Thèse de Carolina Sampaio Mergulhao

Amphithéâtre Pierre Glorieux - CERLA Soutenance de thèse de Carolina Sampaio Mergulhao  - Laboratoire PC2A Directeur de thèse : Guillaume VANHOVE Résumé : En 2019, environ 30% des émissions de CO₂ dans l'UE provenaient du secteur des transports. L'électrification est l'une des alternatives possibles et rigoureuses pour réduire les émissions de CO₂ liées à la mobilité ; néanmoins, sa vulgarisation coûterait un budget énorme et des décennies pour remplacer plus de 300 millions de voitures particulières propulsées par des moteurs à combustion interne. De plus, certains domaines tels que l'aviation et le transport maritime sont encore loin d'adopter l'électrification en raison de la densité énergétique des batteries et de l’approvisionnement d'énergie suffisamment décarbonisé. Compte tenu de ces situations et limitations, les biocarburants renouvelables apparaissent comme un moyen prometteur de décarboner rapidement le secteur des transports. Les biocarburants sont actuellement mélangés comme additifs, et ils peuvent être produits par transformation de biomasse lignocellulosique ; matière première non comestible et renouvelable utilisée pour la production de biocarburant de deuxième génération. Les biocarburants nouvellement introduits présenteraient des caractéristiques de combustion différentes de celles des combustibles fossiles conventionnels, qui doivent être étudiés en détail. La mise en œuvre de telles substances nécessite une modification appropriée de la conception du moteur et une stratégie de fonctionnement précise pour éviter le phénomène des cliquetis dans les moteurs à allumage commandé, qui est un obstacle majeur à l'augmentation de l'efficacité thermique des moteurs fortement turbocompressés. Compte tenu du fait que ces phénomènes et en général l'auto-allumage du gaz final imbrûlé dans des conditions de température plus basse est régi par la chimie d'auto-inflammation du carburant, il est donc nécessaire d'assurer leur compatibilité avec les nouveaux moteurs en examinant leurs voies de réaction et leurs études cinétiques. Cette étude vise donc à présenter un benchmark des potentiels nouveaux biocarburants et/ou additifs à utiliser dans les moteurs à essence, ainsi qu'à fournir des discussions utiles d'un point de vue cinétique sur la co-oxydation de ces composés avec les carburants conventionnels. Quatre composés dérivés de la lignocellulose (LDC) ont été étudiés ; l'anisole, l'o-crésol, le prénol et la cyclopentanone (CPN), qui sont soit des carburants automobiles potentiels, soit des additifs. L'isoctane, qui a souvent été utilisé comme substitut de l'essence de référence, a également été testé pour comparer les données acquises avec la littérature et valider la méthodologie utilisée dans cette étude. Les délais d’auto-inflammation (IDT) ont été mesurés à l'aide de la machine à compression rapide ULille (RCM), et les mélanges d'isooctane/LDC/O₂ /inerte ont été évalués dans des conditions stœchiométriques de carburant dans l'air. L'effet de composition a été étudié, en faisant varier la quantité de LDC dans les mélanges d'isooctane et en faisant également varier la pression de compression de 14 à 25 bars. L'effet de la température sur l'IDT a été étudié à 20 bar et les températures de 665 à 870 K. Les carburants de substitution ont été formulés dans des conditions stœchiométriques et préparés jusqu'à ce que la fraction LDC atteigne la valeur maximale autorisée dans le banc de préparation du mélange, compte tenu pression de vapeur des LDC’s. Les limites étaient de 20% pour l'o-crésol, 40% pour l'anisole et le CPN et 50% pour le prénol. Tous les carburants de substitution ont présenté un comportement d'Arrhenius à l'exception du prénol. Dans l'ensemble, l'ajout de LDC inhibe la réactivité à l'isooctane, qui peut être classée par ordre décroissant de réactivité : isooctane pur, o-crésol, anisole et cyclopentanone. En revanche, le carburant de substitution contenant le prénol était le seul à présenter une réactivité limitée à basse température et à favoriser la réactivité à l'isooctane à haute température, c'est-à-dire de 800 à 870 K.