Brevet FR3061302A1 — publié le 20180629

Arrière-plan de l'invention L'invention se rapporte au domaine général de l'estimation de caractéristiques de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz combustibles, ladite au moins une caractéristique étant l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur. L'invention trouve notamment application dans l'estimation de caractéristiques de combustion d'un gaz combustible contenant du dihydrogène, par exemple un gaz combustible contenant une quantité de dihydrogène comprise entre 0% et 20% en volume. L'utilisation de sources d'énergie renouvelables requiert parfois l'utilisation de moyens pour stocker de l'énergie car ces sources peuvent avoir un fonctionnement intermittent et décorrélé des besoins en énergie. Tel est notamment le cas lors de la production d'électricité photovoltaïque ou par éolienne. Il a été proposé d'utiliser le dihydrogène obtenu par électrolyse de l'eau comme moyen de stockage de l'énergie provenant de sources d'énergie renouvelables. Le dihydrogène ainsi généré peut ensuite être stocké dans des réservoirs, par exemple sous-terrain, ou il peut encore être injecté dans un réseau de distribution de gaz naturel. Le gaz obtenu peut ainsi comprendre entre 0% et 20% de dihydrogène. L'indice de Wobbe (en kWh/Nm3), qui est le rapport du pouvoir calorifique d'un gaz combustible sur la racine carrée de sa densité, et le pouvoir calorifique supérieur (en kWh/Nm3) sont les deux principales grandeurs caractéristiques du combustible, qui influent sur les réglages de combustion des brûleurs à gaz - domestiques ou industriels. Suivant le type d'application pour le gaz, et les organes de mesures mis en jeu (mesure de débit par organe déprimogène ou non), c'est l'un ou l'autre de ces deux paramètres qui est à considérer. Par exemple, pour un injecteur à pression d'alimentation fixée (par exemple une table de cuisson, ou un brûleur rampe), la puissance délivrée dépend de la pression, de la section de passage de l'injecteur, de la perte de charge et de l'indice de Wobbe du combustible. 3061302 2 Pour des applications dans lesquelles on est muni d'un débit mètre massique ou volumique, la puissance délivrée dépend de la mesure du débit et du pouvoir calorifique. En fait, le débit calorifique d'un brûleur est proportionnel soit à 5 l'indice de Wobbe, soit au pouvoir calorifique supérieur (PCS). De la même façon, pour les gaz naturels distribués en Europe et sans hydrogène, la quantité d'air nécessaire pour obtenir une combustion stoechiométrique dépend de l'une ou de l'autre de ces caractéristiques du gaz combustible. On notera que le réseau européen de transport et de distribution 10 du gaz naturel est de plus en plus maillé et alimenté par des sources d'approvisionnement diverses, les caractéristiques du gaz naturel (Indice de Wobbe et PCS entre autres) peuvent donc varier de façon non négligeable (+/- 5% voire davantage) dans le temps, sur un point donné de ce réseau. 15 Cela étant, des procédés industriels tels que ceux mis en oeuvre dans les industries du verre, de la céramique, de la production d'électricité, et de la chaux, de la métallurgie sont sensibles à ces variations. De ce fait, il est nécessaire, pour optimiser la combustion, de mettre en oeuvre des solutions de régulation de combustion spécifiques. 20 Pour mettre en oeuvre une régulation de ce type, on peut mesurer l'indice de Wobbe ou du pouvoir calorifique supérieur. Des solutions technologiques simples, robustes, et précises pour la mesure de ces paramètres, existent pour le gaz naturel. Cependant celles-ci sont déficientes lorsque du dihydrogène est présent dans le 25 combustible. L'erreur dans la mesure de ces paramètres augmente fortement dès que l'on dépasse le pourcent en volume de dihydrogène, et la répétabilité des mesures n'est pas assurée. De plus, des équipements industriels voire domestiques peuvent être sensibles à l'ajout de dihydrogène, même dans des proportions très 30 faibles. De ce fait, il existe un besoin de nouveaux appareils de mesures capables de quantifier, de manière continue, les paramètres de combustion majeurs de ces nouveaux combustibles : à la fois pour les usages sensibles tels que les procédés verriers ou métallurgiques, mais 35 également pour que les opérateurs de réseaux puissent gérer localement les caractéristiques de combustion des combustibles gazeux fournis aux utilisateurs. Des procédés ont été proposés pour mesurer ou estimer l'indice de Wobbe et le pouvoir calorifique. 3061302 3 Quatre familles d'appareils peuvent notamment être utilisées pour mesurer l'indice de Wobbe et/ou le pouvoir calorifique du gaz naturel, éventuellement avec une proportion non-nulle de dihydrogène : Le Calorimètre (pour le pouvoir calorifique) : La mesure implique la 5 combustion d'une quantité contrôlée de gaz. L'énergie dégagée est ensuite quantifiée par écart de température entrée/sortie au niveau d'un échangeur (gaz ou eau). La précision est de l'ordre de 10% (soit 1,1 kWh/Nm3) mais chaque mesure prend environ 10 minutes. Cette technologie est peu à peu abandonnée. 10 Le Comburimètre (pour l'indice de Wobbe) : la mesure implique la combustion d'un mélange air/gaz. Le taux d'oxygène dans les produits de combustion est mesuré par une sonde zircone. Or, le taux d'oxygène résiduel est corrélé à l'indice de comburité, lui-même corrélé, pour les gaz naturels, à l'indice de Wobbe. Le coût 15 de ce type d'appareil est de l'ordre de 15000E. Ce type d'équipement fonctionne pour des mélanges comprenant une faible teneur en dihydrogène. (pour des taux de dihydrogène supérieurs à 5% en volume, l'indice de Wobbe n'est plus linéairement proportionnel à l'indice de comburité). L'inconvénient de cette 20 technologie est la faible précision, de l'ordre de 5% (soit 0.75 kWh/Nm3) et la maintenance importante (vieillissement dues aux températures élevées du four dans lequel la combustion du mélange est réalisés). Le chromatographe en phase gazeuse (pour l'indice de Wobbe et 25 pour le pouvoir calorifique) : Cette technique permet de séparer des molécules d'un mélange de gaz. L'indice de Wobbe et le pouvoir calorifique peuvent alors être calculés sur la base de la connaissance de la composition du gaz. Pour les équipements thermiques de forte puissance (turbines à gaz par exemple), les 30 chromatographes en phase gazeuse ont généralement remplacé les calorimètres et comburimètres. La précision de ces appareils est meilleure, de l'ordre de 0, 5% (soit 0.08 kWh/Nm3 sur l'indice de Wobbe). Ce type d'équipement peut fonctionner aussi pour des mélanges de gaz naturel et de dihydrogène à la condition qu'il soit 35 équipé d'un capteur spécifique permettant la séparation de la molécule de dihydrogène. L'inconvénient majeur des chromatographes en phase gazeuse est leur prix, même compte tenu des améliorations récentes (le prix peut être compris entre 20000E et 50000E). En outre, le temps de réponse de ces 3061302 4 chromatographes en phase gazeuse est de l'ordre de la minute dans le meilleur des cas. Il peut donc y avoir un décalage entre le gaz mesuré et celui réellement utilisé par l'équipement thermique (par exemple un brûleur). 5 Les appareils à corrélation (pour l'indice de Wobbe ou pour le pouvoir calorifique supérieur) : Une(des) grandeur(s) physique(s), corrélée(s) à l'indice de Wobbe ou au pouvoir calorifique supérieur est(sont) mesurée(s) dans ces appareils. Une corrélation, implémentée par un calculateur, est alors utilisée pour estimer 10 l'indice de Wobbe ou le PCS. Ce type d'appareil permet d'avoir une précision jusqu'à 1% pour les gaz naturel tels que ceux distribués en Europe. Les avantages de ce type de technologie sont la rapidité de la réponse (instantanée), le coût (entre 10000E et 20000E), la robustesse et la maintenance réduite. Cependant, les appareils 15 commercialisés ne fonctionnement pas pour des mélange gaz naturel et dihydrogène. Dès quelques pourcents de dihydrogène en volume dans un gaz naturel réel (non composé de méthane pur), l'erreur augmente drastiquement. De l'état de la technique antérieure, on connait le document 20 EP 1 346 215 qui décrit un appareil de mesure de l'indice de Wobbe par corrélation. On connait également le document US 4 384 792 qui décrit un appareil de mesure et de régulation de l'indice de Wobbe d'un combustible gazeux par corrélations, et une régulation de l'indice de Wobbe. 25 On connait également le document US 6 244 097 qui divulgue un appareil de mesure du pouvoir calorifique d'un combustible gazeux par corrélations. Enfin, on connait le document DE 4 118 781 qui décrit un appareil de mesure du pouvoir calorifique et de l'indice de Wobbe d'un combustible 30 gazeux par corrélations. Les solutions présentées dans ces documents présentent les inconvénients des appareils à corrélation. En particulier, ils ne sont pas utilisables dès lors que le gaz combustible étudié comporte du dihydrogène car leur précision est trop faible. 35 En outre, et comme indiqué ci-avant, les autres appareils qui peuvent fonctionner avec des mélanges de gaz naturel et de dihydrogène sont particulièrement coûteux, ce qui limite leurs applications aux seuls équipements de fortes puissances qui peuvent être installées chez les grand groupes industriels. 3061302 5 L'invention vise notamment à pallier certains au moins de ces inconvénients. 5 Objet et résumé de l'invention La présente invention répond à ce besoin en proposant un procédé d'estimation d'au moins une caractéristique de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz combustibles, ladite au 10 moins une caractéristique étant l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur, le procédé comprenant : une mesure d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible, une mesure du taux XH2de dihydrogène contenu dans ledit gaz 15 combustible, ladite au moins une caractéristique EGN/H2 étant estimée au moyen de la loi affine empirique suivante : 2:GN/H2 = a+PY-Er XH2 avec a, p, et y des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles, et 20 Y une variable représentative de propriétés physiques dudit gaz combustible élaborée à partir desdites valeurs mesurées desdites au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible. Ce procédé concerne donc une méthode du type par corrélation, et ce procédé peut donc être mise en oeuvre de manière simple et peu 25 coûteuse, et ce procédé permet d'obtenir des résultats très rapides. L'invention tient compte du taux de dihydrogène contenu dans le gaz combustible alors que tel n'est pas le cas des méthodes selon la technique antérieure. On peut noter que l'invention trouve application pour des gaz 30 combustible contenant entre 0% et 20% en volume de dihydrogène. Les inventeurs ont observé qu'il était possible d'utiliser une loi affine empirique de même forme pour estimer à la fois le pouvoir calorifique supérieur et l'indice de Wobbe. A titre indicatif, des propriétés d'écoulement différentes du gaz 35 combustible peuvent être mesurées, selon qu'un pouvoir calorifique supérieur ou qu'un indice de Wobbe soit mesuré. En d'autre terme, la variable Y peut avoir une forme différente selon qu'un pouvoir calorifique supérieur ou qu'un indice de Wobbe soit mesuré. 3061302 6 Aussi, les coefficients a, 13, et y peuvent ne pas être fixes et être différents selon qu'un pouvoir calorifique supérieur ou qu'un indice de Wobbe soit mesuré. On notera par ailleurs que les propriétés d'écoulement du gaz 5 combustible sont des propriétés mesurées dans un organe d'écoulement et qui peuvent être choisis dans le groupe comprenant le débit, la température, ou encore la pression. La variable Y représente des propriétés physiques du gaz. A titre indicatif, la variable Y peut être associée à une ou plusieurs propriétés 10 physiques telles que la viscosité du gaz combustible, la capacité calorifique massique, ou encore la densité. Par être représentative de, ou être associée à, on entend que la variable Y peut-être écrite sous la forme d'une fonction mathématique liant ces propriétés physiques. La variable Y peut en fait être écrite à la fois sous la forme d'une fonction 15 mathématique liant les propriétés physiques, mais également sous la forme d'une fonction mathématique liant les propriétés d'écoulement du gaz combustible car celles-ci sont utilisées pour l'élaboration de la variable Y. En effet, pour certains types de mesures de propriétés d'écoulement, il est possible de lier plusieurs de ces mesures à des propriétés physiques 20 du gaz combustible de l'écoulement. Aussi, en notant Umes,1 la mesure de la propriété d'écoulement U1, Umes,2 la mesure de la propriété d'écoulement U2, et Umes,3 la mesure de la propriété d'écoulement U3, on a alors : Y = f (Umes,l; Umes,2 ; Umes,3 ) Selon un mode particulier de mise en oeuvre, les coefficients a, [3, 25 et y sont des coefficients lus dans une cartographie ayant pour entrée la valeur mesurée du taux XH2de dihydrogène et délivrant en sortie lesdits coefficients a, [3, et y. Ceci permet d'obtenir une estimation encore plus précise de la caractéristique à estimer. 30 Selon un mode particulier de mise en oeuvre, ladite cartographie associe à des gammes de valeurs larges de 1% de taux XH2de dihydrogène lesdits coefficients a, [3, et y. En d'autres termes, la cartographie a une granularité de l'ordre du pourcent. 35 Les inventeurs de la présente invention ont observé que cela permettait d'obtenir une précision satisfaisante et ce avec un niveau de complexité acceptable. 3061302 7 Selon un mode particulier de mise en oeuvre, les valeurs desdits coefficients a, p, et y sont obtenues à partir d'un ensemble de données relatives à des gaz connus de ladite famille de gaz combustibles pour lesquels on connait les caractéristiques de combustion et la valeur de Y 5 représentatives desdites propriétés physiques. Par gaz connus, on entend des gaz dont on connait la composition, par exemple des gaz dont on connait les proportions des différents constituants de nature chimique déterminée. L'homme du métier saura déterminer les caractéristiques de combustion de ces gaz, et 10 il pourra en particulier utiliser des gaz connus comprenant une quantité non-nulle de dihydrogène. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, le procédé comprend une génération aléatoire de caractéristiques de combustion et de valeurs de Y représentatives de propriétés physiques à partir dudit ensemble de 15 données relatives à des gaz connus de ladite famille de gaz combustibles. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, on estime l'indice de Wobbe et le pouvoir calorifique supérieur au moyen de deux lois affines empiriques. Dans une même mise en oeuvre du procédé, on peut donc estimer 20 ces deux caractéristiques de combustion. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre une estimation de la densité dudit gaz combustible à partir de l'indice de Wobbe estimé et du pouvoir calorifique supérieur estimé. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, le procédé comprend 25 une régulation de la caractéristique de combustion du gaz combustible ou une régulation de la caractéristique de combustion d'un gaz combustible et d'un volume d'air stoechiométrique estimé ou d'un indice de comburité estimé correspondant à ladite caractéristique estimée. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, ladite au moins une 30 caractéristique de combustion du gaz combustible comprend l'indice de Wobbe IW GN/H2 ladite mesure d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible comporte une mesure d'un débit massique du gaz combustible en écoulement sonique (c'est-à-dire à une vitesse supérieure 35 ou égale à celle du son) à travers une restriction fluidique (par exemple un orifice ou une micro-tuyère), effectuée à une pression absolue mesurée en amont de la restriction et à une température absolue mesurée en amont de la restriction, 3061302 8 le procédé comprenant en outre une procédure d'étalonnage au cours de laquelle est effectuée une mesure d'un débit massique d'un gaz de référence (par exemple du méthane) en écoulement sonique à travers ladite restriction fluidique, à une pression absolue de référence mesurée 5 en amont de la restriction et à une température absolue de référence mesurée en amont de la restriction ; la loi affine empirique utilisée pour estimer l'indice de Wobbe IWGN/H2 s'écrivant alors : IWGN/H2 D+E.Y+F-XH, avec : ' = Qmes 2 Pref T qref Pmes 10 où Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré, pmes est la pression absolue du gaz combustible mesurée, Tmes est la température absolue du gaz combustible mesurée, Qref est le débit massique du gaz de référence mesuré, pref est la pression absolue du gaz de référence mesurée, et 15 Tref est la température absolue du gaz de référence mesurée ; et D, E, et F sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients et, [3, et y. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, on a estimé l'indice de Wobbe dudit gaz combustible, et le procédé comprend en outre une 20 mesure de la densité dudit gaz combustible et une estimation du pouvoir calorifique supérieur à partir de l'indice de Wobbe estimé et de la densité du gaz mesurée. Selon un mode particulier de mise en oeuvre, ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz combustible comprend le pouvoir 25 calorifique supérieur PCSGN/H2/ ladite mesure d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible comporte : une mesure de débit massique dudit gaz combustible en écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression, la 30 mesure dépendant de la viscosité du gaz combustible et de la viscosité d'un gaz de référence (par exemple du méthane), et une mesure, en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression, du débit massique dudit gaz combustible au moyen d'un débitmètre massique thermique, la mesure dépendant de la capacité 3061302 9 thermique massique du gaz combustible et de la capacité thermique du gaz de référence ; la loi affine empirique utilisée pour estimer le pouvoir calorifique supérieur PCS GN/H2 s'écrivant alors PCSGN/H2 = A+B-Z+C-XH2 5 avec : Qmes,2 où Z est une variable correspondant à la variable Y, Qmes,1 est le débit massique du gaz combustible en écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression mesuré, et 10 Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression ; et A, B, et C sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, [3, et y. On pourra mettre en oeuvre une étape d'étalonnage avec le gaz 15 de référence, par exemple pour obtenir les valeurs de viscosité et de capacité thermique du gaz de référence. Cette étape d'étalonnage permet d'obtenir des mesures justes, et en particulier pour les gaz qui ne sont pas purs tels que des gaz qui comportent du dihydrogène. 20 L'invention propose également un dispositif d'estimation d'au moins une caractéristique de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz combustibles, ladite au moins une caractéristique étant l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur, le dispositif comprenant : 25 au moins deux modules de mesure d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible, un module de mesure du taux XH2de dihydrogène contenu dans ledit gaz combustible, un module configuré pour estimer ladite au moins une caractéristique 30E -GN/H2 2GN/H2= (X 4- P.Y+Y. XH2 avec a, p, et y des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles, et Y une variable représentative de propriétés physiques dudit gaz combustible élaborée à partir desdites valeurs mesurées desdites au moins 35 deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible. = Qmes,1 Z au moyen de la loi affine empirique suivante : 3061302 10 Ce dispositif peut être configuré pour la mise en oeuvre de tous les modes de mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-avant. On notera que ce dispositif peut comprendre l'organe d'écoulement dans lequel s'écoule le gaz combustible pour que ses 5 propriétés d'écoulement soient mesurées. Selon un mode particulier de réalisation, ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz combustible comprend l'indice de Wobbe IWGN/H2, GN/H2r le dispositif comprenant : une entrée pour recevoir un flux dudit gaz combustible, 10 une entrée pour recevoir un flux d'un gaz de référence, un module de sélection et de guidage pour amener le flux dudit gaz combustible ou le flux dudit gaz de référence à une conduite, une restriction fluidique, un module de mesure d'un débit massique du gaz combustible en 15 écoulement sonique à travers ladite restriction fluidique, comprenant un sous-module de mesure de la pression absolue en amont de la restriction et un sous-module de mesure de la température absolue en amont de la restriction, la loi affine empirique utilisée pour estimer l'indice de Wobbe IWGN/H2 20 s'écrivant alors : IWGN/H2 = D+E.Y+F" XH2 avec : Qref Pmes Tmes OÙ Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré, Nies est la pression absolue du gaz combustible mesurée, Tmes est la température absolue du gaz combustible mesurée, 25 Qref est le débit massique du gaz de référence mesuré, pref est la pression absolue du gaz de référence mesurée, et Tref est la température absolue du gaz de référence mesurée ; et D, E, et F sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, p, et y. 30 Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif est apte à estimer l'indice de Wobbe dudit gaz combustible, le dispositif comprenant en outre un module de mesure de la densité dudit gaz combustible et le module configuré pour estimer ladite au moins une caractéristique étant en outre configuré pour estimer le pouvoir calorifique supérieur à partir de 35 l'indice de Wobbe estimé et de la densité du gaz mesurée. Y = Qmes,2 Pref Tref 3061302 11 On pourra notamment obtenir le pouvoir calorifique supérieur en multipliant l'indice de Wobbe estimé par le carré de la densité mesurée. A titre indicatif, on notera qu'il est possible d'utiliser un capteur de densité de la société suisse TRAFAG et portant la référence 8774. 5 Selon un mode particulier de réalisation, ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz combustible comprend le pouvoir calorifique supérieur PCSGN/H2, le dispositif comprenant : une entrée pour recevoir un flux dudit gaz combustible, un module de mesure de débit massique dudit gaz combustible en 10 écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression, la mesure dépendant de la viscosité du gaz combustible et de la viscosité d'un gaz de référence, et un module de mesure, en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression, du débit massique dudit gaz combustible au moyen d'un 15 débitmètre massique thermique, la mesure dépendant de la capacité thermique massique du gaz combustible et de la capacité thermique du gaz de référence ; la loi affine empirique utilisée pour estimer le pouvoir calorifique supérieur PCSGN/H2 s'écrivant alors PCSGN/H2 = A+B-Z+C-XH2 20 avec : Z = Qmes,1 Qmes,2 où Z est une variable correspondant à la variable Y, Qmes,1 est le débit massique du gaz combustible en écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression mesuré, et 25 Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression ; et A, B, et C sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, p, et y. Selon un mode particulier de réalisation, lequel le module 30 configuré pour estimer ladite au moins une caractéristique EGN/H2 au moyen de la loi affine empirique est en outre configuré pour estimer un volume d'air stoechiométrique ou un indice de comburité. Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif comprend en outre un module de régulation de ladite caractéristique de combustion du 35 gaz combustible ou de régulation de la caractéristique de combustion d'un 3061302 12 gaz combustible et d'un volume d'air stoechiométrique estimé ou d'un indice de comburité estimé correspondant à ladite caractéristique estimée. Ce module de régulation peut notamment comprendre un actionneur pour injecter un gaz supplémentaire, par exemple de l'air. La 5 régulation peut être en boucle fermée. Brève description des dessins 10 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : 15 - la figure 1 représente de façon schématique les étapes d'un exemple d'un procédé d'estimation d'une caractéristique de combustion, - la figure 2 représente de façon schématique un exemple de dispositif d'estimation d'une caractéristique de combustion, - la figure 3 représente de façon schématique les étapes d'un procédé 20 d'estimation de l'indice de Wobbe, - la figure 4 représente de façon schématique un exemple de dispositif d'estimation de l'indice de Wobbe, - la figure 5 représente de façon schématique les étapes d'un procédé d'estimation du pouvoir calorifique supérieur, 25 - la figure 6 représente de façon schématique un exemple de dispositif d'estimation du pouvoir calorifique supérieur, - la figure 7 représente de façon schématique un exemple de dispositif d'estimation de l'indice de Wobbe et du pouvoir calorifique supérieur, et - la figure 8 représente de façon schématique un exemple de dispositif de 30 régulation de l'indice de Wobbe. Description détaillée Nous allons maintenant décrire un procédé et un dispositif 35 d'estimation d'une caractéristique de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz combustibles. La caractéristique peut être l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur. 3061302 13 L'invention n'est nullement limitée à l'estimation d'une seule caractéristique et peut comprendre l'estimation à la fois de l'indice de Wobbe et du pouvoir calorifique supérieur. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique les 5 étapes d'un procédé d'estimation d'une caractéristique de combustion d'un gaz combustible. Ce procédé est particulièrement adapté aux gaz qui peuvent contenir une quantité non-nulle de dihydrogène, et en particulier aux gaz combustibles comprenant entre 0% et 20% de dihydrogène. 10 Dans une première étape du procédé E01, on mesure au moins deux propriétés d'écoulement du gaz combustible. Le gaz combustible d'étude est alors en écoulement dans un organe d'écoulement et on mesure, par exemple au moyens de capteurs, des propriétés d'écoulement telles que la température, la pression, ou encore le débit. 15 On mesure dans une deuxième étape E02 un taux de dihydrogène contenu dans le gaz en écoulement noté XH2. On peut noter que dans tous les modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention, le taux de dihydrogène peut être une fraction molaire ou volumique. On peut considérer que si les pressions sont suffisamment faibles, la loi des gaz 20 parfaits s'applique et les deux fractions molaire et volumique ont les mêmes valeurs. Dans des applications de l'invention, le taux de dihydrogène a la même valeur en fraction molaire et en fraction volumique. Cette étape peut être mise en oeuvre simultanément à l'étape E01, ou préalablement, ou postérieurement. 25 Dans une troisième étape E03, on estime la caractéristique notée '2GN/H2 au moyen de la loi affine empirique suivante : .=.-7GN/H2 = a + 13 . Y + Y . XH2 avec a, f3, et y des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles, et Y une variable représentative de propriétés physiques dudit gaz 30 combustible élaborée à partir desdites valeurs mesurées desdites au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible. Les valeurs mesurées desdites au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible sont en fait choisies de sorte que la variable Y puisse être à la fois représentative de propriétés physiques du 35 gaz combustible telles que la viscosité, la capacité calorifique massique, ou encore la densité, et exprimable en fonction des valeurs mesurées des propriétés d'écoulement du gaz combustible. 3061302 14 Aussi, en notant Umes,1 la mesure de la propriété d'écoulement U1, Umes,2 la mesure de la propriété d'écoulement 112, et Umes,3 la mesure de la propriété d'écoulement U3, on a alors : Y = f (Umes,1; Umes,2 ; Umes,3 ) La figure 2 est un exemple de réalisation d'un dispositif 5 d'estimation d'au moins une caractéristique de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz combustibles. Ce dispositif peut notamment mettre en oeuvre un procédé tel que celui décrit en référence à la figure 1. Ce dispositif 1 comprend ici un organe d'écoulement 2 configuré 10 pour recevoir un écoulement d'un flux de gaz combustible pour lequel on souhaite estimer par exemple l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur. L'organe d'écoulement comporte une entrée 2a pour recevoir le flux de gaz combustible et une sortie 2b. Le dispositif 1 comporte en outre deux modules 3a et 3b de 15 mesure de propriétés d'écoulement du gaz combustible. Par exemple, les modules 3a et 3b peuvent chacun ou tous les deux mesurer un débit, une pression, ou encore une température. Les modules 3a et 3b sont en fait des capteurs connus en tant que tels pour mesurer un débit, une pression, ou encore une température. 20 Le dispositif 1 comporte un module 4 de mesure d'un taux XH2 de dihydrogène, par exemple un capteur délivrant un pourcentage molaire de d'hydrogène. Les modules 3a, 3b et 4 sont en communication avec un module d'estimation 5, de manière à communiquer les résultats de leurs mesures 25 respectives au module d'estimation 5. Le module d'estimation 5 peut être un calculateur muni d'un processeur et d'une mémoire (non représentés). Le module 5 est configuré pour estimer ladite au moins une caractéristiq ue EGN/H2 au moyen de la loi affine empirique suivante : EGN/H2 = a+ P'Y+r XH2 avec a, F3, et y des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz 30 combustibles, et Y une variable représentative de propriétés physiques dudit gaz combustible élaborée à partir desdites valeurs mesurées par les modules 3a, 3b desdites au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible. 35 A cet effet, le module 5 peut avoir, enregistré dans une mémoire, des valeurs possibles des coefficients prédéterminés a, p, et y. Le module 3061302 15 5 peut également avoir, enregistré dans une mémoire, des instructions de programme d'ordinateur provoquant l'exécution de l'estimation. Par exemple, ce programme d'ordinateur peut comprendre une instruction de calcul de la variable Y à partir des valeurs mesurées par les 5 modules 3a et 3b, et une instruction de calcul de la caractéristique GN/H2au moyen de la fonction définie ci-avant. :E De manière optionnelle, le dispositif 1 peut comporter un actionneur 6 contrôlé par le module d'estimation 5 en vue de réguler au moins ladite caractéristique. L'actionneur 6 peut être par exemple un 10 injecteur d'air comprimé. On va maintenant décrire, en se référant aux figures 3 et 4, un mode de mise en oeuvre et de réalisation dans lequel on estime l'indice de Wobbe IwGN/H2 d'un gaz combustible. Sur la figure 3, on a représenté les étapes d'un procédé 15 d'estimation de l'indice de Wobbe - GN/H2 d'un gaz combustible. Ce procédé comporte une première étape E11 d'étalonnage au cours de laquelle est effectuée une mesure d'un débit massique d'un gaz de référence (par exemple du méthane) en écoulement sonique à travers une restriction fluidique (par exemple un orifice ou une micro-tuyère), à 20 une pression absolue de référence mesurée et à une température absolue de référence mesurée. Dans une deuxième étape E12, on mesure un débit massique du gaz combustible en écoulement sonique à travers la restriction fluidique, cette mesure étant effectuée à une pression absolue mesurée en amont 25 de la restriction et à une température absolue mesurée en amont de la restriction. Dans une étape E13, on mesure le taux de dihydrogène XH2. Les étapes Eh 1 à E13 peuvent être mise en oeuvre dans tout ordre possible. En particulier, les étape E12 et E13 peuvent être mises en oeuvre 30 simultanément. Dans une étape E14 on estime l'indice de Wobbe /WGH/H2 par une loi affine empirique s'écrivant alors : IWGN/H2 = avec : Qmes 2 Pref Y= n Vref Pmes OÙ Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré, D+E-Y +F-XH2 35 Pmes est la pression absolue du gaz combustible mesurée, 3061302 16 Tmes est la température absolue du gaz combustible mesurée, Qref est le débit massique du gaz de référence mesuré, pref est la pression absolue du gaz de référence mesurée, et Tref est la température absolue du gaz de référence mesurée ; et 5 D, E, et F sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, f3, et y. Pour mettre en oeuvre les étapes E11 et E12, on utilise une restriction fluidique tel qu'un orifice ou une micro-tuyère dont on connait la géométrie. 10 De part et d'autre de la restriction fluidique, on effectue les mesures suivantes : en amont de la restriction fluidique, on mesure les températures absolues et les pressions absolues, et en aval de la restriction fluidique on mesure le débit massique (par exemple au moyen d'un débitmètre massique thermique). 15 En fait, cela correspond à mesurer de deux manières différentes le débit volumique normal noté Qsvn traversant le dispositif. En effet, l'écoulement étant sonique, on a : Qvn = k - Avec : k une constante caractéristique de la géométrie de l'orifice, 20 p et T la pression absolue et la température absolue du gaz en amont de l'orifice, et d la densité du gaz. Aussi, en utilisant le débitmètre massique thermique, on a : Qvn = Qmes,2. C Avec 25 Qvn,mes,2 la mesure réalisée par le débitmètre massique thermique obtenue à l'étape E12, C un coefficient correcteur qui tient compte des différences de propriétés physiques du gaz (par exemple la capacité calorifique, la viscosité, la conductivité thermique) par rapport à celles de l'air. 30 Pour un gaz de composition connue, on a : 1 Xi - = - C Ci Avec : Xi la fraction volumique du constituant i 3061302 17 Ci le coefficient correcteur relatif au constituant i. Ce coefficient peut être lu dans une table associée au débitmètre massique thermique. L'étape d'étalonnage E11 est une étape au cours de laquelle on alimente le dispositif avec un gaz de référence dont la composition est 5 parfaitement connue (de préférence du méthane pur). L'égalité des deux relations de débit avec les valeurs obtenues dans la procédure d'étalonnage de l'étape E11 peut donc s'écrire : Qvn,ref . Cref = k ' Pref d uref Et, dans la procédure de mesure de l'étape E12 dans laquelle on effectue des mesures sur le gaz combustible : Tmes Qmes,2" C = k ' Pmesi d 10 On a également connaissance du taux d'hydrogène (par exemple en volume) XH2 au moyen de la mesure de l'étape E14. On peut noter que dans les équations ci-dessus, les deux seuls paramètres inconnus sont C et la densité d. On peut ensuite éliminer le paramètre k pour exprimer la variable Y, liée à C et à la densité d. 15 En fait, on a : Et, Y est une variable représentative de propriétés physiques du gaz combustible. On peut réécrire Y à partir des valeurs mesurées. Ces valeurs mesurées (Qmes,2, p, et T) peuvent être notées Umes,1 la mesure de la propriété d'écoulement Ul, Umes,2 la mesure de la propriété 20 d'écoulement U2, et Urnes ,3 la mesure de la propriété d'écoulement U3, on a alors : Y = f (Umes,1; Umes,2 ; Urnes ,3 ) Où: Umes,1 = Pmest Umes,2 = Qmes,21 et 25 Umes,3 = Tmes Enfin, on a : T'f C = Qmes,2 Pref Qref Pmes r ' = Cref 3061302 18 Cette définition de la variable Y peut être utilisée dans une loi affine empirique ayant pour variable Y, et qui s'écrit de la forme suivante : IWGN/H2 = D+E-Y+F- XH2 D, E, et F étant des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, fi, 5 et y décrits en référence aux figures 1 et 2. Les coefficients D, E, et F peuvent être obtenus à partir de composition de gaz connues, par exemple des compositions de gaz naturelles du réseau d'un pays ou d'une région. Par exemple, on peut utiliser des compositions connues de gaz à haut pouvoir calorifique 10 distribué en Europe et bien connu de l'homme du métier. A partir de ces compositions connues, on peut définir les valeurs limites sur la fraction molaire des différents composés. Par exemple, en notant XK la fraction molaire de l'espèce K dans un gaz, on peut avoir des compositions connues de ce type : 15 0% REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'au moins une caractéristique de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz combustibles, ladite au moins une caractéristique étant l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur, le procédé comprenant : une mesure (E01) d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible, une mesure (E02) du taux XH2de dihydrogène contenu dans ledit gaz combustible, ladite au moins une caractéristique E -GN/H2 étant estimée (E03) au moyen de la loi affine empirique suivante : a7GN/H2 = a + + Y .X142 avec a, p, et y des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles, et Y une variable représentative de propriétés physiques dudit gaz combustible élaborée à partir desdites valeurs mesurées desdites au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les coefficients a, [3, et y sont des coefficients lus dans une cartographie ayant pour entrée la valeur mesurée du taux XH2de dihydrogène et délivrant en sortie lesdits coefficients a, (3, et y. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite 25 cartographie associe à des gammes de valeurs larges de 1% de taux XH2de dihydrogène lesdits coefficients a, p, et y. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les valeurs desdits coefficients a, [3, et y sont obtenues à partir d'un ensemble de données relatives à des gaz connus de ladite famille de gaz 30 combustibles pour lesquels on connait les caractéristiques de combustion et la valeur de Y représentatives desdites propriétés physiques. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant une génération aléatoire de caractéristiques de combustion et de valeurs de Y représentatives de propriétés physiques à partir dudit ensemble de 35 données relatives à des gaz connus de ladite famille de gaz combustibles. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, on estime l'indice de Wobbe et le pouvoir calorifique supérieur au moyen de deux lois affines empiriques. 3061302 31 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre une estimation de la densité dudit gaz combustible à partir de l'indice de Wobbe estimé et du pouvoir calorifique supérieur estimé. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 5 comprenant une régulation de la caractéristique de combustion du gaz combustible ou une régulation de la caractéristique de combustion d'un gaz combustible et d'un volume d'air stoechiométrique estimé ou d'un indice de cornburité estimé correspondant à ladite caractéristique estimée. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans 10 lequel ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz combustible comprend l'indice de Wobbe iwGN/H2/ ladite mesure d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible comporte une mesure (E12) d'un débit massique du gaz combustible en écoulement sonique à travers une restriction fluidique, 15 effectuée à une pression absolue mesurée en amont de la restriction et à une température absolue mesurée en amont de la restriction, le procédé comprenant en outre une procédure d'étalonnage (E11) au cours de laquelle est effectuée une mesure d'un débit massique d'un gaz de référence en écoulement sonique à travers ladite restriction fluidique, à 20 une pression absolue de référence mesurée et à une température absolue de référence mesurée ; la loi affine empirique utilisée pour estimer (E14) l'indice de Wobbe ITYGNIH2 s'écrivant alors : IWGNIII2 = D+E-Y+F-42 avec : Qmes' 2 Pref Y= n Vref Pmes où Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré, Nies est la pression absolue du gaz combustible mesurée, Tmes est la température absolue du gaz combustible mesurée, Qref est le débit massique du gaz de référence mesuré, pref est la pression absolue du gaz de référence mesurée, et Tref est la température absolue du gaz de référence mesurée ; et D, E, et F sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, ,e, et y. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on a estimé l'indice de Wobbe dudit gaz combustible, le procédé 35 comprenant en outre une mesure de la densité dudit gaz combustible et 3061302 32 une estimation du pouvoir calorifique supérieur à partir de l'indice de Wobbe estimé et de la densité du gaz mesurée. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz 5 combustible comprend le pouvoir calorifique supérieur PCSGN/H2, ladite mesure d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible comporte : une mesure (E22) de débit massique dudit gaz combustible en écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression, la 10 mesure dépendant de la viscosité du gaz combustible et de la viscosité d'un gaz de référence, et une mesure (E23), en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression, du débit massique dudit gaz combustible au moyen d'un débitmètre massique thermique, la mesure dépendant de la capacité 15 thermique massique du gaz combustible et de la viscosité d'un gaz de référence ; la loi affine empirique utilisée pour estimer (E25) le pouvoir calorifique supérieur PCSGN /1.12 s'écrivant alors PCSGNIH2 = A+B-Z+C- 412 avec : Qmes 1 Z = Vmes,2 20 où Z est une variable correspondant à la variable Y, Qmes,1 est le débit massique du gaz combustible en écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression mesuré, et Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré en aval 25 dudit appareil faisant apparaître une chute de pression ; et A, B, et C sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, f3, et y. 12. Dispositif d'estimation d'au moins une caractéristique de combustion d'un gaz combustible appartenant à une famille de gaz 30 combustibles, ladite au moins une caractéristique étant l'indice de Wobbe ou le pouvoir calorifique supérieur, le dispositif comprenant : au moins deux modules de mesure (3a, 3b) d'au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible, un module de mesure (4) du taux Xii2de dihydrogène contenu dans ledit 35 gaz combustible, 3061302 33 un module (5) configuré pour estimer ladite au moins une caractéristique au moyen de la loi affine empirique suivante : GN/H2 = a+P'Y+Y'Xii2 avec a, f3, et y des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles, et 5 Y une variable représentative de propriétés physiques dudit gaz combustible élaborée à partir desdites valeurs mesurées desdites au moins deux propriétés d'écoulement dudit gaz combustible. 13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz combustible comprend 10 l'indice de Wobbe Iw - - GN/H2r le dispositif comprenant : une entrée (11) pour recevoir un flux dudit gaz combustible, une entrée (12) pour recevoir un flux d'un gaz de référence, un module de sélection et de guidage (31, 35) pour amener le flux dudit gaz combustible ou le flux dudit gaz de référence à une conduite (13), 15 une restriction fluidique (32), un module de mesure (33) d'un débit massique du gaz combustible en écoulement sonique à travers ladite restriction fluidique, comprenant un sous-module de mesure de la pression absolue en amont de la restriction et un sous-module de mesure de la température absolue en amont de la 20 restriction, la loi affine empirique utilisée pour estimer l'indice de Wobbe IWGN/H2 s'écrivant alors : IWGN/H2= D+E-Y+F. avec : , = Qmes 2 Pref I tira Pmes OÙ Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré, 25 pmes est la pression absolue du gaz combustible mesurée, Tmes est la température absolue du gaz combustible mesurée, Q'f est le débit massique du gaz de référence mesuré, pref est la pression absolue du gaz de référence mesurée, et Tref est la température absolue du gaz de référence mesurée ; et 30 D, E, et F sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients a, [3, et y. 14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le dispositif est apte à estimer l'indice de Wobbe dudit gaz combustible, le dispositif comprenant en outre un module de mesure de la densité dudit 3061302 34 gaz combustible et le module (5) configuré pour estimer ladite au moins une caractéristique étant en outre configuré pour estimer le pouvoir calorifique supérieur à partir de l'indice de Wobbe estimé et de la densité du gaz mesurée. 5 15. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, dans lequel ladite au moins une caractéristique de combustion du gaz combustible comprend le pouvoir calorifique supérieur PCSGN/HD le dispositif comprenant : une entrée (111) pour recevoir un flux dudit gaz combustible, un module de mesure (132) de débit massique dudit gaz combustible en 10 écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression, la mesure dépendant de la viscosité du gaz combustible et de la viscosité d'un gaz de référence, et un module de mesure (133), en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression, du débit massique dudit gaz combustible au moyen 15 d'un débitmètre massique thermique, la mesure dépendant de la capacité thermique massique du gaz combustible et de la capacité thermique d'un gaz de référence ; la loi affine empirique utilisée pour estimer le pouvoir calorifique supérieur PCSGN/H2 s'écrivant alors PCSGN/H2 = A+B-Z+C- XH2 20 avec : Z = Qmes,1 'Zmes,2 où Z est une variable correspondant à la variable Y, Qmes,1 est le débit massique du gaz combustible en écoulement laminaire à travers un appareil faisant apparaître une chute de pression mesuré, et 25 Qmes,2 est le débit massique du gaz combustible mesuré en aval dudit appareil faisant apparaître une chute de pression ; et A, B, et C sont des coefficients prédéterminés pour la famille de gaz combustibles et correspondant respectivement aux coefficients ot, p, et y. 16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, dans lequel 30 le module configuré pour estimer ladite au moins une caractéristique >2GN/H2 au moyen de la loi affine empirique est en outre configuré pour estimer un volume d'air stoechiométrique ou un indice de comburité. 17. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 16, comprenant en outre un module de régulation de ladite caractéristique de combustion 35 du gaz combustible ou de régulation de la caractéristique de combustion 3061302 d'un gaz combustible et d'un volume d'air stoechiométrique estimé ou d'un indice de comburité estimé correspondant à ladite caractéristique estimée.