L'ammoniac comme combustible zéro-carbone : simulations haute-fidélité de l'interaction flamme turbulente-paroi

L’ammoniac, un composant à haute teneur en hydrogène et zéro-carbone, a le potentiel d’être utilisé comme carburant propre pour la production d’électricité ou dans les moteurs à combustion. Tout comme l’hydrogène, l’ammoniac peut être produit à partir d’eau et d’électricité verte, les deux se trouvant en abondance au Québec. Contrairement à l’hydrogène, l’ammoniac est simple à entreposer et à transporter, bénéficiant d’une système de distribution international déjà existant. Par contre, la combustion de l’ammoniac n’est pas sans problèmes à régler avant une éventuelle utilisation à grande échelle. D’abord, une flamme d’ammoniac produit considérablement plus d’oxides d’azote (NOx) qu’une flamme de gaz naturel, par exemple. Ensuite, sa chaleur de combustion est très faible, de sorte qu’une flamme d’ammoniac soit extrêmement sensible aux pertes de chaleurs à la paroi d’une chambre de combustion. Une étude récente montre que ces pertes de chaleur causent l’émissions de N2O, un gaz à effet de serre très puissant, et d’ammoniac non-brûlé. Ce projet vise à établir le mécanisme fondamental de production de composants nocifs d’une flamme d’ammoniac interagissant avec une paroi de chambre de combustion. Une approche de simulation haute-fidélité s’appuyant sur un serveur de calcul haute performance sera suivie afin de résoudre toutes les échelles en temps et en espace de l’écoulement gazeux complexe et des zones de réactions chimiques à l’interface flamme-paroi dans un modèle de chambre à combustion. Ces simulations permettront d’identifier le rôle de l’interaction écoulement complexe-flamme-paroi sur les émissions polluantes de flammes d’ammoniac. Les résultats serviront à mieux identifier les besoins technologiques pour une utilisation grande-échelle de l’ammoniac comme carburant propre.
Le chercheur responsable du projet se spécialise en simulations haute-fidélité de la combustion dans les écoulements turbulents caractéristiques des turbines à gaz et moteurs pour le transport. Il a acquis et développé son expérience de recherche à California Institute of Technology, Politechnika Warszawska, University of New South Wales, Sandia National Laboratories, l’Université d’Ottawa et Polytechnique Montréal.