L’ALUMINIUM COMME CARBURANT RENOUVELABLE : OPTIMISATION DE LA COMBUSTION ET MAITRISE DES EMISSION

Les métaux (Fe, Al, Mg) présentent un fort intérêt en tant que vecteurs énergétiques. Ils permettent en effet le stockage, sur des temps longs, et le transport, sur de longues distances, de l’énergie, au travers d’une boucle vertueuse qui couple des réactions d’oxydation (avec une libération d’énergie) et de réduction des oxydes formés en utilisant l’électricité produite par les énergies renouvelables (solaire, éolien, hydraulique,…). Ils s’agit donc de combustibles régénérables. La combustion de ces métaux libère une énergie proche de celle des combustibles classiques (bois, hydrocarbures). Ils peuvent également servir à la production d’hydrogène. En effet, dans un environnement contenant de la vapeur d’eau, les métaux réagissent et forment des oxydes en libérant de l’hydrogène (Me + H2O → MeO + H2).
Au LGRE, un dispositif pilote original a été précemment développé pour étudier la combustion du magnésium. Ce dispositif est constitué d'un bruleur trubulent et d'une chambre de combustion dans laquelle la flamme est confinée. Des procédures de caractérisation des particules fines et ultrafines d'oxyde de magnésium ont été mises en place. Plus récemment, des travaux ont montré la faisabilité de stabiliser une flamme turbulente d’aluminium au sein de ce dispositif et de produire de l’hydrogène en continu avec une réaction alumium-eau dans cette flamme. Mais deux questions se posent concernant ce type de combustion : comment contrôler le niveau de NOx produits dans ces flammes métalliques à très haute température (jusqu’à 2900°C) et comment limiter le niveau de particules fines et ultrafines d’oxyde formées ? 
Les travaux de thèse proposés ont pour objectif d'apporter une réponse à ces deux questions. L’étude sera menée dans le dispositif pilote développé au LGRE qui délivre une puissance jusqu’à 20 kW. Il est instrumenté en mesure de température (thermocouples et pyromètre) et analyses des gaz produits par la combustion (analyseurs en ligne de NO, NO2, N2O, O2, H2, H2O) mais également de particules fines et utltrafines (ELPI+ et PPS). Ces particules seront caractérisées par microscopie optique-numérique, MET et DRX. Différentes conditions expériementales seront étudiées. L'influence de la taille des particules d'aluminium injectées, de la richesse (de 0.4 à 1.4) et de la nature et de la fraction volumique du combusrant (air, H2O, CO2) sur la production des NOx et particules fines et ultrafines sera recherchée. Des mécanismes de formation des NOx et particules seront construits.

Les activités de recherche du Laboratoire Gestion des Risques et Environnement (LGRE) s’inscrivent dans les problématiques énergétiques et environnementales actuelles liées aux procédés de combustion et de traitement des pollutions générées par ces derniers. Les recherches développées au LGRE s’orientent ainsi vers les sources ou vecteurs d’énergie décarbonée et les procédés de combustion efficaces et à impact environnemental limité. Elles visent également la réduction des risques de pollution chronique, avec la mise en place de procédés de réduction des polluants des sources de combustion. Au LGRE, les recherches sont conduites expérimentalement à différentes échelles (analyse thermogravimétrique, bancs expérimentaux, pilotes). Le génie des procédés est ainsi central dans les activités du laboratoire. Dans ce cadre, la modélisation de ces procédés est un axe de recherche incontournable.

• Master ou Ingénieur dans le domaine de l’énergétique, la combustion ou la chimiephysique
• Curiosité scientifique affirmée
• Esprit d’analyse et de synthèse, capacité d’expression et d’argumentation écrite et orale
• Capacité en conduite de projet, d’organisation et de planification des actions
• Autonome et sens du travail en équipe
• Rigoureux et organisé (respect des délais)