Caractérisation de traceurs fluorescents pour l'étude non-intrusive du mélange et de la température lors d'une injection d'hydrogène dans une enceinte fermée

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Caractérisation de traceurs fluorescents pour l’étude non-intrusive du mélange et de la température lors d’une injection d’hydrogène dans une enceinte fermée

Dans le cadre de la transition vers les énergies renouvelables et leur nature intermittentes, l’hydrogène apparait comme un des vecteurs énergétiques les plus intéressants. La compréhension du processus de formation du mélange suite à une injection directe d’hydrogène à haute pression que l’on peut retrouver dans le cas d’un moteur à combustion ou d’une fuite incontrôlée d’un système de stockage, représente un important verrou technique.

IFPEN développe des diagnostics optiques qui permettent de caractériser les écoulements gazeux de façons non intrusives, notamment la fluorescence induite par laser (Laser Induced Fluorescence, LIF). Cette technique se base sur la propriété de certaines molécules, des traceurs, d’émettre des photons suite à l’excitation induite par un laser. Cette technique permet de déterminer la concentration de certaines espèces et la température dans le cas, par exemple, de jets gazeux. Cependant, la réponse lumineuse de ces traceurs dépend aussi des conditions thermodynamiques, et cette dépendance doit être connue finement pour obtenir des mesures quantitatives.

De plus, la technique de LIF, étant historiquement développé pour des carburants traditionnels, doit aujourd’hui être adaptée aux propriétés physiques de l’hydrogène et aux plages de température liées à son utilisation.

Les travaux de ce stage ont pour objectif de tester différents traceurs fluorescents et de caractériser leurs réponses de fluorescence en fonction de conditions de température et de pression associées à l’injection et à la combustion d’hydrogène. Ces essais se feront dans un moyen expérimental dédié à la caractérisation de traceurs fluorescents. L’analyse des résultats permettra d’identifier le traceur candidat le plus adaptés aux mesures in-situ et d’identifier les incertitudes liées aux mesures.

Au cours du stage, l’étudiant va, avec l’aide du personnel de laboratoire IFPEN, participer à la mise en place du système de caractérisation, réaliser les essais et analyser les résultats. 

Dans ce cadre, le stage proposé sera structuré en cinq phases : 

1. Phase d’instruction bibliographique permettant de compléter la liste des possibles traceurs à tester.
2. Mise en place du système expérimental, avec l’aide du personnel de laboratoire IFPEN, basé sur un système d’évaporation des traceurs, une cellule optique contrôlée en température, et un laser Nd :YAG. Tout le matériel est déjà disponible dans le laboratoire.
3. Première phase expérimentale de caractérisation des traceurs et analyse de leur réponse en mélange binaire (e.g. traceur/azote)
4. Deuxième phase expérimental des traceurs en mélange ternaire (e.g. azote + un couple de traceurs). Cette phase permettra identifier de possibles effets d’interaction (cross-talk) entre les différents traceurs
5. Phase d’exploitation et d’analyse des résultats qui sera réalisée en parallèle des phases expérimentales

Le/a candidat/e travaillera au laboratoire de diagnostiques optiques (R108).

Profil recherché :

Master 2 (Bac+5) ou dernière année d’école d’ingénieur motivé pour mener des travaux de recherche et développement sur l’hydrogène.

• Des compétences en Optique et/ou en Mesure et expérimentation et/ou en Mécanique des fluides seraient appréciés.
• La maîtrise des outils de programmation et de traitement du signal (Matlab et / ou Python, etc. ) seront nécessaires
• Aptitude à travailler en équipe et à communiquer sur son travail.

Mots-clefs : Optique, Fluorescence Expérimentation, Hydrogène...

Lieu du stage : Rueil-Malmaison