Description du sujet de thèse
Domaine
Sciences pour l'ingénieur
Sujets de thèse
Modélisation et études dynamiques d'un système électronucléaire spatial pour la propulsion
Contrat
Thèse
Description de l'offre
La technologie nucléaire est clef pour permettre l'installation de bases scientifiques sur la Lune ou sur Mars, ou encore l'exploration de l'espace lointain. Son utilisation peut prendre plusieurs formes (par ex. Radioisotope Thermoelectric Generators, Nuclear Thermal Propulsion) et ce sujet de thèse s'intéresse à la Nuclear Electric Propulsion (NEP) : la chaleur produite par un réacteur nucléaire est convertie en électricité, afin d'alimenter un moteur de propulsion ionique. Différents concepts ont été étudiés par le passé (PROMETHEUS, MEGAHIT et DEMOCRITOS, typiquement pour des missions d'exploration des satellites de Jupiter) tandis qu'actuellement des études de conception sont en cours au CEA pour un système électronucléaire NEP de 100 kWe.
Le système d'intérêt combine plusieurs choix de conception très spécifiques : combustible en nitrure d'uranium, refroidissement direct au gaz (mélange hélium-xénon) et système de conversion d'énergie basé sur un cycle de Brayton, ou encore évacuation de la chaleur fatale par rayonnement thermique. Ces choix répondent à des exigences de masse et d'encombrement à minimiser, et de performance et de fiabilité à assurer pour la durée de la mission scientifique. L'analyse du comportement dynamique du système électronucléaire est donc cruciale pour la réussite du projet. Toutefois, la question de la modélisation transitoire d'un système électronucléaire spatial complet est très peu traitée dans l'état de l'art, et ce particulièrement pour la NEP.
Les objectifs de la thèse sont donc de rechercher et de développer des modélisations physiques adaptées à un système NEP, de proposer une démarche pour leur validation, et enfin de les mettre en œuvre pour analyser le comportement dynamique du réacteur et contribuer à l'amélioration de sa conception. On étudiera notamment plusieurs phases d'une mission : le démarrage du réacteur dans l'espace, les transitoires de variation de puissance fournie au moteur de propulsion ionique, la réponse du réacteur en cas d'avarie, et son arrêt éventuel avec la problématique d'évacuation sûre de la puissance résiduelle.
La thèse sera réalisée à l'Institut IRESNE (CEA Cadarache), dans un environnement scientifique stimulant, et intégrée dans une équipe de conception de réacteurs nucléaires innovants. Le CNES sera aussi impliqué dans le suivi des travaux, notamment pour définir les caractéristiques du moteur de propulsion ionique et les missions d'exploration d'intérêt pour le système électronucléaire. Le sujet de thèse, combinant modélisation, mécanique des fluides, thermodynamique, neutronique et mécanique spatiale, se prêtera à la communication scientifique et permettra de développer des compétences clefs pour une carrière académique ou dans l'industrie.
Université / école doctorale
Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Université Grenoble Alpes
Localisation du sujet de thèse
Site
Cadarache
Critères candidat
Formation recommandée
Master/école d'ingénieur en énergie nucléaire, aérospatiale, physique ou mécanique des fluides
Demandeur
Disponibilité du poste
01/10/2026
Personne à contacter par le candidat
Mascaron Martin < email slettet af sikkerhedsmæssige årsager >
CEA
DES/IRESNE/DER/SESI/LCOS
Tuteur / Responsable de thèse
BERTRAND Frédéric < email slettet af sikkerhedsmæssige årsager >
CEA
DES/DER/SESI
DER/SESI
Bat. 212
CEA Cadarache
13108 Saint Paul Lez Durance Cédex
04 42 25 30 79
En savoir plus
https://www.cea.fr/energies/iresne
https://cathare.cea.fr https://hal.science/hal-02979127
Domaine
Sciences pour l'ingénieur
Sujets de thèse
Modélisation et études dynamiques d'un système électronucléaire spatial pour la propulsion
Contrat
Thèse
Description de l'offre
La technologie nucléaire est clef pour permettre l'installation de bases scientifiques sur la Lune ou sur Mars, ou encore l'exploration de l'espace lointain. Son utilisation peut prendre plusieurs formes (par ex. Radioisotope Thermoelectric Generators, Nuclear Thermal Propulsion) et ce sujet de thèse s'intéresse à la Nuclear Electric Propulsion (NEP) : la chaleur produite par un réacteur nucléaire est convertie en électricité, afin d'alimenter un moteur de propulsion ionique. Différents concepts ont été étudiés par le passé (PROMETHEUS, MEGAHIT et DEMOCRITOS, typiquement pour des missions d'exploration des satellites de Jupiter) tandis qu'actuellement des études de conception sont en cours au CEA pour un système électronucléaire NEP de 100 kWe.
Le système d'intérêt combine plusieurs choix de conception très spécifiques : combustible en nitrure d'uranium, refroidissement direct au gaz (mélange hélium-xénon) et système de conversion d'énergie basé sur un cycle de Brayton, ou encore évacuation de la chaleur fatale par rayonnement thermique. Ces choix répondent à des exigences de masse et d'encombrement à minimiser, et de performance et de fiabilité à assurer pour la durée de la mission scientifique. L'analyse du comportement dynamique du système électronucléaire est donc cruciale pour la réussite du projet. Toutefois, la question de la modélisation transitoire d'un système électronucléaire spatial complet est très peu traitée dans l'état de l'art, et ce particulièrement pour la NEP.
Les objectifs de la thèse sont donc de rechercher et de développer des modélisations physiques adaptées à un système NEP, de proposer une démarche pour leur validation, et enfin de les mettre en œuvre pour analyser le comportement dynamique du réacteur et contribuer à l'amélioration de sa conception. On étudiera notamment plusieurs phases d'une mission : le démarrage du réacteur dans l'espace, les transitoires de variation de puissance fournie au moteur de propulsion ionique, la réponse du réacteur en cas d'avarie, et son arrêt éventuel avec la problématique d'évacuation sûre de la puissance résiduelle.
La thèse sera réalisée à l'Institut IRESNE (CEA Cadarache), dans un environnement scientifique stimulant, et intégrée dans une équipe de conception de réacteurs nucléaires innovants. Le CNES sera aussi impliqué dans le suivi des travaux, notamment pour définir les caractéristiques du moteur de propulsion ionique et les missions d'exploration d'intérêt pour le système électronucléaire. Le sujet de thèse, combinant modélisation, mécanique des fluides, thermodynamique, neutronique et mécanique spatiale, se prêtera à la communication scientifique et permettra de développer des compétences clefs pour une carrière académique ou dans l'industrie.
Université / école doctorale
Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Université Grenoble Alpes
Localisation du sujet de thèse
Site
Cadarache
Critères candidat
Formation recommandée
Master/école d'ingénieur en énergie nucléaire, aérospatiale, physique ou mécanique des fluides
Demandeur
Disponibilité du poste
01/10/2026
Personne à contacter par le candidat
Mascaron Martin < email slettet af sikkerhedsmæssige årsager >
CEA
DES/IRESNE/DER/SESI/LCOS
Tuteur / Responsable de thèse
BERTRAND Frédéric < email slettet af sikkerhedsmæssige årsager >
CEA
DES/DER/SESI
DER/SESI
Bat. 212
CEA Cadarache
13108 Saint Paul Lez Durance Cédex
04 42 25 30 79
En savoir plus
https://www.cea.fr/energies/iresne
https://cathare.cea.fr https://hal.science/hal-02979127
