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Proposition de sujet de thèse
HDR - Directeur de thèse
Nom : BLIN SIMIAND
Prénom : Nicole
Grade : CR1
Tél. [phone]
Courriel : [e-mail]
Nom du Laboratoire : Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas (LPGP)
Nom du Directeur : Tiberiu MINEA
Code d’identification (UMR,UPR,..) : UMR8578
Site Internet : http://www.lpgp.u-psud.fr/
Tél. : [phone]
Adresse : LPGP, bât.210, Université Paris-
Sud, 91405 Orsay
Lieu de la recherche : LPGP, Bâtiment 214
Courriel : [email protected]
TITRE DE LA THESE :
Cinétique de conversion de molécules organiques par décharges à barrière diélectrique en mélanges de gaz
atmosphériques. Cas de molécules à 3 atomes de carbone : propane, propène et acétone.
Résumé :
L’élimination ou la réduction des émissions de molécules gazeuses d’hydrocarbures ou de composés organiques
volatils (COV) est un enjeu de société majeur. Ces molécules contribuent en effet au réchauffement global et aux
atteintes à la santé de la population et des biotopes. Par ailleurs, l’évolution des contraintes réglementaires
européennes visant une diminution globale des rejets, induit des surcoûts économiques importants pour l’industrie. Il
est donc indispensable que soient mis au point de nouveaux systèmes compacts, économiques, moins énergivores que
la catalyse et la combustion, pour le traitement de l'air. Dans ce cadre, des applications industrielles des plasmas de
dépollution ont déjà vu le jour et cette technique est en pleine évolution pour conduire à des applications beaucoup
plus nombreuses. Cela passe, avant tout, par une compréhension des processus physicochimiques mis en jeu dans le
traitement des polluants par plasma froid. Ce point est fondamental pour relever un certain nombre de défis : dégrader
l'ensemble des gaz, à température ambiante (gain énergétique), pour des atmosphères peu oxygénées, quel que soit le
mélange (espèces très variées à des concentrations différant de plusieurs ordres de grandeurs).
Les études déjà réalisées ont montré que la décomposition d’un polluant, à concentration de l’ordre de la centaine de
ppm, par un plasma froid dans un mélange de gaz atmosphériques (N2, O2, H2O), met en jeu des réactions
d’oxydation (par O et OH) et des transferts d’excitation électronique entre les états excités de N2 et la molécule,
provoquant sa dissociation. L’importance relative oxydation/dissociation dépend fortement de la famille chimique de
la molécule et des concentrations du mélange de gaz porteurs et de la température du mélange réactionnel.
Au sein de l’équipe DIREBIO du LPGP, le sujet de thèse proposé consiste en l’étude comparative de la cinétique de
dégradation de molécules à 3 atomes de carbone : le propène, le propane et l’acétone. L’intérêt de la comparaison des
hydrocarbures propane/propène est la grande différence de coefficient d’oxydation qui existe entre l’alcane et l’alcène
correspondant. Quant à l’acétone, c’est une molécule très difficile à oxyder pour laquelle l’étude de la transition
dissociation/oxydation fournira des données importantes. L’effet de la température sur la cinétique réactionnelle en
présence d’oxygène sera particulièrement pris en compte.
Il faudra déterminer les voies principales de conversion de ces 3 molécules dans le plasma d’une décharge à barrière
diélectrique (DBD), placée dans un four, en fonction de paramètres fondamentaux : énergie déposée dans la décharge,
concentration en O2, température du mélange. Les sous-produits résultants seront identifiés et quantifiés pour une
description complète de la cinétique. Différentes techniques de chromatographie seront utilisées (GC-TCD, GC-FID,
GC-MS) et un spectromètre de masse haute résolution permettra, en collaboration avec le Laboratoire de Chimie
Physique (LCP) de l’université, une caractérisation temporelle fine de l’évolution des sous-produits.
Par ailleurs, l’équipe a mis au point un code simplifié 0D pour simuler la conversion de molécules par DBD. Le
doctorant prendra en charge l’évolution de ce code pour la description de la physique du dépôt d’énergie.
Les processus ioniques pourront être pris en compte dans la cinétique, en collaboration avec le LCP.
Quelques mots-clés : plasma froid filamentaire, décharge à barrière diélectrique, COV, polluants, cinétique
hors-équilibre thermodynamique, dépollution, simulation.
Financement de thèse envisagé : Allocation de l’EDOM