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L'impact de l'enrichissement de l'air en azote est reporté pour : 1. la pression et la température de la chambre,

2. la combustion du n-heptane, 3. les émissions de NO_x et de CO₂

Pression et température de chambre Pour des teneurs en azote comprises entre 79, 3 %vol et 83, 0 %vol, la pression maximale de chambre (Fig.5.5) ne dépend pas de la teneur en azote du mélange initial et vaut 20, 3 bar. Elle est atteinte pour un angle de −3, 5 ° vilebrequin.

La même remarque est valable pour l'évolution de la température de chambre (Fig.5.6). La température maximale atteint 2590 K à −12, 3° vilebrequin.

La pression et la température de chambre ne sont pas aectées lorsque la teneur en azote dans l'air admis varie de 79, 3 %vol à 83, 0 %vol. Le délai d'inammation demeure quasiment inchangé. Pour la plage de composition d'air testée, l'ecacité de la combustion, c'est à dire l'énergie récupérable sur le piston via l'augmentation de pression et de température dans la chambre, apparaît constante. Ce résultat doit cependant être nuancé dans le cas d'un dopage en azote plus extrême. En eet, pour une teneur en azote de 90, 0 %vol, le pic de pression (Fig. 5.5) chute de 20, 3 bar à 18, 8 bar et la température diminue de 2590 K à 2330 K (Fig.5.6).

Figure 5.5  Pression de chambre en fonction du degré vilebrequin pour diérentes teneurs en azote dans l'air d'admission.

Figure 5.6  Température de chambre en fonction du degré vilebrequin pour dié-rentes teneurs en azote dans l'air d'admission.

Dioxyde de carbone et n-heptane La courbe de formation du dioxyde de car-bone est présentée en Figure 5.7. De nouveau, lorsque la teneur en azote dans l'air admis est comprise entre 79, 3 %vol et 83, 0 %vol, la variation de teneur en azote n'a pas d'eet et la fraction massique de CO₂ à l'échappement (c'est à dire pour 180° vilebrequin) est de 0, 115.

Figure 5.7  Fraction massique de CO₂ en fonction du degré vilebrequin pour diérentes teneur en azote dans l'air d'admission.

La consommation de n-heptane ne dépend pas du taux d'enrichissement en azote, elle a lieu entre −35, 0° vilebrequin et 13, 0° vilebrequin (Fig.5.8). La concentration quasi-nulle en CO à l'échappement (Fig. 5.9) indique que la combustion se fait de façon complète et que le carburant est entièrement oxydé en CO₂. Pour les dopage en azote compris entre 79, 3 %vol à 83, 0 %vol, la correspondance entre les courbes de consommation du carburant et de celles de formation du CO et du CO₂ indique que le bilan des réactions conduisant à l'oxydation du n-heptane ne sont pas aectées par le dopage en azote. La combustion n'est donc pas dégradée. Nous étions en mesure d'attendre un tel résultat puisque dans le modèle la combustion est pratiquement homogène.

Concernant le dopage à hauteur de 90 %vol,N₂, l'ensemble du carburant est consommé (Fig. 5.8) mais la concentration accrue de CO (Fig. 5.9) ainsi que celle, réduite, de CO₂ (Fig. 5.7), indiquent que la combustion n'est pas complète. Cette dégradation de la combustion s'explique par la composition riche du mélange qui dans ce cas ne contient pas assez d'oxygène pour conduire à l'oxydation complète du n-heptane selon la réaction suivante :

Figure 5.8  Fraction massique de n-heptane en fonction du degré vilebrequin pour diérentes teneur en azote dans l'air d'admission.

Il faut donc un rapport molaire initial entre l'oxygène et le n-heptane de 11 pour assurer la combustion complète du carburant, ce qui n'est pas le cas pour un dopage de 90 %vol,N₂.

Oxydes d'azote Les courbes de formation des oxydes d'azote (NO + NO₂) sont représentées Figure 5.10. Pour les dopages en azote compris entre 79, 3 %vol et 83 %_vol, la formation des NO_xdébute à 4° vilebrequin et la concentration nale diminue lorsque le dopage en azote augmente, chutant de 23 % lorsque la teneur en azote est portée à 83, 0 %vol par rapport à l'air non dopé. Concernant le dopage à hauteur de 90 %_vol, les émissions de NO_x sont pratiquement nulles.

Le dopage en azote pourrait agir via un eet de dilution qui modierait la capacité calorique du mélange et ralentirait le mécanisme de formation thermique des NO_x, néanmoins l'azote et l'oxygène présentent des capacités caloriques voisines et cette explication est écartée par Röpke & al. [17]. Cette assertion est d'ailleurs vériée puisque, tant que la quantité d'oxygène en présence est susante pour garantir la combustion complète du carburant, les prols de température demeurent identiques (Fig. 5.6).

Les fractions massiques initiales et nales du N₂ sont présentées en Table 5.5. Pour 100 kg de mélange dans le réacteur, nous aurions respectivement :  pour l'air non dopé, 0,516 kg de N₂ converti au cours des réactions,

 pour l'air dopé à 81 %vol,N₂, 0,468 kg de N₂ converti au cours des réactions,  pour l'air dopé à 83 %vol,N₂, 0.397 kg de N₂ converti au cours des réactions. Ces résultats indiquent que quantitativement, il y a moins d'azote impliqué dans

Figure 5.9  Fraction massique de CO en fonction du degré vilebrequin pour dié-rentes teneur en azote dans l'air d'admission.

Figure 5.10  Fraction massique de NO_x en fonction du degré vilebrequin pour diérentes teneur en azote dans l'air d'admission.

Table 5.5  Fraction massique initiale et nale de l'azote). air non dopé 81 %vol,N₂ 83 %vol,N₂

fraction massique de N₂ initiale 0,74137 0,75918 0,78024 fraction massique de N₂nale 0,73621 0,75450 0,77627

les réactions quand le dopage augmente. La substitution d'une partie de l'oxygène par de l'azote dans le mélange initial se fait donc ressentir sur les mécanismes de formation des NO_x.

Par ailleurs, nous avons représenté la fraction massique de l'ensemble de ces es-pèces pour l'air non dopé (Fig.5.11) ainsi que la variation de ces fractions massiques lorsque le dopage en azote est de 81 %vol et 83 %vol (Fig. 5.11). Les espèces majo-ritaires, c'est à dire celles dont la concentration est supérieure à 1 ppm2, sont NO, NO₂ et HONO. Nous observons que lorsque l'air est dopé en azote, la concentration de ces espèces diminue tandis que celle d'espèces minoritaires augmente tout en res-tant inférieure à 1 ppm. La diminution des émissions de NO_x s'accompagne d'une modication des concentrations des espèces azotées qui se fait au bénéce de la for-mation de plusieurs espèces initialement minoritaires et qui demeurent minoritaires (Fig. 5.11).

Remarque : Notons que certaines de ces espèces, comme par exemple l'ammoniac NH₃ou le cyanure d'hydrogène HCN, présentent un impact sanitaire non négligeable. La fraction massique de HCN à l'échappement pour de l'air dopé à 83 %vol,N₂ vaut 3, 62 × 10⁻¹⁷. Pour un débit d'échappement indicatif de 400 kg/h, la dose de HCN émise correspondrait à 1, 5 × 10−14 kg/h. Le seuil de létalité du cyanure étant de 0, 56 mg/kg [116], pour un nourrisson de 3 kg la durée d'exposition létale serait de l'ordre de 108 heures, soit 11500 ans. De plus le cyanure, à faible concentration, est très bien éliminé par l'organisme, il n'y a donc pas d'accumulation [117]. On peut donc considérer comme inoensive l'augmentation des émissions de cyanure dans les proportions induites par le dopage à l'azote.