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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 33 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 9 Mo |
Extrait
UNIVERSITÉ D’ORLÉANS
ÉCOLE DOCTORALE de SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement
THÈSE présentée par :
Casimir TOGBE
Soutenue publiquement le 27 Octobre 2010
pour obtenir le grade de : Docteur de l’Université d’Orléans
Discipline : Chimie - Physique
Etude cinétique de l’oxydation de constituants de
biocarburants et composés modèles – Formation de
polluants
THÈSE dirigée par :
P. DAGAUT Directeur de recherche au CNRS d’Orléans
Y. BEDJANIAN Chargé de recherche au CNRS d’Orléans, HDR, co-Directeur
RAPPORTEURS :
S. CAVADIAS Professeur à l’ENSC-Paris 6
J.-F. PAUWELS Professeur à l’Université de Lille 1
___________________________________________________________________
JURY
Y. BEDJANIAN Chargé de recherche au CNRS d’Orléans, HDR
S. CAVADIAS Professeur à l’ENSC-Paris 6
P. DAGAUT Directeur de recherche au CNRS d’Orléans
G. DAYMA Maître de Conférences a l’Université d’Orléans – co-Encadrant
C. MORIN de Conférences à l’UPMC – Paris 6, HDR
J.-F. PAUWELS Professeur à l’Université de Lille 1 – Président du jury
tel-00585394, version 1 - 12 Apr 2011
tel-00585394, version 1 - 12 Apr 2011AVANT-PROPOS
Cette thèse a été réalisée à l’Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et
environnement (ICARE) et financée par le Centre National de Recherche Scientifique à Orléans
(CNRS-Orléans) sous la direction de Monsieur Philippe Dagaut, Directeur de Recherche au CNRS
et directeur de thèse, qui m’a fait pleinement confiance. Je lui exprime toute ma reconnaissance.
Durant ces 3 ans et demi (stage Master 2 y compris), avec ses compétences scientifiques et ses
conseils, il a su orienter mes recherches aux bons moments. Je l’en remercie sincèrement.
Je souhaite remercier Monsieur Yuri Bedjanian, pour avoir accepté la co-direction de cette
thèse.
Je remercie Monsieur Iskender Gökalp, directeur de ICARE, pour sa disponibilité et sa
sympathie.
Je remercie tout particulièrement Monsieur Jean-François Pauwels professeur à l’Université
des Sciences et Technologies de Lille, et Monsieur Siméon Cavadias professeur à l’Ecole Nationale
Supérieure de Chimie de Paris pour avoir accepté de juger ce travail en qualité de rapporteur et d’y
avoir consacré du temps. Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Guillaume Dayma
et Madame Céline Morin respectivement maitre de conférences à l’Université d’Orléans et à
l’institut Jean Le Rond d’Alembert pour l’intérêt qu’ils ont porté à ces travaux. Merci à Guillaume
pour m’avoir également encadré.
Un grand merci à Pascal Diévart pour son aide précieuse au long de ces années. Merci
beaucoup pour son amitié et ses conseils.
Je remercie également l’ensemble des membres permanents du laboratoire : M Chevrier, A
Cadoret, C Chauveau, L. Pillier, S. De Persis, S. Javoy, L. Catoire, J. Sabatier, A. Aymard (parti à
la retraite).
Je remercie les membres de l’équipe OH : A. Mzé Ahmed, H. Ramirez et J.-B. May Carle.
Je remercie aussi tous ceux que j’ai rencontrés au laboratoire durant ces 3 ans : A. Matynia,
J. Molet, K. Coudoro, Peng, G. Sabard, M. M. Ndem, J. Goulier, M. Karaca, L. Ponty, M. Chahine
Pablo, Thomas, François, Rémy, Homan, Fabien, Valérie, Sandro, Tanh, Mai Lan, Sandro, Kamal,
Emma, Elodie …Merci pour leur sympathie.
Je souhaite remercier mes amis de longue date du collège : Fabrice Elégbédé, Maurille
Agbobatinkpo et Christian Orè Lawin.
Merci à Edwige pour son soutien et son encouragement. Je l’en remercie vraiment.
Je tiens à remercier tous les membres de ma famille pour leur soutien et la confiance qu’ils
m’ont accordés durant toutes ces années. J’adresse particulièrement mes remerciements à
Dieudonnée, Zoulfath, Albert, Kola, Doriane, Diane, Yann, Maéva, Raymond.
Enfin, à mes parents qui se sont beaucoup sacrifiés pour nous et qui malheureusement ne
sont plus de ce monde. C’est à eux que je dédie cette thèse.
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Sommaire
I. Contexte de l’étude .............................................................................................................................. 13
1. Motivations .......................................... 13
2. Généralité sur les biocarburants .......................................................................... 16
2.1. Le cadre législatif .......................................................................................................................... 16
2.2. Les biocarburants de première génération .................. 16
2.3. Les biocarburants de seconde génération ................................................................................... 17
2.4. Impact sur les émissions ............................................... 18
3. Objectifs de ce travail de thèse ............................................................................ 18
II. Etude bibliographique .......................................................................................................................... 27
1. Généralités sur l’oxydation des hydrocarbures ................... 27
1.1. Zone de basse température ............................................................................................................. 27
1.2. Zone du coefficient négatif de température (CNT) ......... 30
1.3. Domaine de haute température. ..................................................................................................... 30
2. Etat de l’art sur l’oxydation des esters méthyliques ............ 31
3. Etat de l’art sur l’oxydation des alcools ............................................................................................... 37
Le méthanol .......................................................................... 38
L’éthanol .............................................................................. 39
L’isopropanol ....................................................................... 40
Le butan-1-ol ........................................................................ 40
Le pentan-1-ol et le hexan-1-ol ............................................ 42
III. Dispositif expérimental ........................................................................................ 57
1. Le réacteur auto-agité par jets gazeux ................................................................. 57
1.1. Principe des réacteurs parfaitement agités ................................................................................. 57
1.2. Description du réacteur auto-agité .............................. 57
1.3. Calcul des débits gazeux ............................................................................................................... 59
5
tel-00585394, version 1 - 12 Apr 20111.4. Prélèvement et échantillonnage des gaz de combustion ............................................................ 60
2. Analyse des gaz de combustion par spectrométrie d’absorption infrarouge à transformée de Fourier
(IRTF) ............................................................................................................................ 60
2.1. L’absorption infrarouge ................................................ 60
2.2. Principe de l’analyse quantitative par infrarouge ........................................ 61
2.3. Construction de la méthode de dosage en IRTF .......................................... 61
3. Analyse des gaz de combustion par chromatographie en phase gazeuse (CPG) . 63
3.1. Principe de la chromatographie en phase gazeuse ...................................................................... 63
3.2. Analyse des composés hydrocarbonés ........................................................................................ 64
3.3. Analyse de l’hydrogène ................................................ 64
3.4. Comparaison des mesures de CPG et de IRTF .............................................................................. 64
4. Estimation de l’incertitude sur les résultats ......................... 65
IV. Modélisation......................................................................................................................................... 73
1. Les outils de calcul 73
1.1. Le logiciel CHEMKIN ......................................................................................................................... 73
1.2. Le mécanisme réactionnel (fichier chem.inp) .................. 75
1.3. Les données thermodynamiques (fichier therm.dat) .........................................