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Postdoc: Etude et modélisation d’un atomiseur pour la production de poudres métalliques

Du 3 janvier 2024 au 31 décembre 2024

IRT M2P, Metz, France
Contacts : Baraa QADDAH, baraa.qaddah@irt-m2p.fr

Nous recrutons un(e) Ingénieur(e) R&D Post Doc en CDD, dans le cadre d’une étude collaborative avec les laboratoires LEMTA et IJL de l’Université de Lorraine, l'IRT M2P et l’entreprise Metalor Technologies International. MOTS CLES : MECANIQUE DES FLUIDES – ATOMISATION – MODELISATION PHYSIQUE ET NUMERIQUE DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES

L’IRT M2P est un centre de recherches mutualisées créé en juin 2013, associant des industriels et des établissements de recherches et d’enseignements supérieurs qui est positionné sur les technologies avancées d’élaborations, transformations et caractérisations des matériaux. Organisé en 3 pôles d’activités (Elaboration, Traitement et revêtement de surfaces, Composite & Assemblage), il compte aujourd’hui plus de 100 salariés répartis sur 4 sites (Metz, Porcelette, Uckange et Duppigheim).

Le LEMTA (Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquées) est un laboratoire de plus de 160 personnes de l’Université de Lorraine et du CNRS qui contribue à créer des connaissances nouvelles dans le domaine des sciences pour l’ingénieur. Parmi les nombreuses spécialités, le groupe Transferts dans les Fluides s’intéresse aux transferts de chaleur et de masse entre des gouttelettes liquides en écoulement, un gaz et/ou une paroi solide en abordant les couplages entre hydrodynamique, phénomènes de transfert et changements de phase (évaporation, solidification).

L’IJL (Institut Jean Lamour) est un laboratoire de plus de 500 personnes de l’Université de Lorraine et du CNRS multi-thématique en science et ingénierie des matériaux et des procédés. L’équipe Procédé d’Elaboration a une grande expérience dans la modélisation mathématique et la simulation numérique des procédés pyrométallurgiques, sans négliger la composante expérimentale. L’expérimentation en "vraie grandeur", sur site industriel, est souvent une originalité de l’approche de l’équipe. Une grande partie de des études est réalisée en collaboration avec les industriels utilisateurs des procédés d’élaboration.

Metalor Technologies International est une société suisse spécialisée dans le domaine des métaux précieux et des technologies liées à ces métaux. Fondée en 1852 à Neuchâtel, en Suisse, Metalor a évolué pour devenir l'un des principaux acteurs mondiaux dans le domaine de la métallurgie et du raffinage des métaux précieux, tels que l'or, l'argent, le platine et le palladium.

Contexte et objectifs :
METALOR est spécialiste de la fabrication de contacts électriques destinés aux appareils basse ou moyenne tension tels que les disjoncteurs ou les contacteurs. Les applications finales de ces appareils sont très variées, cependant les secteurs clés sont la domotique, le transport et l'industrie. Les matériaux utilisés doivent être d’excellents conducteurs électriques et ils doivent faire preuve d’une grande résistance à l’érosion et au collage (surtout pour les disjoncteurs qui sont des organes de sécurité). Les matériaux de contacts ont une matrice argent ou cuivre, et selon les applications, il est possible d’ajouter des oxydes (contacteurs) ou des métaux réfractaires. La majeure partie de la production est issue de la métallurgie des poudres.

Aujourd'hui, METALOR fabrique ses poudres d'argent au moyen d'un procédé d'atomisation à l'eau. Dans ce procédé, plusieurs jets d'eau à haute pression frappent un filet de métal fondu et le fragmentent en petites gouttelettes qui se solidifient en formant des poudres. La granulométrie de ces poudres a une dispersion relativement importante, ce qui exige un tamisage retirant environ une quantité non négligeable de la matière. Ainsi, cette opération nécessite de refondre et de réatomiser la quantité retirée de l'ensemble de la masse initialement traitée.

En effet, les paramètres opératoires du procédé d'atomisation à l'eau, tels que la pression d'injection, l'angle de l'apex et le débit de l'eau projetée, ainsi que la densité, la viscosité, la tension superficielle, la température du métal fondu, jouent un rôle prépondérant dans les mécanismes de l'atomisation. La tour d'atomisation à l’eau installée chez METALOR est aujourd'hui utilisée pour la production et il est impossible d'effectuer une instrumentation pour comprendre en détail l'influence de chacun des paramètres et les conséquences sur les caractéristiques des poudres. La compréhension physique du jet d'eau et de la fragmentation du métal liquide, qui conditionnent la taille des gouttelettes formées, est essentielle pour améliorer les rendements du procédé et pour produire des poudres correspondant aux demandes du marché des contacts électriques. Ainsi, le passage par la simulation numérique et la description détaillée des propriétés du jet d'eau semble une étape en amont essentielle pour permettre d’optimiser au mieux la production de poudre. D’autre part, la construction de blocs de simulation numérique permettrait de prédire la taille de poudre en fonction des paramètres du métal liquide et de l'eau, et donc d’accélérer le développement de nouveaux alliages d'argent.

L’IRT M2P a développé une activité de recherche et développement pour la production de poudre métallique de différents alliages sur son site d'Uckange avec notamment l’installation de deux tours d’atomisation au gaz. Le projet fera intervenir des compétences en modélisation numérique des procédés d’atomisation déjà développés pour d’autres alliages lors de précédents projets à l’IRT M2P.
Le projet SILVERPOWDER vise à fournir les premiers outils nécessaires à la simulation du procédé, avec la description du jet d'eau sortant d'une buse à jet plat, puis à mettre en place une première modélisation du processus d'atomisation.

Objectifs :
La démarche adoptée dans le cadre de ce projet se décompose en 2 parties interdépendantes. La première partie est la modélisation de la buse en géométrie réelle avec les paramètres du jet d’eau, à laquelle sera ajoutée dans une deuxième partie une description du comportement du métal liquide afin d’étudier les interactions métal/eau et la fragmentation du métal liquide. Un lot de suivi et de recherche bibliographique accompagne les différentes étapes du projet.

Le candidat devra être titulaire d’une thèse en Mécanique des fluides et énergétique ou plus généralement en Sciences de l’ingénieur avec des compétences solides en CFD (Computational Fluid Dynamics). 

Le candidat devra avoir de solides compétences en matière de modélisation physique et numérique des écoulements diphasiques en utilisant Ansys-Fluent.

Le candidat devra être motivé pour découvrir et approfondir les mécanismes d’atomisation.

Poste à pourvoir début 2024

Pour nous transmettre votre candidature complète (CV avec des références et lettre de motivation) :
- IRT M2P : Baraa QADDAH baraa.qaddah@irt-m2p.fr 
- LEMTA : Nicolas RIMBERT  nicolas.rimbert@univ-lorraine.fr
- IJL: Pierre CHAPELLE  pierre.chapelle@univ-lorraine.fr