Choix des paramètres d’étude

Richesse

Dans cette étude, il a donc été décidé d’expérimenter l’EMI de mélanges -pinène/benzène/air à une température constante de 347 K. L’air utilisé pour les expérimentations est de l’air synthétique de composition : 20 % d’O2 et 80 % de N2 (CO et CO2 < 1 ppm, H2O < 3 ppm,

CnHm < 0,1 ppm). Les combustibles utilisés sont de l’ -pinène et du benzène achetés purs à 98%

dans le commerce (Sigma Aldrich). L’EMI varie en fonction de la richesse, nous obtenons ainsi des EMI plus grandes près des LII et LSI avec un minimum entre ces deux valeurs. Lorsque l’on trace l’EMI en fonction de la richesse, on obtient de ce fait une courbe en forme de « U ». Pour nos expérimentations, nous avons choisi de faire varier la richesse entre 0,7 et 1,5. Étant donné que nous nous attendons à avoir des mélanges plutôt pauvres en COV (richesse < 1,1), nous nous sommes concentrés sur ces derniers en expérimentant les valeurs suivantes : 0,7 ; 0,9 ; 1,1 et 1,5. Nous avons ainsi une bonne représentation des mélanges pauvres et des mélanges riches. Au- dessous de 0,7, nous approchons la LII et il aurait été difficile d’enflammer le mélange et au- dessus de 1,5 les mélanges sont trop riches pour notre cas d’étude.

Énergie incidente du laser :

Ces expérimentations ont été réalisées pour deux énergies incidentes de laser (25 et 33 mJ). Le choix des deux énergies incidentes a été fait en fonction d’une précédente étude menée par Rudz et al. (2014) avec laquelle nous pourrons faire une comparaison et dans laquelle il a été déterminé que, pour l’ -pinène, les énergies incidentes de laser situées aux alentours de 33-40 mJ sont favorables à une probabilité d’allumage différente de 0 et 100 % (Fig. III.8). En dessous de cette gamme d’énergie, il n’y aurait quasiment aucun allumage et au-dessus l’allumage serait quasiment systématique. Dans les deux cas, il aurait été difficile d’étudier la probabilité d’allumage en fonction de nos différents paramètres vu qu’elle ne varierait pas. En dehors de l’avantage à pouvoir comparer la probabilité d’allumage des différents mélanges, il a été trouvé que le minimum des EMI est obtenu pour les énergies incidentes d’allumage les plus faibles. Pour obtenir le minimum des EMI, il est donc conseillé d’utiliser les énergies incidentes dont la probabilité d’allumage se rapproche de 0%.

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Fig. III.8. Probabilité d’allumage en fonction de l’énergie incidente (Rudz et al. 2013) Grâce à des tests préliminaires nous avons considéré que la plage la plus favorable pour notre mélange se situe autour de 30 mJ. Nous avons ainsi choisi deux énergies incidentes à 25 et 33 mJ. Avoir choisi 33 mJ nous permettra de comparer ces résultats avec l’étude de Rudz et al. (2014) et 25 mJ sera favorable pour trouver une EMI plus faible.

Proportion des combustibles

Le dernier paramètre qu’il nous semblait intéressant de faire varier est la proportion des deux combustibles car, selon les cas dans lesquels on se place lors d’un feu de forêt, le benzène représentatif des fumées aura une place plus ou moins importante par rapport à l’ -pinène représentatif des COVb. Ainsi, si nous nous plaçons dans le cas d’un versant opposé au front de flamme, nous aurons peu de benzène car nous serons loin des fumées. Le rayonnement, lui, contrairement aux fumées, traversera la vallée pour chauffer et pyrolyser les plantes, nous aurons donc une forte présence de COVb. Si nous nous plaçons maintenant dans une cuvette propice à la création d’une bulle thermique, nous pouvons avoir toutes les proportions imaginables selon les mouvements d’air chauds qui influeront sur la trajectoire des fumées et le dégagement de COVb. La littérature possède déjà des résultats pour l’ -pinène pur et le benzène pur et nous avons opté pour l’analyse des proportions intermédiaires d’ -pinène/benzène, respectivement 20-80 % et 50-

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50 %. Dans un travail futur, la proportion comprenant 80 % d’ -pinène et 20 % de benzène sera étudiée.

III.1.5. Protocole expérimental

Afin de dépendre le moins possible des conditions extérieures, un protocole a été mis au point pour l’utilisation du laser. Ainsi, après avoir fait le vide dans la chambre de combustion, nous l’a remplissons à nouveau avec de l’air synthétique avant de refaire le vide une deuxième fois pour éliminer les gaz et l’humidité résiduels. Dans l’étape suivante, nous prélevons les volumes de combustibles qui seront dans notre cas l’ -pinène et le benzène. Ceux-ci ont été calculés au préalable en fonction des différents paramètres. Les volumes de COV prélevés sont ensuite injectés à travers le septum de la chambre de combustion. Nous complétons ensuite notre mélange en injectant l’air synthétique jusqu’à atteindre 1 bar au sein de la chambre. L’air synthétique est injecté à environ 2 L/min depuis une bouteille sous pression raccordée à la seconde entrée de gaz (Fig. III.5. (13)). Théoriquement, à la température de 347 K notre mélange est entièrement sous forme gazeuse mais, par précaution, après chacune des injections, une vérification des pressions partielles est effectuée par l’intermédiaire du manomètre différentiel (Fig. III.5 (8)). Nous comparons ainsi la pression partielle du manomètre à la pression théorique que nous devions obtenir. Pour nous faciliter la tâche, un calcul des pressions partielles à obtenir en fonction des différentes richesses et proportions a été effectué. Une fois que les pressions partielles ont été vérifiées le dispositif est prêt pour une série de tests, des pulses laser sont alors envoyés et il reste à comptabiliser les claquages et les allumages. Les différents cas qui se présentent sont les suivants :

- L’énergie absorbée par le mélange est presque nulle et on n’observe rien visuellement - L’énergie est suffisante pour observer un claquage mais il n’est pas suffisant pour

provoquer un allumage

- L’énergie est suffisante pour observer un claquage et mener à l’inflammation du mélange S’il n’y a pas d’allumage, on garde le même mélange dans la chambre de combustion jusqu’à 10 tirs maximum pour que l’énergie apportée par le laser ne puisse pas modifier de façon conséquente le mélange initial. Chaque série de tests comporte 50 tirs. Comme nous comptons

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quatre richesses et deux énergies incidentes pour chacune des deux proportions de COV, l’EMI et la probabilité d’allumage sont ainsi évaluées sur 400 tirs.