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Stabilisation de flammes d’ammoniac et réduction de polluants par décharges nanosecondes répétitives pulsées
Contexte de travail
Le Laboratoire EM2C (CNRS/INSIS et Université Paris-Saclay/CentraleSupelec),est une unité propre de recherche (UPR), Il est hébergé par l'Ecole CentraleSupelec,situé à Gif-Sur-Yvette et composé de 45 chercheurs ,ITA et 45 doctorants.
Par ses recherches académiques de haut niveau sur l’énergie et la combustion et ses études appliquées en partenariat avec les entreprises ou les centres de recherche les plus en vue dans le domaine des transport et de l’énergie, contribue de manière significative à l’avancée des connaissances sur ces enjeux critiques, tant pour le climat que pour l’environnement. Pour répondre à ces enjeux, les activités de recherche du laboratoire s’organisent autour de trois axes intitulés Combustion, Plasma hors d’équilibre, Physique des transferts et d’une action transversale en Mathématiques appliquées. Le doctorant sera inclus dans l’axe Plasma, sous l'encadrement du responsable du projet détaillé ci-dessous. Le doctorant sera inscrit à l’école doctorale SMEMAG (Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences).
Cette thèse porte sur l’étude expérimentale des flammes d’ammoniac (NH3) assistée par plasma. Les flammes de NH3 sont
envisagées pour remplacer la combustion carbonée conventionnelle dans les industries qui requièrent de haute température que
l’électricité ne peut fournir – production de verre, acier, ciment, etc. Les flammes de NH3 ne produisent pas de CO2, 2 NH3 + 3/2 O2
3 H2O + N2, mais certains régimes de combustion peuvent amener à la formation de polluants néfastes pour l’environnement et la
santé : NH3 (santé), NO (santé et effet de serre indirect), et N2O (effet de serre). L’objectif de ce projet est de réduire la formation de
ces polluants en employant des décharges électriques Nanosecondes Répétitives Pulsées (NRP). Les décharges NRP durent environ
10 ns et sont générées par des impulsions de tension de l’ordre de 10-30 kV à une cadence de répétition de 10 à 100 kHz. Cette
technique très efficace énergiquement a été employée avec succès pour stabiliser des flammes de nombreux carburants carbonés et
jusqu’à des puissances de l’ordre de 100 kW.
La première partie de la thèse consistera à étudier les phénomènes fondamentaux d’interaction entre des décharges NRP et une
flamme prémélangée de CH4-air qui est déjà caractérisé au laboratoire. Cette étude servira notamment à préparer les diagnostics
optiques pour la seconde phase. Ces diagnostics optiques permettront de mesurer les paramètres fondamentaux à l’échelle des
décharges (température, électrons, espèces atomiques, espèces excitées électroniquement) ainsi que l’état thermochimique à l’échelle
de la flamme (température, espèces). Durant la seconde phase, nous étudierons l’impact des décharges NRP sur un mélange NH3-air
dans un brûleur de laboratoire de 10 kW, avec stabilisation par accroche flamme. Le contrôle du régime de décharge sera primordial
pour former un plasma modérément plus chaud que la flamme (2000 à 3000 K) ou un plasma à l’équilibre thermodynamique (20,000 à
40,000 K). La connaissance fine de l’interaction flamme-plasma permettra d’identifier quel régime est le plus intéressant pour un
industriel et quels sont les principaux mécanismes de stabilisation et de réduction de polluants par les décharges pour permettre une application prochaine.
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques
aucune