Expérimentations fondamentales en combustion aérobie Combustion assistée par plasma (avec le département DMPH)
Principe
La combustion assistée par plasma a pour but d'élargir les domaines de stabilité de la combustion, la rendre plus efficace, moins polluante dans des conditions habituellement peu propices (écoulement d'air rapide et froid, à faible pression, prémélange pauvre en carburant…). Lors de l'application d'une décharge plasma à une flamme, un champ électrique intense ionise le milieu, crée des électrons fortement énergétiques et conduit, par un processus complexe d'échange d'énergie par collisions entre particules et molécules, à la production d'espèces réactives tels que des radicaux permettant d'assister la combustion. Le principal avantage de ce type de décharge est sa faible consommation énergétique (quelques watts) comparée à la puissance calorifique fournie par la flamme (quelques kilowatts).
Expérience
Un brûleur de laboratoire, muni d'électrodes intégrées dans l'injecteur de combustible, permet de stabiliser une flamme de diffusion turbulente air-méthane. Le plasma froid (ou hors-équilibre thermodynamique) appliqué au jet de combustible est qualifié de Décharge à Barrière Diélectrique (DBD). L’utilisation d’un injecteur conçu dans un matériau diélectrique (isolant) permet en effet l’application d’une tension alternative jusqu’à une vingtaine de kilovolts crête à crête tout en évitant le passage à un régime d’arc électrique (plasma thermique, fort consommateur d’énergie).
Le montage de l'expérience
Le brûleur utilisé pour l'expérience de stabilisation
de la flamme par un plasma froid
En présence de la décharge, un changement de structure de la flamme, patiellement prémélangée, détachée du nez du brûleur se produit : celle-ci a tendance à revenir au régime de diffusion à l'aspect émissif et la distance de détachement est notablement diminuée. Pour de fortes tensions appliquées, on constate le quasi-rattachement d’une la flamme qui, sans assistance plasma, est proche du soufflage (voir photos).
Effet de la décharge sur la flamme (vitesse du méthane 33 m/s)
A gauche : sans décharge ; à droite : avec décharge (21 kV crète à crète) Vidéo - format Shock Wave
De manière plus générale, on peut constater que pour une flamme décollée donnée, le détachement de la flamme est d’autant plus réduit que la tension appliquée est importante.
