Thèse soutenue

Modification de la combustion en présence d'espèces excitées

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Auteur / Autrice : Ali Bourig
Direction : Jean-Pierre MartinDominique Thévenin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Conversion de l'énergie
Date : Soutenance le 16/07/2009
Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Université de Magdebourg
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
Jury : Président / Présidente : Christophe Laux
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Martin, Dominique Thévenin, Christophe Laux, Uwe Riedel
Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Laux, Uwe Riedel

Résumé

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Aujourd’hui, il semble que la méthode la plus prometteuse pour intensifier la combustion repose sur l’excitation hors-équilibre du mélange gazeux, qui permet ainsi de modifier la cinétique chimique. Pour obtenir une excitation efficace des degrés de liberté électronique et vibrationnel des molécules, l’utilisation d’une alimentation pulsée associée à une énergie des électrons adéquate est proposée. Ce travail de thèse porte sur l’application de générateur d’impulsion électrique haute fréquence capable de délivrer des pulses de 20 kilovolts pendant 20 nanosecondes ayant des temps de montée de l’ordre de 5 nanosecondes en combustion. Cette étude s’articule autour de deux grands axes de recherche. Le premier est la génération, à pression atmosphérique et à pression réduite, d’espèces excitées (oxygène électroniquement excité O2(a1?g), O2(b1Sg+) et oxygène atomique excité) ainsi que leur caractérisation par spectroscopie d’émission. Le second axe de recherche concerne leur utilisation pour l’intensification de la combustion. La première partie expérimentale s’est focalisée sur la génération d’oxygène électroniquement excité par plasma décharge à barrière diélectrique et décharge croisée dans des mélanges O2/He et O2/Ar. La décharge croisée est une cellule à barrière diélectrique pulsée qui est croisée avec une composante continue (DC). Dans ce cas, l’étape d’ionisation est réalisée par la DBD pulsée alors que la composante continue supporte le courant électrique entre chaque pulse. Le gaz produit par cette installation est étudié de manière exhaustive par spectroscopie d’émission. Ce travail, indispensable pour caractériser l’installation et obtenir les conditions initiales nécessaires pour les calculs de flamme, repose sur différents spectromètres et caméras. La première des applications potentielles dans le domaine de la combustion concerne l’intensification de la combustion par activation de l’oxygène. La conception de prototypes de brûleurs hybrides, intégrant un réacteur plasma nous a permis de valider cette technique d’intensification de la combustion et de la comparer à une flamme classique sans plasma. Finalement, la modélisation des paramètres fondamentaux d’une flamme de prémélange et de diffusion est entreprise par le logiciel CHEMKIN. L’effet promoteur de l’oxygène excité sur une flamme d’hydrogène a pu être modélisé.