Soutenance de thèse de Alix VIOLET

Les compositions pyrotechniques sont des matériaux énergétiques composites dont la combustion provoque divers effets tels que la production de lumière, de fumée, de son ou encore de chaleur. Cette diversité les rend très versatiles, et leur permet de trouver des applications multiples, tant civiles que militaires. Constituées d’un mélange granulaire d’au minimum un oxydant et un réducteur, leurs caractéristiques de combustion sont modifiables aux travers de nombreux facteurs : la nature et la composition du mélange, la taille des particules, le taux de compaction ou encore méthode de fabrication. Chacun de ces paramètres influence la structuration de la composition en générant des variations locales de richesse en réactifs plus ou moins favorables à la propagation de la combustion. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d’un modèle numérique intégrant l’effet de l’anisotropie grâce à des techniques de traitement d’images. À la suite d’un bref état de l’art sur les compositions pyrotechniques, le développement d’un modèle différenciant les grains d’oxydant et de réducteur est présenté. Ce modèle intègre deux réactions couplées à des phénomènes de transport de matière : l’oxydant se décompose en libérant de l’oxygène, qui diffuse au sein du matériau avant de réagir avec le réducteur. Une étude paramétrique a permis d’identifier deux régimes distincts, caractérisés grâce au nombre de Damköhler. Finalement, des compositions sous formes de pastilles ont été fabriquées et caractérisées. Des images de microscopie électronique à balayage (MEB) de leur surface ont été utilisées pour développer des cartographies 2D de la répartition des constituants grâce à des techniques de traitement d’images. Ces cartographies ont ensuite été utilisés pour initialiser les concentrations dans les domaines de calcul du modèle. Leur diffusivité thermique a été calculée numériquement et comparées à des mesures expérimentales. Les simulations de combustion ont mis en évidence l’impact de la répartition locale des grains sur la propagation du front de combustion.