Soutenance de thèse de Jennifer El Zahabi

Modélisation Multi-échelles d’Instabilités Interfaciales et de la Dynamique de Bulles: Application aux Écoulements de Remplissage dans le Procédé de Moulage à Mousse Perdue

Jennifer El Zahabi a réalisé sa recherche doctorale dans l’équipe CFL sous la direction d’Elie Hachem et de Rudy Valette. Elle soutient sa thèse de doctorat dans la spécialité “mathématiques numériques, calcul intensif et données” le 28 octobre 2024 devant le jury suivant :

M. Amine AMMAR Arts et Metiers, ENSAM Angers, Rapporteur

Mme Stephanie ELGETI Vienna University of Technology, Rapporteure

M. Laurent FERRY IMT Mines Alès, Examinateur

M. Frédéric COSTES Transvalor, Examinateur

M. Elie HACHEM Mines Paris – PSL, CEMEF, Examinateur

M. Rudy VALETTE Mines Paris – PSL, CEMEF, Examinateur

M. Romain CASTELLANI Mines Paris – PSL, CEMEF, Examinateur

M. Jean-Pierre MICHALET Stellantis, Invité

Résumé :

Le procédé de moulage à mousse perdue est une méthode de moulage par évaporation de modèle utilisée pour la fabrication de composants automobiles. Cette technique est basée sur le remplacement d’un modèle en mousse polymère, recouvert d’un matériau réfractaire perméable aux gaz et encapsulé dans du sable, par un flux de métal liquide chauffé. Lors du contact avec le métal en fusion, le modèle en mousse subit une décomposition, générant une couche intermédiaire de décomposition entre le métal et le modèle. Idéalement, cette couche ne contient que des produits gazeux qui s’échappent à travers le matériau réfractaire. Cependant, des conditions de procédé inadéquates peuvent entraîner la formation de résidus liquides issus de la décomposition, qui peuvent ensuite générer des bulles de vapeur dans le métal en solidification. Si ces bulles ne s’évacuent pas assez rapidement, elles peuvent se retrouver emprisonnées, entraînant ainsi des défauts dans le produit final. La modélisation de ce procédé, en raison de ses phénomènes multi-échelles et multi-physiques, engendre des coûts de calcul élevés. Dans cette thèse, nous simplifions le procédé en nous concentrant sur les principaux phénomènes de formation, d’ascension et d’emprisonnement des bulles. Nous commençons par des études expérimentales afin d’analyser les paramètres physiques du revêtement et la cinétique du processus. Cette compréhension expérimentale nous permet d’aborder le problème de manière théorique et numérique, en combinant les équations de Navier-Stokes avec un traitement explicite de la tension de surface et une nouvelle méthode des lignes de niveaux pour la représentation des interfaces des bulles. Cette approche nous permet d’étudier la dynamique des bulles montantes, tant à proximité des parois qu’à distance, ainsi que leur dégonflement au sein du revêtement. Afin de réduire les coûts de calcul, nous modélisons les bulles comme une population plutôt qu’en simulant chaque bulle individuellement. Cette approche permet d’identifier les zones à forte probabilité de défauts dans des géométries complexes, ce qui pourrait servir de substitut aux coûteuses techniques d’imagerie par rayons X.

Mots-clés : Mécanique des fluides numérique, Transfert de chaleur, Changement de phase, Ecoulements de remplissage, Instabilités interfaciales, Dynamique des bulles