Ingénieur en mécanique des fluides

ENSTA, établissement d’enseignement supérieur et de recherche sous tutelle du ministère des Armées, développe des activités de formation, de recherche et d’innovation dans les domaines de la défense et de la sécurité, des transports, de l'énergie, des activités maritimes, du numérique et de la santé.

L’école, présente sur deux campus, à Paris-Saclay et à Brest, est membre de l’Institut Polytechnique de Paris. Classée dans le Top 10 des meilleures écoles d’ingénieurs en France, elle a pour mission :

• la formation d’élèves ingénieurs civils et militaires, de cadres et docteurs pour les secteurs public et privé,

• la recherche et l’innovation de haut niveau en relation étroite avec l’industrie des grands secteurs de souveraineté au sein de 6 unités de formation et de recherche (UFR).

Le/la titulaire du poste sera affecté au sein de l’Unité de Formation et de Recherche (UFR) Mécanique. L’UFR de Mécanique a pour mission d’assurer la formation en mécanique des élèves du cursus ingénieur d’ENSTA, des élèves de masters de l’Institut Polytechnique de Paris, et la formation par la recherche d’étudiants français et étrangers au niveau master et doctorat. L’Unité développe également des activités de recherche dans le domaine de la mécanique des matériaux et des structures, de la mécanique des fluides, des vibrations et de l’acoustique. Ces activités sont réalisées grâce à un important parc expérimental de haut niveau en mécanique des solides et des fluides, tant pour l’enseignement que la recherche. Sur le campus de Brest, l’UFR de Mécanique compte une cinquantaine d’enseignants chercheurs, une cinquantaine de doctorants/post-doctorants ainsi qu’une dizaine de personnels techniques (ingénieurs, techniciens). Les activités de recherche des membres de l’UFR de Mécanique du site de Brest sont menées au sein de l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL, CNRS UMR 6027, www.irdl.fr). La personne recrutée travaillera en étroite collaboration avec les enseignants-chercheurs de l’ENSTA, pôle thématique de recherche « Structure Interaction Fluide (StIF) » de l’IRDL.

Le recrutement s’inscrit dans le projet MULTIRIM, qui vise à développer des solutions innovantes en propulsion marine. Les propulseurs marins à entraînement circonférentiel constituent une alternative aux hélices classiques marines, en présentant plusieurs avantages : manoeuvrabilité, compacité, discrétion acoustique, amélioration de la traînée de la carène par l’absence de ligne d’arbre. Cependant, la présence d’une tuyère embarquant le moteur électrique d’entraînement pénalise le rendement. Une piste d’amélioration est d’adopter un propulseur à plusieurs étages à l’instar des moteurs d’avion, afin de regagner environ vingt points de rendement. La configuration même de l’entraînement extérieur, sans arbre, supprime la complexité mécanique rencontrée sur les hélices contrarotatives classiques.

Or, il existe très peu de bancs d’essai pour les propulseurs à entraînement circonférentiel, pour une seule hélice, ainsi que très peu de données expérimentales de référence. Les difficultés sont de deux ordres. Du point de vue fonctionnement, le refroidissement du moteur électrique nécessite des échanges thermiques, et la liaison rotor/stator est assurée par un palier hydrodynamique. La mise ne eau dans une veine hydrodynamique est ainsi obligatoire. Par ailleurs, l’absence d’arbre d’entraînement empêche une mesure aisée du couple d’entraînement, valeur requise pour déterminer le rendement global du propulseur.

Intégrer plusieurs étages propulsifs au sein d’un même propulseur au sein d’un banc d’essai expérimental n’a jamais été proposé au niveau international. Cependant, le mode de fonctionnement de l’entraînement circonférentiel le permet aisément.

Disposer de résultats expérimentaux de référence, tant pour les efforts globaux que pour l’écoulement (champ de vitesse, de pression) présente un intérêt fort pour la communauté scientifique. En particulier, l'écoulement fortement tourbillonnaire, la présence d'éléments tournants rendent la simulation numérique particulièrement difficile et des résultats de référence permettront de valider les modèles numériques.

Aussi, le premier objectif de ce projet est de développer un banc d’essais modulaire, afin de tester plusieurs configurations d’hélices, de vitesses d’entraînement différenciées, de formes de tuyère, et évaluer précisément le rendement global. D’autre part, le principe des moteurs à plusieurs étages est de récupérer la puissance perdue par le premier étage, en redressant l’écoulement, un propulseur idéal accélérant l’écoulement uniquement de manière axiale. Un second objectif du projet consiste à caractériser cette récupération d’énergie opérée par les étages supérieurs.

Le projet associe les compétences en modélisation de machines électriques de l’IRENav et les compétences en modélisation hydrodynamique de l’ENSTA-IRDL (UMR CNRS 6027) et de l’IRENav.  L’ENSTA met par ailleurs à disposition sa veine aérodynamique dédiée aux applications marines, et l’instrumentation associée. Ce projet s’inscrit dans un projet plus vaste financé par l’Agence Innovation Défense (Projet AID RD-PROP), visant à proposer des méthodologies de modélisation et de conception de propulseurs électriques navals intégrés à entrainement circonférentiel. La personne recrutée sera intégrée dans une équipe pluridisciplinaire de 3 enseignants-chercheurs, 1 doctorante et 2 post-doctorantes.

La personne recrutée prendra en charge la conception et le test d’un banc d’essai multi-étages pour propulseur à entraînement circonférentiel, pour usage en veine aérodynamique. La caractérisation du rendement du propulseur sera réalisée par mesure directe des efforts, et mesure indirecte de la vorticité résiduelle dans le sillage aval à l’aide de mesures non intrusives du champ de vitesse (méthode PIV).

La personne recrutée sera amenée à produire des rapports et présentations techniques, mettre en œuvre des essais (étalonnage, mesure d’efforts, velocimétrie laser), et travailler de manière collaborative avec l’ensemble des partenaires du projet RD-PROP.

Les missions détaillées sont les suivantes :

Tâche 1 : Conception et fabrication d’un banc moteur dédié

La conception d’un banc d’essai propulseur s’appuiera sur les compétences de la plateforme de conception MASMECA de l’ENSTA, ainsi que sur l’expertise de l’IRENav sur les moteurs à entraînement circonférentiel. Le banc d’essai sera prévu pour être modulaire, et fonctionner dans une gamme de vitesses de rotation représentative d’un propulseur réel.

Tâche 2 : Détermination du rendement maximal atteignable

Parallèlement à la conception et la fabrication du banc moteur, un modèle semi-analytique (disque actuateur sous tuyère) sera développé, afin de proposer une estimation théorique du rendement maximal atteignable par un propulseur sous tuyère. Cette estimation prendra en compte la traînée de la tuyère, l’absence de flux transverse dans le sillage aval. La principale simplification concerne le frottement visqueux sur les pales, non pris en compte par ce type de modèle.

Tâche 3 : Méthodologie de quantification de l’écoulement transverse

Une méthodologie de détermination du champ de vitesses par technique PIV non intrusive dans un plan du sillage sera mise en œuvre, à l’aide d’un laser, d’une caméra rapide et d’un ensemencement de l’écoulement. L’influence de la position de la section transverse par rapport au corps étudié sera étudiée, ainsi que les paramètres numériques de l’algorithme PIV. Différents indicateurs de champ de vitesse intégré seront testés, pour qualifier au mieux la signature de perte de rendement lié à l’écoulement transverse. La méthodologie développée sera validée sur un écoulement classique de la littérature.

Tâche 4 : Mise en œuvre d’un benchmark de référence dans la veine aérodynamique de l’ENSTA

Le banc d’essai sera utilisé pour une première conception d’un jeu d’hélices contrarotatives (2 étages), adaptées au rim-driven, et d’une géométrie de tuyère simplifiée. Ces premiers tests exploratoires permettront de valider la chaîne complète de test (banc + instrumentation des efforts + post-traitement sillage aval) dans l’objectif de publier à terme un benchmark de référence au niveau international.

Les résultats obtenus pourront mener à publication scientifique.

Bac +5 première expérience – 2-3 ans d’expérience serait un plus dans le domaine naval

• Contractuels : en fonction de l'expérience professionnelle sur des postes de niveau équivalent

• Transports (participation forfaitaire de l’employeur à hauteur de 75 %)

• Forfait mobilité durable (jusqu’à 300€/an)

• Possibilité de télétravail (après période d’essai et après accord du manager et dépôt d’une demande)

• Subvention employeur au restaurant administratif et/ou à la cafétéria de l’établissement

• Comité d’action sociale, avec notamment des événements et animations proposés au personnel, salle de sport sur adhésion,

• Mutuelle (participation à hauteur de 50% de l’établissement)

ENSTA est membre fondateur de l’Institut Polytechnique de Paris (IP Paris). Dans le cadre d’IP Paris, l’école participe aux activités des centres interdisciplinaires notamment du centre interdisciplinaire d'études pour la Défense et la Sécurité (CIEDS, soutenu par le ministère des armées et l’agence de l’innovation de défense (AID). Elle est à l’origine de la création du Centre interdisciplinaire Mers & Océans, inauguré en janvier 2025. Des chercheurs de l’école travaillent également en collaboration dans le cadre d'études portées par les centres Hi-Paris, lauréat en 2024 IA Cluster, E4C ou E4H notamment.

Vous disposez des compétences suivantes :

• Formation supérieure en mécanique des fluides, énergétique, mécanique, génie maritime ou domaine équivalent.

• Solides connaissances en mécanique des fluides et en hydrodynamique navale.

• Compétences en traitement, analyse et visualisation de données scientifiques.

• Autonomie, rigueur scientifique, capacité à travailler en équipe et à conduire des campagnes d'essais.

• Compétences en programmation scientifique, type Python ou Matlab.

• Bon niveau d'anglais scientifique.

Les compétences suivantes seraient appréciées :

• Compétences en conception mécanique.

• Expérience en expérimentation en mécanique des fluides.

• Rhinoceros 3D, CATIA ou Solidworks

• Paraview, Tecplot

• Savoir planifier son temps et s’organiser

• Savoir rechercher l’information

• Compétences rédactionnelles de rapports techniques

• Appréhender des systèmes inconnus

• Autonomie

• Sens du travail en équipe

• Force de proposition

• Créatif

• Flexibilité et adaptabilité