CORIA Complexe de recherche interprofessionnel en

CORIA
Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie
Rouen, 4 mars 2004
Dans ce laboratoire-phare de la combustion dans les moteurs, les chercheurs s’intéressent à
la chaîne entière du « moteur propre », depuis la préparation du mélange combustible
(injection, aérodynamique) jusqu’à la dépollution des particules imbrûlées par plasma froid.
De nombreuses collaborations avec l’industrie automobile (PSA, Renault), aéronautique,
spatiale (Dassault, SNECMA) et les producteurs d’énergie primaire et secondaire (pétroliers,
EDF, GDF, Air Liquide) y sont menées.
Si la combustion regroupe près de 40 % des 130 chercheurs du CORIA, cinq autres thèmes
mobilisent l’attention des physiciens : les plasmas ; les écoulements en phase
dispersée (sprays) ; la turbulence ; la pollution atmosphérique (sources et impacts) et
l’électromagnétisme, optique, optoélectronique. Ainsi, outre les nouveaux concepts de
combustion dans les turboréacteurs, les interactions entre combustion et acoustique, la
combustion sans flamme ou avec flammes pauvres, les chercheurs présenteront aussi au
cours de la visite la dépollution par plasma, les phénomènes d’atomisation et la métrologie
qui s’y associe (formation et mesure des sprays1). Dans un tel contexte, une grande place
est laissée aux mesures basées sur l’utilisation des lasers, par exemple les méthodes de
fluorescence induite2, l’holographie (appliquée à la mesures des aérosols ou au fibrage de
verre) ou l’application des lasers femtosecondes (fournissant des impulsions de l’ordre du
dix millième de milliardième de seconde) à la visualisation de jets très denses (de diesel par
exemple).
Le CORIA est un laboratoire qui se définit à travers le terme de « sciences pour l’ingénieur ».
Il mêle les études les plus fondamentales aux plus appliquées. Les scientifiques peuvent
ainsi être sollicités par des industriels à propos de phénomènes physiques bien identifiés ou
pas encore.
© David Honoré, CORIA
Structure de flamme d'un brûleur de cuisson
domestique, obtenue par fluorescence induite
par laser (image en fausses couleurs).
1
Parmi les recherches sur la combustion des
hydrocarbures à l’état gazeux, une étude initiée en 2004
a pour but de mieux comprendre les mécanismes de
stabilisation des flammes produites par les brûleurs des
gazinières
domestiques.
Les
caractéristiques
fondamentales de ces flammes restaient jusque là très
peu connues. Les chercheurs ont établi les limites des
paramètres qui peuvent modifier, voire éteindre, ces
flammes : la modulation de puissance du brûleur, la
variation du taux d’air apporté, la vitesse d’éjection du
gaz. Ils expliquent ces limites notamment par le transfert
thermique qui se produit entre le brûleur et la flamme.
Les sprays utilisés par exemple dans l’injection essence ou diesel.
Lorsqu’elle est éclairée par un faisceau laser, la matière peut réémettre par fluorescence de l’énergie lumineuse
dans une autre longueur d’onde. Cette émission est porteuse d’information sur la nature et la concentration des
molécules présentes dans la matière excitée par le laser.
2
Une voie originale de stabilisation des flammes par plasma a par ailleurs été ouverte. La
combustion en régime pauvre3, intéressante pour réduire la consommation et les émissions
polluantes, concerne des dispositifs aussi divers que des fours industriels ou des moteurs
aéronautiques et terrestres. Or, l’utilisation de mélanges pauvres réduit considérablement la
stabilité des flammes, d'où des problèmes de sécurité, de rendement et de pollution. Pour
stabiliser ces flammes pauvres, les chercheurs explorent en particulier une voie par plasmas
froids. Ils appliquent entre deux électrodes une impulsion haute tension brève de quelques
nanosecondes et produisent ainsi un plasma. Celui-ci crée dans la région de combustion des
espèces très réactives (des radicaux) qui amorcent la flamme dans des conditions où elle
serait normalement éteinte ou proche de l'extinction. Cette solution offre plus de flexibilité
que les méthodes classiques agissant sur la structure des systèmes de combustion. Les
premiers résultats ont montré le fort potentiel de ces impulsions haute tension permettant, de
plus, une consommation d'énergie très faible, de l'ordre de 0,1 % de l'énergie dégagée par la
flamme. Cette étude s’inscrit dans le projet commun d'INitiative en Combustion Avancée
(INCA) entre SNECMA, ONERA et CNRS.
© Pierre Vervisch, CORIA.
Stabilisation d'une flamme turbulente de propane à
l'aide d'une impulsion haute tension ultra brève.
Contacts :
Michel Ledoux, directeur du CORIA (CNRS, université et Institut national des sciences
appliquées de Rouen)
Tél. : 02 32 95 36 02, mél : [email protected]
Christophe Letailleur, correspondant communication au CORIA
Tél. : 02 32 95 37 57, mél : [email protected]
http://www.coria.fr/
Helena Devillers, communication du département des Sciences pour l'ingénieur du CNRS :
Tél. : 01 44 96 42 32, mél : [email protected]
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Dans une combustion en régime pauvre la proportion de carburant par rapport à l’air est diminuée. Le niveau de
température baisse et réduit la production de polluants, tels les oxydes d’azote. Par ailleurs, elle diminue la perte
de chaleur aux parois du moteur.