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Chapitre 5
5 Les mélanges réactifs
5.1 Introduction
Ce chapitre abordera la présentation des
mélanges réactifs étudiés à savoir comme
produit principal, le kérosène Jet-A1, et comme produit
secondaire le dodécane.
5.2 Produits étudiés
? Kérosène Jet-A1
Le kérosène est essentiellement utilisé
dans la fabrication de carburant pour l'aviation (turboréacteur et
turbopropulseur) notamment le Jet A-1, le principal d'entre eux. Le Jet A-1 est
le carburéacteur le plus utilisé, il est destiné à
l'alimentation des avions à réaction civils et militaires (avions
équipés de turboréacteurs). Ce dernier est obtenu à
partir de pétrole brut selon une coupe de distillation comprise entre
150 et 250°C. Il est constitué de centaines de composés
(environ 300 produits "majoritaires") dont la chaîne carbonée est
principalement comprise entre 9 et 15 atomes de carbones (C9 à C15).
Les contraintes propres aux applications aéronautiques
(volume disponible, conditions rencontrées en altitude,
sécurité d'utilisation) font du kérosène un produit
aux spécifications sévères et soigneusement
contrôlées à tous les stades de son élaboration,
depuis la fabrication jusqu'au stockage avant distribution. Le Jet A-1, comme
tous les carburants, ne possède pas une composition figée mais
est défini selon un ensemble de normes ou spécifications, les
normes les plus courantes proviennent de l'American Society for Testing and
Materials ou ASTM. (cf. Annexes AIII)
Les kérosènes Jet A et Jet A-1 sont
composés de milliers d'hydrocarbures. On y retrouve principalement une
composition volumique de 80 % d'hydrocarbures saturés, tels que les
paraffines linéaires, ramifiées ou cycliques, 15 à 20 %
d'espèces mono voire bi-aromatiques et moins de 5 %
d'oléfines.
Le kérosène Jet-A1 répond à des
caractéristiques bien définies et strictes, liées aux
conditions d'utilisation en sol ou en vol. Ce carburéacteur doit pouvoir
répondre aux contraintes liées au moteur et à son
fonctionnement comme :
·
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la viscosité, la densité et le point de
congélation (-47°C pour le Jet-A1) ;
· la chaleur de combustion ;
· le pouvoir corrosif et lubrifiant ;
· la stabilité thermique.
D'autres contraintes dépendent des conditions de
sécurités (stockage et manutention), de vol ou environnementales
comme :
· le point éclair (« flash point »)
définissant la température la plus basse à laquelle le
liquide fournit suffisamment de vapeur pour former en contact avec l'air, un
mélange gazeux qui peut s'enflammer au contact d'une source
d'énergie calorifique mais insuffisante pour entretenir la
déflagration (combustion) ;
· la conductivité électrique. Le
kérosène possède une faible conductivité
électrique, il peut potentiellement se produire une décharge
électrique brusque, par accumulation des charges
électrostatiques, qui enflammera le mélange air ~ carburant. La
conductivité électrique du Jet-A1 est comprise entre 0,5 et 4,5
pS/cm ;
· le point de congélation (« freezing point
») doit se situer à la température la plus basse (-47°C
pour le Jet-A1) afin d'éviter que le carburéacteur gèle en
altitude et entraine de sérieux dysfonctionnements du moteur.
La composition chimique du kérosène
n'étant pas connue avec exactitude pour des raisons de secret
professionnel, il nous a fallu trouver une molécule s'approchant au
mieux des caractéristiques du Jet-A1.
Il s'avère que dans la littérature le
kérosène est souvent assimilé, selon la source, à
une formule chimique variant de ??10,9??20,9 à ??12??23
(tableau 5.1). Quelques caractéristiques chimiques et physiques de
comparaison avec le Jet-A1 sont reprises dans le tableau 5.2.
Sources Formule chimique approchée
Gracia-Salcedo et al. ??12??23
Edwards et Maurice ??11??21
Martel ??11.6??22
Guéret ??11??22
Nguyen et Ying ??11??23
Tableau 5.1 - Formule chimique du
kérosène conventionnel
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JET-A1
|
C11H22
|
|
Density [g/cm3]
|
0,7825
|
0,79
|
|
Boiling Point [°C]
|
130 ~ 290
|
218,4
|
|
Flash Point [°C]
|
>38
|
73,7
|
|
Indice réfraction
|
1,45 ~ 1,46
|
1,433
|
Tableau 5.2 - Comparatif de quelques
caractéristiques chimiques et physiques entre le JET-A1 et le C11H22
Au regard des grandeurs ci-dessus, les valeurs étant
relativement proches, l'hypothèse consistera à approximer le
kérosène par une molécule de C11H22 pour pouvoir
évaluer la richesse. Tout au long de ce travail, la formule chimique
approchée du kérosène adoptée est celle de
Guéret.
? Dodécane
Le dodécane est un alcane linéaire de formule
brute C12H26. C'est un liquide huileux de la série des
paraffines. Il possède 355 isomères structuraux. Ces
dernières années, le dodécane a retenu l'attention comme
possible substitut aux carburants à base de kérosène tels
que le Jet-A, le S-8, et d'autres carburants d'aviation conventionnels. Il est
considéré comme un substitut de carburant de deuxième
génération, conçu pour émuler la vitesse de flamme
laminaire, supplantant largement le n-décane, principalement en raison
de sa masse moléculaire plus élevée et de son ratio
hydrogène/carbone qui correspond mieux à ceux des n-alcanes de
carburéacteurs. Ses caractéristiques sont résumées
dans le tableau 5.3.
|
Propriétés chimiques et physiques
Formule brute C12H26
|
|
MC12H26 [g/mole]
|
170,3348 #177; 0,0114
C 84,62 %, H 15,39 %
|
|
Diamètre moléculaire
|
0,761 nm
|
|
T° fusion
|
-9,65 °C
|
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T° ébullition
|
216,32 °C
|
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Masse volumique
|
0,7455 g/cm3 à 24,95 °C
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T° d'auto-inflammation
|
200 °C
|
|
Point d'éclair
|
74 °C
|
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Viscosité dynamique
|
1,324 mPa.s à 24,95 °C
0,891 mPa.s à
49,95 °C
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Point critique
|
1 820 kPa, 385,1 °C
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Tableau 5.3 - Caractéristiques
physiques et chimiques du dodécane
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