Simulation de l'impact de la dilution par l'air sur une flamme diphasique de carburant durable (SAF)

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Simulation de l’impact de la dilution par l’air sur une flamme diphasique de carburant durable (SAF)

L'industrie aéronautique est l'un des principaux contributeurs aux émissions mondiales de CO2, jouant ainsi un rôle majeur dans le réchauffement climatique.

À court et moyen terme, l'adoption de carburants durables pour l'aviation (SAF) pourrait significativement réduire ces émissions, diminuant par conséquent l'empreinte environnementale des vols. Cependant, l'utilisation de ces SAFs exige une optimisation des systèmes de combustion actuels pour améliorer leur efficacité et réduire les émissions de polluants tels que les oxydes d'azote (NOx) et les suies. La simulation devient alors un outil crucial, permettant de tester des solutions technologiques tout en réduisant le nombre d'essais physiques nécessaires.

Les outils de simulations actuels permettent la simulation de flammes de type aéronautique, c’est-à-dire avec une injection de carburant sous forme de spray, avec une précision satisfaisante. L’utilisation de SAFs implique toutefois des difficultés additionnelles. Le carburant est par exemple composé de multiples constituants et son évaporation est donc plus complexe, nécessitant des modèles spécifiques. La chimie en phase gazeuse est également plus complexe car elle inclut de multiples espèces chimiques. Il est donc essentiel de gagner en compréhension sur ce type de flamme et notamment de comparer les modèles existants avec des données expérimentales pertinentes.

Objectifs

Ce stage représente une première étape vers la réalisation de simulations complexes de SAFs diphasiques. L'objectif principal est de reproduire numériquement une configuration expérimentale académique étudiée à l'Université de Sheffield, visant à mieux comprendre les mécanismes de combustion et la formation de polluants dans le contexte d'un brûleur diphasique aéronautique.

Le stage se déroulera en plusieurs étapes clés :

Mise en place et simulation d'une flamme diphasique stable : Cette étape permettra de valider la stratégie numérique adoptée.
Étude de l'effet de la dilution par l’air de la flamme : Cette seconde étape mettra en œuvre les modèles de l’étape 1 afin de tester une stratégie pratique de réduction des émissions de polluants, actuellement testée en laboratoire.

Ces travaux initiaux se concentreront sur une flamme alimentée en éthanol liquide et bénéficieront d'échanges directs avec l'équipe expérimentale de l'Université de Sheffield. Les recherches futures se focaliseront sur l'analyse de différents types de SAFs, élargissant ainsi la portée des travaux initiaux.