Définition d'un modèle numérique traitant de l'interaction chimique flamme-parois pour prédire l'usure du moteur adapté à la combustion H2

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Définition d’un modèle numérique traitant de l’interaction chimique flamme-parois pour prédire l’usure du moteur adapté à la combustion H2

Dans le cadre de la mobilité décarbonée, l’utilisation d’hydrogène dans des moteurs est envisagée mais représente un défi important, notamment au niveau thermique. En effet, les phénomènes de transfert de chaleur et d’interaction flamme/paroi sont sensiblement différents de ceux observés avec des hydrocarbures (essence, diesel).

La littérature distingue trois phénomènes physiques, proches de la paroi, par rapport à une combustion d’hydrocarbures classique :

• Adsorption des radicaux OH par la paroi : en se décomposant et en se recombinant avec l’oxygène de l’air, l’hydrogène va former des radicaux OH. Ces radicaux, dont la décomposition est fortement exothermique, peuvent réagir avec la paroi et se recombiner sans dégager d’énergie.
• Réaction catalytique de la paroi : les molécules d’hydrogène vont réagir avec les parois et provoquer un dégagement de chaleur supplémentaire
• Possible effet de la corrosion sur augmentation du LSPI dans les moteurs H2

Il est donc nécessaire de caractériser l’interaction flamme paroi du point de vue de la cinétique chimique, en lien avec le flux de chaleur.

Ce stage consistera donc au développement d’un modèle d’interaction multiphasique entre une flamme d’hydrogène et la paroi du moteur pour prendre en compte les 3 points précédemment décrit. Il comprendra également une étude bibliographique poussée sur l’influence de la cinétique chimique sur les transferts de chaleur aux parois dans le cadre de la combustion hydrogène.

Pour le développement du modèle, le stagiaire utilisera les bibliothèques Chemkin et/ou Cantera.

La première partie du stage consistera en une étude bibliographique centrée sur les modèles déjà mis en place pour traiter les différents phénomènes de manière indépendante. Puis en se servant des bibliothèques à disposition le stagiaire pourra mettre en place un modèle reprenant d’abord un phénomène, puis couplant les phénomènes entre eux. 

Profil recherché :

Dernière année d’école d’ingénieur ou Master 2

• Compétences techniques : Connaissances en chimiométrie ou en traitement multivarié des données
• Aptitudes : Goût pour la recherche, dynamisme et force de proposition, motivation pour la valorisation des résultats (rédaction d’articles scientifiques), capacité à travailler en équipe.

Mots-clefs : Décarbonation, Mécanique des fluides réactifs, Schéma cinétique, Combustion hydrogène, Flux de chaleur

Durée et période du stage : 6 mois
Lieu du stage : Rueil-Malmaison