Transition du Choc à la détonation dans des milieux avec obstacles – TRACKDEMO

L’omniprésence de l’H2 comme solution de décarbonation de nos industries pose de nouvelles questions de sécurité quant à son déploiement : stockage, transport et utilisation. Les scénarios de fuite de réservoirs restent un des principaux points d’inquiétude. Dans des zones confinées, un mélange H2/O2/N2 exposé à une source d’inflammation, engendre souvent une flamme qui subit une phase d'accélération. Cette dernière peut aboutir, sous certaines conditions spécifiques, à une transition déflagration-détonation (DDT), phénomène où les dommages liés à l’explosion sont très amplifiés. Ce processus rare et complexe est induit par plusieurs facteurs : présence d'obstacles, de couches limites, d’ondes de choc, etc. Les paramètres contrôlant la DDT reste un problème ouvert. Le projet TRACKDEMO est une étude combinée expérimentale et numérique de la DDT visant à poser les bases de sa modélisation dans des configurations à plus grande échelle.
Des études de laboratoire montrent que l'accélération crée les conditions au déclenchement de la DDT : couplage entre la focalisation des ondes de choc en amont de la flamme et la présence de gradients de réactivité. Ce processus est considérablement amplifié par la présence d'obstacles placés périodiquement le long de la trajectoire du front réactif. Bien que sachant que la DDT prend souvent la forme d'une transition choc-détonation (SDT), les études avec des chocs faibles de cette configuration canonique restent rares.
Les objectifs de TRACKDEMO sont : (i) étudier la SDT pour des chocs faibles se propageant dans un canal obstrué rempli d'un prémélange réactif, (ii) étudier le mécanisme de formation des centres d'explosion suite à l'amplification des ondes de chocs susceptibles de se produire près des obstacles et (iii) d’en proposer une modélisation adéquate dans un contexte LES, un sujet très peu abordé dans la littérature. L'impact de l'espacement des obstacles et du rapport de blocage, paramètres clés de la transition, sera abordé.

TRACKDEMO est donc une étude expérimentale et numérique combinée de la SDT dans les mélanges H2/O2/N2 avec les résultats suivants :
(1) Une base de données issue des expériences sur la SDT hautement instrumentées mise à la disposition de la communauté. La base de données couvrira une large gamme de nombres de Mach du choc, de dispositions d'obstacles et de composition du mélange.
(2) Une compréhension fondamentale des paramètres de contrôle de la SDT à l'aide de l'approche DNS : les mécanismes physiques régissant la SDT, y compris les régimes de combustion en jeu, seront mis en évidence.
(3) Une approche LES soigneusement conçue, validée par rapport à la base de données expérimentale et aux résultats DNS, et adaptée à l'étude numérique des SDT/DDT à grande échelle et dans des configurations complexes.
(4) Une identification des mécanismes thermochimiques régissant la propagation de la quasi-détonation et des sources d'instabilités et de déficits de vitesse de détonation.
Tous ces résultats attendus seront d'une aide précieuse pour l'industrie des transports qui souhaite mettre en œuvre la solution hydrogène de manière sûre.