Des chercheurs de MINES ParisTech , membre de l’institut Carnot M.I.N.E.S, ont inventé un nouveau type de brûleur à plasma, capable de démarrer les centrales thermiques à un coût très faible. Ils envisagent les premiers tests chez des industriels.

Quiconque s’est un jour échiné à allumer son barbecue sait bien que le charbon ne s’enflamme pas facilement. C’est pourquoi les centrales à charbon de nouvelle génération sont démarrées avec l’aide de brûleurs à plasma en remplacement de brûleurs au fioul qui équipaient les vieilles centrales. Ces brûleurs permettent de chauffer très fortement le combustible de manière très localisée. En effet, lorsqu’on crée une forte décharge électrique entre deux électrodes, on éjecte des électrons des molécules du gaz, si bien que ce dernier devient un bon conducteur électrique : c’est l’état de plasma. Ce gaz peut atteindre des températures qui ne peuvent être atteintes avec des combustions classiques : jusqu’à 15 000 °C, contre 2 000°C maximum pour les combustions à l’air. On enflamme ainsi le charbon, mais aussi des combustibles moins traditionnels, avec des « pouvoirs calorifiques » moins élevés, comme les boues séchées de stations d’épuration, ou les déchets. Cependant, « les brûleurs à plasma ont des  coûts supérieurs aux brûleurs traditionnels et souffrent souvent d’un manque de robustesse c’est un frein à l’utilisation de ces technologies non traditionnelles, observe Laurent Fulcheri, Directeur de Recherche au centre de recherches PERSEE de MINES ParisTech, basé à Sophia Antipolis. C’est pourquoi nous développons une nouvelle technologie plasma à la fois moins chère et plus robuste. Les coûts pourraient ainsi baisser de 30 à
40 % ». 
 

Electrodes en graphite

C’est une véritable technologie de rupture qu’ont développé les chercheurs MINES ParisTech, en collaboration avec une PME de Grasse, la société Tournaire. Premier défi : avoir recours non au courant continu, qui impose l’utilisation d’un coûteux convertisseur, mais au courant alternatif. Or, les plasmas créés par le courant continu sont plus stables.  En utilisant trois électrodes sur du courant alternatif triphasé, Laurent Fulcheri et ses collègues obtiennent un plasma suffisamment stable. Autre progrès décisif : les électrodes. Celles-ci sont le talon d’Achille des technologies plasma traditionnelles, car leur durée de vie ne dépasse pas quelques centaines d’heures, tant elles sont vite abîmées par les très hautes températures. « Nous avons recours à des électrodes en graphite, précise le chercheur. Ces dernières sont peu à peu consommées, mais leur coût est négligeable. Mais pour cela, nous avons dû trouver une méthode (qui relève du secret industriel) pour que ces électrodes fonctionnent en atmosphère oxydante, par exemple dans l’air. »
 

Marché gigantesque

Aujourd’hui, cette torche à plasma révolutionnaire fonctionne de manière pré-industrielle, à échelle 1. Reste à prouver son efficacité en conditions réelles dans des brûleurs. « Nous cherchons des partenaires industriels, des fabricants de brûleurs, afin de mener des tests sur des installations thermiques de plusieurs mégawatts, indique Laurent Fulcheri. Nous pourrons ainsi vérifier que ces dernières acceptent des combustibles divers. » Le marché est gigantesque : les centrales thermiques (charbon ou biomasse), bien-sûr, mais aussi tous les industriels consommant beaucoup de chaleur comme les cimentiers, fabricants de verre ou les sidérurgistes, qui utilisent déjà des combustibles non traditionnels. Dans un deuxième temps, les chercheurs souhaitent non pas uniquement greffer leur brûleur sur une installation existante, mais concevoir un brûleur entièrement optimisé pour la combustion de combustibles renouvelables à faible pouvoir calorifique.

Article rédigé par Cécile Michaut, journaliste scientifique