13.05.2022 - Shibaura Institute of Technology

Des scientifiques montrent comment stocker des combustibles liquides dans des gels polymères pour éviter les explosions et les incendies.

Des chercheurs japonais étudient un nouveau moyen plus sûr de transporter et de stocker les carburants.

Les combustibles liquides à haute densité énergétique sont essentiels dans de nombreuses applications où l'énergie chimique est convertie en mouvement contrôlé, comme dans les fusées, les turbines à gaz, les chaudières et certains moteurs de véhicules. Outre leurs caractéristiques de combustion et leurs performances, il est également important de garantir la sécurité et la stabilité de ces combustibles lors de leur utilisation, ainsi que pendant leur transport et leur stockage.

L'un des risques courants liés aux combustibles liquides est qu'ils peuvent s'évaporer rapidement dans l'espace, produisant des nuages de gaz hautement inflammables. Comme on peut s'y attendre, cela peut entraîner des explosions ou des incendies catastrophiques. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont envisagé d'utiliser des carburants gélifiés, c'est-à-dire des carburants transformés en substances gélifiées épaisses à partir de températures froides. Malheureusement, il y a de nombreux aspects à optimiser et des obstacles à surmonter avant que les carburants gélifiés ne dépassent la phase de recherche.

Heureusement, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Naoki Hosoya du Shibaura Institute of Technology (SIT) et le professeur Shingo Maeda du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), au Japon, a récemment étudié une solution plus convaincante au problème de sécurité des carburants liquides, à savoir leur stockage à l'intérieur de réseaux de gels polymères. Dans leur étude, l'équipe a analysé les performances, les avantages et les limites du stockage de l'éthanol, un carburant liquide courant, dans un gel de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPPAm) chimiquement réticulé. Cet article a été mis en ligne le 21 avril 2022 et publié dans le volume 444 du Chemical Engineering Journal le 15 septembre 2022.

Dans un premier temps, ils ont vérifié si le fait de piéger les molécules d'éthanol au sein des longues chaînes de polymère PNIPAAm, chimiquement entrelacées, permettait de réduire sa vitesse d'évaporation. Pour ce faire, les chercheurs ont créé de petites sphères de gel PNIPAAm chargées d'éthanol et les ont placées sur une balance électronique afin d'enregistrer l'évolution de la masse lorsque l'éthanol s'évapore. Ils ont également réalisé cette expérience avec une flaque d'éthanol équivalente, dont la surface et la masse sont à peu près les mêmes que celles de la sphère de gel.

Ils ont constaté que le stockage de l'éthanol dans le gel polymère supprimait complètement la tendance du carburant à s'évaporer rapidement. Cela est probablement dû à la façon dont les molécules d'éthanol sont "piégées" dans le gel, comme l'explique le professeur Hosoya : "Le gel polymère contient d'innombrables chaînes polymères tridimensionnelles qui sont chimiquement réticulées de manière forte. Ces chaînes lient les molécules d'éthanol par diverses interactions physiques, limitant ainsi son évaporation au passage." Il est intéressant de noter que le gel chargé ne se comporte pas comme une serviette humide. Alors qu'une serviette humide libère son liquide si on la frotte, le gel polymère ne laisse pas échapper l'éthanol facilement sous l'effet de forces extérieures.

Le problème de l'évaporation étant résolu, l'équipe est passée à l'examen des caractéristiques de combustion réelles de l'éthanol dans le réseau de gels polymères pour voir s'ils brûlent efficacement. Ils ont enflammé des sphères de gel chargées d'éthanol de différentes tailles et ont observé les changements dans leurs profils de masse et de forme en temps réel. Sur cette base, ils ont déterminé que la combustion des sphères de gel de PNIPAAm chargées était composée de deux phases : une phase dominée par la combustion de l'éthanol pur, suivie d'une seconde phase dominée par la combustion du polymère PNIPAAm lui-même.

Grâce à une analyse théorique ultérieure de ces résultats, l'équipe est parvenue à une conclusion importante : la première et principale phase de combustion des sphères de gel de PNIPAAm chargées suit un modèle de température constante des gouttelettes, également connu sous le nom de "loi d2". Cela signifie que la combustion du gel chargé d'éthanol peut être décrite par le même modèle que celui utilisé pour les gouttelettes de carburant liquide, ce qui laisse supposer que leurs performances de combustion devraient être similaires.

Dans l'ensemble, cette étude est un tremplin vers de nouvelles façons de transporter et de stocker en toute sécurité des combustibles liquides à l'intérieur de gels polymères, ce qui pourrait sauver de nombreuses vies. "Le stockage en gel polymère pourrait prévenir les explosions et les incendies en réduisant considérablement l'évaporation des carburants et, par conséquent, la formation de mélanges gazeux inflammables, qui peuvent facilement se produire à la suite d'une fuite dans une installation de stockage", explique le professeur Hosoya. "Il reste encore beaucoup de travail à faire sur ce front, notamment pour vérifier la stabilité et les performances des gels polymères dans différentes conditions de température, de pression et d'humidité, ainsi que pour développer des procédures de fabrication plus simples et de meilleurs moyens d'utiliser ces gels chargés de carburant dans des moteurs réels."

Espérons que la recherche progresse rapidement pour créer des environnements de travail plus sûrs dans un avenir proche.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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