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L'aérothermochimie, un domaine d'excellence d'IFPEN mis à profit pour la maîtrise des émissions de NOx dans l'automobile

Octobre 2013

Les oxydes d'azote (NOx) sont des polluants, qui impactent la santé et l'environnement, produits lors de la combustion par combinaison à forte température de l'oxygène et de l'azote présents dans l'air. La maîtrise de leur formation et des voies envisageables pour leur conversion dans les systèmes de dépollution est un domaine de recherche important pour l'industrie automobile.

La  compréhension, encore insuffisante, des processus déterminant la formation des oxydes d'azote constitue un obstacle au développement de technologies de dépollution innovantes. Dans le cadre du Groupement Scientifique Moteur (GSM 1), une équipe de recherche multidisciplinaire d'IFPEN, regroupant chimistes de la combustion et mécaniciens des fluides, a récemment développé une approche performante pour répondre à ce défi industriel et scientifique.

Dénommée NORA (Nitrogen Oxide Relaxation Approach), cette approche couple des modèles chimiques détaillés de formation des oxydes d'azote avec des modèles de combustion turbulente avancés pour un coût informatique minime. Elle décrit la formation et la réduction des NOx au cours du cycle de combustion et en détermine les différents types ainsi que leurs proportions.

La méthode adoptée consiste à déterminer les concentrations en oxydes d'azote à l'équilibre thermodynamique, puis à calculer les temps caractéristiques de relaxation vers cet équilibre, grâce à un modèle de cinétique chimique élaboré en partenariat avec le CNRS. La tabulation de ces informations en fonction d'un nombre limité de paramètres (température, pression, rapport air-carburant) permet de prédire efficacement et rapidement les concentrations en NOx dans les moteurs automobiles ainsi que leur interaction avec la formation d'autres polluants comme les suies.

Conçue pour être générique, cette méthode permet une prédiction fine de l'impact du carburant sur la formation et les interactions des différents polluants issus de la combustion. C'est aussi un outil pour assurer une meilleure adéquation entre le carburant et son utilisation.

Ces recherches ont donné lieu à plusieurs publications dans des revues de premier rang.

1 Groupement d'Intérêt Economique associant IFP Energies nouvelles, PSA et Renault SA

Localisation du monoxyde d'azote (NO) et du dioxyde d'azote (NO 2) dans une chambre de combustion de moteur Diesel et relation avec le champ de température

Références

NO Relaxation Approach (NORA) to predict thermal NO in combustion chambers, P. E. Vervisch, O. Colin, J.-B. Michel, N. Darabiha, Combust. Flame, 158 1480-1490, 2011.

Detailed Kinetic Analysis of Soot Oxidation by NO2, NO, and NO + O2, K. Leistner, A. Nicolle, P. Da Costa, J. Phys. Chem. C, 116, 4642-4654, 2012.

Modelling and speciation of nitrogen oxides in engines, V. Knop, A. Nicolle, O. Colin, Proc. Combust. Inst., 34, 667-675, 2013.


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