Dynamique des détonations en milieux hétérogènes – DYNAMHO

La compréhension des comportements de détonation dans les mélanges explosifs non uniformes est l'un des problèmes les plus anciens et les plus difficiles de la dynamique des explosions. Les états initiaux variables sont couramment rencontrés dans la plupart des situations d'intérêt pratique telles que la sécurité des biens et des personnes, la propulsion aérospatiale avancée et la défense. Ils peuvent être accidentels comme les fuites d'hydrogène de tuyaux, de réservoirs ou d'enveloppes internes des réacteurs nucléaires, celles des gaz d'hydrocarbures, ou encore les nuages de particules combustibles dans les silos ou les mines. Elles peuvent également résulter de contraintes technologiques, comme les distributions non uniformes de combustible, d'oxydant et de gaz brûlés dans les chambres des moteurs à détonation rotative (RDE). La distribution et l'utilisation sécurisées de l'hydrogène, combinées à des modes de propulsion plus efficaces sur le plan thermique, constituent l'un des ensembles thématiques privilégiés par la communauté scientifique pour ralentir le réchauffement climatique. Il est évident qu'il est fondamentalement impossible d'anticiper toutes les configurations de distributions non uniformes d'explosifs. Ce projet s'intéresse plutôt à quatre configurations génériques conçues comme des limites représentatives d'un large éventail de situations réelles qui considèrent des fluides gazeux monophasiques ou des fluides gaz-liquides diphasiques.
- Couches initiales de composition normale à la direction de propagation de la détonation. La configuration retenue dans ce travail est la succession de couches verticales de gaz inertes et réactifs pré-mélangés normales à la direction de propagation de la détonation. Il s'agit d'une idéalisation des technologies d'injection de jets (i) dans les chambres RDE lorsque les jets sont parallèles à l'échappement, puisque la détonation tourne de façon azimutale, et (ii) pour l'atténuation des déflagrations ou des détonations qui se propagent accidentellement dans les gaz réactifs. Ces travaux porteront sur cette configuration avec soit des jets d'un gaz inerte dans une composition réactive pré-mélangée, soit des jets de gaz réactif pré-mélangé dans un gaz inerte (sous-tâche 3.2).
- Couches initiales de composition parallèle à la direction de propagation de la détonation. La configuration retenue dans ce travail est celle de deux couches horizontales superposées parallèles à la direction de propagation de la détonation, avec des fluides réactifs ou inertes, liquides ou gazeux. Il s'agit d'une idéalisation des couches stratifiées qui peuvent se former accidentellement à partir de fuites lentes de réservoirs et de canalisations, ou être conçues spécifiquement pour former des ondes de discontinuité. Ce travail abordera cette configuration avec deux couches gazeuses, l'une inerte et l'autre réactive (sous-tâche 3.1), une couche liquide inerte sous une couche gazeuse réactive (sous-tâche 4.1), et une couche de combustible liquide sous une couche gazeuse réactive (sous-tâche 4.2).
Ce projet vise donc à contribuer à la dynamique des fluides réactifs compressibles par des observations expérimentales fiables et contrôlées sur plusieurs phénomènes d'interface spécifiques à la physique des hautes pressions et des hautes vitesses, notamment les interactions entre chocs obliques et normaux, le mélange, la vaporisation et la fragmentation. L'importance de ces derniers phénomènes est qu'ils déterminent la physique des causes et des effets de la déflagration et de la détonation dans de nombreuses configurations d'intérêt pratique. Les résultats contribueront également à rendre les simulations numériques plus réalistes, voire prédictives.