Projet ANR-08-BLAN-0130 – NO-mecha : New mechanism for NO formation in flames
Programme : Blanc (BLANC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE NORD-PAS-DE-CALAIS ET PICARDIE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE NORD-PAS-DE-CALAIS ET PICARDIE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique
Montant : 388300.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 48 mois
Résumé : Du fait de leur impact néfaste pour la santé et l'environnement, les émissions d'oxydes d'azote (NOx) sont soumises à des normes de plus en plus strictes dans les pays industrialisés. La réduction de ces émissions nécessite au préalable une meilleure compréhension des processus de combustion. Les recherches très importantes dans ce domaine ont permis d'identifier les chemins réactionnels principaux conduisant à NO dans les flammes : le NO-thermique, le prompt-NO (ou NO précoce), et enfin les voies passant par NNH et N2O. Le mécanisme de prompt-NO est initié par la réaction entre le radical CH et N2. Pendant 30 ans, un accord raisonnable a été obtenu entre les concentrations mesurées dans les flammes et celles obtenues par modélisation cinétique. Très récemment il a été démontré que la réaction CH+N2=HCN+N, connue comme étant interdite du fait du changement de spin qui l'accompagne, devait être remplacée par la réaction CH+N2=NCN+H. Ainsi, la capacité du mécanisme de prompt-NO était-elle fortuite. Une révision complète de ce mécanisme s'impose donc en prenant en compte la nouvelle étape d'initiation. L'objectif du projet est de reconsidérer le mécanisme de formation de NO (appelé new-NO-mecha) particulièrement la voie du prompt-NO, dans des flammes de méthane ou de gaz naturel. Il s'appuie sur une approche expérimentale nouvelle permettant d'obtenir une base de données complètement renouvelée incluant la plupart des espèces clés impliquées dans les voies réactionnelles de formation de NO, et ce dans un domaine très large de conditions de flammes en terme de pression [4 kPa-1 MPa] et de composition (on testera la combustion dans des flammes prémélangées et de diffusion, ainsi que la combustion ultra pauvre de mélanges méthane-hydrogène, ). Afin de collecter cette base de données unique, le projet s'appuie sur la collaboration de deux partenaires : le laboratoire PC2A de Lille (partenaire 1, porteur du projet) et l'institut ICARE d'Orléans (Partenaire 2). La base de données permettra de reconsidérer le mécanisme chimique GDF-kin®3.0_NCN (récemment développé par le PC2A, et à ce jour l'un des deux seuls mécanismes incluant la voie NCN), en considérant également les autres voies de formation de NO activées à haute pression. Les constantes de vitesse manquantes seront déterminées grâce à la chimie théorique (calculs ab initio, couplés à la théorie RRKM). Une procédure en 4 étapes a été élaborée : (1) développement de méthodes spectroscopiques ultra-sensibles pour mesurer les profils de concentration d'espèces clés jamais considérées dans les étapes de validation des mécanismes du prompt-NO. Cette possibilité s'appuie sur le potentiel du PC2A qui a réussi récemment à doser quantitativement l'espèce NCN dans une flamme en combinant la fluorescence induite par laser et la technique Cavity ring-down spectroscopy. Les autres espèces clés ciblées sont NCO, CN, NH et CH, (2) détermination des constantes de vitesse impliquant NCN notamment par des méthodes élaborées de chimie théorique, (3) développement d'un nouveau mécanisme de NO dans les flammes : new-NO-mecha, le mécanisme de départ étant GDF-kin®3.0_NCN. Ce mécanisme sera modifié et validé par rapport à la base de données comportant les profils de concentration de NO et des espèces clés (CH, CN, NH, NCN et NCO) dans des flammes basse-pression, et des profils de NO et CH à haute pression . Jusqu'alors une confrontation expérience/modélisation sur un tel domaine de pression (4 kPa- 1 MPa) n'a jamais été réalisée dans le cadre d'un projet individuel ou collectif. Le brûleur haute pression à contre courant récemment implanté à ICARE est un atout majeur pour le projet, (4) une fois validé sur une large gamme de conditions de flamme, les capacités prédictives du mécanisme seront étendues au cas de flammes ultra pauvres enrichies en hydrogène. Cette application présente un intérêt crucial pour la régulation des émissions des turbines à gaz. La nouvelle base de données ainsi obtenue, complété