Etude expérimentale et modélisation de la cinétique de combustion d'alcanes lourds, de kérosènes reformulés et de carburants modèles : formation de polluants

Experimental and modeling study of combustion of high alkanes, reformulated kerosenes and surrogate fuels : pollutants formation

• Auteur / Autrice : Amir Eddine Mze Ahmed
• Direction : Philippe Dagaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-physique
• Date : Soutenance le 11/10/2011
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Most
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Dagaut, Jean-Michel Most, Eric Therssen, Mickaël Sicard, Mohammed Yahyaoui, Guillaume Dayma
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Therssen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydation

Cinétique chimique

Combustion

Fischer-Tropsch, Procédé

Alcanes

Avions à réaction -- Carburants

Mots clés libres

Kérosène conventionnel Jet A-1

Bio-kérosène

Kérosènes de synthèse

Conventional Jet A-1

Bio-kerosene

Synthetic jet fuel

Résumé

Au cours de ces dernières années les activités de recherches sur les carburants reformulés destinés au secteur aéronautique ont considérablement augmenté. En effet, le fort développement du secteur aérien pousse les scientifiques à chercher une alternative au carburéacteur destiné aux aérodynes dans le but d’économiser le pétrole mais aussi de lutter contre le réchauffement climatique et la pollution atmosphérique. Dans cette thèse nous avons mené des expériences d’oxydation sur trois hydrocarbures lourds, un kérosène conventionnel Jet A-1, des kérosènes reformulés (bio kérosène) et de synthèse (carburant issu de la synthèse Fischer-Tropsch). Ces études ont été réalisées en réacteur auto-agité par jets gazeux à haute pression (10 atm), dans un large domaine de températures (550-1150 K) et à trois richesses (Ф=0,5, 1 et 2). Les analyses par spectrométrie d’absorption infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la chromatographie en phase gazeuse (CPG-FID-TCD-MS) nous ont permis de mesurer les profils de concentration des réactifs, des produits finals et des intermédiaires stables en fonction de la température. Des mécanismes cinétiques détaillés adaptés aux composés étudiés ont été développés et validés par confrontation avec les résultats expérimentaux.

In recent years research activities on reformulated fuels for the aviation industry have increased. Indeed, the strong development of the airline industry pushes scientists to seek for alternative jet fuel intended for aerodynes in order to preserve oil but also to fight against global warming and air pollution. In this thesis we have conducted experiments on the oxidation of three heavy hydrocarbons, a conventional Jet A-1, reformulated jet fuels (bio-kerosene) and synthetic kerosene (Fischer-Tropsch jet fuel). These studies were carried out in jet stirred reactor at high pressure (10 atm), in a wide temperature range (550-1150 K), for three equivalence ratios (Ф=0.5, 1, and 2). Chemical analyses by Fourier Transformed Infra-Red spectrometry (FTIR) and gas chromatography (GC-FID-TCD-MS) allowed us to measure concentration profiles of reactants, stable intermediates and final products versus temperature. Detailed chemical kinetic reaction mechanisms adapted to the studied compounds were developed and validated by comparison with experimental results.