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Stratégie

Un nouveau système microfluidique pour une meilleure combustion et moins de pollution

Des chercheurs du Laboratoire de génie des procédés - environnement - agroalimentaire (Gepea)1 et du Laboratoire de thermique et énergie de Nantes (LTEN)2 ont mis au point un procédé de fabrication d’émulsions en ligne et sans surfactant3, pour alimenter en carburant des chaudières industrielles et des moteurs. Ce projet a bénéficié du soutien du programme de prématuration du CNRS.

Depuis son apparition au début des années 2000, la microfluidique poursuit un remarquable essor. Les systèmes microfluidiques sont aujourd’hui des outils polyvalents, très largement utilisés en recherche & développement et dans l’industrie, notamment en tant que mélangeurs ou réacteurs. Mais le débit conventionnellement admis par ces dispositifs reste lent, de l’ordre du millilitre par minute. Un postulat que des chercheurs du Laboratoire de génie des procédés - environnement - agroalimentaire (Gepea)1 et du Laboratoire de thermique et énergie de Nantes (LTEN)2 ont bouleversé dans le cadre du projet MicroSphere, soutenu par le programme de prématuration du CNRS. Associées au sein du Pôle d'excellence de la recherche ligérienne en énergie4, les équipes ont conjugué leur expertise respective pour développer un nouveau procédé d’émulsification3, capable d’alimenter en continu, et avec des débits allant à ce jour jusqu’à 500 mL par minute, des chaudières ou des moteurs industriels au moyen d’une émulsion d’eau dans l’huile.

Démarrés en 2010, les travaux du Gepea sur le régime d’écoulement de mélanges liquide/liquide et d’émulsions ont ainsi trouvé un écho auprès de ceux du LTEN sur la caractérisation de la microexplosion. Bien connu des motoristes, ce phénomène intervient lors de la combustion d’émulsions d’eau et de carburant injectées dans la chambre d’une chaudière. « L’eau liquide y change rapidement de phase pour devenir gazeuse. Ceci fragmente les gouttelettes d’émulsion et, au final, améliore la combustion du carburant, tout en réduisant le taux de suies et d’oxydes d’azote générés », explique Agnès Montillet, chercheuse au Gepea. L’intensité du phénomène est ainsi soumise à la concentration en eau et à la taille moyenne des gouttelettes dispersées.

Les chercheurs ont développé plusieurs versions du microsystème fluidique : ils en ont optimisé les dimensionnements et la structure en fonction de la phase lipidique utilisée pour l’émulsion (huile végétale, gazole, graisse animale). Des tests réalisés sur un moteur Diesel avec accès optique, au sein de l’Istituto Motori de Naples, ont confirmé l’intérêt du procédé : capable de fonctionner en ligne, sans apport de surfactant, ou en discontinu, avec un très faible apport de surfactant, il permet au système de combustion d’être moins polluant. Celui-ci produit effectivement moins de suies et d’oxydes d’azote que lors de l’emploi de gazole seul. Un constructeur de chaudières industrielles, basé dans le sud-ouest de la France, s’intéresse aujourd’hui au procédé et un projet de maturation avec la SATT Ouest Valorisation est en cours de montage.

 

1 CNRS/Université de Nantes/ONIRIS Nantes/Institut Mines-Télécom.

2 CNRS/Université de Nantes.

3 Brevet en copropriété CNRS/Université de Nantes déposé le 17/12/2015.

4 Projet PERLE 2 financé par la Région « Pays de la Loire ».

 

Contacts :

Agnès Montillet / Laboratoire de génie des procédés - environnement - agroalimentaire / agnes.montillet@univ-nantes.fr

Jérôme Bellettre / Laboratoire de thermique et énergie de Nantes / jerome.bellettre@univ-nantes.fr

Saïd Essabaa / Direction de l’innovation et des relations avec les entreprises CNRS / said.essabaa@cnrs-dir.fr