Titre original :

Contribution à l’étude des mécanismes physico-chimiques d’oxydation de combustibles d’intérêt industriel : Application à l’analyse des processus de formation de polluants gazeux et particulaires par diagnostics optiques

Mots-clés en français :
  • Oxycombustion
  • Dévolatilisation

  • Pétrole (combustible)
  • Charbon
  • Biocarburants
  • Suie
  • Composés aromatiques polycycliques
  • Incandescence induite par laser
  • Fluorescence induite par laser
  • Cinétique chimique
  • Langue : Français
  • Discipline : Sciences physiques
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 30-10-2015

Résumé en langue originale

L’utilisation des combustibles fossiles demeure très répandue au sein des systèmes industriels que ce soit pour la production d’électricité et de chaleur ou pour les applications moteurs. Les combustibles usuels tels que le charbon et les carburants pétroliers s’avèrent toutefois très complexes de par leur nature, leur composition et leur hétérogénéité. La prédiction de leur comportement en oxydation reste de fait très difficile et ce notamment au regard de la complexité des mécanismes physico-chimiques impliqués dans les procédés de combustion, ces derniers étant en outre la source d’émissions polluantes gazeuses (NOx, SOx, Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAPs)) et particulaires (suies) ayant un impact non négligeable sur la santé et l’environnement ainsi que sur la longévité des installations énergétiques elles-mêmes. Il en résulte que la compréhension fine et détaillée des mécanismes d’oxydation de combustibles d’intérêt industriel tels que le charbon ou les carburants moteurs constitue un enjeu essentiel devant permettre de dégager des pistes d’avancées technologiques nécessaires à l’amélioration de l’efficacité des procédés de combustion et à la réduction de leur impact environnemental. Couplée à cela, la mutation actuelle du paysage énergétique implique de faire face à de nouveaux défis que sont le déclin programmé des ressources en combustibles fossiles et la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Le recours à de nouveaux vecteurs énergétiques biosourcés (biomasse solide et biocarburants) afin de compléter avantageusement le mix énergétique de même que le développement de nouveaux modes de combustion faiblement émetteurs de CO2 ou facilitant son captage (à l’image de l’oxycombustion) constituent de fait des solutions clairement identifiées et mises en exergue notamment par les pouvoirs publics. De telles évolutions impliquent toutefois là encore que des recherches à caractère fondamental soient entreprises dans le but de mieux appréhender les processus associés à la combustion de nouvelles ressources énergétiques et ce sous atmosphères non-conventionnelles. Ce sont ces défis technologiques et par conséquent les verrous scientifiques qui en découlent qui motivent les recherches que je mène depuis maintenant une dizaine d’années en adoptant pour ce faire une approche reposant tout spécifiquement sur l’utilisation de diagnostics optiques couplée au développement de bancs expérimentaux de laboratoire représentatifs de configurations industrielles génériques. De la sorte, des données cinétiques locales et inédites peuvent être obtenues en vue d’être implémentées dans les codes de calcul et ce dans le but d’en améliorer le caractère prédictif. Les actions de recherche seront exposées, celles-ci intégrant notamment les travaux menés en vue de caractériser le pouvoir suitant de divers carburants modèles de l’essence, du gazole et du kérosène de même que les études réalisées dans le but de mieux appréhender l’impact des biocarburants oxygénés sur les mécanismes physico-chimiques de formation des suies et de leurs précurseurs aromatiques. Les recherches visant à caractériser les processus d’oxydation de combustibles solides pulvérisés tels que le charbon sous air enrichi en oxygène et sous oxycombustion seront également présentées sachant qu’un accent particulier sera porté sur la modélisation cinétique du phénomène de dévolatilisation. Pour terminer, les développements proposés dans le domaine analytique seront traités en se focalisant tout spécifiquement sur le couplage des techniques d’incandescence et de fluorescence induites par laser (LII/LIF) pour la détection sélective des suies et des HAPs ainsi que sur la modélisation des signaux LII en vue d’acquérir de façon non-intrusive des informations additionnelles concernant les caractéristiques physiques des polluants particulaires incluant leur taille ou leurs propriétés optiques.

  • Directeur(s) de thèse : Therssen, Eric
  • Laboratoire : Énergétique Industrielle. École des mines de Douai
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

AUTEUR

  • Lemaire, Romain
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