Contexte
Au sein de la Direction des Énergies (DES) du CEA, le projet Vortex a pour objectif de développer des solutions innovantes pour la gestion sécurisée des gaz dangereux, en particulier l’hydrogène. Ce gaz, doté d’un fort potentiel pour la décarbonation du secteur énergétique, représente une alternative prometteuse aux batteries grâce à sa haute densité énergétique, son faible impact environnemental et l’absence de matériaux critiques dans sa mise en œuvre.

Cependant, sa forte inflammabilité et les risques liés à sa manipulation en milieu confiné nécessitent des dispositifs de sécurité avancés. Dans ce cadre, Vortex conçoit des dispositifs hybrides brevetés, alliant chimie réactive et ingénierie de surface, capables de neutraliser l’hydrogène sans flamme grâce à un processus de combustion catalytique contrôlée. Cette réaction génère de la chaleur, exploitée à la fois pour la neutralisation du gaz et pour sa détection.

Objectif du stage
Dans certaines configurations critiques, la solution Vortex est confrontée à des atmosphères riches en hydrogène mais pauvres en oxygène, ce qui ralentit la réaction catalytique. Le système repose alors sur la réserve interne en oxygène du matériau actif, limitant ainsi son efficacité. Un apport supplémentaire en oxygène à proximité du matériau 

Pour optimiser les performances tout en réduisant les coûts et en garantissant la durabilité du système, l’approche retenue consiste à exploiter l'entraînement naturel du jet d’hydrogène pour favoriser son mélange avec l’air ambiant, sans recourir à des dispositifs actifs. Toutefois, la présence d’un filtre de neutralisation induit des pertes de charge, ce qui complique la conception du système.

L’objectif du stage est de concevoir et d’optimiser une géométrie pour le système de neutralisation permettant :

- d’accommoder les débits d’hydrogène à traiter ;
- de favoriser l’entrée d’air ambiant par entraînement du jet d’hydrogène, en complément de la convection naturelle induite par l’élévation de température ;
- d’améliorer l’apport en oxygène sans compromettre l’alimentation en hydrogène, dans un contexte de pertes de charge élevées.
 
Déroulement du stage

En collaboration avec les équipes du projet Vortex, le stage comprendra :

Une phase de dimensionnement et de conception du filtre, incluant l’étude des mécanismes d’entraînement, de convection et de catalyse ;
Une phase de simulation multiphysique (thermique et fluide) pour tester différentes géométries et régimes d’écoulement ;
Une phase expérimentale sur banc d’essai pour valider les performances du design retenu et l’efficacité de la neutralisation.
 
Le stage débutera en septembre 2025, pour une durée de 5 à 6 mois.

Compétences recherchées

Solides connaissances en mécanique des fluides et en transferts thermiques ;
Maîtrise d’outils de simulation numérique (ex. : COMSOL Multiphysics®, ANSYS Fluent, OpenFOAM…) ;
Capacité à modéliser, analyser et optimiser des systèmes physiques complexes ;
Goût pour l’expérimentation, rigueur scientifique, autonomie et esprit d’équipe.