De meilleurs concepts de turbines à gaz pour améliorer l'efficacité et réduire le bruit
Les moteurs à turbines à gaz (utilisés pour la génération d'électricité et dans les chaudières domestiques pour chauffer les bâtiments) sont devenus plus écologiques au cours des dernières années. Cela a été rendu possible en mélangeant le combustible avec un excédent d'air avant de le brûler, ce qui permet d'obtenir des températures de flamme inférieures et de réduire les émissions de polluants. Cependant, cette technologie de réduction de la pollution est sujette aux «instabilités de combustion» qui peuvent aboutir à des niveaux de bruit élevés et parfois endommager les moteurs. Les chercheurs du projet TANGO (Thermoacoustic and Aeroacoustic Nonlinearities in Green combustors with Orifice structures), financé par l'UE, ont travaillé sur les moyens permettant de surmonter ces instabilités. «Dans le cadre de la recherche TANGO, nous avons voulu comprendre les interactions thermoacoustiques et aéroacoustiques dans les systèmes de combustion comme les moteurs à turbines à gaz et les chaudières domestiques qui jouent un rôle clé dans les instabilités de combustion», déclare Maria Heckl, coordinatrice du projet TANGO. Les instabilités de combustion peuvent déclencher des vibrations de pression intenses dans le moteur. Celles-ci peuvent provoquer des vibrations structurelles excessives, user certains composants de moteur et même causer des dommages catastrophiques aux chambres de combustion. «Il existe un besoin urgent de comprendre les processus physiques qui sont responsables pour que les méthodes permettant de prévoir et prévenir ces instabilités puissent être développées», dit Maria Heckl. Dans le but de progresser dans ce domaine, le projet a développé un système d'avertissement précoce capable de détecter les oscillations associées aux instabilités de combustion bien avant qu'elles n'atteignent des niveaux dangereusement élevés. Le système d'avertissement précoce a fait l'objet d'un brevet et est commercialisé par le partenaire du projet TANGO IfTA sous le nom de «IfTA PreCursor». Dans un deuxième temps, le projet a cherché à éviter ces instabilités spécifiquement dans les chaudières domestiques, qui ont généralement un échangeur de chaleur dans la chambre de combustion. Les chercheurs ont développé des modèles théoriques, qui non seulement démontrent qu'un échangeur de chaleur aux propriétés bien choisies peut supprimer les instabilités, mais peuvent aussi servir d'outil pour prédire les paramètres optimaux pour cet échangeur de chaleur. Maria Heckl s'attend maintenant à ce que Bekaert (l'un des partenaires du projet TANGO) utilise ces modèles pour créer une nouvelle génération de chaudières domestiques sans instabilités et silencieuses. Le projet a également fait progresser les connaissances scientifiques sur d'autres sujets, comme les interactions entre les plaques micro-perforées et les ondes sonores, et la possibilité ou non d'utiliser ces dernières pour réduire les niveaux de bruit au cours d'une instabilité de combustion? Par ailleurs, le projet a également pris en compte la question de l'égalité des sexes dans les sciences. Quatre des 15 chercheurs étaient des femmes et tous les participants ont reçu une formation sur les questions de genre au travail. Le projet TANGO a diffusé ses résultats par le biais de nombreux articles dans des revues scientifiques et lors de conférences internationales. Le projet s'attend à ce que ses résultats soient exploités par des scientifiques travaillant sur des questions de recherche spécifiques. Même si le projet est maintenant terminé, Maria Heckl souhaite que la recherche se poursuive. «TANGO a été un grand succès et cela a été un plaisir de coordonner ce projet. J'espère maintenant mettre en place un projet similaire pour approfondir nos connaissances en aéroacoustique et contribuer ainsi aux travaux de réduction du bruit dans l'environnement. Je vais également poursuivre mes efforts pour attirer davantage de femmes dans le domaine des sciences de l'ingénierie», conclut-elle.
Mots‑clés
TANGO, instabilités de combustion, turbines à gaz, moteurs, chaudières, efficacité énergétique, bruit, générateurs électriques
