Pau - Mathématiques : CAGIRE, un projet pluridisciplinaire pour améliorer le refroidissement des chambres de combustion des moteurs aéronautiques
Dans la phase de conception des chambres de combustion des futures turbines d'hélicoptère, une attention toute particulière est portée à la réduction des émissions polluantes comme, par exemple, les oxydes d’azote. Ceci nécessite, entre autres, la mise au point de nouveaux systèmes d'injection de kérosène, de stabilisation de la combustion et de refroidissement des parois de la chambre. C’est dans ce dernier domaine que l’équipe CAGIRE développe son activité de recherche.
Créée en juin 2011, cette équipe commune entre l'Inria (Centre de Bordeaux Sud-Ouest), le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et l’université de Pau et des Pays de l’Adour est localisée à Pau au sein de l’Institut pluridisciplinaire de recherche appliquée (IPRA). Elle est adossée au Laboratoire de mathématiques et de leurs applications de Pau (LMAP). Forte de deux chercheurs (Pascal Bruel et Vincent Perrier), deux enseignants-chercheurs (Erwin Franquet et Tarik Kousksou) et d’un jeune ingénieur (Maxime Mogé), cette équipe a défini son objet d’étude en concertation étroite avec Turbomeca, leader mondial dans le domaine des turbines d’hélicoptère.
Les membres de CAGIRE développent des moyens numériques et expérimentaux destinés à mieux comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans les configurations innovantes destinées à refroidir les parois de chambre de combustion. Les configurations d’écoulements génériques étudiées sont choisies de manière à recréer les phénomènes majeurs/prépondérants dont la compréhension permettra d'améliorer le fonctionnement de chambres de combustion aéronautiques. Le banc d’essai MAVERIC (Maquette pour la validation et l’expérimentation sur le refroidissement par injection contrôlée), développé à l’UPPA, en partenariat avec Turbomeca et le soutien financier du conseil régional d’Aquitaine et du conseil général des Pyrénées-Atlantiques, est un exemple des moyens mis en œuvre au sein de cette jeune équipe. La visualisation ci-dessous a été obtenue sur le banc MAVERIC. Elle représente la structure instantanée d’un jet, injectée à travers une paroi au sein d’un écoulement turbulent. On y observe clairement en frontière de jet, les structures tourbillonnaires typiques de ce genre de configuration (instabilité dite de Kelvin-Helmoltz).
Banc d’essai MAVERIC : visualisation instantanée par diffusion de Mie d’un jet isolé injecté pariétalement à un écoulement turbulent de canal
C’est précisément ce type de jet, qui, présent en grand nombre au voisinage de la paroi d’une chambre de combustion, permet de protéger cette dernière des contraintes thermiques liées au fort dégagement de chaleur produit par la combustion du kérosène.
Au-delà de ses coopérations nationales en cours de développement (Equipe Bacchus de l'Inria à Bordeaux, Groupement d'intérêt scientifique Success du CNRS), l’équipe est fortement tournée vers l’espace européen de la recherche et du développement grâce à sa forte implication dans deux programmes de recherche financés par l’Union européenne et regroupant l’ensemble des motoristes européens ainsi que de nombreux instituts de recherche de grand renom.