La réduction des émissions polluantes des moteurs thermiques requiert une connaissance détaillée des processus physico-chimiques de la combustion. Si les carburants ont été longtemps considérés comme une constante pour chaque type de moteur, l’introduction progressive des biocarburants et la recherche de modes de combustion innovants ont rendu nécessaire une meilleure prise en compte de l’impact d’une variabilité des carburants sur la formation des polluants.
La tâche est ardue car les carburants sont formés de milliers de composants carbonés / hydrocarbonés et la reproduction fidèle de leur comportement échappe à la modélisation chimique. En outre, les essais de caractérisation standards (par exemple de l’indice de cétane) ne sont pas suffisamment descriptifs.
Pour comprendre la relation entre les propriétés du carburant et la formation de suies dans une combustion de type Diesel, une méthodologie de caractérisation innovante a été mise en place par les chercheurs d’IFPEN. Elle se déroule dans une enceinte à haute pression et haute température, et emploie des techniques de mesures optiques avancées, afin de visualiser de manière simultanée (figure) :
• les zones de réaction, par chimiluminescencea ;
• la répartition quantitative des suies dans la flamme, par mesure d’extinctionb 2D.
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L’utilisation de ces techniques a révélé que la composition des carburants agissait de façon indépendante sur plusieurs aspects de la combustion, dont les deux principaux facteurs affectant la formation des suies dans la flamme : la richesse dans la zone de prémélange et la chimie locale.
L’impact de différentes familles d’hydrocarburesc a été caractérisé dans des conditions représentatives du fonctionnement du moteur(1) et ce nouveau dispositif pourra aussi servir soit à évaluer de nouveaux carburants, soit à valider les carburants modèles utilisés dans les outils de simulation numérique.
a - Mesure de la lumière émise par une réaction chimique.
b - Mesure d’absorption de lumière.
c - Comme les alcanes aliphatiques à longue chaîne (n-dodécane) ou les aromatiques (n-propylbenzène).
(1) M. Bardi, G. Bruneaux, O. Colin, SAE Technical Paper 2017-01-0721, 2017
DOI : 10.4271/2017-01-0721
Contact scientifique : michele.bardi@ifpen.fr