Résultats et discussions pour le p-cymène

Les vitesses fondamentales de flamme laminaire de prémélanges p-cymène/air sont présentées dans cette partie. De la même manière que pour les deux carburants précédents, les trois constantes de la corrélation en loi de puissance estimant les vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse et de la température sont déterminées à l’aide de la méthode des moindres carrés en utilisant un algorithme génétique (Goldberg, 2009). Les valeurs de ces constantes sont données dans le Tableau III.3.

- 175 -

Figure III.31. Vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse : résultats expérimentaux du limonène à 453 K comparés à ceux du JP-10 (Parsinejad et al. 2006)

à 450 K, à ceux du n-décane (Kumar Sung 2007) à 470 K ainsi qu’aux valeurs numériques du JP-10 et du n-décane à 453 K.

Coefficient a ₁ a ₂ 

Valeur 0, 47 2, 36 1, 91

Tableau III.3. Constantes de la corrélation en loi de puissance donnant la vitesse fondamentale de flamme de mélanges p-cymène/air.

- 176 -

Figure III.32. Vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse pour différentes températures de mélange p-cymène/air. Symboles : résultats expérimentaux,

lignes continues : corrélations.

La Figure III.32 présente les vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse de mélanges p-cymène/air pour différentes températures initiales ainsi que les corrélations associées. On remarque que ces corrélations sont une bonne approximation des vitesses expérimentales avec un coefficient de détermination 2

0.9929

R  . Les vitesses fondamentales de flamme des mélanges p-cymène/air, tout comme celles des prémélanges créés avec les deux autres COV, évoluent en forme de cloche et augmentent avec l’augmentation de la température de préchauffage.

Contrairement aux deux autres carburants, le maximum n’est pas à  1,1 pour toutes les températures, il se décale en effet vers  1, 2 pour les températures élevées. Une tendance similaire est observée pour l’éthylbenzène par Marshall et al. (2011). Il est intéressant de signaler que ce n’est pas le cas pour les vitesses de flamme non-étirées (i.e. avant multiplication par le facteur d’expansion) où les vitesses sont maximales à

- 177 - 1,1

  quelle que soit la température initiale. On note ici encore un comportement différent du p-cymène par rapport aux deux autres COV ; ce composé présente en revanche des valeurs de vitesses du même ordre de grandeur, et parfois même légèrement supérieures, que celles de l’-pinène et du limonène. En effet, et par exemple à 373 K, le maximum est atteint avec 46,9 cm/s pour les mélanges  -pinène/air, avec 47,0 cm/s pour le p-cymène et avec 50,0 cm/s pour le p-cymène.

Les valeurs obtenues pour le p-cymène sont ici comparées, à et aux alentours de 398 K, à des valeurs expérimentales de différentes molécules ayant des masses molaires assez proches de celles du p-cymène. Marshall et al. (2011) donnent les vitesses de mélanges iso-octane/air et éthylbenzène/air à 398 K à l’aide d’une corrélation. L’iso-octane est un hydrocarbure de formule brute C8H18 et l’éthylbenzène un composé organique aromatique de formule brute C8H10.

La Figure III.33 présente les vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse du p-cymène à 398 K, de l’iso-octane à 398 K, de l’éthylbenzène à 398 K et du n-décane à 400 K. Cette Figure montre que les flammes laminaires de prémélange d’éthylbenzène sont en bon accord avec nos valeurs expérimentales aux richesses 1, 1,1 et 1,2. Avant ces richesses, i.e. pour les mélanges pauvres, elles sous-estiment les valeurs du p-cymène et les surestiment aux richesses supérieures à 1,2. Les valeurs de l’iso-octane sont très proches de celles du p-cymène à la richesse 1,4 et inférieures pour les autres richesses. Les valeurs du n-décane de Singh et al. (2011) surestiment les valeurs du p-cymène jusqu’à  1,1et les sous-estiment pour les richesses supérieures, les valeurs à  1,1;1, 2 et 1,3 étant proches pour ces deux composés. Remarquons ici que la vitesse fondamentale de flamme maximale est atteinte à la stœchiométrie pour le n-décane, à  1,1 pour l’iso-octane et à  1, 2 pour l’éthylbenzène et le p-cymène.

- 178 -

Figure III.33. Vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse : résultats expérimentaux du p-cymène à 398 K comparés à ceux de l’iso-octane à 398 K (Marshall

et al. 2011), à ceux de l’éthylbenzène à 398 K (Marshall et al. 2011) et à ceux du n-décane à 400 K (Singh et al. 2011).

Comme nous l’avons vu dans le Chapitre précédent, le p-cymène est l’un des composés majoritairement émis par Thymus vulgaris et le pic d’émission se situe autour de 450 K. A cette température, la Figure III.34 illustre les vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse du p-cymène, de l’-pinène et du limonène obtenues grâce aux corrélation empiriques développées ci-avant et celles du n-décane et du JP-10 obtenues par simulations numériques. Il est intéressant de comparer ici les valeurs obtenues expérimentalement pour le p-cymène à celles des deux autres COV et à des simulations effectuées pour des molécules proches.

- 179 -

Figure III.34. Vitesses fondamentales de flamme en fonction de la richesse : corrélations issues des résultats expérimentaux du p-cymène, de l’-pinène et du limonène à 450 K comparées aux résultats issus de simulations du n-décane et du JP-10

à 450 K.

La Figure III.34 montre que nos mesures sont proches des valeurs simulées du n-décane pour des richesses autour de la stœchiométrie et sont en très bon accord avec les valeurs simulées du JP-10 pour les mélanges riches. En ce qui concerne les mélanges pauvres, nos mesures sont en meilleur accord avec les simulations du JP-10 qu’avec celles du n-décane. Comme déjà évoqué précédemment, les valeurs de l’-pinène et du limonène sont très proches pour toutes les richesses, l’écart le plus grand étant de 3 % obtenu à  0,8. Les valeurs les plus élevées quelle que soit la richesse sont celles du JP-10, issues des simulations avec le mécanisme de San Diego ; notons néanmoins que la valeur à  1, 4 est en bon accord avec celle du p-cymène. Remarquons également qu’aux richesses 0,8 ; 0,9 et 1 les valeurs de l’-pinène, du limonène et du p-cymène sont très proches, le p-cymène ayant des vitesses supérieures à celles des deux autres pour les mélanges riches. Signalons aussi qu’à la stœchiométrie l’-pinène, le limonène, le p-cymène ainsi que le n-décane ont des valeurs quasi-égales. Le n-décane est très

- 180 -

proche de nos valeurs expérimentales de l’-pinène et du limonène aux richesses 1;1,1;1, 2 et 1,3 et a des valeurs plus faibles aux autres richesses. Concluons avec un mot sur l’écart relatif entre les vitesses obtenues pour le p-cymène et celles de l’ -pinène. Cet écart s’élève à environ 20 % aux températures 373, 398, 423 et 453 K pour les mélanges riches.

Les vitesses fondamentales de flamme de trois COV sont données ici pour la première fois. La disponibilité d’un schéma cinétique détaillé de la combustion de ces COV permettrait de simuler finement la combustion de ces COV et ainsi d’améliorer les modèles de propagation des feux de forêts, voire de prendre en compte les AFF dans ces modèles.