L'équipe de recherche de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) en Allemagne a récemment annoncé avoir réalisé une avancée majeure dans la technologie des turbines à gaz sans compression : elle peut entraîner de manière stable la turbine à gaz pour produire de l'électricité sans compression mécanique de l'air. Sa dernière expérience a une durée de fonctionnement continu de plus de 5 minutes, brisant le précédent goulot d'étranglement technique d'allumage à court terme et de panne rapide due à la surchauffe de la chambre de combustion.
Les résultats sont considérés comme une étape clé vers un futur système énergétique neutre en CO2. Le professeur Daniel Banuti, directeur de l'Institut de technologie et de sécurité de l'énergie thermique (ITES) du KIT, a déclaré que ces progrès fournissent un soutien technique important pour réaliser une utilisation efficace et flexible de l'énergie hydrogène et construire un système énergétique sans combustible fossile.
Contrairement aux turbines à gaz traditionnelles qui reposent sur d'énormes compresseurs mécaniques, ce nouveau système élimine entièrement le besoin de compresseurs : il n'est pas nécessaire de précomprimer l'air à haute pression avant l'allumage. Dans les turbines à gaz actuellement courantes, qu'il s'agisse d'une centrale électrique ou d'un moteur d'avion, environ la moitié de la puissance de sortie est utilisée pour entraîner le compresseur afin de comprimer l'air à haute pression afin de maintenir une combustion efficace. Cette partie de la puissance ne peut pas être convertie en puissance effective. La nouvelle conception contourne fondamentalement ce lien de « consommation interne » d’énergie.
La turbine à gaz utilise le principe dit de « combustion à gain de pression » : au lieu de recourir à un compresseur mécanique, l'onde de détonation à l'intérieur de la chambre de combustion est utilisée pour générer la pression requise. Ces ondes de détonation proviennent d'instabilités hydrodynamiques, c'est-à-dire de l'interaction de structures vortex et d'ondes qui se superposent naturellement dans la chambre de combustion, augmentant la pression du gaz sans aucune pièce mobile. L'équipe de recherche a souligné que cette méthode réduit non seulement les pertes d'énergie, mais simplifie également la structure du système, ce qui devrait améliorer considérablement l'efficacité globale.
En termes de choix de carburant, le système présente une certaine polyvalence, mais l'hydrogène est considéré comme l'option la plus idéale. L'hydrogène réagit rapidement, ce qui permet d'achever un processus d'augmentation de pression stable dans un laps de temps très court, favorisant ainsi une combustion à haut rendement. Cela signifie que les futures turbines à gaz basées sur ce principe devraient aboutir à des conceptions plus légères et moins coûteuses dans le domaine de la production d'électricité, et pourraient être étendues à des scénarios d'application à plus forte demande tels que la propulsion aéronautique.
La véritable difficulté réside dans le couplage stable d’un processus de combustion suralimenté aussi violent et rapide avec la turbomachine et dans la conversion fiable de l’énergie en puissance électrique. Banuti a souligné qu'en raison de l'intensité de combustion extrêmement élevée et du temps extrêmement court dans la chambre de combustion, extraire la puissance disponible et entraîner la turbine sans détruire la stabilité du champ d'écoulement constitue une tâche d'ingénierie très difficile. Il a souligné que l'équipe avait pris l'initiative de piloter avec succès une turbine et de produire de l'électricité dans ce système sans compression, ce qui constitue le premier record dans ce domaine.
L'équipe de recherche prévoit d'exposer publiquement cette turbine à gaz sans compression lors de la prochaine foire de Hanovre du 20 au 24 avril 2026. Le stand sera situé au stand B06 dans le hall 11 pour démontrer à l'industrie son potentiel d'application dans la future production d'énergie à base d'hydrogène et les systèmes énergétiques sans carbone.