Thèse Développement d'Un Propulseur Ecr 0.5 - 1 Kw H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : ONERA/DPHY Physique, Instrumentation, Environnement, Espace Direction de la thèse : Paul-Quentin ELIAS ORCID 0000000254094028 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Le propulseur ECRA est un propulseur électrique de satellite développé à l'ONERA. Il utilise des micro-ondes pour ioniser le gaz propulsif. Le plasma ainsi créé est accéléré dans une tuyère magnétique qui permet la conversion de l'énergie électronique en moment axial ionique. C'est l'éjection de ce flux d'ions qui est responsable de la force de poussée produite par le propulseur. Les récents développements et les résultats obtenus à l'ONERA sur ce type de propulseurs démontrent les potentialités de cette technologie. Les prototypes de ce propulseur développés à ce jour sont adaptés à des plateformes de satellite de petites tailles, avec des puissances électriques variant de 20W à 200W. Développer des propulseurs ECRA de plus haute puissance électrique est nécessaire pour équiper des plateformes de plus grande taille, pour proposer une alternative aux propulseurs à cathode neutralisatrice, mais également pour les applications de propulsion à l'iode pour les constellations de satellites et de propulsion aérobie en orbites basses. Le projet de recherche sera donc axé sur le développement de prototypes de propulseurs de plus forte puissance (l'objectif étant de dépasser les 500W) et sur l'établissement des lois d'échelles du propulseur afin de guider de futures adaptations aux besoins des plateformes. Les lois de design permettant l'adaptation à haute puissance sont inconnues, aussi bien concernant les schémas de couplage de micro-ondes que du design de la tuyère magnétique. Cette thèse va permettre d'avancer sur ces points en explorant différentes pistes. Au delà de la définition d'un propulseur ECR 500W, le développement de cette objet permet de proposer une alternative aux propulseurs à cathodes de neutralisation pour les plateformes de la taille des constellation (mini satellite) et pour les applications à gaz exotiques tels de l'air ou l'iode qui possèdent un réel intérêt applicatif. Le sujet de thèse proposera une approche théorique et expérimentale consistant à rassembler les données disponibles des deux prototypes déjà opérationnels à l'ONERA, ainsi que les données présentent dans la littérature scientifique, pour en déduire des lois d'échelles permettant de guider les futurs développements. La définition de ces lois d'échelles passera par le développement d'un modèle théorique le plus simple possible, mais capturant les caractéristiques principales des moteurs relevées dans la bibliographie. Ce modèle sera utilisé pour concevoir un ou plusieurs prototypes à réaliser. Ces prototypes seront enfin mis en oeuvre et caractérisés dans les caisson à vide de l'ONERA. Le travail bénéficie de l'expérience de l'équipe ONERA sur le développement de moteur ECRA, des méthodes de diagnostics plasma, de ses infrastructures de test et de ses codes de calculs. Deux moteurs ont déjà été développés (30W et 200 W), des travaux sur la mesure de l'impédance électrique et le couplage micro-ondes ont été fait dans le cadre d'un post-doc. Des modèles théoriques décrivant le fonctionnement du moteur ont été développés précédemment. L'approche consistera à rassembler les données expérimentales sur les deux types de moteurs déjà développés (30 et 200W), ainsi que les données pouvant être trouvé dans la littérature scientifique produite par d'autres équipes (UC3M, DLR) pour les comparer au codes de calculs déjà opérationnels. De cette étude débouchera le développement de lois d'échelles afin de définir un modèle d'ECRA à 500W. Ce modèle sera fabriqué avant d'être étudié expérimentalement.
Programme prévu
- 4 premiers mois biblio et rassemblement de données
- De 5 à 12 mois définition de lois d'échelle et d'un ou plusieurs prototypes à étudier
- De 12 à 30 mois études de ce prototypes et amélioration du modèle et du prototype
- De 30 à 36 mois rédaction

- Connaissance en physique des plasmas souhaitable mais non indispensable
- Expérience en recherche en physique expérimentale souhaitable mais non indispensable
- Grandes Écoles et/ou Master 'Physique Appliquée', 'Physique des Plasmas', 'Physique fondamentale', 'Physique Générale'