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Sur le plan théorique, d’importants travaux de développement de modèles ont été effectués durant ces dernières années.

Dans notre démarche, nous séparons la modélisation purement physique destinée à la simulation du comportement dynamique des arcs en conditions non-réactives, de la modélisation thermochimique en conditions réactives. 

La modélisation physique de la dynamique des arcs a été largement traitée sur la période écoulée. Toute son originalité réside dans l’emploi d’une approche de type CFD-MHD en régime instationnaire. Elle a permis, à la fois, de simuler avec une grande précision le comportement spatio-temporel des décharges à forts courants triphasés et celui des décharges à faibles courants se situant dans la région de transition à pression atmosphérique et haute pression, types de décharges peu documentés dans la littérature. Les résultats théoriques ont été continuellement validés par voie d’expérience à l’aide d’analyses vidéo réalisées par  caméra ultra-rapide.

Ces travaux ont conduit principalement à démontrer qu’un plasma est à la fois une source d’enthalpie mais aussi une source de quantité de mouvement (momentum) du fait de l’action des forces électromagnétiques (apparition de jets aux électrodes et effets de déformation de Lorentz des colonnes chargées), et que cette double caractéristique doit impérativement être prise en compte pour ajuster le calcul des champs de vitesses et températures du milieu selon une approche fluide.

Concernant la modélisation thermochimique des plasmas réactifs C, H, O, N, des modèles de complexité croissante ont été développés au cours des cinq dernières années. Nous avons, tout d’abord, étudié et adapté des modèles simples de types thermodynamique, cinétique 0D et cinétique 1D plug flow pour simuler des procédés de conversion thermochimique tels que le reformage d’hydrocarbures pour la production embarquée d’hydrogène. Puis, nous avons progressivement élaboré des modèles de complexité croissante couplant cinétique et CFD 2D pour simuler des procédés tels que la gazéification de déchets solides et liquides dans des réacteurs à flux entrainé. Nos recherches les plus récentes portent, quant à elles, sur le développement de modèles couplant cinétique et CFD 3D avec prise en compte de la formation et du transport de particules solides en phase gaz ainsi que de leur influence sur les échanges radiatifs intra-réacteur (passage d’un milieu optiquement mince à un milieu optiquement épais) pour simuler notamment des procédés de craquage, de synthèse et de combustion assistée.

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