Combustion catalytique du methane imbrûlé dans les gaz d'échappement des voitures au GN

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
COMBUSTION CATALYTIQUE DU CH4 IMBRÛLÉ
DANS LES GAZ D’ÉCHAPPEMENT DES VÉHICULES
AU GAZ NATUREL
MASSIMILIANO ZANOLETTI
DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
THÈSE PRÉSENTÉE EN VUE DE L'OBTENTION
DU DIPLÔME DE PHILOSOPHIAE DOCTOR (Ph.D.)
(GÉNIE CHIMIQUE)
JUIN 2009
© Massimiliano Zanoletti, 2009.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Cette thèse intitulée:
COMBUSTION CATALYTIQUE DU CH4 IMBRÛLÉ
DANS LES GAZ D’ÉCHAPPEMENT DES VÉHICULES
AU GAZ NATUREL
présentée par: ZANOLETTI Massimiliano
en vue de l'obtention du diplôme de: Philosophiae Doctor
a été dûment acceptée par le jury d'examen constitué de:
M. LEGROS Robert, Ph.D., président
M. KLVANA Danilo, Ph.D., membre et directeur de recherche
M. PERRIER Michel, Ph.D., membre et codirecteur de recherche
M. DUBOIS Charles, Ph.D., membre
M. MACCHI Arturo, Ph.D., membre

IV
Ai miei genitori

V
Remerciements
Ce projet à été réalisé au laboratoire de cinétique du département de génie chimique
de l’École Polytechnique de Montréal.
Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à mes directeurs de recherche, le
professeur Danilo Klvana et le professeur Michel Perrier, ainsi que la docteure Jitka
Kirchnerova, pour m’avoir accepté comme étudiant et de m’avoir guidé dans mes travaux de
recherche. Je les remercie aussi pour la patience, les conseils prodigués, la disponibilité et
tout le support démontré pendant cette période.
Je tiens aussi à remercier tous les professeurs du département qui m’ont donné la
chance de collaborer avec eux et pour la confiance qu’ils m’ont démontré en tant que chargé
de cours et de travaux dirigés.
Mes plus sincères remerciements vont aussi à Lionel Valero pour ses précieux
conseils et à toute l’équipe technique. Je remercie aussi le personnel administratif du
département et, en particulier, Mme Chantal Bénard pour l’aide fournie et les conseils lors
de la rédaction de cette thèse.
Enfin, que toute les personnes, amis et collègues, qui m’ont soutenu et encouragé
pendant mon doctorat, trouvent ici l’expression de ma sincère gratitude.

VI
Résumé
Parmi les carburants alternatifs à l’essence et au diesel, le gaz naturel pour véhicules
(GNV) constitue une des solutions les plus intéressantes pour atténuer la dépendance
énergétique du secteur des transports vis-à-vis du pétrole et contribuer à la protection de
l’environnement. Le problème de la pollution de l’air est de plus en plus important sur notre
planète, à cause entre autre du trafic de plus en plus intense. Pour cette raison les
législateurs de la plupart des pays ont sensiblement renforcé leur réglementation pour les
véhicules à moteur afin de répondre aux engagements prévu par le Protocole de Kyoto.
Les moteurs alimentés au gaz naturel pour véhicules (GNV) émettent en général 70%
moins de CO et 23% moins de CO2. En plus, les émissions de NOx sont notablement réduites.
Malheureusement les avantages du gaz naturel sont partiellement anéantis par la présence
du méthane imbrulé (environ 2000 ppm) dans les gaz d’échappement. Le méthane possède
un potentiel de réchauffement global 21 fois plus grand que le dioxyde de carbone.
La combustion du méthane imbrulé dans les gaz d’échappement représente de nos jours un
défi technologique, à cause entre autre de la grande inertie chimique du CH4 et la faible
température des gaz d’échappement sortant du moteur (500-550 °C).
L’objectif principal de ce projet de recherche était de mettre en œuvre et d’évaluer
l’applicabilité d’une nouvelle technologie, exploitant le concept du réacteur auto-cyclique,
pour la post-combustion de faible teneur de méthane dans les gaz d’échappement des
moteurs au gaz naturel.
D’abord sur la base des données disponibles dans la littérature, on a développé un
simple modèle mathématique monodimensionnel (HT1-Dt), afin d’établir les dimensions d’un