ExPH2

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Contexte

Le 14 juillet 2021, la commission européenne a adopté un ensemble de propositions volontaires et ambitieuses afin d’adapter la politique de l’Union notamment dans le domaine du climat, de l’Energie de l’agriculture et du transport afin de réduire ses émissions nettes de gaz à effet de serre de 55% d’ici 2030 par rapport aux émissions de 1990 et d’atteindre la neutralité climatique d’ici 2050. Cette feuille de route nommée « FIT for 55 » envisage de réduire les émissions moyennes de gaz à effet de serres des véhicules particulières et des véhicules utilitaires légers de 55% à partir de 2030 et de 100% à partir de 2035 par rapport aux niveaux de 2021. Ainsi seuls les véhicules électriques ou utilisant l’hydrogène pourrons être commercialisés. Pour assumer l’approvisionnement, le réseau de distribution sera renforcé notamment grâce à des bornes de recharge d’au moins 300kW tous les 60 km et de station de ravitaillement Hydrogène tous les 150 km et dans chaque nœud urbain d’ici 2030.

L’hydrogène vert est donc une des solutions retenues permettant de répondre à ces objectifs ambitieux et peut être converti en électricité grâce à une pile à combustible ou en énergie mécanique si l’hydrogène est utilisé dans un moteur à combustion interne. Ainsi dans un contexte de transport, d’industrie et de production d’énergie (groupe électrogène), la valorisation optimale de l’hydrogène doit être privilégié tout en maitrisant le coût d’investissement et de fonctionnement du convertisseur d’Energie (pile à combustible ou moteur à combustion interne).

Ainsi en tenant compte des performances, de l’investissement (CAPEX) et du coût d’exploitation (OPEX), le moteur à combustion interne fonctionnant à l’hydrogène est une solution élégante permettant de répondre aux enjeux environnementaux futurs.

Objectifs

Le projet ExPH2 (EXploration Poids-lourd à l’Hydrogène) vise à proposer urgemment, c’est-à-dire dans les 24 mois, des solutions permettant de convertir des moteurs à combustion interne de type Diesel en moteur à allumage commandé et ainsi sauver des moyens de production existant en France chez Volvo Powertrain. Les compétences acquises durant un premier projet Ademe PL MH8 a permis de démontrer que le rétrofit des motorisations Diesel pouvaient être transformé, moyennant quelques adaptations, en moteur à allumage commandé hydrogène. Durant ce projet, nous avons pour ambition d’optimiser cette transformation en étudiant plus finement la géométrie des chambres de combustion et les stratégies d’injections. 

Les partenaires

Le projet ExPH2 s’inscrit dans la continuité du projet Ademe PL MH8 et va permettre d’accélérer le travail réalisé afin d’optimiser les choix technologiques et la mise en œuvre d’une solution hydrogène dans le groupe Volvo.

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Déroulement

Afin d’assurer le succès de cette reconversion, le laboratoire PRISME sera pleinement associé à ce projet puisque le moteur monocylindre du projet Ademe PL MH8 de PRISME sera réutilisé. Les compétences en termes de combustion hydrogène, de motorisation, de diagnostics de l’injection expérimentales mais également numériques seront mises à contribution lors de ce projet.

Les taches numériques et expérimentales seront réalisées au sein du laboratoire PRISME à l’université d’Orléans. Elles s’appuieront notamment sur le centre de calcul de la région Centre Val de Loire et sur une cellule d’essais spécialement développée qui n’existe pas sur le site industriel de Volvo Powertrain.

La complémentarité des deux parties permettra de répondre efficacement aux enjeux industriels et scientifiques, de monter rapidement en compétences et de rayonner dans leur domaine d’activités respectives.

Résultats attendus

Pour atteindre ces objectifs, le projet adoptera une approche numérique visant à :

• Développer et valider des designs de chambre de combustion associées à des stratégies d’injection afin d’équiper une large gamme de moteur à combustion interne industriels : moteur pour poids lourds, moteurs industriels de type groupe électrogène, machine agricole ou BTP.
• Réaliser des modélisations 3D de l’injection, de la préparation du mélange et de la combustion fonction des conditions opératoires (pression d’injection, charge du moteur, régime, etc…) afin de prédire les performances mais également les émissions de NOx.
• Réaliser des designs de chambre de combustion et des stratégies d’injection afin d’optimiser la préparation du mélange hydrogène-air dans le but de réduire les émissions de Nox et l’apparition du cliquetis.

Cette approche numérique sera complétée par une approche expérimentale réalisée sur un moteur monocylindre. Le design des chambres de combustion sera testé expérimentalement et permettra de valider la diminution des émissions de Nox et de l’apparition du cliquetis.

Valorisation

L’étude est en parfaite adéquation avec les objectifs visant à soutenir la transition vers des technologies à faibles émissions de carbone. Elle vise également à maintenir l’emploi sur le territoire national grâce à une diversification de l’offre de produit de la société Volvo Powertrain.

Par le déploiement de technologie permettant l’utilisation rationnelle de l’hydrogène, le projet ExPH2 permettra de répondre à l’objectif d’abaisser notable des émissions de CO2 du transports routiers et de l’industries.

Contact : Fabrice FOUCHER ⇒ fabrice.foucher@univ-orleans.fr