Prédiction de la limite d'inflammabilité des gaz de carter d'un moteur à allumage commandé et à hydrogène

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.

Prédiction de la limite d’inflammabilité des gaz de carter d’un moteur à allumage commandé et à hydrogène

Le moteur à allumage commandé alimenté en hydrogène est une solution possible pour décarboner le transport terrestre. Comparativement à la pile à combustible, il bénéficie des avantages des moteurs à combustion interne et à carburant fossile notamment la maturité technologique, l’existence de chaînes de fabrication et la durabilité. Il en résulte un possible développement rapide à coût modéré, accentué par un besoin réduit en métaux nobles et en pureté d’hydrogène.

La maitrise de la combustion d’hydrogène a nécessité l’adaptation de moteur à combustion interne, de banc test et d’outils d’analyse de combustion. Elle a également exigé un contrôle de la teneur en hydrogène dans le carter du moteur (gaz de blow-by) pour limiter toute inflammation pouvant entrainer la combustion d’huile ou la dégradation du moteur. La présence d’hydrogène dans le carter est facilitée par le passage de cette molécule de petite taille au travers de la segmentation. L’hydrogène s’enflamme aisément du fait de sa large plage d’inflammabilité et de sa faible énergie d’allumage.

Les limites de concentration d’hydrogène acceptables restent encore à préciser en fonction de la composition des gaz de carter contenant non seulement de l’air mais aussi des gaz de combustion et notamment de la vapeur d’eau et des vapeurs d’huile. Les fuites au travers de la segmentation peuvent être estimées dans le carter en fonction des conditions du moteur et les pertes résultantes en hydrogène peuvent être prises en compte pour l’analyse de combustion.

Cette étude porte donc sur la prédiction d’inflammabilité dans les gaz de carter d’un moteur à allumage commandé et à hydrogène. Elle vise trois objectifs : définir les limites inférieures d’inflammabilité des gaz de carter en fonction de leur composition, évaluer les fuites d’hydrogène à travers la segmentation et prendre en compte les pertes résultantes en hydrogène dans l’analyse de combustion.

Le travail consistera à :

• Etablir un bilan 1/ des limites d’inflammabilité des gaz de carter contenant de l’hydrogène en fonction de leur composition et 2/ des fuites de segmentation en fonction des conditions moteur, à partir des connaissances internes ou informations disponibles dans la littérature scientifique et technique ;
• Confronter les résultats issus de ce bilan aux données expérimentales issues de bancs moteurs thermiques à hydrogène disponibles;
• Proposer si besoin des expérimentations complémentaires ;
• Introduire les corrélations identifiées dans un outil existant sous Matlab d’analyse de combustion.

Profil recherché :

L’étudiant devra être en stage de Master M2 ou école d’ingénieur (bac + 5 ans) avec une bonne maîtrise du moteur à combustion interne et de langage de programmation de type Matlab pour compléter l’outil en cours de développement.

• La connaissance de la combustion d’hydrogène est un plus mais n’est pas indispensable.
• Il devra être motivé pour travailler dans un environnement de recherche sur la mobilité future et la qualité de l’air.
• Il devra enfin avoir l’aptitude à travailler en équipe et à communiquer sur son travail.

Mots-clefs de spécialisation : thermodynamique, mécanique des fluide, programmation,

Durée et période du stage : 6 mois en 2025
Lieu du stage : Solaize

Vous êtes interessé ? Envoyez un CV + lettre de motifvation !