Un brûleur plus efficace pour moins de méthane

Des chercheurs du Southwest Research Institute (SwRI) et de l’Université du Michigan (U-M) ont développé un brûleur avancé pour torchères au méthane, éliminant 98 % du méthane rejeté lors de la production pétrolière. Conçu par des ingénieurs de l’U-M et testé au SwRI, ce brûleur utilise la fabrication additive et l’apprentissage automatique pour améliorer son efficacité. Leurs résultats sont publiés dans l’étude “An Experimental Study of the Effects of Waste-Gas Composition and Crosswind on Non-assisted Flares Using a Novel Indoor Testing Approach”, parue dans Industrial & Chemical Engineering Research.

Lors de la production pétrolière, les torchères brûlent l’excès de méthane. Cependant, les vents transversaux réduisent souvent l’efficacité des brûleurs à flamme ouverte classiques, laissant s’échapper plus de 40 % du méthane dans l’atmosphère. Sur 100 ans, le méthane a un potentiel de réchauffement global 28 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone, et sur 20 ans, il est 84 fois plus puissant. Bien que le torchage réduise les émissions globales, une combustion inefficace diminue ses bénéfices environnementaux.

Pour résoudre ce problème, les ingénieurs du SwRI et de l’U-M ont appliqué l’apprentissage automatique, la dynamique des fluides computationnelle et la fabrication additive afin de concevoir un brûleur offrant une stabilité de combustion supérieure et une efficacité élevée de destruction du méthane, même dans des conditions difficiles.

« Nous avons testé le brûleur dans les installations intérieures du SwRI, où nous avons contrôlé les vents transversaux et mesuré son efficacité dans diverses conditions », explique Alex Schluneker, ingénieur principal au SwRI et co-auteur de l’étude.

Un brûleur innovant améliore l’efficacité en conditions de vent transversal

Leurs tests ont révélé que même des vents transversaux faibles réduisaient considérablement les performances de la plupart des brûleurs. Cependant, les ailettes internes du nouveau brûleur ont joué un rôle crucial dans le maintien de son efficacité. « L’équipe de l’U-M l’a conçu pour améliorer considérablement les performances », a ajouté Schluneker.

Le brûleur intègre une base de buse complexe qui divise le flux de méthane en trois directions, tandis qu’une hélice oriente le gaz vers la flamme. Ce design optimise le mélange oxygène-méthane et prolonge le temps de combustion avant que les vents transversaux ne puissent interférer, un élément clé de son efficacité.

« Un rapport précis oxygène-méthane est essentiel à la combustion », explique Justin Long, ingénieur de recherche principal au SwRI. « Le brûleur doit capter et intégrer suffisamment d’air ambiant pour se mélanger au méthane sans l’excès de dilution. Les chercheurs de l’U-M ont mené une modélisation approfondie en dynamique des fluides computationnelle afin d’obtenir un équilibre optimal, même en conditions de vents forts. »

À l’avenir, les équipes du SwRI et de l’U-M poursuivent l’amélioration des conceptions de brûleurs, avec l’objectif de développer un prototype encore plus efficace et économique d’ici 2025.

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