Face aux normes actuelles et futures de plus en plus draconiennes en termes d'émissions polluantes, les constructeurs automobiles cherchent en permanence à améliorer le rendement des moteurs à allumage commandé. L'une des voies efficaces et applicables à court terme pour réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) consiste à réduire la cylindrée des moteurs tout en conservant leur performance grâce à la sur-alimentation : c'est l'approche de l'éco-suralimentation ou " downsizing ". L'une des particularités de ce mode de fonctionnement est le fort niveau de pression et de taux de dilution dans lequel se propage la flamme de prémélange. La simulation de la combustion turbulente de prémélange est devenue un outil incontournable pour la R&D. Toutefois, les hypothèses sur lesquelles reposent les modèles de combustion, tout particulièrement le modèle de flammelettes, peuvent être sujettes à discussion dans le cas d'un fonctionnement de type " downsizing ". Le but de ce travail de thèse est donc d'étudier expérimentalement les régimes de combustion de manière à valider ou non l'utilisation de ces modèles. Les grandeurs caractéristiques de la turbulence ont alors été caractérisées lors de la phase de compres-sion pour différentes pressions d'admission à l'aide de la vélocimétrie par imagerie de particules. La vitesse de combustion de laminaire a, quant à elle, été estimée à partir d'un mécanisme cinétique réduit. L'utilisation de la tomographie laser par diffusion de Mie avec et sans suivi temporel, nous a permis de caractériser la vitesse de combustion turbulente et la structure du front de flamme pour différentes pressions d'admission et différents taux de dilution. Lors de cette étude, nous avons ainsi pu mettre en évidence une cassure dans l'évolution de la PMI et de la vitesse de combustion turbulente à partir d'un taux de dilution de 25% : cette cassure a été reliée à la transition entre le régime de flammelette et le régime des flammes plissées épaissies.

Face aux normes actuelles et futures de plus en plus draconiennes en termes d’émissions polluantes, les constructeurs automobiles cherchent en permanence à améliorer le rendement des moteurs à allumage commandé. L’une des voies efficaces et applicables à court terme pour réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) consiste à réduire la cylindrée des moteurs tout en conservant leur performance grâce à la sur-alimentation : c’est l’approche de l’éco-suralimentation ou « downsizing ». L’une des particularités de ce mode de fonctionnement est le fort niveau de pression et de taux de dilution dans lequel se propage la flamme de prémélange. La simulation de la combustion turbulente de prémélange est devenue un outil incontournable pour la R&D. Toutefois, les hypothèses sur lesquelles reposent les modèles de combustion, tout particulièrement le modèle de flammelettes, peuvent être sujettes à discussion dans le cas d’un fonctionnement de type « downsizing ». Le but de ce travail de thèse est donc d’étudier expérimentalement les régimes de combustion de manière à valider ou non l’utilisation de ces modèles. Les grandeurs caractéristiques de la turbulence ont alors été caractérisées lors de la phase de compres-sion pour différentes pressions d’admission à l’aide de la vélocimétrie par imagerie de particules. La vitesse de combustion de laminaire a, quant à elle, été estimée à partir d’un mécanisme cinétique réduit. L’utilisation de la tomographie laser par diffusion de Mie avec et sans suivi temporel, nous a permis de caractériser la vitesse de combustion turbulente et la structure du front de flamme pour différentes pressions d’admission et différents taux de dilution. Lors de cette étude, nous avons ainsi pu mettre en évidence une cassure dans l’évolution de la PMI et de la vitesse de combustion turbulente à partir d’un taux de dilution de 25% : cette cassure a été reliée à la transition entre le régime de flammelette et le régime des flammes plissées épaissies. / Faced with the current and future more and more drastic standards for pollutant emissions, car manufacturers try to improve the efficiency of Spark Ignition engine. One effective and applicable ways to reduce the greenhouse emissions (CO2) in the short run is based on the reduction of the engine size while preserving their performance thank to turbocharging: eco-supercharging or « downsizing » approaches. One of the characteristics of this operating mode is the high level of the pressure and of the dilution rate of the medium in which the premixed flame propagates. The simulation of turbulent premixed flame is nowadays an indispensable tool for R&D. However, the assumptions on which the combustion models are based, particularly the flamelet model, can be prone to discussion in the « downsizing » conditions. The objective of this work is thus to study experimentally the combustion regimes in order to validate or not the use of these models. Turbulence parameters and flow fields were then characterized out during the compression stroke for several intake pressures by using Particle Imaging Velocimetry technique. The laminar burning velocity was estimated by using reduced chemical kinetic schemes. The Mie scattering laser tomography technique with and without temporal follow-up, enabled us to characterize the turbulent burning velocity and the flame front structure for different intake pressures and dilution rates. In this study, a break in the evolution of the IMEP and the turbulent burning velocity for a dilution rate of 25% has been obtained: this break was linked to the transition between the flamelet zone and the distributed reaction zones.

Dans un contexte de recherche de nouveaux modes de combustion propres, la combustionhomogène à allumage par compression HCCI s’inscrit comme une stratégie prometteuse.Cependant, cette combustion est limitée par un niveau élevé de bruit. La recherche descarburants permettant de relaxer cette contrainte constitue l’objectif global de cette étude.Particulièrement, on s’intéresse ici à l’influence de l’Indice de Cétane, de la volatilité et de lacomposition chimique des carburants sur les Délais d’Auto-Inflammation et sur les vitesses decombustion globales évaluées par les taux maximaux d’accroissement de la pression et dudégagement d’énergie apparente. L’étude se base dans un premier temps sur l’analyse d’essaissur banc moteur dans lesquels on a testé plusieurs carburants de synthèse à l’état pur et enmélange avec un Gazole conventionnel. Dans un deuxième temps des essais ont été préparés etréalisés sur Machine à Compression Rapide avec deux configurations en injection directe et enmélange homogène. Les essais Moteur ont permis d’orienter les paramètres expérimentauxciblés sur ce dispositif. D’autre part, pour étudier les régimes de combustion, des mesures dechamps de température locale ont été réalisées en mélange inerte (N2, CO2, Ar) par FluorescenceInduite par Laser avec un traceur Toluène. L’étude montre les limites des paramètres habituelspour caractériser l’adéquation carburant combustion HCCI et propose un nouveau critère basésur la dépendance des délais d’auto-inflammation à la température et à la richesse. / Advanced combustion strategies such as Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI)usually enable cleaner combustion with less NOx and Particulate Matter emissions comparedto conventional Diesel combustion. However, these strategies are difficult to implement due todifficulties related to combustion timing and burn rate control. Lately various studies have beenfocusing on extending advanced combustion functioning with new technologies and withsearching fuels properties to enable such combustion modes. This study is focused on theimpact of fuel Cetane Number, volatility and chemical composition on Ignition Delay, HeatRelease Rate and Pressure Rise Rate. The study is based on three complementary experiments.First, several synthetic fuel was tested on a research engine and analysis was focused on theHeat Release Rate. Secondly, experiments on a Rapid Compression Machine were performedto study the auto-ignition phenomena at homogeneous conditions with surrogate fuels (blendsof n-Heptane and Methyl-Cyclohexane). Analysis of the combustion regimes was supported bya study of the temperature field based on a Toluene Laser Induced Fluorescence experiment ininert (N2, CO2, Ar) mixture. Finally, the RCM was adapted to allow direct injection of fuel tostudy the auto-ignition at less homogeneous conditions. Results showed the limits of theconventional fuels properties to describe an adequate fuel formulation for the HCCI combustionmode. A new criterion based on the dependency of ignition delays to temperature and air fuelratio variations is proposed.