3 juillet 2025
- Allumage de carburant à base d'hydrogène: application à la sécurité / Soutenance de thèse de Marc Le Boursicaud
Doctorant : Marc LE BOURSICAUD
Date et lieu : le 3 juillet à 14h00 ; amphi N°3 - Centrale Méditerranée, Plot 6, 38 rue Joliot-Curie, 13451 Marseille
Résumé : La sécurité hydrogène a toujours été une préoccupation majeure des
secteurs aérospatial et nucléaire. L'intérêt croissant qu'il suscite en
tant que carburant alternatif pour le transport soulève de nouveaux
défis de sûreté. Les solutions de stockage pour
ces applications impliquent des réservoirs d'hydrogène gazeux allant
jusqu'à 700 bars. Ces conditions diffèrent considérablement de celles
traditionnellement étudiées, nécessitant le développement de nouveaux
outils prédictifs pour évaluer les risques d'allumage.
Cette thèse a débuté par le développement d'un modèle de scalaire
passif conçu pour prédire l'allumage d'hydrogène avec des codes de
dynamique des fluides numériques. Ce modèle réduit significativement la
difficulté d'intégration numérique en réduisant,
par conséquent, les coûts de calcul, comparé à l'utilisation d'un
mécanisme cinétique détaillé ou réduit. En parallèle, il capture avec
précision les phénomènes physiques responsables de l'allumage, avec une
attention particulière portée aux hautes pressions.
Le cœur de la thèse se concentre sur l'allumage dans le cas de
fuites d'hydrogène à haute pression. Ces scénarios présentent de
nombreux défis, notamment la forte séparation des échelles entre la
couche de diffusion hydrogène/air et l'écoulement, rendant
les simulations numériques directes (DNS) peu pertinentes. Pour relever
ces défis, un nouveau solveur pseudo-1D a été développé, combinant des
représentations 1D et 3D à l'aide de coordonnées planes et sphériques
dans une formulation unifiée. Ce solveur a
reproduit avec succès l'écoulement pour diverses géométries et
pressions, et a été validé pour d'autres gaz sous pression. De plus, le
modèle de scalaire passif a été utilisé pour prédire l'allumage au sein
de la couche de diffusion. La méthodologie ainsi
obtenue est particulièrement efficace pour évaluer le risque d'allumage
des fuites d'hydrogène à haute pression et a permis d'étudier
l'influence de la géométrie.
Cette approche a été étendue pour prendre en compte un obstacle
placé en face de la fuite (comme dans un compartiment moteur). La
présence d'un obstacle mène à la réflexion de l'onde de choc et à son
interaction avec la couche de diffusion. La méthodologie
a été améliorée pour intégrer ces phénomènes, permettant d'évaluer
l'influence de cet obstacle. Les résultats ont révélé que le confinement
a un effet significatif pour certaines géométries et qu'il ne devrait
pas être négligé dans les analyses de sûreté.
Enfin, dans une optique d'élargissement des travaux de thèse,
l'allumage de mélanges hydrogène-ammoniac a été étudié puisqu'ils
suscitent un intérêt croissant en tant qu'alternatives à l'hydrogène
pur. Des expressions analytiques ont été dérivées pour
des cas canoniques, et une version adaptée du modèle de scalaire passif
a été développée pour modéliser efficacement l'allumage de ces
mélanges.
Jury
Nabiha Chaumeix / Directrice de recherche CNRS, ICARE / Rapporteure
Antonio Sánchez / Professeur, University of California San Diego / Rapporteur
Heinz Pitsch / Professeur, RWTH Aachen University / Examinateur
Josué Melguizo-Gavilanes / Chercheur, Shell ETCA / Examinateur
Arnaud Mura / Directeur de recherche CNRS, Pprime / Examinateur
Bruno Denet / Professeur, Aix-Marseille Université / Président du jury
Pierre Boivin / Chargé de recherche CNRS, M2P2 / Directeur de thèse
Jean-Louis Consalvi / Maître de conférences, Aix-Marseille Université / Co-directeur de thèse
