H/F doctorant en développement de la lévitation électromagnétique à champs multiples pour la caractéris

Sujet de thèse :
Description du projet
La thèse est proposée dans le cadre du projet ANR MultiMAGe, qui vise à développer un dispositif expérimental polyvalent, basé sur le couplage de la lévitation électromagnétique avec un champ magnétique continu (DC), pour la caractérisation et l’élaboration de métaux et alliages à haute température.
La caractérisation des métaux à l’état liquide et l’étude des transformations liquide-solide sont essentielles pour initier ou optimiser les procédés industriels, nécessitant notamment la connaissance des propriétés thermophysiques des matériaux à haute température ainsi qu’une compréhension des phénomènes physico-chimiques se produisant à la surface libre. Cependant, l’expérimentation sur les métaux liquides chimiquement purs s’avère complexe en raison de leur forte réactivité chimique et de leur température de fusion élevée. Les techniques sans contact sont donc particulièrement adaptées à ce type d’étude. La lévitation électromagnétique (EML) présente certains avantages par rapport à d’autres techniques de lévitation (aérodynamique, ultrasonore, etc.), notamment la possibilité de traiter des échantillons relativement volumineux et de les chauffer pendant la lévitation par effet Joule.
En revanche, une caractéristique intrinsèque de la lévitation électromagnétique est la génération d’un écoulement au sein de l’échantillon liquide. En conditions terrestres, cet écoulement est généralement suffisamment intense pour dominer les transferts diffusifs de chaleur et de masse, rendant ainsi impossible ou plus compliqué, la mesure de certaines propriétés thermophysiques. De même, les transformations de phase sont affectées par les transferts convectifs de chaleur et de masse. Il a cependant été démontré que l’application d’un second champ magnétique continu (DC) permet de stabiliser l’échantillon en lévitation et de réduire fortement la vitesse d’écoulement au sein du liquide. Cela ouvre la possibilité de réaliser des études paramétriques contrôlées et, à terme, d’extrapoler les propriétés thermophysiques vers des conditions où le transport convectif devient négligeable.
Plusieurs questions fondamentales restent néanmoins ouvertes concernant le couplage de la lévitation électromagnétique avec l’application de champ magnétique DC. En particulier, les effets de l’intensité, de l’orientation et de l’homogénéité spatiale du champ magnétique DC sur l’écoulement interne et les oscillations de surface ne sont pas encore totalement compris. Le couplage entre l’écoulement et les transferts thermiques présente également un intérêt particulier pour le développement de méthodes fiables de mesure des propriétés thermophysiques et de procédés d’élaboration mieux contrôlés.
Développements précédents et questions ouvertes.
Un dispositif permettant de combiner la lévitation électromagnétique avec un champ magnétique DC orienté horizontalement a été développé au laboratoire. Des expéri
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