Thèse de Marwa Saab

Soutenance de thèse de Marwa Saab - laboratoire PC2A

Résumé :

L'urgence de la transition de la combustion vers des solutions énergétiques plus soutenables que les combustibles fossiles nécessite l'exploration de plusieurs alternatives. Chaque solution potentielle présente ses propres avantages et limitations, rendant impossible le choix d'une seule option. Bien que la combustion génère des polluants, sa haute densité énergétique est essentielle pour de nombreux secteurs. Cependant, les émissions varient selon le carburant utilisé. En revanche, l'électrification est souvent considérée comme l'option énergétique la plus propre, bien qu'elle entraîne des coûts de mise en œuvre élevés et des impacts environnementaux importants tout au long du cycle de vie des batteries. Cette thèse étudie la cinétique de combustion de divers carburants alternatifs, y compris les mélanges contenant de l'hydrogène, les e-carburants et les biocarburants dans la gamme des basses et intermédiaires températures de combustion. Grâce à l'utilisation d'une machine à compression rapide pour mesurer les délais d’auto-inflammation, l'étude valide à la fois des modèles cinétiques nouvellement développés et évalue ceux existants dans la littérature. L'hydrogène, un carburant sans carbone, est étudié en mélange avec d'autres carburants en raison de son haut caractère inflammable et explosif. Les carburants mélangés sont constitués de composés à chaîne C5, chacun ayant un groupe fonctionnel chimique différent, afin d'évaluer l'influence de l'hydrogène sur chaque groupe. L'étude fait varier la teneur en hydrogène de 0 à 50 mol% dans chaque mélange de carburant et examine ces mélanges dans diverses conditions : des pressions de 10, 15 et 20 bar ; des mélanges stœchiométriques et pauvres en carburant ; et dans une gamme de températures de 600 à 950 K. Les carburants étudiés incluent le n-pentane, le 1-pentène, la 3-pentanone et le 3-pentanol. Des modèles existants dans la littérature sont testés pour les trois premiers carburants, tandis qu'un nouveau modèle est développé et validé pour le 3-pentanol sur la base des temps de délai d'auto-inflammation et des profils temporels des fractions molaires des espèces. Le même ensemble d'expériences a été mené sous des conditions de pression de 15, 10 et 5 bar en conditions stœchiométriques pour développer un nouveau modèle cinétique pour le tétrahydropyrane, un biocarburant de deuxième génération. De plus, les temps de délai d'auto-inflammation pour le triméthoxyméthane, un e-carburant, ont été mesurés en conditions stœchiométriques et pauvres en carburant en utilisant la même gamme de pression. Ces résultats ont été utilisés pour tester un nouveau modèle en cours de développement et le comparer avec des modèles existants dans la littérature. Par ailleurs, une étude ab initio a été réalisée sur les carbonates—des composants combustibles clés dans les batteries au lithium—afin de calculer les vitesses des réactions d’arrachement d’hydrogène par H ̇ et C ̇H3, ainsi que leurs réactions ultérieures en phase liquide et gazeuse. Cette thèse contribue à une compréhension plus approfondie de la cinétique de combustion de candidats prometteurs pour les sources d'énergie alternatives.

Mots clés : biocarburants,cinétique chimique,combustion,hydrogène