L’Onera teste la chambre de combustion du futur

Le centre de recherche français en aéronautique et spatial, l’ONERA, teste de nouvelles architectures de brûleurs afin de rendre les avions moins polluants. Principale cible : les oxydes d’azote (NOx).

NOx. Le nom, déjà, ne respire pas la santé. « Les oxydes d’azote détruisent la couche d’ozone, provoquent des pluies acides et causent de l’asthme », résume Christian Guin, ingénieur de recherche à l’Onera. A Palaiseau (Essonne), le banc d’essai M1 est consacré aux chambres de combustion de demain, qui devront rejeter beaucoup moins de NOx. L’objectif 2020 fixé par le comité Acare de la recherche aéronautique européenne est une réduction de 80 %, par rapport à 2000.

Le plus difficile n’est pas de seulement diminuer les émissions de NOx, c’est surtout de le faire sans accroître les autres émissions. D’autres effluents, comme le monoxyde de carbone (CO), ont en effet tendance à être produits en plus grande quantité quand celle de NOx décroît. La faute aux lois de la chimie.

L’objectif premier reste de consommer le moins de carburant possible. Pour un rendement thermique maximal, donc, de la chambre de combustion, on recherche de hautes températures. On atteint ainsi aujourd’hui dans la chambre des températures allant jusqu’à plus de 1700°C à pleine puissance (40 MW). La combustion est très complète et la quantité de CO produit minimale.

Mais les NOx se forment d’autant plus facilement que la température sont élevés.

Faut-il alors limiter la température ? Oui, mais dans des proportions limitées. Il faut conserver une combustion complète. Sinon, gare au rendement moindre et aux rejets de CO supérieurs. Christian Guin parle de températures maximales, à l’avenir, de l’ordre de 1550°C.

On peut aussi jouer sur le mélange air-carburant. On a ainsi essayé plusieurs manières de combiner les avantages d’une combustion riche (qui assure une combustion stable) et d’une combustion pauvre (faible consommation, faible production de NOx). Par exemple, des chambres de combustion où deux zones coexistent – une riche, une pauvre. Des moteurs dotés de tels dispositifs volent mais des inconvénients sont apparus avec le temps. Le profil de température est irrégulier et les aubes de turbine, situées en aval, en souffrent, explique Christian Guin.

Dernière idée en date : des brûleurs à deux zones. Chaque brûleur comporte en son centre une zone riche dont le rôle est comparable à la veilleuse d’une gazinière. La « veilleuse » brûle un mélange riche et assure ainsi une combustion stable. Elle « allume » la zone pauvre située autour, en couronne. Puisqu’une chambre comporte une trentaine de brûleurs, disposés en anneau, on assure aussi un profil régulier de température.

Mais le nouveau système est très pointu, souligne Christian Guin. Sur le banc M1, les ingénieurs s’efforcent de trouver le bon réglage. « Il faut maîtriser l’interférence entre la ‘veilleuse’ et la zone pauvre autour, » précise Christian Guin. Trop d’interférence limiterait le gain en termes de pollution. Pas assez, et des problèmes d’allumage apparaissent.

Plusieurs tests ont déjà été réalisés sur une rangée de quatre brûleurs. Le prochain sera l’essai « en dépression », qui simule le rallumage en altitude. Le motoriste Snecma envisagerait un démonstrateur (une chambre complète, par exemple) pour dans trois ou quatre ans.

Thierry Dubois