Impact des biocarburants sur le vieillissement des carburants conventionnels – BioACe

La pression sur l'énergie issue de la combustion des carburants dérivés du pétrole, et ses effets néfastes sur la biosphère, a conduit à une intensification des recherches sur la production de carburants liquides à partir de la biomasse. Des attentes importantes sont placées dans les biocarburants de seconde génération (produits à partir de biomasse non comestible) qui seraient idéalement renouvelables, produits localement, et neutres au niveau des émissions du dioxyde de carbone. Les réglementations de l'Union européenne vont conduire à une augmentation de l'utilisation de ces biocarburants, qui seront ajoutés aux carburants conventionnels (essence, diesel). Des études approfondies sont donc essentielles pour évaluer conséquences de leur utilisation comme carburants. Dans la littérature, un grand nombre d'études sont consacrées aux conséquences de l'utilisation des biocarburants de nouvelle génération dans les moteurs à combustion interne, mais peu de travaux sont consacrés à leur impact sur le vieillissement des carburants liquides. Ceci est surprenant car il ne sera possible d'utiliser ces biocarburants que si leur résistance au vieillissement est suffisamment élevée pour garantir leur stabilité tout au long de leur chaîne d'utilisation. Lors des opérations de stockage, de transport et d'utilisation, les carburants sont en contact de l'air qui conduit à l'oxydation de la phase liquide (auto-oxydation) qui provoque le vieillissement. Ce phénomène induit des changements fondamentaux dans les structures chimiques et physiques du carburant, conduisant à des produits d'oxydation qui sont responsables de la formation de solides formant des dépôts dans le circuit du véhicule. Ces dépôts, présents du réservoir à la chambre de combustion, dégradent les performances, les émissions de polluants et la longévité des moteurs.
Les mécanismes chimiques sous-jacents à la combustion en phase gazeuse et à l'oxydation en phase liquide des composés organiques sont semblables et caractérisés par un mécanisme de réactions radicalaires en chaines impliquant des milliers de réactions élémentaires. Si la simulation de la combustion est bien définie dans la littérature, grâce à l'utilisation de modèles cinétiques, leur développement pour la phase liquide a longtemps été un défi irréalisable. En phase gazeuse, les données thermo-cinétiques des milliers de réactions élémentaires contenues dans les modèles cinétiques sont indépendantes de l'environnement réactionnel dans lequel elles se produisent (gaz parfait). En phase liquide, cette approximation n'est plus valide et ces données deviennent dépendantes du solvant ce qui conduit à une explosion du nombre de paramètres thermocinétiques.
Ce projet vise à adapter les modèles cinétique de combustion à la phase liquide par l'utilisation de corrections de solvatation, appliquées aux données thermocinétiques en phase gazeuse, à partir d'outils de chimie théorique.
Dans ce projet, des études expérimentales sur l'auto-oxydation de mélanges carburant / biocarburants seront menées en autoclave pour étudier la cinétique de vieillissement. Un système d'échantillonnage sera couplé à l'autoclave pour mesurer l'évolution de molécules qui sont des intermédiaires cruciaux des processus d'oxydation et sont considérées comme les initiateurs du processus de vieillissement. Différents types et proportions de biocarburants de prochaine génération seront mélangés avec un carburant modèle du pétrole, pour quantifier leur impact sur sa stabilité à l'oxydation. Les données expérimentales seront systématiquement simulées à l'aide des modèles cinétiques développés pour l'auto-oxydation de ces mélanges.
Ce projet apportera une compréhension décisive des conséquences de l'utilisation de ces biocarburants de nouvelle génération comme additifs dans les carburants classiques actuels et apportera un éclairage nouveau sur leur impact sur la stabilité à l'oxydation du carburant.