Physique Énergétique
et Thermique

Le pôle thermodynamique du DPET développe des modèles théoriques et computationnels décrivant le comportement des fluides et des matériaux dans des régimes d'énergie inaccessibles aux approches classiques. Les travaux s'intéressent en particulier aux fluides supercritiques utilisés dans les cycles de refroidissement des propulseurs cryogéniques et dans les systèmes de gestion thermique des satellites.

Une ligne de recherche majeure porte sur la thermodynamique hors équilibre — états transitoires, ondes de choc, détonation — qui gouverne la physique interne des chambres de combustion et des tuyères hypersoniques. Les modèles développés servent de référence à la conception des futurs propulseurs du programme ARTEMIS et du lanceur de nouvelle génération HERA.

Le pôle contribue également à la thermodynamique des systèmes de conversion d'énergie embarqués, notamment les cycles Brayton fermés alimentant les systèmes électriques des sondes interplanétaires à propulsion nucléaire de faible puissance.

Le pôle combustion est l'un des plus anciens et des plus emblématiques du DPET. Ses recherches portent sur la physique fondamentale des flammes, des instabilités de combustion et des mécanismes chimiques détaillés impliqués dans les propergols liquides cryogéniques (LOX/LH2, LOX/méthane) et dans les propergols solides à haute densité énergétique.

Les équipes opèrent la chambre de combustion haute pression HPCB-1, capable de reproduire les conditions de fonctionnement réelles des moteurs de fusée — pressions jusqu'à 300 bar, températures de flamme supérieures à 3 500 K. Ces expériences alimentent les modèles de simulation LES (Large Eddy Simulation) développés en collaboration avec le DSTI.

Un programme prospectif explore la combustion à détonation rotative (RDE), une architecture de moteur susceptible d'améliorer de 15 à 20 % l'efficacité propulsive par rapport aux moteurs à déflagration conventionnels. Les premiers tests sur banc de cette technologie sont prévus pour 2027.

Le pôle transferts thermiques s'attaque à l'un des défis les plus critiques de l'ingénierie spatiale : la gestion de la chaleur dans des environnements où les mécanismes classiques de convection sont absents ou profondément altérés. Les recherches portent sur le refroidissement par film, la conduction dans les composites thermiques anisotropes et le rayonnement infrarouge en environnement orbital.

Les travaux sur la rentrée atmosphérique constituent un axe historique du pôle. Les chercheurs développent des modèles de flux thermique pariétal pour les boucliers ablateurs de prochaine génération, combinant résine phénolique, fibres de carbone et matériaux céramiques à gradient de propriétés. Ces modèles sont validés en soufflerie haute enthalpie SHE-3.

Un nouvel axe de recherche porte sur la gestion thermique des systèmes électroniques embarqués à haute densité de puissance, indispensable aux futures architectures de traitement à bord des satellites d'observation de nouvelle génération.

Le pôle plasma est le fer de lance scientifique du DPET et l'un des groupes de physique des plasmas les plus avancés d'Europe. Ses travaux portent sur les plasmas froids non thermiques utilisés dans les propulseurs ioniques à effet Hall et à grilles, ainsi que sur les plasmas chauds impliqués dans les phénomènes de rentrée atmosphérique à très haute vitesse.

Le banc plasma PROMETHEUS-II, opéré par le pôle, est l'installation où a été obtenu en 2025 le record mondial d'impulsion spécifique de 6 800 s. Les recherches portent sur la physique du confinement magnétique du plasma dans la chambre de décharge, les mécanismes d'érosion des parois et le couplage entre émission électronique et transport ionique dans la plume du propulseur.

Un programme prospectif explore les propulseurs à plasma pulsé (PPT) miniaturisés pour nano-satellites et les systèmes de propulsion électrique à haute puissance destinés aux missions de remorquage orbital et d'exploration du système solaire externe.