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Impact du dihydrogène sur les processus de formation des particules de suies dans les flammes.

Les foyers de combustion sont des sources importantes de gaz à effet de serre et de polluants nocifs pour la santé. Dans le contexte de la lutte contre le réchauffement climatique, plusieurs voies de « combustion propre » sont d’ores et déjà mises en place ou à l’étude. La piste s’appuyant sur l’utilisation de carburants non-carbonés tels que le di-hydrogène (H2) est l’objet de ce projet de recherche. Cependant, l’utilisation directe et massive de H2 pour produire de l’énergie pose encore de nombreuses difficultés, liées au coût élevé de sa production par voie écologique, à son stockage à grande échelle et à son transport. L’utilisation de H2 en présence d’un carburant fossile comme le gaz naturel par exemple peut constituer une solution de transition qui permettra une dé-carbonisation progressive des foyers de combustion. Toutefois, des études récentes ont pu montrer que l’impact cinétique de H2 sur l’oxydation de combustibles représentatifs du gaz naturel dans les conditions de flamme ne se traduit pas nécessairement par la réduction d’espèces hydrocarbonées. Dans certaines conditions, on observe même un effet posiif d% H>sub>2 sur la formation des premiers cycles aromatiques et de leurs précurseurs aliphatiques. Ce rôle ambigu de H2 doit être davantage exploré sur le plan expérimental et par modélisation d’autant plus que l’on note un regain d’intérêt croissant pour l’hydrogène ces dernières années.

Dans ce projet de thèse, on étudiera l’impact de l’ajout de H2 dans des flammes sur la formation des particules de suie. Sur le plan expérimental, l’effet de H2 sera évalué dans des flammes de butane en mesurant les profils de concentrations d’espèces gazeuses et de particules de suie pour différentes teneurs en ajout d’H2. On s’attend à ce que l’ajout de H2, qui impacte fortement les proportions relatives des espèces actives H, O et OH, ait un impact significatif sur les premières étapes de formation des suies (nucléation) du fait d’une compétition entre l’oxydation des particules naissantes et leur croissance par réaction de surface.  C’est pourquoi l’effet de H2 sera particulièrement analysé dans des flammes à la limite de production des suies (appelées flammes de nucléation). L’aspect expérimental reposera sur des techniques classiques telles que le couplage GC-MS (Chromatographie en phase gaz couplée à la spectrométrie de masse), mais aussi sur des techniques de diagnostic laser comme la fluorescence induite par laser (LIF) ou l’incandescence induite par laser (LII). Ces résultats permettront de poursuivre le développement et la validation d’un code de simulation de la formation des suies dans les flammes s’appuyant sur un mécanisme cinétique détaillé.

Directeur(s) et co-encadrant(s): Abderrahman El-Bakali (PC2A) et Pascale Desgroux (PC2A)

Laboratoire: PC2A