Etude théorique de la chimie de l'iode pour la propulsion électrique

Theoretical study of iodine chemistry for electric propulsion

• Auteur / Autrice : Sylvain Badin
• Direction : André Severo Pereira Gomes, Nicolas Sisourat
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie theorique, physique, analytique - Phlam
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)

Mots clés

Mots clés libres

Collisions ions-ions

Chimie-physique

Plasmas

Chimie théorique

Propulsion spatiale

Cinétique chimique

Ion-ion collisions

Physical chemistry

Plasmas

Theoretical chemistry

Electric propulsion

Chemical kinetics

Résumé

Le développement de propulseurs électriques de faible puissance est une étape cruciale pour répondre à la demande croissante de technologie des petits satellites. Dans ce contexte, l'iode est un candidat prometteur pour remplacer les propulseurs actuellement utilisés (par exemple le xénon), pour des raisons à la fois technologiques et économiques. Cependant, la chimie de l'iode pour la propulsion électrique est peu/mal comprise, en raison du manque de données sur les processus électroniques élémentaires se produisant au sein du propulseur. Le but du projet de thèse est de fournir le premier modèle complet de la chimie de l'iode pour les conditions typiques rencontrées dans les propulseurs électriques, en utilisant une combinaison de calculs de structure électronique relativiste de pointe, de simulations de collisions atomiques et moléculaires et de modélisation de cinétique chimique. Les résultats auront donc un impact significatif dans le domaine émergant de la propulsion électrique. Le doctorant développera et utilisera les méthodes numériques nécessaires pour calculer les taux de réactions des réactions se produisant entre les différentes espèces atomiques et moléculaires de l'iode (I+,I-,I,I2,I2+,I2-,...). Dans une deuxième étape, il implémentera ces données dans un modèle cinétique. Avec un tel code à la pointe de la technologie, il étudiera la composition d'un propulseur d'iode en conditions réelles, permettant la détermination des paramètres optimaux pour une efficacité élevée des propulseurs

The development of low power electrical thruster is an important step in the field of satellite propulsion. In this context, iodine is a promising candidate to replace the propellant currently used in those thrusters, mostly xenon which is costly and hard to store. However, the chemistry of iodine for electric propulsion is not well known, due to the lack of knowledge about the elementary electronic processes occurring inside the thruster. The aim of the PhD project is to establish the first complete model of iodine chemistry in thruster operating conditions. For that, a combination of high-end relativistic electronic structure calculations, molecular and atomic collision simulations and chemical kinetics modeling will be implemented and used. The PhD candidate will develop and use numerical methods for the calculations of the reaction rates between the most common species of iodine present in an electrical thruster (I+,I-,I,I2,I2+,I2-,...). In a second phase, the PhD candidate will implement the data in a kinetics model. With this model he will be able to determine the optimal parameters for an high efficiency of the thrusters.