Le besoin urgent de décarboner le secteur des transports – en particulier l’aviation, le transport maritime et le transport routier – est motivé par les défis environnementaux, l’épuisement des combustibles fossiles et la feuille de route de l’UE pour 2050, qui prévoit une réduction des émissions de 80 à 95 %. Une solution centrale consiste à intégrer des carburants aéronautiques durables (SAF), des e-carburants et des mélanges dérivés de sources d’énergie vertes telles que le solaire et l’éolien. Ces carburants synthétiques peuvent être utilisés dans les systèmes de combustion existants avec un minimum de modifications. Cependant, il est essentiel de bien comprendre leur composition chimique, leur comportement de combustion et leurs émissions de polluants (NOx, CO₂, suie).
Le CERFACS est stratégiquement positionné pour relever ces défis, en s’appuyant sur l’expertise de son équipe E&S en matière de combustion turbulente, de chimie, d’écoulements multiphasiques et de thermodynamique. L’objectif est de fournir des simulations de haute fidélité, en particulier des simulations de grandes turbulences (LES), afin d’évaluer le comportement des SAF dans des contextes industriels réalistes, en se concentrant sur l’opérabilité des moteurs, la production de polluants et l’impact sur le climat (par exemple, la formation de traînées de condensation).
Trois défis principaux guident la feuille de route de la recherche :
- Complexité chimique – Les SAF sont constitués de divers mélanges d’hydrocarbures nécessitant des modèles de substitution avancés et des schémas chimiques réduits, ce qui exige des outils de calcul haute performance (HPC) tels qu’ARCANE et CANTERA.
- Couplage multiphysique – Une simulation précise doit intégrer l’atomisation, l’évaporation, la combustion et les écoulements de turbine à l’aide de méthodes eulériennes-lagrangiennes dans le cadre de l’AVBP.
- Échelle de calcul – La large gamme d’échelles spatiales et temporelles, combinée à une cinétique chimique rigide, nécessite des solveurs efficaces et une intégration temporelle explicite pour maintenir la pertinence industrielle.
Le logiciel correspondant comprend ARCANE pour la réduction de la chimie, CANTERA pour les flammes canoniques et AVBP pour LES dans les environnements HPC.
Les axes stratégiques qui soutiennent ce travail sont les suivants :
- «Programmation durable» : amélioration des performances de calcul pour les phénomènes complexes, couplés et multiphasiques.
- «Algorithmes numériques» : adaptation des solveurs pour mieux gérer la chimie rigide, le rayonnement thermique et la physique à petite échelle et amélioration des solveurs pour le rayonnement et la cinétique chimique, en particulier dans des contextes parallélisés.
- «Modélisation basée sur les données» : application de l’apprentissage automatique à la modélisation à l’échelle de la maille et à la tabulation de la chimie, en utilisant les données DNS et LES pour améliorer la fidélité de la simulation.
Cet axe applicatif s’inscrit dans les priorités des associés du CERFACS – Airbus, Safran, ONERA, EDF, Total et le CNES – qui sont activement impliqués dans la transition vers les énergies propres.
