– UFLAM

L'objectif de ce programme est d'étudier à la fois expérimentalement et théoriquement la dynamique des flammes, en portant une attention particulière à la réponse monodimensionnelle à des fluctuations de pression de fréquence élevée, d'ordre de l'inverse temps de transit, ?, ou plus grande. Comme nous l'expliquons plus bas, cette réponse est un bon indicateur de l'effet de la structure interne de flamme sur la dynamique du front en général. Les études théoriques de la dynamique des flammes de ces dernières décades ont toutes été effectuées avec le modèle standard de flamme (une réaction globale contrôlée par une loi d'Arrhenius avec une grande énergie d'activation). Elles prédisent une réponse de flamme (rapport du taux de réaction et de la fluctuation de pression) augmentant comme la racine carrée de la fréquence. Il n'y a pas eu jusqu'à présent de vérification expérimentale. - Nous proposons de combler cette lacune en développant une expérience originale pour étudier la structure non stationnaire des flammes de gaz prémélangés de méthane, propane et d'hydrogène, soumises à une oscillation de pression dont la fréquence réduite pourra varier de ?? ? 0.4 à ?? ? 20 (? est la pulsation?). Notre motivation provient d'expériences préliminaires effectuées très récemment dans notre laboratoire sur des flammes de méthane pauvre, montrant que, contrairement aux études théoriques existantes, la réponse était indépendante de la fréquence jusqu'à des pulsations pratiquement 10 fois plus grandes que l'inverse du temps de transit (?? ? 8). Ce comportement est totalement incompatible avec la grande sensibilité du taux de réaction à la température telle qu'elle est décrite dans le modèle standard. Il n'y a que deux possibilités : soit ces expériences préliminaires sont fausses, soit plus vraisemblablement le modèle standard n'est pas pertinent, du moins à haute fréquence. Si c'est le cas, la complexité de la structure interne d'une flamme contrôlée par une cinétique chimique à plusieurs étapes devrait jouer un rôle essentiel dans la dynamique, conduisant à des comportements qualitativement différents du modèle standard. Les analyses théoriques de ces dernières décades devraient alors être revues. - Maintenir plan et quasi-stationnaire le front d'une flamme libre répondant à une fluctuation de pression constitue une première difficulté expérimentale. Le groupe de recherche en combustion de l'IRPHE maîtrise pour cela une technique originale. La flamme est soumise à un champ de vitesse acoustique qui supprime l'instabilité de Darrieus-Landau avec des fluctuations de position et de vitesse de flamme négligeables. Nous avions mis au point cette technique pour mesurer le taux de croissance linéaire de l'instabilité dans les instants suivant la coupure du champ acoustique stabilisant. Cette même technique sera utilisée dans ce projet pour maintenir plane une flamme libre et stabilisée (dans le repère du laboratoire). La flamme sera alors soumise aux fluctuations oscillatoires de pression d'une seconde onde acoustique à une fréquence plus élevée que la première. La réponse à cette seconde excitation, c'est-à-dire la fluctuation du débit masse, sera mesurée en utilisant l'émission UV à 300 nm du radical excité OH* produit dans la zone de consommation du carburant. Un soin particulier sera porté à la relation entre cette émission et le débit masse. Une série d'expériences précises et de calculs détaillés feront l'objet de cette calibration. - En parallèle, nous développerons l'analyse théorique de la structure non stationnaire d'une flamme soutenue par une cinétique chimique complexe et soumise à des fluctuations de pression d'une onde acoustique de même fréquence que celles utilisées dans les expériences. Nous utiliserons les schémas cinétiques réduits de Peters, Seshadri et Williams. Nous sommes convaincus que l'analyse est faisable, et nous avons de solides arguments pour penser qu'elle conduira à des résultats qualitativement différents du m