Biocarb : Etude du processus de formation des particules de suie dans des flammes de carburants moteurs et de biocarburants par Incandescence Induite par Laser

Enjeux

• Nécessité physico-chimiques de formation des suies lors de la combustion d’hydrocarbures divers (notamment biosourcés) afin d’améliorer la qualité des modèles implémentés dans les codes de calcul à vocation prédictive
• Nécessité de mettre au point un ensemble d’outils expérimentaux et numériques permettant de quantifier et d’analyser les propriétés des particules de suie dans les flammes et à l’émission des systèmes de combustion
• Possibilité de dégager des pistes d’avancées technologiques dans le domaine de la remédiation des polluants particulaires (notamment par voie catalytique) en vue de limiter l’impact des procédés de combustion sur l’environnement et la santé

Compétences développées

• Dans le domaine expérimental, les actions de ressourcement du Carnot M.I.N.E.S ont permis de pérenniser la dynamique initiée au Département Energétique Industrielle d'IMT Lille Douai avec la création d’un laboratoire de combustion en 2009. Ainsi, outre le développement de bancs d’essais et l’implémentation de chaines d’analyse laser, des compétences dans le domaine analytique et notamment dans le domaine de la spectroscopie laser ont pu être développées et renforcées à travers le projet BioCarb (extinction, LII, LIF).
• Dans le domaine numérique, les compétences développées à travers le projet BioCarb ont porté sur la modélisation par éléments finis des transferts de matière et d’énergie lors de l’interaction entre des particules de suie et un faisceau laser ainsi que sur la mise au point d’algorithmes inverses avancés

Impacts et persectives

Les travaux menés dans le cadre du projet BioCarb ont permis de développer une nouvelle thématique de recherche au Département Energétique Industrielle portant sur le développement de diagnostics laser couplé à la mise au point d’outils de modélisation innovants.

• Outre une valorisation soutenue (2 ACL parus, 2 ACL en soumission, 1 participation à ouvrage scientifique et technique & 3 conférences internationales dont 2 invitées sur la période 2013-2014), le projet BioCarb a permis l’accueil d’un doctorant de l’ETS - Montréal dont les premiers travaux sont en cours de valorisation. Des mesures complémentaires sur le banc moteur de l’ETS sont de surcroît prévues au cours de l’année 2014.
• Ces recherches ont conduit au dépôt d’un projet Européen fédérant des industriels et laboratoires de recherche espagnols, allemands et britanniques.

Résultats

Outre l’étude de l’effet de l’adjonction de biocarburants oxygénés au sein de carburants standards sur leur propension à former des suies (collaboration avec le laboratoire PC2A (UMR CNRS 8522) et l’Ecole de Technologie Supérieure de Montréal - ETS), les recherches menées dans le cadre du projet BioCarb ont permis de modéliser l’évolution des propriétés physiques de particules de suie en fonction de leur stade de maturation au sein d'une flamme turbulente de gazole7 et de proposer une nouvelle approche de modélisation des signaux LII reposant sur les méthodes inverses8, approche qui a pu être confrontée avec succès à une base de données expérimentales issue de la littérature.