Modélisation et expérimentation des moteurs à combustion fonctionnant avec différents carburants de substitution et mélanges

Rachid Maamri a soutenu sa thèse en ingénierie

Le blogue d’information En Tête présente le résumé de la thèse de doctorat en ingénierie de Rachid Maamri, intitulée «Modélisation et expérimentation des moteurs à combustion fonctionnant avec différents carburants de substitution et mélanges».

Rachid Maamri, étudiant. (Photo Daniel Jalbert)

L’inventeur du moteur à combustion interne à allumage par compression, l’allemand Rudolf Diesel était mû par la volonté de remplacer la machine à vapeur fonctionnant au  charbon par un moteur alimenté par des carburants d’origine fossile avec un rendement plus élevé et aussi plus propre. Ces considérations demeurent d’actualité aujourd’hui plus qu’hier. La volonté du législateur en matière de respect de l’environnement a obligé l’industrie automobile de se pencher sur d’autres sources d’énergie moins polluantes ou autres que les hydrocarbures et aussi sur l’optimisation des moteurs de nos véhicules.

Dans l’attente de la généralisation de motorisations encore moins polluantes (moteurs fonctionnant à l’hydrogène, pile à combustible, véhicule électrique, etc.), les moteurs alimentés par des carburants de substitution représentent une alternative intéressante au moteur fonctionnant avec les carburants conventionnels (essence et carburant diesel).

L’objectif de cette thèse consiste à évaluer le potentiel d’utilisation du gaz naturel et d’hydrogène à l’état pur et en mélanges dans les moteurs à combustion interne, ainsi que le potentiel du moteur à combustion externe.

Le sujet de recherche abordé dans ce mémoire marque le début d’une collaboration entre trois équipes de recherche de trois universités: l’Université de Québec à Trois Rivières Canada, l’Université Polytechnique de Kharkov Ukraine et l’Université Nationale de l’Automobile et des Ponts et chaussées de Kharkov Ukraine. Lors de mon premier stage qui s’est déroulé à l’Université Polytechnique de Kharkov, la recherche étant axée sur l’utilisation de l’hydrogène à l’état pur dans les moteurs à combustion interne et sur l’élaboration d’un modèle d’optimisation du moteur à combustion externe. Un modèle mathématique de la phase combustion-détente dans un moteur fonctionnant à l’hydrogène a été réalisé et des tests sur un nouveau concept de moteur à combustion externe ont été effectués. Au cours du deuxième stage qui a eu lieu à l’Université Nationale de l’Automobile et des Ponts et chaussées de Kharkov, l’aspect expérimentation du moteur constituait la ligne directrice parallèle au premier stage. Ainsi, tests et calculs ont été réalisés pour un moteur fonctionnant avec du gaz naturel à l’état pur et un autre alimenté par un mélange gaz naturel/hydrogène. Ainsi, une méthode de calcul de la composition d’équilibre des produits de combustion du moteur à gaz à l’aide de la méthode Zeldovitch-Polarny a été élaborée et comparée avec les données expérimentales. Des tests expérimentaux d’un moteur à gaz converti à partir d’un moteur Diesel ont été réalisés et un modèle mathématique basé sur le modèle de Wiebe avec le calcul précis du paramètre de la combustion m a été élaboré. On a réalisé aussi des tests sur un moteur à gaz naturel avec ajout constant d’hydrogène et élaboré des cartographies pour le système de gestion avec microprocesseur de ce même moteur. Une approche analytique basée sur le modèle de Wiebe a été élaborée et des tests sur un moteur à petite cylindrée fonctionnant avec le mélange du gaz naturel comprimé et d’hydrogène ont été réalisés.

Ce mémoire est le fruit de travaux résultant de ce partenariat et constitue la fondation d’un axe de recherche porteur qui sera certainement poursuivi.

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Thèse de doctorat en ingénierie soutenue le 21 novembre 2014

De gauche à droite : Demagna Koffi, Ph. D., Yves Dubé, Ph. D., Walid Ghie, Ph. D. et Rachid Maamri, étudiant. (Photo Daniel Jalbert).

Jury d’évaluation

M. Yves Dubé, Ph. D., directeur de recherche
Professeur
Université du Québec à Trois-Rivières

M. Toubal Lotfi, Ph. D., codirecteur de recherche
Professeur
Université du Québec à Trois-Rivières

M. Demagna Koffi, Ph. D., président du jury
Professeur
Université du Québec à Trois-Rivières

M. Walid Ghie, Ph. D., évaluateur externe
Professeur
Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue