Combustible durable d'aviation : contrôle de la dynamique de flamme et réduction des émissions – SAFARI

Les Carburants Aéronautiques Durables (SAF), englobant les carburants synthétisés à partir de biomasse (biocarburants) ou de sources électriques à zéro émission de carbone (électrocarburants), offrent une solution à court terme pour décarboniser le secteur aéronautique. Présentant des propriétés similaires à celles du carburant d'avion conventionnel, l'utilisation de SAF ne nécessite pas une refonte complète des chambres de combustion actuelles. Cependant, du fait de la diversité des matières premières nécessaires pour répondre aux besoins énergétiques, les compositions de SAF peuvent varier considérablement. Des études récentes indiquent que ces variations affectent les performances des chambres de combustion, influençant à la fois l'opérabilité et les émissions. Les ingénieurs aéronautiques sont également confrontés au défi de brûler des SAF sous des régimes de combustion pauvre pour minimiser la production de polluants. Or, une combustion pauvre peut favoriser l'extinction de la flamme et l'instabilité, nécessitant des solutions efficaces pour améliorer la stabilisation de la flamme.
Le projet SAFARI vise à obtenir des connaissances fondamentales sur les phénomènes multiphysiques de la combustion de SAF et à développer des outils numériques pour la conception des futures chambres de combustion. En particulier, les principaux objectifs sont : i) comprendre les effets de la pression, des échanges thermiques et de la variabilité de la composition des carburants SAF sur la dynamique de la flamme et les émissions de polluants, tels que les NOx et les particules de suie, ii) générer une base de données expérimentale détaillées pour valider des modèles de combustion turbulente, iii) développer et valider une stratégie de modélisation CFD avancée, iv) tester la pertinence de la combustion par plasma pour améliorer la stabilisation de la flamme et prévenir les instabilités de combustion dans les régimes pauvres.
Pour atteindre ces objectifs, le projet est structuré en trois phases. Tout d'abord, des diagnostics expérimentaux fondamentaux et des outils numériques avancés seront développés pour mesurer et modéliser la structure chimique de la flamme et ses interactions avec la turbulence et le transfert de chaleur dans un environnement de flux biphasique et à haute pression. Des mélanges d’espèces chimiques seront identifiés pour dissocier l'influence de la variabilité de la composition sur les processus chimiques de la flamme des processus d'évaporation différentielle. Ensuite, ces outils expérimentaux et numériques seront utilisés pour aborder des questions physiques fondamentales concernant l'opérabilité de la combustion de SAF, en termes de stabilisation et de dynamique, et de la formation de polluants. Une série de configurations expérimentales réactives, de complexité croissante en termes de pression de fonctionnement, de système d'injection, sera introduite pour aborder séparément chaque question scientifique. La pertinence de la combustion assistée par plasma pour stabiliser et prévenir les instabilités dans des flammes diphasiques pauvres sera également étudiée. Le projet se conclura par quatre défis applicatifs, identifiés pour caractériser, dans des conditions réelles de moteurs aéronautiques, 1) le comportement des flammes à haute pression, 2) les émissions de polluants, 3) l'opérabilité de la chambre, et 4) le contrôle de la combustion par combustion assistée par plasma.