PhD Multi-scale modelling of aluminium scrap stack remelting in industrial furnaces
il y a 2 jours
Voreppe
PhD offer (CIFRE) Constellium is a world leader in the development and manufacture of high value-added aluminum products and solutions for a wide range of markets and applications, focusing in particular on aerospace, automotive and packaging. Our Research and Technology Center, C-TEC Constellium Technology Center employs about 240 people, mainly dedicated to research in the fields of casting, aluminum transformation and surface treatment. We are committed to minimizing the environmental impact of our operations and improving the environmental footprint of aluminum throughout the value chain. Thesis subject: Multi-scale modelling of aluminium scrap stack remelting in industrial furnaces Context: Aluminium recycling is a key pathway for decarbonisation, as secondary production requires far less energy than primary aluminium. However, the remelting of scrap or ingot stacks remains a critical step: it accounts for most of the energy consumption in recycling, generates metal losses through oxidation (“melt loss”), and involves tightly coupled physical phenomena. At the local scale, the melting of each individual element depends on complex heat‑transfer mechanisms (thermal radiation, convection, internal conduction), oxidation kinetics, and the flow and drainage of liquid metal as melting progresses. These processes occur within an evolving geometry where the scrap bed reorganises and the metal/atmosphere interfaces change continuously throughout the cycle. Objective: The aim of this PhD is to develop a multi‑scale modelling framework to describe the remelting of aluminium scrap beds in industrial furnaces, linking the local melting behaviour of individual fragments to the thermal and geometric evolution of the entire bed. The work will focus on improving the understanding of radiative, convective and conductive heat transfer in a complex, evolving geometry, as well as oxidation mechanisms responsible for melt loss, in order to deliver a predictive model suited to industrial needs. Methods: The project will first rely on high‑fidelity numerical simulations describing the local melting of aluminium fragments, accounting for radiative, convective and conductive heat transfer, solid–liquid interface evolution, and surface oxidation leading to melt loss. These simulations will then support the development of a homogenised model representing the macroscopic behaviour of a full scrap bed subjected to the thermal conditions of an industrial furnace. The work will consist in consistently linking local mechanisms to effective large‑scale properties, and validating the resulting models against representative industrial scenarios provided by Constellium. We are looking for a highly motivated candidate with an Engineering degree or a Master's degree in thermal engineering, mechanical engineering, physics or process engineering, with a strong interest in numerical modelling and heat transfer. Starting date: October 2026 Duration: 3 years Host laboratories: EM2C – CentraleSupélec / Université Paris‑Saclay (80–90%) and Constellium C‑TEC, Voreppe (10–20%, with possible adjustments depending on the phase of the PhD) Academic supervision : Aymeric Vié (EM2C), Morgan Chabanon (EM2C), Benoît Rousseau (LTeN) Industrial supervision : Louis Piquard (Constellium), Pierre Celle (Constellium), Bernard Labegorre (Air Liquide), Jean Caudal (Air Liquide) Interested? Please send your application (detailed resume and a covering letter) to C-Tec-RH@constellium.com Offre de thèse CIFRE Constellium est un leader mondial dans le développement et la fabrication de produits et solutions en aluminium à haute valeur ajoutée destinés à l’aéronautique, à l’automobile et à l’emballage. Son centre de R&D, le Constellium Technology Center (C‑TEC), regroupe environ 240 collaborateurs dédiés aux recherches sur la métallurgie, les procédés de transformation et l’amélioration de l’empreinte environnementale de l’aluminium tout au long de son cycle de vie. Sujet de thèse : Modélisation multi‑échelles de la refusion d’empilements d’aluminium dans des fours industriels Contexte : Le recyclage de l’aluminium constitue un levier majeur de décarbonation : la production secondaire requiert une énergie très nettement inférieure à celle de la filière primaire. Toutefois, l’étape de refusion des empilements de chutes ou de lingots reste critique. Elle concentre l’essentiel de la consommation énergétique du recyclage, génère des pertes métalliques par oxydation (« pertes au feu ») et met en jeu des phénomènes physiques étroitement couplés. Ainsi, la fusion locale de chaque élément fait intervenir des transferts thermiques complexes (rayonnement, convection, conduction interne) mais également des problématiques de cinétique d’oxydation et d’écoulement du métal liquide lors de sa refusion avec une modification progressive de l’empilement et des interfaces métal/atmosphère du four. Objectif : L’objectif de la thèse est de développer une modélisation multi‑échelles permettant de décrire la refusion d’empilements d’aluminium en four industriel, en reliant la fusion locale de fragments à l’évolution thermique et géométrique de l’ensemble. Le travail visera à mieux comprendre les transferts radiatifs, convectifs et conductifs dans une géométrie complexe en transformation, ainsi que les mécanismes d’oxydation responsables des pertes au feu, afin de proposer un modèle prédictif adapté aux besoins industriels. Méthodes : La thèse s’appuiera d’abord sur des simulations numériques haute-fidélité visant à décrire la fusion locale de fragments d’aluminium, en prenant en compte les transferts radiatifs, convectifs et conductifs, l’évolution des interfaces solide‑liquide, ainsi que l’oxydation superficielle responsable des pertes au feu. Ces simulations serviront ensuite de base à l’élaboration d’un modèle homogénéisé décrivant le comportement global d’un empilement soumis aux conditions thermiques d’un four industriel. Le travail consistera à relier de manière cohérente les mécanismes locaux et les propriétés effectives à l’échelle macroscopique, puis à valider ces modèles en les confrontant à des scénarios représentatifs des situations industrielles étudiées par Constellium. Nous recherchons un·e candidat·e motivé·e, titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou d’un Master 2 en énergétique, mécanique, physique ou génie des procédés, et ayant un intérêt marqué pour la modélisation numérique et les transferts thermiques. Date de début : Octobre 2026 Durée : 3 ans Laboratoires d’accueil : EM2C – CentraleSupélec / Université Paris‑Saclay (80–90 %) et Constellium C‑TEC, Voreppe (10–20 %, avec ajustements possibles selon les phases de la thèse) Encadrement académique : Aymeric Vié (EM2C), Morgan Chabanon (EM2C), Benoît Rousseau (LTeN) Encadrement industriel : Louis Piquard (Constellium), Pierre Celle (Constellium), Bernard Labegorre (Air Liquide), Jean Caudal (Air Liquide) Vous êtes intéressé·e ? Merci d’envoyer votre candidature (CV détaillé + lettre de motivation) à C-Tec-RH@constellium.com