Alors que le moteur thermique semble décidé à faire de la résistance, avec la possibilité de le prolonger par des e-fuels ou de l’hydrogène, l’Université Sophia de Tokyo préfère cibler l’ammoniac. On peut le brûler efficacement en agissant sur l’admission d’air et provoquant un effet tourbillonnant sur le cylindre.

On sait que l’ammoniac est un vecteur possible pour transporter l’hydrogène. Et c’est pour cette raison que l’on pourrait voir à l’avenir des bateaux en acheminer sous cette forme. Mais, il est plus rare d’en parler dans un moteur à combustion, car il est difficile à brûler et doit être en général mélangé à de l’essence. Depuis 2019, le professeur Mitsuhisa Ichiyanagi, du Département d’ingénierie et des sciences appliquées de la Faculté des sciences et technologies de l’Université de Sophia, travaille avec d’autres collègues à la conception de moteurs dans lesquels l’ammoniac peut être utilisé en tant que seul carburant. Et leurs travaux se concentrent au niveau de l’admission, afin d’améliorer le mélange de l’air avec le carburant à l’intérieur du cylindre du moteur pour une combustion plus efficace.

Dynamique des fluides

L’idée est de provoquer un flux tourbillonnant (effet swirl*), qu’on pourrait comparer à un vortex. Les essais ont été menés sur un moteur Diesel de type monocylindre, avec un cylindre en verre et un piston. Il était équipé d’un conduit hélicoïdal laissé en permanence ouvert pour faire entrer de l’air tourbillonnant et d’un conduit tangentiel avec une entrée d’air normale dont l’ouverture était réglable. Et c’est en agissant sur ce dernier, avec une ouverture supérieure à 25 % qu’on a pu rediriger le mélange air/ammoniac sous forme tourbillonnante dans le cylindre pour améliorer la combustion pendant les phases d’admission et de compression. Les chercheurs ont pu déterminer le bon dosage, grâce à des particules de silice qui ont été injectées dans la chambre de combustion et filmées par une caméra CMOS (Capteur à pixels actifs) à haute vitesse pour mieux suivre les flux.

Le détail dans cet article scientifique.

Un stockage moins contraignant

En conclusion, l’observation des écoulements tourbillonnaires dans le cylindre ouvre la porte à une combustion efficace de l’ammoniac dans le moteur. Suite à cette étude, les chercheurs vont plancher sur la combustion d’un mélange ammoniac-essence ou uniquement d’ammoniac dans le moteur. Pour eux, l’ammoniac est en tout cas plus pratique que l’hydrogène, car son stockage présente beaucoup moins de contraintes.

« Le développement de véhicules à moteur alimenté à l’ammoniac devrait non seulement réduire les émissions de dioxyde de carbone des moteurs, mais également contribuer à la réalisation d’une société énergétique basée sur l’hydrogène », déclare le professeur Ichiyanagi.

*En dynamique des fluides, le swirl (de l’anglais « tourbillon ») est un phénomène aérodynamique utilisé dans les moteurs à combustion interne. Il s’agit de donner aux gaz frais, introduits dans la chambre de combustion du moteur lors de la phase d’admission, une vitesse de rotation autour d’un axe axial à celui du cylindre.

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