Traitement de l'acétaldéhyde par décharges électriques impulsionnelles dans les mélanges de gaz atmosphériques : cinétique et efficacité énergétique

• Main Author: Faider, Wilfrid
• Language: FRE
• Published: Université Paris Sud - Paris XI 2013
• Subjects: [PHYS:COND:CM_GEN] Physics/Condensed Matter/Other; COV; Acétaldéhyde; Conversion; DBD; Décharge photo-déclenchée; Cinétique; Quenching; Métastable d'azote; Radical hydroxyle; OH
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00804682; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/80/46/82/PDF/VA2_FAIDER_WILFRID_14022013.pdf

Cette thèse a pour objet l'analyse de la cinétique de la conversion de l'acétaldéhyde, CH₃CHO, à des concentrations initiales inférieures ou égale à 5000 ppm dans un mélange de gaz à base d'azote et contenant jusqu'à 20% d'oxygène, à température ambiante. L'étude a été réalisée en utilisant trois réacteurs mettant en œuvre des décharges de qualités spatiales différentes. Il s'agit d'un réacteur (UV510) à décharge pré-ionisée (photo-déclenchée) par rayonnement UV produisant un plasma homogène, et de deux réacteurs à décharge à barrière diélectrique (DBD), de géométrie plane (plan-plan) et de géométrie cylindrique (tige-tube) alimentés par impulsion HT et produisant des plasmas non homogènes à faible (plan) ou forte (cylindre) filamentation ; un diagnostic d'imagerie rapide (ns) de la DBD de géométrie plane montre que le plasma peut être considéré quasi-homogène. En s'appuyant sur une modélisation 0D auto-cohérente de la décharge photo-déclenchée, l'étude de la cinétique du mélange N₂/CH₃CHO montre l'importance des états métastables de la molécule d'azote, triplet A³Σu⁺, et singlets (groupe a' ¹∑⁻u, a ¹∏g, et w ¹Δu) dans la dissociation de l'acétaldéhyde. Un coefficient minimum de 6.5×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹ est estimé pour le quenching des singlets par l'acétaldéhyde. Le coefficient du triplet est estimé entre 4.2×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹ et 6.5×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹. Cette dissociation produit des radicaux (CH₃, CH₃CO, HCO, H, O) et des molécules (CH₄, CH₂CO, C₂H₄, C₂H₂, H₂, CO). Ainsi les sous-produits majoritaires mesurés à la fin de la post décharge temporelle sont le méthane, le dihydrogène, le monoxyde de carbone et l'éthane. Les minoritaires sont l'acétylène, l'éthène, l'acétone et l'acétonitrile. Dans les mélanges contenant de l'oxygène, l'importance de la dissociation de CH₃CHO par quenching des états métastables de N₂ diminue au profit des processus d'oxydation par le radical hydroxyle, OH, et l'oxygène atomique, O (³P). La mesure résolue en temps du radical OH dans la post-décharge du réacteur UV510 montre une très forte réactivité de ce radical avec les sous-produits de conversion de l'acétaldéhyde. Une densité maximum de OH égale à 3.5×10¹⁴ cm⁻³ a été mesurée pour 10 % d'oxygène et 5000 ppm d'acétaldéhyde. Le schéma cinétique adopté pour ces mélanges donne, par la modélisation auto-cohérente, une valeur de densité plus élevée. Toutefois, la conversion de l'acétaldéhyde dans N₂/O₂/CH₃CHO est bien expliquée par le modèle, de même que les concentrations produites de méthane et d'éthane. Enfin, la comparaison de l'efficacité énergétique des trois réacteurs étudiés montre que l'homogénéité de la décharge favorise, pour des milieux pauvres en oxygène (moins de 2 %), la conversion de l'acétaldéhyde.