chimie : injection, atomisation, dispersion et vaporisation. Avant d’étudier directement l’acétate de butyle et sa pyrolyse, il est nécessaire de disposer d’une compréhension expérimentale robuste des mécanismes d’atomisation dans une configuration contrôlée.

Le stage proposé vise donc à caractériser l’atomisation de liquides modèles sur un banc canonique, afin d’identifier l’influence des propriétés du liquide et des conditions d’injection sur la distribution de taille des gouttes et la structure du spray.

Le travail s’appuiera sur des liquides modèles, principalement des mélanges eau/sucre, permettant de faire varier les propriétés physico-chimiques du liquide, notamment la tension de surface et la viscosité, tout en travaillant dans des conditions expérimentales simples et maîtrisées. Cette approche permettra d’établir une base de données de référence, utile pour préparer les futures études sur l’injection, la vaporisation et la pyrolyse d’esters biosourcés.

Le stage portera dans un premier temps sur la prise en main du banc expérimental et la définition d’un protocole de caractérisation de l’atomisation. Différentes conditions pourront être explorées : composition du liquide modèle, pression ou débit d’injection, distance à l’injecteur, nature du gaz environnant, et conditions opératoires du système d’injection.

L’objectif sera d’identifier les paramètres qui contrôlent la qualité de l’atomisation et de relier les observations à des grandeurs représentatives telles que la distribution de taille des gouttes, le diamètre moyen de Sauter, la dispersion spatiale du spray ou la reproductibilité des essais. Une partie du stage pourra être consacrée à la comparaison de diagnostics de granulométrie, notamment entre une mesure locale de type PDPA et une mesure intégrée de type Malvern. Cette comparaison permettra de mieux comprendre les complémentarités et les limites de chaque technique, en particulier vis-à-vis de la densité optique du spray, de l’hétérogénéité spatiale, de l’accès à la vitesse des gouttes ou de la représentativité statistique des distributions mesurées.

Ce travail constituera une première étape expérimentale pour préparer une future étude plus complète sur l’injection d’esters biosourcés dans un réacteur chauffé. Il permettra de construire une méthodologie de mesure, d’identifier les paramètres clés de l’atomisation et de fournir des données utiles à la modélisation de l’injection et de la vaporisation dans des conditions de procédé.

Profil recherché :

Le stage s’adresse à un étudiant ou une étudiante de niveau Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur, avec un intérêt marqué pour l’expérimentation, la mécanique des fluides et les écoulements diphasiques.

Des connaissances ou un intérêt pour les domaines suivants seront appréciés :

• Atomisation, sprays et écoulements diphasiques
• Diagnostics optiques appliqués aux écoulements ; PDPA ou techniques de mesure de taille de gouttes
• Instrumentation expérimentale et acquisition de données
• Traitement de données sous MATLAB ou Python

Le ou la stagiaire devra faire preuve de rigueur expérimentale, d’autonomie, de curiosité scientifique et d’un goût pour le travail sur banc d’essai.

Mots-clefs : banc canonique, liquides modèles, propriétés physiques, atomisation, PDPA/Malvern

Durée et période du stage : 6 mois entre avril et septembre 2027
Lieu du stage : Rueil-Malmaison