Le remplacement des énergies fossiles par de l’hydrogène décarboné ou vert est au cœur de la stratégie nationale hydrogène française. Les technologies de combustion de mélanges hydrogène vert/méthane (gaz naturel) vert sont pertinentes, sachant que le gaz naturel fossile est de nos jours largement mis en œuvre dans de nombreux secteurs industriels.
Les industriels souhaitent modéliser le plus fidèlement possible ces nouveaux processus de combustion afin de les optimiser. Pour ce faire, ils utilisent des codes CFD (computational fluid dynamics). Dans ces codes sont intégrés la mécanique des fluides, les transferts thermiques, les propriétés de transport, toute la physique du phénomène. Mais les choses se compliquent pour la partie réaction chimique, où on ne peut se contenter d’une équation globale ne rendant compte que très grossièrement du bilan de la combustion.
Pour entrer dans la finesse du phénomène, soit les interactions entre la chimie, les écoulements, les transports d’espèce et les transferts thermiques, il faut intégrer la cinétique chimique détaillée. Dans le cas de l’hydrogène et de l’oxygène, il existe une vingtaine de réactions possibles. En intégrant la complexité de cette chimie de la combustion via la cinétique chimique détaillée dans les codes CFD, Il devient possible d’obtenir une vision globale de ce qui se passe dans un moteur, un brûleur, une chaudière, tout dispositif recourant à la combustion.
Cette modélisation cinétique permet notamment de savoir s’il y a des zones où peut résider une inhomogénéité de composition, ou encore de déterminer quelles vont être les quantités d’oxydes d’azote générées.
« Avec la modélisation cinétique détaillée comme nous la pratiquons à l’UCP, on peut définir des compositions, températures et pressions pour lesquelles on aura une formation d’oxydes d’azote réduite » confirme Laurent Catoire.
Ces modèles, qui ont beaucoup intéressé les industriels présents à ces rencontres, sont fondés sur des données de la littérature scientifique obtenues notamment grâce au brûleur adiabatique de la plateforme hydrogène ENSTA Paris. Ce brûleur permet la mise en œuvre d’un mélange différent à chaque expérience, ce que n’autorisent pas les techniques mises en œuvre plus classiquement.
Au final, ces techniques de modélisation cinétique de la combustion de l’hydrogène devraient permettre de réduire l’empreinte carbone des installations existantes sans altérer ni leur fonctionnement ni leur rendement, tout en minimisant la production d’oxydes d’azote.
