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La préoccupation mondiale concernant les effets négatifs des émissions de gaz à effet de serre sur l’environnement et la santé a conduit à une action concertée. La Commission européenne, par exemple, a fixé des limites strictes en matière d’émissions issues de l’industrie et des transports, et investit dans la recherche sur les énergies propres.
Néanmoins, il est largement admis que le recours aux moteurs basés sur la combustion de combustibles fossiles perdurera jusqu’à ce que les solutions alternatives (comme les voitures électriques, par exemple) deviennent abordables à grande échelle. «Même lorsque ces alternatives seront largement disponibles, les moteurs à combustion interne seront toujours nécessaires», déclare Nicolaie Pavel, coordinateur du projet LASIG-TWIN, de l’Institut national pour la physique des lasers, plasma et radiations (INFLPR) en Roumanie.
Étude de l’allumage par laser
L’objectif du projet LASIG-TWIN, financé par l’UE, était d’étudier des techniques plus efficaces pour l’allumage des combustibles dans les moteurs à combustion interne, comme ceux que l’on trouve dans les voitures. La bougie d’allumage électrique est utilisée depuis le début du 20e siècle. L’équipe du projet souhaitait savoir si d’autres systèmes d’allumage, comme l’allumage par laser, pouvaient améliorer l’efficacité des moteurs à combustion.
«Nous voulions mieux appréhender les avantages de l’allumage par laser», explique Nicolaie Pavel. «Pour y parvenir, nous avons créé un réseau entre l’INFLPR (et son laboratoire d’électronique quantique des solides en Roumanie) et quatre autres instituts très réputés de France, d’Allemagne et du Royaume-Uni. Tout au long de cette collaboration, l’accent a été mis sur la formation et le partage des expériences d’apprentissage dans le domaine de l’allumage par laser.»
Une série de techniques ont été étudiées et testées au sein du réseau. Il s’agissait notamment de méthodes de conditionnement et d’agglomération de matériaux optiques et métalliques pour la fabrication de bougies d’allumage laser. Des visites aux institutions partenaires ont été organisées afin de partager des informations et de mener des expériences communes.
«Ces visites étaient souvent suivies d’ateliers, auxquels participaient des universités, des instituts de recherche et des sociétés privées», ajoute Nicolaie Pavel. «Ainsi, nous sommes parvenus à accroître l’intérêt des partenaires industriels pour l’allumage par laser et à obtenir une plus grande reconnaissance.»
Deux universités d’été ont été organisées pour les étudiants et les jeunes chercheurs dans le domaine de l’allumage par laser, avec des cours dispensés par des chercheurs expérimentés responsables de projets et des professeurs d’université. Des événements internationaux tels que la Conférence sur l’allumage par laser 2017, qui s’est tenue à Bucarest, ont également contribué à accroître la visibilité du projet.
Une combustion économe en énergie
La coopération et la formation entre pays ont abouti à la mise au point réussie d’un prototype de bougie d’allumage laser. Les résultats ont été publiés dans un communiqué, qui a fait l’objet d’un grand nombre de téléchargements, paru dans la revue «Optical Engineering». En 2018, l’innovation a été mise à l’essai dans un moteur à essence de voiture particulière à quatre cylindres et à injection multipoint.
«La nouveauté de ces tests résidait dans le fait que le moteur fonctionnait avec des mélanges air-essence pauvres (dans lesquels la concentration air-carburant est plus élevée qu’en temps normal)», remarque Nicolaie Pavel. Cela signifie que le carburant est moins polluant. «Nous avons également pu démontrer que l’allumage par laser de ces mélanges air-carburant pauvres peut en fait conduire à une amélioration des performances du moteur par rapport à l’allumage par bougie électrique.»
Les résultats pourraient également aboutir au développement d’un système compact d’allumage par laser pour les moteurs à gaz stationnaires, du type de ceux que l’on trouve dans les usines et les centrales électriques. Il en résulterait une combustion efficace et énergétique produisant moins d’émissions. Le projet espère également pouvoir utiliser l’allumage par laser dans les moteurs qui fonctionnent avec des mélanges ultra-pauvres d’hydrogène et d’air à haute pression.
Nicolaie Pavel est convaincu que l’allumage par laser pourra être utilisé dans des applications spécifiques, comme les systèmes de propulsion pour le futur transport spatial, ou dans l’exploitation de grands moteurs alternatifs au gaz naturel. Parallèlement, l’intérêt pour cette application laser dépend de l’adhésion des fabricants automobiles, qui doivent être prêts à investir les ressources nécessaires en matière de recherche et de matériaux.
«Il faut préciser que les systèmes d’allumage par laser ne deviendront plus abordables que s’ils sont mis en œuvre à grande échelle», indique Nicolaie Pavel. «De plus, il est nécessaire de réaliser des tests supplémentaires afin de s’assurer que ces dispositifs peuvent rivaliser avec la bougie d’allumage électrique ordinaire et peu coûteuse.»