BUT : obtenir une température de fin de réaction plus réaliste que celle issue des hypothèses simplificatrices de la partie A. MOYEN : simulation sur le logiciel en réacteur fermé, à partir du méthane CH4.                                   Justification a priori de l'usage du méthane :


Apportons quelques précisions sur cette restriction au méthane. Il peut paraître étonnant d'utiliser le méthane dans notre simulation de la combustion de l'octane.Signalons en premier lieu que nous n'avons guère le choix : le méthane est le seul hydrocarbure qui nous est proposé sur ce code. La raison en est que la chimie fine de réaction du méthane est déjà bien assez compliquée pour que les calculateurs en tiennent compte dans son ensemble ou même partiellement dans des temps de calcul raisonnables. Quant à la chimie de réaction de l'octane elle n'est même pas encore connue avec précision.D'autre part on peut se douter dés à présent que le méthane convient en première approximation par un calcul à la main de la chaleur de réaction rapportée à la masse molaire du carburant. En effet, la réaction complète du méthane dans l'air s'écrit : CH4 + 2 ( O2 + 3.76 N2 ) ->CO2 + 2 H2O + ( 3.76 * 2 N2 ) dont la chaleur de réaction vaut d'après les enthalpies de formation à 300 K : - 191 kcal / mole de CH4. Si on rapporte ce résultat à la masse molaire du méthane on trouve - 11.9 kcal / g. Pour l'octane on obtient les résultats suivants : C8H18 + 25/2 ( O2 + 3.76 N2 ) ->8 CO2 + 9 H2O + 25/2 * 3.76 N2 A 300 K, la variation d'enthalpie vaut - 1197 kcal / mole de C8H18 soit, rapporté à la masse molaire de l'octane : -10.5 kcal / g.On s'aperçoit donc que du point de vue du dégagement de chaleur le méthane et l'octane ont des comportements assez proches, et comme ce qui nous intéresse ici est la température on peut s'attendre à ce que le méthane représente assez bien le comportement du carburant brûlant dans les cylindres.C'est sur la base de cette hypothèse, sur laquelle nous reviendrons encore, que nous avons développé une méthode de travail.               Procédure du calcul en chimie complexe de la combustion du méthane :


Le but de cette étude est de valider les résultats du logiciel pour pouvoir les appliquer ensuite au calcul qui nous intéresse dans le BEI. Pour cela on procède de la façon suivante :
    On fait un calcul " à la main " des températures de fin de réaction du méthane, identiques à celui effectué ci-dessus, à Cp constant et pour des températures de gaz frais de 300, 400, 500 et 600 K. Ces calculs sont effectués à richesse 1.2 pour deux raisons. La première est que c'est la richesse à laquelle on travaille sur un moteur de Formule 1. La deuxième est qu'on sait par expérience que la température de fin de réaction ne présente pas un pic exactement à richesse 1 mais que ce pic est légèrement décalé vers la droite en raison des effets de cinétique. On utilise CHEMKIN en chimie simple sur cette même réaction. Le but est d'obtenir un premier résultat dans lequel les variations de Cp avec la température sont prises en ligne de compte. Enfin on utilise CHEMKIN en chimie complexe pour tenir compte aussi de toute la chimie de la réaction et obtenir un résultat aussi proche que possible de la réalité. Le trinôme (Demont/Jourdan/Gaetan) a utilisé deux modèles différents de chimie complexe : les modèles de Smooke et de Coffee.
Les deux étapes préliminaires sont importantes car elles permettent de se donner un ordre de grandeur pour la température qu'il est important de cerner. En effet le logiciel a un fonctionnement de type Newton, il est donc très sensible aux conditions initiales qu'on lui fixe. Il faut introduire dans le fichier une valeur initiale pour la température de fin de réaction qui soit assez proche du résultat final pour que le programme converge dans des délais raisonnables. En général il suffit de faire un premier calcul avec un temps de résidence court ( on simule en fait l'enceinte fermée du cylindre par un réacteur adiabatique dans lequel le débit serait très faible, d'où la notion de temps de résidence ici égal à 10 s ). Puis on utilise ce premier résultat pour recaler la valeur initiale de température de fin de combustion et relancer un calcul à temps de résidence plus long ( 100 s ). Ceci pour s'apercevoir en général que même avec un temps de résidence court on obtient rapidement des résultats convenables. Les résultats obtenus, les conclusions et commentaires sont l'objet de la partie suivante.