Diagnostic des plasmas de combustion par sonde d'ionisation : application à l'étude de l'interaction flamme-paroi instationnaire

The main technological issue for engineers is to put forward a low emission motorization whilst keeping competitive conception and realisation costs. Internal combustion engines are characterized by the fact the flame reaches the walls in places while only 30% of fresh gases were burned. Therefore, a big amount of the fuel burns in vicinity of wall. This is why it is essential to study flame-wall interaction mechanisms in order to develop and improve internal combustion engines' efficiency. This Ph. D thesis demonstrates that ionization probes can be used to measure flame-wall interaction parameters and in particular, for high pressure and high temperature conditions. Simple theoretical models were developed in order to measure different parameters from ion current analysis, such as the quenching distance, flame velocity, and flame temperature. These measurements were performed for head-on and sidewall quenching and different mixtures. The results obtained were validated by using advanced LASER diagnostics (PIV, LIF) and wall heat flux gauge measurements for all pressure ranges. At last, the electrical conductivity of the flame front was theoretically and experimentally studied at high pressure.L'enjeu des technologies futures pour les motoristes sera de proposer une motorisation ayant de faibles émissions polluantes tout en conservant un coût de conception et de réalisation compétitif. L'une des caractéristiques de la combustion dans un moteur à allumage commandé est que la flamme atteint par endroit la paroi alors que seulement 30% de la charge a été consommée. Une grande partie du combustible brûle alors en proche paroi. Il es t indispensable de s'intéresser aux mécanismes de l'interaction flamme-paroi pour le développement et l'amélioration du fonctionnement des moteurs à allumage commandé. Les travaux proposés dans cette thèse montrent que les sondes d'ionisation permettent de mesurer des paramètres qui caractérisent l'interaction flamme-paroi et notamment pour des conditions de pression et de température élevées. Le développement de modèles théoriques simples a permis de mesurer différents paramètres comme la distance de coincement de la flamme, la vitesse de flamme ou bien encore la température, à partir de l'analyse du courant d'ionisation. Ces mesures ont été réalisées pour différentes géométries d'interaction flamme-paroi et différents types de mélanges. Des mesures combinées par diagnostics optiques (PIV, LIF, visualisation directe) et par mesure du flux de chaleur pariétal ont permis de valider l'ensemble des résultats obtenus sur différentes gammes de pression. Enfin, les propriétés de conductivité électrique de la flamme à haute pression ont été étudiées expérimentalement et théoriquement