Étude théorique et expérimentale d'une torche plasma triphasée associée à un procédé de gazéification de matière organique.

• Main Authors: Rehmet, Christophe, Fulcheri, Laurent, Cauneau, François
• Language: fra
• Published: Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris 2013
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [SPI] Sciences de l'ingénieur; [SPI:PLASMA] Engineering Sciences/Plasmas; [SPI:PLASMA] Sciences de l'ingénieur/Plasmas; [SPI:GPROC] Engineering Sciences/Chemical and Process Engineering; [SPI:GPROC] Sciences de l'ingénieur/Génie des procédés; [SPI:FLUID] Engineering Sciences/Reactive fluid environment; [SPI:FLUID] Sciences de l'ingénieur/Milieux fluides et réactifs; Plasma triphasé; MHD; arc électrique instationnaire; camera rapide
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00914675; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/91/46/75/PDF/Manuscrit_de_Christophe_Rehmet_23novembre2013.pdf; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/91/46/75/ANNEX/Soutenance_septembre2013.ppsx

Les torches à arcs plasma sont actuellement utilisées dans de nombreuses applications industrielles pour atteindre des températures nettement supérieures (> 5 000 K) à celle obtenues par la combustion (3 000 K max). Une technologie plasma triphasée avec des électrodes en graphite est en cours de développement au Centre PERSEE MINES ParisTech. Cette technologie diffère sensiblement des technologies à courant continu traditionnelles et vise à dépasser certaines limites des systèmes actuels en termes de robustesse, de coûts d'équipement et d'exploitation pour des applications liées à la conversion et la valorisation de biomasse et déchets. Dans le but d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques instationnaires intervenant dans les décharges triphasées, une étude menée en parallèle sur le plan théorique et sur le plan expérimental a été conduite en conditions non réactives (azote et gaz de synthèse). Sur un plan expérimental, cette étude s'est appuyée sur des analyses réalisées avec une caméra ultra rapide (100 000 images par seconde) et l'analyse des signaux électriques. Sur un plan théorique, cette étude a consisté à développer un modèle Magnéto-Hydro-Dynamique (MHD) 3D instationnaire de la zone d'arc dans l'environnement du logiciel Code Saturne® et à effectuer une étude paramétrique basée sur le courant, la fréquence et le débit de gaz plasma. Deux configurations : électrodes coplanaires et électrodes parallèles ont été étudiées. Cette étude a permis de mettre en évidence l'influence des phénomènes électromagnétiques et hydrodynamiques sur le déplacement de l'arc. Dans la configuration coplanaire, les jets aux électrodes semblent jouer un rôle prépondérant sur le mouvement des arcs, les transferts de chaleur dans l'espace inter-électrodes et l'amorçage des arcs. Dans la configuration parallèle, le mouvement des canaux chauds semble être le paramètre dominant. La confrontation des résultats théoriques et expérimentaux a montré un très bon accord à la fois au niveau du mouvement des arcs et des signaux électriques.