PLASMAFLAME — Effets cinétiques et hydrodynamiques dans les interactions plasma-flamme

La compréhension des processus d’inflammation de combustibles demeure une question fondamentale et pratique de la recherche en combustion. Bien que le principe de l’allumage par étincelle ou de l’autoallumage soit couramment utilisé dans l’industrie automobile, l’utilisation de décharges par plasma peut être très bénéfique, notamment dans le cas de mélanges pauvres ou dilués, ou encore d’écoulements à grande vitesse de mélanges combustible/air basse pression (par ex. écoulements supersoniques). Le projet PLASMAFLAME est dédié à l’étude fondamentale, expérimentale et numérique, de l’effet d’un plasma hors-équilibre basse-température sur les processus de combustion. L’incidence d’un plasma hors-équilibre sur l’inflammation et la propagation de flamme est due à l’interaction de phénomènes physico-chimiques complexes. La description détaillée des processus de combustion assistée par plasma nécessite des connaissances approfondies en physique des décharges plasma, hydrodynamique et cinétique chimique. Le projet s’appuie sur la mise en place d’expériences dédiées à l’obtention de données quantitatives sur les concentrations espèces actives produites par la décharge et sur les délais d’inflammation et à la compréhension de l’impact de l’hydrodynamique sur l’interaction flamme/plasma, en s’appuyant notamment sur des simulations numériques détaillées. Les expériences seront réalisées dans des réacteurs de décharge plasma nanoseconde et des machines à compression rapide permettant de couvrir un domaine de « basse » température (max de l’ordre de 1000K) et de haute pression (5-40 bars). L’analyse de la décharge et de la combustion sera résolue en temps ; la durée totale de la décharge est de plusieurs ordres de grandeur plus courte que le délai d’inflammation. Les mesures seront réalisées in situ avec une haute résolution spatiale et temporelle (échelle de temps de la ns à la ms). La cinétique chimique de la décharge et de l’inflammation assistée par plasma sera analysée en détail. Des codes numériques décrivant l’inflammation assistée par décharge et l’interaction hydrodynamique plasma/flamme dans un domaine basse température/haute pression seront développés. Enfin, l’ultime finalité du projet concernera la mise en place du processus de décharge-plasma dans un moteur réel, en vue de l’étude de son impact sur la combustion. En plus de son ambition scientifique fondamentale, l’impact du projet proposé devrait être important dans d’autres domaines. En particulier, la meilleure connaissance des principes de l’inflammation et de la combustion assistée par plasma seront bénéfiques pour promouvoir la recherche sur les plasmas haute pression en France, ouvrant ainsi un large éventail d’applications comme l’inflammation et la stabilisation de flamme dans des réacteurs à écoulement, le contrôle de la combustion en régime pauvre, l’autoinflammation dans les moteurs HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) etc. La dissémination des résultats à l’échelle internationale sera garantie par une participation active des partenaires du projet (chercheurs, doctorants etc) à des congrès nationaux et internationaux.