Dans le Hall Carnot du laboratoire PRISME de l’université d’Orléans, une équipe travaille sous la direction de Christine Rousselle à l’étude d’un moteur thermique à l’ammoniac. Il pourrait équiper camions, navires ou les groupes électrogènes.
Dans les cellules d’essais d’un laboratoire, sur le campus de l’université d’Orléans, tournent des moteurs qui carburent à l’ammoniac. Un « carburant » qui présente le triple avantage d’être facile à stocker et à transporter, et qui ne rejette que de l’eau et de l’azote. Le carburant de l’avenir donc ? « Pas si simple, car le moteur à ammoniac nécessite des équipements complexes en amont pour préparer l’injection et en aval pour traiter les émissions polluantes à l’échappement » explique Christine Rousselle, docteure en mécanique énergétique et enseignante-chercheuse à l’université d’Orléans. Avec une équipe d’enseignants-chercheurs, ingénieurs et doctorants, elle analyse tout le processus de l’injection, à la combustion et l’optimisation jusqu’aux émissions au sein du laboratoire PRISME (laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes Mécaniques Énergétiques).
Chambre à haute pression
« L’utilisation de l’ammoniac comme combustible a été relancée par des chercheurs japonais pour des applications de turbine à gaz. En 2017, un collègue universitaire belge, Francesco Contino, nous a convaincu, mon collègue Pierre Bréquigny et moi-même, de nous lancer aussi dans l’aventure de l’ammoniac comme carburant de demain », ajoute Christine Rousselle.
Dans les cellules d’essais du laboratoire PRISME, deux bancs moteurs sont dédiés à l’ammoniac, et deux autres à l’hydrogène. Christine Rousselle, avec l’aide de Camille Hespel, animatrice de l’axe Énergie, Combustion, Moteurs de ce laboratoire utilise également une chambre à haute pression et haute température pour étudier finement la vaporisation de l’ammoniac. D’autres dispositifs expérimentaux permettent d’étudier les caractéristiques fondamentales de la combustion de l’ammoniac seul ou mélangé avec d’autres combustibles, comme l’hydrogène ou le biogaz. Ces dispositifs expérimentaux existent grâce à l’expertise de l’un de ses collaborateurs, Bruno Moreau, l’âme technique de ce laboratoire.
« Nous devons intégrer plusieurs contraintes par rapport aux carburants conventionnels, poursuit Christine Rousselle. L’ammoniac ne s’enflamme pas aussi facilement que l’essence ou le diesel, il nécessite un taux de compression plus élevé, la propagation de la flamme est différente et surtout, selon les points de fonctionnement, il peut rejeter du monoxyde et du protoxyde d’azote, le fameux gaz hilarant, grand destructeur d’ozone, qu’il faut donc éviter à tout prix. »
Équipements de grande taille
Les travaux de recherche portent sur la caractérisation des différentes phases, depuis l’injection jusqu’à l’échappement en passant par la combustion, de façon à enrichir des bases de données expérimentales et faire ainsi progresser les connaissances au profit de la communauté scientifique internationale, pas uniquement pour les moteurs à combustion interne, mais aussi pour des brûleurs comme ceux qu’on rencontre dans les turbines à gaz.
« Le moteur à ammoniac me semble peu envisageable pour les véhicules particuliers, estime Christine Rousselle, principalement liée aux normes drastiques liées à sa toxicité. En revanche, il pourrait être utilisé sur des équipements de grande taille comme les navires, les engins de chantier ou des groupes électrogènes et bien sûr dans les turbines à gaz. »
Des perspectives que les chercheurs orléanais envisagent sous un PRISME très favorable.
Bruno Goupille
Un symposium mondial l’an prochain à Orléans
Considéré comme l’un des futurs grands moyens énergétiques de décarbonisation de l’économie mondiale, l’ammoniac a fait l’objet d’un premier symposium début septembre à Cardiff (Pays de Galles). Plus de 300 chercheurs et experts du monde entier y ont participé.
La deuxième édition de ce forum international sur l’ammoniac en tant qu’énergie d’avenir aura lieu à Orléans, dans les locaux de Polytech, du 11 au 13 juillet 2023.
