Doctorant (h/f) : etude des flammes d'ammoniac assistées par plasma ou mélangées à l'hydrogène par spectroscopie d'absorption laser

Cette thèse porte sur l’étude expérimentale des flammes d’ammoniac (NH3) stabilisées par un mélange avec d’autres combustible (biogaz et H2) ou par plasma. Les flammes de NH3 pourraient remplacer la combustion carbonée conventionnelle dans les industries qui requièrent de hautes températures (production de verre, acier, ciment) que l’électricité ne peut produire. Les flammes de NH3 ne produisent pas de CO2 mais certains régimes de combustion peuvent amener à la formation de polluants néfastes pour l’environnement et la santé : NH3 (santé), NO (santé), et N2O (effet de serre). L’objectif général de ce projet multipartenaire (FITe, IMFT, CETHIL et EM2C) est de réduire la formation de ces polluants en employant des nouvelles techniques de combustion de l’ammoniac.
Dans le cadre de ce projet doctoral une mesure in-situ de la température et de deux espèces (H2O et N2O) par spectroscopie d’absorption laser sera développée. Ce diagnostic permettra de mesurer l’efficacité de la combustion (H2O et température) tout en localisant les zones de formation de N2O et NO. Cette mesure sera testée à l’EM2C sur une flamme d’ammoniac assistée par un plasma généré par décharges Nanosecondes Répétitives Pulsées (NRP). Les décharges NRP durent environ 10 ns et sont générées par des impulsions de tension de l’ordre de 10-30 kV à une cadence de répétition de 10 à 100 kHz. Cette technique, très efficace énergétiquement, a été employée avec succès pour stabiliser des flammes de nombreux carburants carbonés mais assez rarement sur des flammes d’ammoniac. Le diagnostic développé pendant cette thèse permettra de quantifier l’impact des décharges sur la flamme proche du plasma et d’identifier les régimes de décharges les plus favorables à la réduction de NO et N2O tout en permettant une amélioration de l’efficacité de combustion.
Cette thèse inclut également plusieurs campagnes expérimentales dans les laboratoires partenaires. Le diagnostic de spectroscopie d’absorption par laser sera déployé sur un brûleur de 10 – 15 kW conçu par les laboratoires partenaires pour stabiliser des mélanges NH3/H2 et NH3/biogaz (sans plasma). Le déploiement du diagnostic en sortie du brûleur permettra d’optimiser en temps réel les techniques de mélange NH3/H2/biogaz qui réduisent les émissions de NO et N2O et fournira des données utiles pour la validation des simulations prévues dans ce projet.


Contexte de travail

Le laboratoire EM2C (CNRS/INSIS et Université Paris-Saclay/CentraleSupélec http://em2c.centralesupelec.fr/), par ses recherches académiques de haut niveau sur l'énergie et la combustion et ses études appliquées en partenariat avec les entreprises ou les centres de recherche les plus en vue dans le domaine des transports et de l'énergie, contribue de manière significative à l'avancée des connaissances sur ces enjeux critiques, tant pour le climat que pour l'environnement. Pour répondre à ces enjeux, les activités de recherche du laboratoire s'organisent autour de trois axes intitulés Combustion, Plasmas hors d'équilibre, Physique des transferts et d'une action transversale en Mathématiques appliquées. Vous serez inclus dans l'axe Combustion et en qualité de doctorant (H/F), vous serez inscrit à l'école doctorale SMEMAG (ED 579 - Sciences Mécaniques & Énergétiques, Matériaux & Géosciences). Le Laboratoire EM2C est composé d'environ 45 agents permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs & personnels d'appui à la recherche) et 35 doctorants, post-doctorants, stagiaires & professeurs invités.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.