H/F Doctorant en modélisation de la combustion turbulente des e-combustibles

Sujet de thèse :
Contexte énergétique et environnemental
Le changement climatique et la dégradation de l’environnement constituent des menaces réelles pour le monde, la combustion représentant la principale source de pollution de l’air et un important contributeur aux émissions de carbone. Ce scénario pousse le secteur énergétique mondial à passer des systèmes de production d’énergie basés sur les combustibles fossiles à des sources d’énergie renouvelables. De plus, les nouvelles réalités géopolitiques et du marché de l’énergie exigent également une accélération drastique de la transition énergétique afin de réduire la dépendance de l’Europe vis-à-vis de fournisseurs peu fiables et de combustibles fossiles volatils – comme le prévoit le plan REPowerEU, publié par la Commission européenne en mai 2022, visant à rendre l’Europe indépendante des combustibles fossiles russes bien avant 2030.
Les e-carburants (carburants synthétiques, power-to-x ou powerfuels) sont des carburants liquides ou gazeux d’origine synthétique dans lesquels l’électricité renouvelable est convertie en énergie chimique sous forme de combustibles respectueux du climat. L’adoption des e-carburants, produits à partir d’électricité, est désormais largement reconnue comme une étape essentielle pour atteindre les objectifs du Pacte vert (Green Deal) et de REPowerEU. Un autre avantage majeur des e-carburants est qu’ils peuvent être intégrés dans les infrastructures existantes.
Enjeux scientifiques
Les ingénieurs chargés de la conception des futures chambres de combustion industrielles alimentées par e-carburant ont besoin d’outils de calcul de haute fidélité pour sélectionner les conditions de fonctionnement appropriées et optimiser la géométrie du brûleur. Une difficulté majeure est liée à la complexité de la chimie de la combustion (Sorrentino et al., 2024). Par exemple, les schémas chimiques détaillés de la combustion de l’ammoniac ou du méthanol nécessitent des centaines d’espèces et des milliers de réactions pour obtenir une prédiction précise de la formation des oxydes d’azote. Pour des raisons de temps de calcul, les mécanismes détaillés décrivant cette chimie complexe doivent être réduits avant d’être utilisés dans les codes de CFD (Fiorina et al., 2015).
Une méthode intéressante est celle de la chimie virtuelle, dont le principe est détaillé dans (Cailler et al., 2017). L’originalité de l’approche réside dans l’introduction d’espèces et de réactions virtuelles dont les propriétés thermodynamiques et chimiques sont optimisées par des algorithmes d’apprentissage automatique afin de reproduire les propriétés de flammes de référence rassemblées dans une base d’apprentissage. Un schéma virtuel comprend un bloc principal qui modélise la libération de chaleur de la flamme et des sous-mécanismes chacun dédié à un polluant particulier. Des sous-mécanismes cinétiques virtuels ont jusqu’à présent été développés par EM2C pour prédire des
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