Soutenance de thèse de Ronan PELÉ

La décarbonisation de toute forme d’énergie est urgente pour lutter contre le changement climatique. L’ammoniac produit à partir d’énergies renouvelables, est non seulement un vecteur d’énergie mais aussi un carburant potentiel sans carbone dans sa structure pour toutes applications thermiques (turbine à gaz, fours, et moteurs). Sa combustion moins réactive que les carburants traditionnels peut-être améliorée avec l’ajout d’un carburant plus réactif et neutre en carbone, tel que l’hydrogène, et les bio-carburants, comme le bio-éthanol. L’objectif de ce travail de thèse est donc d’évaluer le potentiel des mélanges ammoniac/éthanol depuis le processus d’injection et de combustion jusqu’à l’efficacité et aux polluants émis dans le cas d’un moteur à allumage commandé. Une première partie est consacrée à la thermodynamique des mélanges d’ammoniac et d’éthanol. Il a pu être montré que ces deux molécules, totalement miscibles entre elles, peuvent être injectées sous forme liquide, mélangées dans la chambre à combustion. La caractérisation du spray liquide, en deuxième parti, a permis de mettre en évidence leur morphologie drastiquement différente des sprays d’éthanol pur, et d’essence comme référence. La forte vaporisation de l’ammoniac entraine une très forte chute de température (jusque -40/-60 °C) qui rend le spray plus fin et long. Cette géométrie si différente joue sur le mélange local air/carburant dans la chambre de combustion, affectant le processus d’initiation et de développement de la combustion et de formation des polluants. La vitesse de flamme laminaire est l’un paramètres fondamentaux clés pour les applications thermiques, et les simulations. Elle a été caractérisée dans une troisième partie pour les différents mélanges. Un faible ajout d’éthanol améliore fortement la combustion, des comparaisons avec mécanismes cinétiques actuelles ont aussi été réalisées afin de montrer les différentes voies de recherche encore nécessaires. La dernière partie a été consacrée à l’application moteur : une bonne performance et stabilité de ces mélanges a été obtenue, rendant ces mélanges de bons candidats pour décarboner le transport et la production d’électricité par groupe électrogène. Les mesures des émissions de polluants à l’échappement ont montré que l’ajout d’éthanol à l’ammoniac permet de limiter le rejet d’ammoniac imbrûlé ainsi que du N2O, gaz à fort impact sur le réchauffement climatique. Cependant, les émissions de NOx et de CO n’évoluent pas de manière monotone avec l’ajout d’éthanol et un maximum a été obtenu autour de 50/50, montrant la limite de ces mélanges.