Thèse Estimation et Contrôle de Combustions Anormales d'Un Moteur à Combustion Interne Hydrogène H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université d'Orléans École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU Laboratoire de recherche : PRISME - Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes et Mécanique Energétique Direction de la thèse : Guillaume COLIN ORCID 0000000340374165 Début de la thèse : 2027-01-04 Date limite de candidature : 2026-11-16T23:59:59 La thèse porte sur le contrôle d'un moteur à allumage commandé à injection directe fonctionnant 100% à l'hydrogène. Les actionneurs présents sur ces moteurs sont la chaîne d'air (vanne de recirculation des gaz d'échappement-EGR, vanne papillon, Turbo à Géométrie Variable-TGV), la chaîne combustion (injection d'hydrogène, système d'allumage) et l'injection d'eau. Lors des premiers essais sur véhicule, des combustions anormales ont été constatées dans certaines circonstances pas encore clairement identifiées. Celles-ci peuvent engendrer un vieillissement prématuré du moteur et même, dans les cas les plus extrêmes, des casses moteurs. Ces combustions anormales peuvent être de type cliquetis ou préallumage (Kawahara and Azimov, 2023). Elles peuvent être liées au point de fonctionnement moteur actuel (Muramatsu et al., 2025) et/ou à son historique mais aussi à la présence d'huile de lubrification du moteur (De Feo, et al, 2024, Bansal et al, 2025) ou liée à un défaut de pureté de l'hydrogène (traces de lubrifiant du compresseur H2 par ex.).
La première étape de la thèse se concentrera sur la construction d'un estimateur voire un prédicteur temporel de combustion anormale. Pour ce faire, le candidat devra établir un protocole expérimental sur banc d'essai moteur monocylindre permettant la génération des conditions propices aux combustions anormales (point chaud, phasage injection, présence d'huile dans la chambre de combustion, etc.). Celui-ci pourra se baser sur l'utilisation de capteurs (par exemple à ionisation de flamme dans la chambre de combustion en utilisant la bougie d'allumage (Peron, et al., 2000), ou CO2 à l'échappement) et sur des modèles physiques, par exemple basé sur une quantité d'IGR (Internal Gas Recirculation), l'historique thermique du moteur, ...
La deuxième étape de la thèse consistera à mettre en place une commande prédictive qui évitera ces combustions anormales. Les moyens d'action envisagés sont les actionneurs présents sur le moteur. Une étude avec essais au banc moteur pourra avoir lieu pour qualifier l'efficacité de ceux-ci. Ce contrôle sera testé sur des transitoires favorisant ces phénomènes : passage d'un mode frein moteur (papillons admission et échappement fermés) à un mode propulsion par exemple.
Comme moyens expérimentaux, le doctorant aura à sa disposition un moteur monocylindre pour les aspects estimation et un moteur poly-cylindre sur banc haute dynamique avec un contrôle moteur ouvert pour les aspects contrôle en transitoire. L'Europe se dirige vers une électrification massive du transport (disparition des véhicules utilisant du carburant carboné en 2035). Les problèmes de densité énergétique des batteries freinent cette transition écologique aussi bien pour le véhicule particulier que pour les poids lourds. L'hydrogène apparait comme une solution pour augmenter l'autonomie des véhicules. L'hydrogène peut être utilisé dans des piles à combustibles qui produise de l'électricité ou directement comme carburant dans des moteurs à combustion interne (véhicule traditionnel alimenté en hydrogène). Dans le cadre des moteurs à combustion interne, des combustions anormales peuvent mettre en péril la fiabilité du système et il est nécessaire d'estimer et de contrôle ces dernières.

Ingénieur grande école et/ou master 2 en énergétique et/ou automatique
Connaissances en énergétique (thermodynamique, moteur thermique, combustion) et/ou automatique (observateur).
Une expérience en modélisation serait appréciée, ainsi qu'un intérêt certain pour l'expérimentation (mise au point de banc d'essais, instrumentation, conduite des essais).

• Instrumentation
• Chimie