Dans un contexte de réduction des émissions de polluants et de gaz à effet de serre, mais aussi d’enjeux économiques liés aux ressources en pétrole brut, la nécessité de se diversifier énergétiquement a imposé l’apparition et l’utilisation dans des quantités sans cesse croissantes de carburants de substitution. Ces carburants provenant de nombreuses sources primaires, produits à partir de diverses techniques, possèdent des propriétés physico-chimiques différentes. Les effets de chaque propriété sur le comportement du moteur Diesel (émissions, rendement, etc.) ne sont pas encore compris de manière détaillée. La présente thèse porte sur une étude expérimentale de l’influence des propriétés physico-chimiques des carburants sur les processus physiques se déroulant dans la chambre de combustion pour des applications sur moteurs Diesel. L’originalité de l’approche réside par la définition d’une matrice de carburants (20 carburants au total) dont les propriétés varient de manière indépendante. De plus, les différentes étapes de l’injection Diesel ont été considérées. On s’intéresse par la mise en oeuvre de huit techniques de mesures avancées, à la caractérisation de l’hydraulique dans les orifices de l’injecteur, de la structure du spray, de son atomisation, sa vaporisation et enfin la combustion du mélange résultant. Ces expériences ont été conduites dans des cellules adaptées et sur moteur à accès optiques permettant de reproduire des conditions de fonctionnement représentatives. L’analyse porte essentiellement sur la phase quasi-stationnaire de l’injection pendant laquelle les résultats expérimentaux sont corrélés à des modèles basés sur la physique issus de la littérature et de nouvelles corrélations empiriques sont proposées. / In a context of pollutant emission and green house gas reduction, but also economic issues related to crude oil ressources, the necessity for energy diversification has imposed the emergence and the use in growing quantities of substitute fuels. These fuels derived from numerous feedstocks, produced by several manufacturing processes, have different physico-chemical properties. The effects of each individual property on the Diesel engine behavior (emissions, efficiency, etc) are not well fully understood yet. The present thesis focuses on an experimental study about the influence of physico-chemical properties of the fuels on the processes occuring in the combustion chamber for Diesel engine application. The originality of the approach concerns the definition of a fuel matrix (a total of 20 fuels) for which properties are independently varied. Moreover every stages of the Diesel injection are considered. The interest focuses by the setting of eight advance measurement technics on the caracterization of the flow into the injector orifices, the spray structure and atomization, the spray vaporization and finally the Diesel combustion. Experiments were conducted in dedicated vessels and in an optical access engine allowing to reproduce representive operating conditions. The analysis mainly focuses on the quasi-stationnary phase of the injection event and experimental results are scaled to physic-based models and new empirical correlation are proposed.

Dans un contexte de réduction des émissions de polluants et de gaz à effet de serre, mais aussi d'enjeux économiques liés aux ressources en pétrole brut, la nécessité de se diversifier énergétiquement a imposé l'apparition et l'utilisation dans des quantités sans cesse croissantes de carburants de substitution. Ces carburants provenant de nombreuses sources primaires, produits à partir de diverses techniques, possèdent des propriétés physico-chimiques différentes. Les effets de chaque propriété sur le comportement du moteur Diesel (émissions, rendement, etc.) ne sont pas encore compris de manière détaillée. La présente thèse porte sur une étude expérimentale de l'influence des propriétés physico-chimiques des carburants sur les processus physiques se déroulant dans la chambre de combustion pour des applications sur moteurs Diesel. L'originalité de l'approche réside par la définition d'une matrice de carburants (20 carburants au total) dont les propriétés varient de manière indépendante. De plus, les différentes étapes de l'injection Diesel ont été considérées. On s'intéresse par la mise en oeuvre de huit techniques de mesures avancées, à la caractérisation de l'hydraulique dans les orifices de l'injecteur, de la structure du spray, de son atomisation, sa vaporisation et enfin la combustion du mélange résultant. Ces expériences ont été conduites dans des cellules adaptées et sur moteur à accès optiques permettant de reproduire des conditions de fonctionnement représentatives. L'analyse porte essentiellement sur la phase quasi-stationnaire de l'injection pendant laquelle les résultats expérimentaux sont corrélés à des modèles basés sur la physique issus de la littérature et de nouvelles corrélations empiriques sont proposées.

Le biodiesel est un carburant très intéressant car du fait de son caractère renouvelable il augmente la sécurité énergétique et est plus respectueux de l'environnement. De plus il a un indice de cétane plus élevé et une plus faible teneur en soufre et en aromatique que le Diesel pur. Les principaux inconvénients de biodiesel sont sa viscosité élevée, sa faible teneur en énergie, un point trouble et le point d'écoulement plus élevé, une émission d'oxyde d'azote (NOx) plus élevée lors de sa combustion et un coût élevé. Cependant, de nombreux pays peuvent produire leur propre biodiesel et assurer des mélanges d’une teneur entre 2 et 20% de biodiesel avec du carburant diesel. Les nouvelles normes Euro VI impliquent des problèmes liés au démarrage à froid. Pour approfondir notre compréhension de ces mélanges, il est nécessaire de tester un plus large éventail de carburants de 10 à 50% de biodiesel jusqu’à -8°C pour pallier le manque d’information dans la littérature. La présente thèse porte sur une étude expérimentale sur l'influence des propriétés physiques et chimiques des mélanges de carburants Biodiesel/Diesel sur l'injection : taux et répartition des sprays dans des conditions de non évaporation. L'originalité de l'approche concerne la définition d'une matrice de carburant (un total de neuf combustibles) dont les propriétés sont modifiées via le pourcentage de biodiesel ou la température. En outre tous les stades de l'injection diesel sont considérés. Des expériences ont été menées en enceinte contrôlée en température. L'analyse se concentre principalement sur la phase quasi-stationnaire de l'événement d'injection et les résultats expérimentaux sont disponibles pour calibrer des modèles physiques et de nouvelles corrélations empiriques sont proposées. / Biodiesel is a very interesting fuel because it is renewable, thus increasing energy security, it is environmentally friendly, and it has a higher cetane number and a lower sulfur and aromatic content than pure Diesel. The main disadvantages of biodiesel are its higher viscosity, lower energy content, higher cloud point and pour point, higher nitrogen oxide (NOx) emissions, lower power and high cost. However, many countries can produce their own biodiesel and blends with diesel fuel of 2–20%. The new Euro VI standards involve problems related to cold-start. To further our understanding of these mixtures, it is necessary to test a larger range of fuels with a biodiesel fraction of 10 to 50%, and under cold temperatures, no information is available in the literature, however, on the injection rate and spray penetration of Diesel–Biodiesel blends in cold conditions. The present thesis focuses on an experimental study of the Influence of physical and chemical properties of biodiesel, Diesel and their blended fuels on injection and spray for Diesel engine application. The originality of the approach concerns the definition of a fuel matrix (a total of 9 fuels) for which properties are varied by varying the percentage of biodiesel and the temperature. Moreover all the stages of Diesel injection are considered. Experiments were conducted in dedicated temperature-controlled vessels. The analysis focuses mainly on the quasi-stationary phase of the injection event and experimental results are scaled to physics-based models and new empirical correlations are proposed.