La lecture à portée de main
Découvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement
Je m'inscrisDécouvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement
Je m'inscrisDescription
Sujets
Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 221 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 3 Mo |
Extrait
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.
Contact SCD INPL: mailto:scdinpl@inpl-nancy.fr
LIENS
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4 e la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
Ecole doctorale RP2E
Ressources, Procédés, Produits et Environnement
Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP), UPR 3349 CNRS-INPL
THESE
Présentée en vue de l'obtention du grade de
DOCTEUR DE L'INPL
Spécialité : Génie des Procédés et des Produits
Conception et caractérisation de microréacteurs
photocatalytiques
Par
Guillaume CHARLES
Ingénieur ENSIC
Soutenue publiquement le 25 Février 2011
Membres du Jury
Rapporteurs : Mme Sylvie BEGIN-COLIN
Mme Lingaï LUO
Examinateurs : Mr Laurent FALK
Mr Serge CORBEL
Invités Thibault ROQUES-CARMES Orfan ZAHRAA
Remerciements
Cette thèse a été effectuée au Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP- UPR
3349) du CNRS à Nancy dirigé par Gabriel WILD que je tiens tout d’abord à remercier pour
m’avoir accueilli au sein de son laboratoire.
Mes remerciements vont également à la Région de Lorraine pour le cofinancement de la
thèse, Serge CORBEL et Gabriel WILD pour l'aide financière.
Je remercie Serge CORBEL, Thibault ROQUES-CARMES et Orfan ZAHRAA pour
m’avoir encadré au cours de ces trois années.
Je remercie tout particulièrement Mesdames Sylvie BEGIN-COLIN, Professeur (IPCMS,
Université de Strasbourg) et Lingai LUO, Professeur (LOCIE, Université de Savoie) d’avoir
accepté de juger ce travail.
Je remercie Laurent FALK pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail ainsi que pour son aide
dans la recherche. Je remercie aussi Jean-Marc COMMENGE pour son aide sur la
caractérisation des microréacteurs et Ghislain GENIN pour son aide en simulation numérique.
Je remercie Hervé Le GALL et les membres de l’Atelier du laboratoire, Pascal, Yann …,
pour leur aide dans la fabrication et la réalisation des montages de microréacteurs.
Je tiens à associer à mes remerciements tous les chercheurs et enseignants-chercheurs du
laboratoire et je ne saurais oublier de remercier tout le personnel technique et administratif du
laboratoire. Que les thésards qui ont contribué, chacun à leur manière, à créer une ambiance
amicale, soient ici remerciés. Je remercie Mehdi et Nidhal, Jessica et les stagiaires de
photocatalyse pour m’avoir aidé à mener certaines de mes expériences.
Enfin, je remercie surtout ma famille de m’avoir soutenu et aider tout au long de cette
thèse.
3
Sommaire
Nomenclature..................................................................................................................... 1
INTRODUCTION GENERALE .................................................................................... 5
Partie I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE.................................................................... 11
1. Introduction aux techniques d’oxydation avancée............................................... 13
1.1. Photolyse du peroxyde d’hydrogène H O ......................................................... 13 2 2
1.2. Procédés de Fenton et de Photo-Fenton ............................................................. 13
1.3. Ozonation, couplage avec H O et irradiation UV de l’ozone........................... 14 2 2
2. Photocatalyse............................................................................................................ 14
2.1. Généralités, mécanisme réactionnel simplifié.................................................... 15
2.2. Adsorption et réaction à la surface du catalyseur............................................... 16
2.3. Dioxyde de titane TiO ....................................................................................... 18 2
2.4. Paramètres influençant la photocatalyse ............................................................ 21
2.5. Catalyse hétérogène............................................................................................ 23
2.6. Exemples de réactions photocatalytiques........................................................... 28
3. Réacteurs photocatalytiques................................................................................... 31
3.1. Sources d’irradiation .......................................................................................... 32
3.2. Réacteurs tubulaires/annulaires.......................................................................... 33
3.3. Réacteurs à disques rotatifs................................................................................ 34
3.4. Réacteurs solaires............................................................................................... 35
3.5. Réacteurs à film ruisselant ................................................................................. 36
3.6. Supports photocatalytiques en photopolymère ................................................. 38
3.7. Microréacteurs.................................................................................................... 39
4. Prototypage rapide .................................................................................................. 43
4.1. Elaboration du modèle 3D.................................................................................. 44
4.2. Procédé de stéréolithographie ............................................................................ 45
4.3. Micro-stéréolithographie.................................................................................... 47
4.4. Autres procédés 48
5. Conclusion de l’étude bibliographique.................................................................. 50
Partie II : TECHNIQUES EXPERIMENTALES....................................................... 51
1. Réactifs chimiques utilisés ...................................................................................... 53
2. Technique d’analyse................................................................................................ 53
3. Montage expérimental pour la photodégradation................................................ 54
4. Fabrication du réacteur .......................................................................................... 56
4.1. Stéréolithographie .............................................................................................. 56
4.2. Usinage mécanique de précision........................................................................ 57
4.3. Imprégnation du canal........................................................................................ 58
4.4. Difficultés de fabrication du réacteur................................................................. 60
5. Caractérisation de l’hydrodynamique................................................................... 61
5.1. Distribution des temps de séjour (DTS)............................................................. 61
5.2. Simulation numérique 66
6. Conclusion des techniques expérimentales............................................................ 69
7. Annexes de la partie II ............................................................................................ 70
7.1. Technique d’analyse........................................................................................... 70
7.2. Spectre d’émission des lampes UV.................................................................... 71
7.3. Profilométrie laser.............................................................................................. 72
7.4. Mesure d’angle de contact de suspension aqueuse de TiO sur solide .............. 73 2
Partie III : ETUDE EXPERIMENTALE ET MODELISATION............................. 75
1. Résultats expérimentaux et interprétation............................................................ 77
1.1. Etude du régime transitoire et photocatalyse ..............................