Étude de la propension à former des suies de divers carburants modèles du kérosène et de mélanges contenant des composés oxygénés

Résumé

Les carburéacteurs (à l’instar du Jet-A et du Jet-A1) très largement utilisés dans le domaine de l’aviation, font l’objet d’une attention accrue afin d’étendre leur emploi dans les moteurs et génératrices Diesel. Leur combustion génère toutefois des particules carbonées ayant des effets néfastes sur l’environnement et la santé. Afin de respecter les règlementations de plus en plus strictes visant à limiter de telles émissions polluantes, il est nécessaire d’approfondir notre compréhension des mécanismes de formation des suies en identifiant des additifs peu suitants pouvant être mélangés aux carburants fossiles. Bien que plusieurs études fondamentales aient été entreprises afin d’étudier la propension à former des suies de divers hydrocarbures purs, la complexité des carburants basés sur le kérosène, qui contiennent des centaines d’espèces, empêche de réaliser des simulations visant à prédire leur comportement en combustion. Afin de pallier cette complexité, le développement de carburants modèles composés de quelques hydrocarbures purs est d’un grand intérêt. En effet, ceux-ci rendent possible l’étude des mécanismes réactionnels régissant la combustion des carburéacteurs en permettant la réalisation d’expérimentations reproductibles et bien contrôlées. Dans ce contexte, ce travail vise à identifier un carburant modèle du kérosène ayant une propension à former des suies identique à celle du Jet-A1 afin de le mélanger à différents additifs oxygénés dont l’aptitude à limiter la production de suies sera évaluée. Pour ce faire, 6 carburants modèles ayant des compositions différentes ont été testés. Leur propension à former des particules a été caractérisée à l’aide d’un indicateur de pouvoir suitant : l’oxygen-extended sooting index (OESI). Le smoke point (SP), qui est le paramètre expérimental mesuré afin de calculer l’OESI, a été déterminé pour sa part via la mise en oeuvre de deux méthodes de mesure automatique du smoke point tirées de la littérature et qui ont, dans le cadre de ce travail, été comparées. En termes de résultats, un mélange composé de n-dodécane, d’isocétane, de 1,3,5 – triméthylbenzène et de n-propylbenzène a été identifié comme étant celui reproduisant le mieux le comportement suitant du Jet-A1. Ce carburant modèle a donc été sélectionné et différents composés oxygénés, soit des alcools, des esters et des furanes (dont l’éthanol, le butanol, le butanoate de butyle, l’octanoate de méthyle, l’alcool furfurylique, l’alcool tétrahydrofurfurylique et le furfural), y ont été ajoutés afin d’obtenir des mélanges comportant jusqu’à 40 %vol du composé oxygéné. Les OESI mesurés pour ces mélanges ont révélé que la capacité des additifs testés à réduire la production de suies est fortement liée à leur structure moléculaire et à la nature de leur groupement fonctionnel oxygéné. Finalement, les résultats obtenus dans le cadre de cette recherche ont été simulés à l’aide d’un modèle d’incrément, se basant sur la théorie d’additivité de groupements structurels, développé récemment et qui a permis de reproduire avec précision les résultats expérimentaux, peu importe le carburant étudié.

Date	22 avr. 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Romain Lemaire (Directeur(-trice)) & Patrice Seers (Codirecteur(-trice))