Les oxydes d'azote (NOx) sont parmi les polluants les plus importants de notre atmosphère - ils contribuent à la formation de smog, les pluies acides et l'ozone troposphérique. À cause de ce, les chercheurs en combustion et les fabricants de moteurs travaillent depuis les années 1980 pour comprendre comment ces gaz sont produits lors de la combustion afin de trouver des moyens de les réduire.

Dans un nouvel article de synthèse publié dans Progrès en sciences de l'énergie et de la combustion , des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie et de l'Université technique du Danemark expliquent comment ils ont synthétisé plus d'une décennie d'études sur la combustion pour créer un nouveau modèle global de la façon dont les oxydes d'azote sont produits.

« Notre compréhension de la façon dont ces polluants sont produits dans différents environnements de moteur s'est considérablement approfondie. »—Stephen Klippenstein, chimiste d'Argonne

« La production de NOx est l'une des principales préoccupations des motoristes, " a déclaré le chimiste d'Argonne Stephen Klippenstein, un auteur de l'article. "Notre compréhension de la façon dont ces polluants sont produits dans différents environnements de moteur s'est considérablement approfondie."

Un large éventail d'interactions chimiques différentes se produisent dans le mélange de carburant et d'air dans un moteur, et le nouveau modèle identifie plusieurs voies différentes vers la formation de NOx.

Dans une voie, appelé prompt NO (monoxyde d'azote), l'azote atmosphérique se combine avec le carbone pour former un intermédiaire d'un carbone et de deux atomes d'azote, qui finissent par se combiner avec l'oxygène pour former du monoxyde d'azote. Dans une autre voie, appelé thermique NON, le monoxyde d'azote est produit directement à partir de l'azote et de l'oxygène. Dans un tiers, appelé carburant NON, un composé d'azote, le carbone et l'oxygène forment l'étape intermédiaire sur le chemin du monoxyde d'azote.

"Essayer de rassembler ces voies pour créer un modèle qui reproduit fidèlement les observations expérimentales a toujours été un peu un jeu de devinettes, " a déclaré le chimiste d'Argonne Branko Ruscic, autre auteur de l'étude. "Toutefois, parce que tant de scientifiques du monde entier fournissent des informations sur différents segments de la situation dans son ensemble, nous sommes plus proches que jamais d'un modèle qui représente vraiment la réalité."

Selon Klippenstein, l'une des principales caractéristiques du processus de combustion, la température, fait une grande différence dans la quantité de NOx produite. "La température affecte la durée de vie des molécules dans le mélange, ", a-t-il déclaré. "Être capable de modéliser et de prédire avec précision le comportement de certaines molécules à durée de vie extrêmement courte est d'une importance cruciale pour déterminer les voies de la réaction."

"Si vous pouvez faire tourner votre moteur à une température plus basse, vous pouvez éviter la formation d'une grande partie des NOx, " il ajouta.

Un autre facteur du processus de combustion qui affecte considérablement la production de NOx concerne ce que les chercheurs appellent la richesse du mélange de carburant, c'est-à-dire la proportion de carburant à l'air lorsque la combustion a lieu dans le moteur. Les moteurs plus riches auront des molécules avec plus de groupes méthyle, Ruscic a dit, qui ont tendance à favoriser la formation de NOx.

« Nous arrivons à un stade où nous comprenons assez bien la production de NOx, " a déclaré Ruscic. "C'est vraiment un bon exemple du triomphe de la science communautaire."

"C'est comme assembler un puzzle dont certaines pièces peuvent sembler s'emboîter mais n'ont pas encore été peintes, " a déclaré Klippenstein. " C'est notre rôle de trouver comment peindre quelques pièces supplémentaires afin que nos collaborateurs puissent mieux assembler l'image. "

L'étude, "Modélisation de la chimie de l'azote en combustion, " paru le 22 février dans Progrès en sciences de l'énergie et de la combustion .