Brevet FR3134429A1 — publié le 20231013

Un système d’alimentation (1) en carburant configuré pour alimenter une turbomachine (M) d’aéronef, le carburant étant un premier carburant hydrogéné (Q1), le système d’alimentation (1) comprenant : un réservoir de stockage (2) configuré pour stocker le premier carburant hydrogéné (Q1), à l’état liquide, à une pression de stockage (P1) et à une température de stockage (T1) supérieure à un seuil de cryotempérature (Tcr) prédéterminé ; un circuit de carburant (3), relié en entrée au réservoir de stockage (2) et configuré pour être relié en sortie à la turbomachine (M) ; un dispositif catalyseur (4), configuré pour séparer le premier carburant hydrogéné (Q1) en au moins un deuxième carburant hydrogéné (Q2) et un composant auxiliaire (A) ; un compresseur (5) configuré pour élever la pression au moins du deuxième carburant hydrogéné (Q2) jusqu’à une pression d’injection (P2) supérieure à la pression de stockage (P1), de manière à permettre l’injection au moins du deuxième carburant (Q2) dans la turbomachine (M). Figure de l’abrégé : Figure 2 Système et procédé d’alimentation en carburant pour turbomachine d’aéronef La présente invention concerne le domaine des aéronefs comportant des turbomachines alimentées par du carburant stocké à l’état liquide. Il est connu d’alimenter une turbomachine d’aéronef avec du carburant, en particulier de l’hydrogène, stocké sous forme liquide pour limiter l’encombrement des réservoirs de l’aéronef. Dans l’art antérieur, en référence à la , un système d’alimentation 100 en carburant Q, en particulier d’alimentation en hydrogène, d’un aéronef comprend un circuit de carburant CQ relié en entrée à un réservoir cryogénique R et en sortie à une chambre de combustion d’une turbomachine M. Un flux de carburant Q circule d’amont en aval dans le circuit de carburant CQ. Pour être liquide, le carburant Q est stocké dans le réservoir cryogénique R à une température de l’ordre de -253 à -251°C (20 à 22 Kelvins). Une telle température est inférieure au seuil de cryotempérature connu de l’ordre de -150°C (120K). Pour pouvoir être injecté dans la chambre de combustion de la turbomachine M, le carburant Q doit être conditionné, c’est-à-dire pressurisé et chauffé, afin de permettre une combustion optimale. Un conditionnement est par exemple nécessaire pour réduire le risque de givrage/solidification de la vapeur d’eau contenue dans l’air qui circule dans la turbomachine M, en particulier, au niveau des injecteurs de carburant de la turbomachine M. Aussi, comme représenté sur la , le système d’alimentation 100 connu de l’art antérieur comprend un système de conditionnement SC monté sur le circuit de carburant CQ entre le réservoir cryogénique R et la turbomachine M. Un tel système de conditionnement SC comprend de manière connue une pompe mécanique P pour faire circuler le flux de carburant Q dans le circuit de carburant CQ et un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur EC pour apporter des calories au flux de carburant Q afin de le réchauffer pour qu’il puisse être injecté dans la turbomachine M. Cependant, un tel système de conditionnement SC présente une masse et un encombrement importants, ce qui peut présenter un inconvénient dans un aéronef. De plus, la quantité de carburant embarquée dans les réservoirs cryogéniques reste limitée et présente une masse importante. Pour diminuer l’encombrement et la masse de carburant embarqué dans un véhicule (ou augmenter sa quantité), il est connu de stocker le carburant sous forme d’ammoniac (NH3), correspondant à un dérivé azoté (N2) de l‘hydrogène (H2). L’ammoniac est dans un état liquide à température ambiante et sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, ou sous pression atmosphérique et à une température basse non cryogénique, ce qui facilite son stockage et son acheminement depuis le réservoir jusqu’à la chambre de combustion d’une turbomachine. De plus, pour un volume équivalent, la masse d’hydrogène embarquée est plus importante sous forme d’ammoniac que sous forme d’hydrogène liquide. A titre d’exemple, l’ammoniac NH3 est communément utilisé dans le domaine spatial pour la propulsion des navettes spatiales. Cependant, la combustion d’un tel carburant nécessite une énergie très importante, qui ne peut être fournie par une turbomachine d’un aéronef sans modifications importantes. De manière incidente, il est connu une pile à combustible dans laquelle un carburant sous forme de polysilanes hydrogénés (correspondant à un mélange à base d‘hydrogène) est acheminé vers un catalyseur pour séparer l’hydrogène des autres composants. L’hydrogène est ensuite mis en contact avec une membrane pour réagir avec du dioxygène dans la pile à combustible et former une réaction électrochimique. Cependant, dans une telle pile à combustible, il est nécessaire que l’intégralité du carburant soit dissocié pour s’assurer que seul l’hydrogène soit acheminé vers la membrane et éviter ainsi tout risque que le polysilane hydrogéné non dissocié n’endommage ladite membrane. Aussi, il est nécessaire d’utiliser un catalyseur hautes performances pour s’assurer que tous les composants du carburant sont bien séparés. Un tel catalyseur très complexe ne peut être intégré dans un aéronef, puisque celui-ci présenterait un encombrement trop important pour dissocier le volume de carburant nécessaire à la propulsion de l‘aéronef. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un système d’alimentation en carburant d’un aéronef qui soit simple et peu encombrant et qui permette de stocker une source de carburant liquide en limitant la masse du réservoir de carburant. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un système d’alimentation en carburant pour aéronef, le système d’alimentation étant configuré pour alimenter une turbomachine d’aéronef, le carburant étant un premier carburant hydrogéné, le système d’alimentation comprenant : au moins un réservoir de stockage configuré pour stocker le premier carburant hydrogéné, à l’état liquide, à une pression de stockage et à une température de stockage supérieure à un seuil de cryotempérature prédéterminé, un circuit de carburant, relié en entrée au réservoir de stockage et configuré pour être relié en sortie à la turbomachine, un dispositif catalyseur, monté sur le circuit de carburant, configuré pour séparer le premier carburant hydrogéné en au moins un deuxième carburant hydrogéné et un composant auxiliaire, un compresseur, monté sur le circuit de carburant entre le dispositif catalyseur et la turbomachine, le compresseur étant configuré pour élever la pression au moins du deuxième carburant hydrogéné jusqu’à une pression d’injection supérieure à la pression de stockage, de manière à permettre l’injection au moins du deuxième carburant dans la turbomachine. Le système d’alimentation selon l’invention permet de stocker le premier carburant hydrogéné dans un réservoir de stockage non cryogénique, plus simple que les réservoirs cryogéniques. De plus, le système d’alimentation s’affranchit avantageusement d’un système de conditionnement, puisqu’il n’est pas nécessaire de réchauffer le carburant de manière importante, ce qui permet un système d’alimentation plus léger et moins encombrant. De plus, le circuit de carburant comprend des tuyauteries plus simples et moins encombrantes puisqu’il n’est pas nécessaire qu’elles résistent à des températures cryogéniques et n’ont ainsi pas besoin d‘être renforcées de manière particulière. De manière préférée, le seuil de cryotempérature prédéterminé est de l’ordre de -150°C (120K). Dans une forme de réalisation, le dispositif catalyseur est configuré pour séparer le premier carburant hydrogéné en au moins un deuxième carburant hydrogéné, un composant auxiliaire et au moins un résidu du premier carburant hydrogéné, le compresseur étant configuré pour élever la pression du deuxième carburant hydrogéné et du résidu du premier carburant hydrogéné jusqu’à la pression d’injection pour permettre l’injection du deuxième carburant et du résidu du premier carburant hydrogéné dans la turbomachine. Le système d’alimentation permet ainsi de s’affranchir de l’utilisation d’un catalyseur haute performance, puisque le deuxième carburant hydrogéné et un résidu du premier carburant peuvent entrer et être brûlés ensemble dans la chambre de combustion. Le dispositif catalyseur est ainsi simple, peu encombrant et peu onéreux. Dans une première forme de réalisation, le composant auxiliaire est dispersé. Dans une deuxième forme de réalisation, le composant auxiliaire est récupéré et réutilisé, par exemple en le réassemblant à des résidus du deuxième carburant pour reformer du premier carburant. Dans une forme de réalisation alternative, le compresseur est configuré pour élever la pression du deuxième carburant hydrogéné, du résidu du premier carburant hydrogéné et du composant auxiliaire jusqu’à la pression d’injection pour permettre l’injection du deuxième carburant, du résidu du premier carburant hydrogéné et du composant auxiliaire dans la turbomachine. Ainsi, il n’est pas nécessaire de récupérer le composant auxiliaire, puisque celui-ci peut être introduit et brûlé dans la chambre de combustion de la turbomachine sans risquer de l’endommager. Le dispositif catalyseur peut ainsi être simplifié. De manière préférée, la température de stockage est comprise entre -40 et 20 °C (233 et 293 K). De préférence, la pression de stockage est comprise entre 1 et 10 bar (1000 et 10000 hPa). Dans une première forme de réalisation, la température de stockage est de l’ordre de 20°C, correspondant à la température ambiante et la pression de stockage est de l’ordre de 10 bar (10000 hPa), permettant de stocker le premier carburant sous forme liquide sans avoir à recourir à du management thermique dans le circuit de carburant. Dans une deuxième forme de réalisation, la température de stockage est de l’ordre de -35°C et la pression de stockage est de l’ordre de 1 bar (1000 hPa), correspondant à la pression atmosphérique permettant d’éviter l’utilisation de raccords de tuyauterie haute pression pour les phases de ravitaillement par exemple. Dans une forme de réalisation préférée, le premier carburant hydrogéné est un liquide organique porteur d’hydrogène, qui présente l’avantage d’être un composant chimique dont les conditions de catalyse sont compatibles avec un environnement aéronautique. De préférence, le premier carburant hydrogéné est choisi parmi : l’ammoniac (NH3), l’éthanol (CH3OH), le méthanol (C2H5OH) et le méthyl-cyclohexane (CH3C6H11). De tels composants sont disponibles en grande quantité et leur utilisation est connue. De manière préférée, le deuxième carburant hydrogéné est du dihydrogène (H2). Dans une forme de réalisation, le composant auxiliaire est de l’azote (N2) ou du dioxyde de carbone (CO2). L’invention concerne également un aéronef comprenant une turbomachine et un système d’alimentation tel que décrit précédemment pour alimenter la turbomachine. Enfin, l’invention porte sur un procédé d’alimentation d’une turbomachine d’aéronef au moyen d’un système d’alimentation tel que décrit précédemment, le premier carburant étant initialement stocké dans le premier réservoir de stockage à la pression de stockage et à la température de stockage supérieure au seuil de cryotempérature prédéterminé, le procédé comprenant les étapes consistant à : acheminer le premier carburant depuis le réservoir de stockage jusqu’au dispositif catalyseur, séparer, dans le dispositif catalyseur, le premier carburant en au moins un deuxième carburant hydrogéné et un composant auxiliaire, acheminer au moins le deuxième carburant hydrogéné vers le compresseur, et comprimer au moins le deuxième carburant hydrogéné dans le compresseur jusqu’à la pression d’injection, de manière à permettre l’injection au moins du deuxième carburant dans la turbomachine. De manière alternative, l’invention concerne également un procédé d’alimentation d’une turbomachine d’aéronef au moyen d’un système d’alimentation tel que décrit précédemment, le premier carburant étant initialement stocké dans le premier réservoir de stockage à la pression de stockage et à la température de stockage supérieure au seuil de cryotempérature prédéterminé, le procédé comprenant les étapes consistant à : acheminer le premier carburant depuis le réservoir de stockage jusqu’au dispositif catalyseur, séparer, dans le dispositif catalyseur, le premier carburant en au moins un deuxième carburant hydrogéné, un composant auxiliaire et un résidu du premier carburant hydrogéné, acheminer au moins le deuxième carburant hydrogéné et le résidu du premier carburant hydrogéné vers le compresseur, et comprimer le deuxième carburant hydrogéné et le résidu du premier carburant hydrogéné dans le compresseur jusqu’à la pression d’injection, de manière à permettre l’injection du deuxième carburant et du résidu du premier carburant hydrogéné dans la turbomachine. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La est une représentation schématique d’un système d’alimentation selon l’art antérieur. La est une représentation schématique d’un système d’alimentation selon une première forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un système d’alimentation selon une deuxième forme de réalisation de l’invention. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Système d’alimentation (1) en carburant pour aéronef, le système d’alimentation (1) étant configuré pour alimenter une turbomachine (M) d’aéronef, le carburant étant un premier carburant hydrogéné (Q1), le système d’alimentation (1) comprenant : au moins un réservoir de stockage (2) configuré pour stocker le premier carburant hydrogéné (Q1), à l’état liquide, à une pression de stockage (P1) et à une température de stockage (T1) supérieure à un seuil de cryotempérature (Tcr) prédéterminé, un circuit de carburant (3), relié en entrée au réservoir de stockage (2) et configuré pour être relié en sortie à la turbomachine (M), un dispositif catalyseur (4), monté sur le circuit de carburant (3), configuré pour séparer le premier carburant hydrogéné (Q1) en au moins un deuxième carburant hydrogéné (Q2) et un composant auxiliaire (A), un compresseur (5), monté sur le circuit de carburant (3) entre le dispositif catalyseur (4) et la turbomachine (M), le compresseur (5) étant configuré pour élever la pression au moins du deuxième carburant hydrogéné (Q2) jusqu’à une pression d’injection (P2) supérieure à la pression de stockage (P1), de manière à permettre l’injection au moins du deuxième carburant (Q2) dans la turbomachine (M). Système d’alimentation (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif catalyseur (4) est configuré pour séparer le premier carburant hydrogéné (Q1) en au moins un deuxième carburant hydrogéné (Q2), un composant auxiliaire (A) et au moins un résidu du premier carburant hydrogéné (Q1s), le compresseur (5) étant configuré pour élever la pression du deuxième carburant hydrogéné (Q2) et du résidu du premier carburant hydrogéné (Q1s) jusqu’à la pression d’injection (P2) pour permettre l’injection du deuxième carburant (Q2) et du résidu du premier carburant hydrogéné (Q1s) dans la turbomachine (M). Système d’alimentation (1) selon la revendication 2, dans lequel le compresseur (5) est configuré pour élever la pression du deuxième carburant hydrogéné (Q2), du résidu du premier carburant hydrogéné (Q1s) et du composant auxiliaire (A) jusqu’à la pression d’injection (P2) pour permettre l’injection du deuxième carburant (Q2), du résidu du premier carburant hydrogéné (Q1s) et du composant auxiliaire (A) dans la turbomachine (M). Système d’alimentation (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la température de stockage (T1) est comprise entre -40 et 20 °C (233 et 293 K). Système d’alimentation (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la pression de stockage (P1) est comprise entre 1 et 10 bar (1000 et 10000 hPa). Système d’alimentation (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier carburant hydrogéné (Q1) est un liquide organique porteur d’hydrogène (LOHC). Système d’alimentation (1) selon la revendication 6, dans lequel le premier carburant hydrogéné (Q1) est choisi parmi : l’ammoniac (NH3), l’éthanol (CH3OH), le méthanol (C2H5OH) et le méthyl-cyclohexane (CH3C6H11). Système d’alimentation (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le deuxième carburant hydrogéné (Q2) est du dihydrogène (H2). Aéronef comprenant une turbomachine (M) et un système d’alimentation (1) selon l’une des revendications 1 à 8 pour alimenter la turbomachine (M). Procédé d’alimentation d’une turbomachine (M) d’aéronef au moyen d’un système d’alimentation selon l’une des revendications 1 à 8, le premier carburant (Q1) étant initialement stocké dans le premier réservoir de stockage (2) à la pression de stockage (P1) et à la température de stockage (T1) supérieure au seuil de cryotempérature (Tcr) prédéterminé, le procédé comprenant les étapes consistant à : acheminer le premier carburant (Q1) depuis le réservoir de stockage (2) jusqu’au dispositif catalyseur (4), séparer, dans le dispositif catalyseur (4), le premier carburant (Q1) en au moins un deuxième carburant hydrogéné (Q2) et un composant auxiliaire (A), acheminer au moins le deuxième carburant hydrogéné (Q2) vers le compresseur (5), et comprimer au moins le deuxième carburant hydrogéné (Q2) dans le compresseur (5) jusqu’à la pression d’injection (P2), de manière à permettre l’injection au moins du deuxième carburant (Q2) dans la turbomachine (M).