Comparaison entre les suies du PMMA, du brˆ uleur gaz et des valeurs de la litt´erature

Les clich´es MET et le DMS ont permis d’obtenir les caract´eristiques morphologiques des particules de suie produites par le brˆuleur gaz et par la combustion du PMMA. Les valeurs de ces diff´erentes caract´eristiques sont r´esum´ees dans le tableau V.1. On a donc dans ce tableau toutes les caract´eristiques morphologiques n´ecessaires pour tenir compte

108 Chapitre V. R´esultats sur les propri´et´es optiques des suies

Figure V.12 – Exemple de distribution en diam`etre de mobilit´e pour les suies du PMMA obtenue pour z = 34 cm pour plusieurs mesures successives, sur un mˆeme

allumage, au cours du temps (de t = 1480 s `a 1490 s)

Figure V.13 – Effet du temps de combustion et de la hauteur de mesure sur le diam`etre de mobilit´e des suies du PMMA pour deux plaques diff´erentes

de la diffusion dans le calcul du rayonnement des particules de suie en utilisant la th´eorie de la RDG-FA. Ce tableau permet ´egalement de constater que les caract´eristiques des suies du brˆuleur gaz et du PMMA sont assez proches.

Chapitre V. R´esultats sur les propri´et´es optiques des suies 109 Brˆuleur gaz PMMA

Dp,moy 25,5 23,8 Dg(mode 1) 39,6 40,0 Dg(mode 2) 138,7 132,7 Dg(monomodal) 107,5 115,4 df avec Np ≥ 1 1,77 1,71 kf avec Np ≥ 1 1,93 2,57 df avec Np ≥ 10 1,62 1,54 kf avec Np ≥ 10 2,57 3,55 Dm(mode 1) 22,6 21,0 Dm(mode 2) 77,7 86,7 β(mode 1) 1,75 1,90 β(mode 2) 1,78 1,53

Table V.1 – Tableau r´ecapitulatif des caract´eristiques morphologiques et des tailles des suies du brˆuleur gaz et du PMMA

la litt´erature. Pour le diam`etre des sph´erules primaires, les valeurs sont report´ees dans le tableauV.2. On remarque que les valeurs obtenues dans cette ´etude sont en g´en´eral plus faibles que celles de la litt´erature que ce soit pour le combustible gazeux ou solide. Mais les valeurs de la litt´erature concernent des flammes jets pour le m´ethane et l’´ethyl`ene et une configuration horizontale (feu de nappe) pour le PMMA. Dans une configuration de feu de paroi, la formation des suies n’est pas localis´ee uniquement dans le bas de la flamme mais `a toutes les hauteurs de celle-ci. Cela peut expliquer la valeur plus faible pour le Dp moyen compte tenu de la pr´esence possible de suies ayant eu un temps de s´ejour court dans la flamme, c’est-`a-dire des suies form´ees dans la partie haute de la flamme. Ces particules ont donc moins subit les processus de croissance par ajout de masse `a la surface des sph´erules.

La dimension fractale et le pr´efacteur sont eux aussi compar´es aux valeurs de la litt´erature. Ces valeurs sont donn´ees dans le tableau V.3. Les dimensions fractales ob-tenues dans cette ´etude (1,62-1,77 et 1,54-1,71 respectivement pour le brˆuleur gaz et le PMMA) sont en bon accord avec celles de la litt´erature. Toutes les valeurs sont entre 1,5 et 1,8, ce qui s’explique par le type de croissance des agglom´erats de suie. En effet, ces va-leurs de df indiquent que la croissance est due `a des collisions de type ≪amas-amas≫[17],

110 Chapitre V. R´esultats sur les propri´et´es optiques des suies Combustible Dp(nm) Description flamme et

pr´el`evement

R´ef´erence

M´ethane 19,8 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 5 cm)

[90]

M´ethane 20 Flamme jet de pr´em´elange,

pr´el`evement par emprisonnement dans une bouteille (z = 1,2 cm)

[91]

M´ethane 30 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 15 `a 35 cm)

[48]

Ethyl`ene 32 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique

[92]

Ethyl`ene 43,3 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 4 cm)

[77]

M´ethane/Ethyl`ene 25,5 Feu de paroi verticale, pr´el`evement thermophor´etique (z = 34 cm)

cette ´etude

PMMA 42-61 Feu de nappe, pr´el`evement ther-mophor´etique (dans les fum´ees)

[17]

PMMA 23,8 Feu de paroi verticale,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 34 cm)

cette ´etude

Table V.2 – Comparaison des valeurs de Dp de cette ´etude avec des valeurs de la litt´erature

ce qui donne aux particules une compacit´e assez r´eduite et donc une dimension fractale inf´erieure `a 2. En ce qui concerne le pr´efacteur, les valeurs de la litt´erature sont assez dispers´ees mais les valeurs de cette ´etude (1,93-2,57 et 2,57-3,55 respectivement pour le brˆuleur gaz et le PMMA) sont assez proches des valeurs de la litt´erature pour le m´ethane et pour le PMMA.

La dimension fractale df est g´en´eralement proche pour des agr´egats issus de diff´erents combustibles. Celle-ci d´epend majoritairement du mode de formation des agr´egats. Ainsi lorsque df est inf´erieur `a 2, on est plutˆot en pr´esence de processus d’agr´egations de type

≪amas-amas≫, comme vu pr´ec´edemment [17]. C’est ce processus qui pr´edomine dans le cas des flammes. Celui-ci fait intervenir des amas d´ej`a form´es, la collision et l’adh´esion de

Chapitre V. R´esultats sur les propri´et´es optiques des suies 111

Combustible df kf Description flamme et

pr´el`evement

R´ef´erence

M´ethane 1,64 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 5 cm)

[90]

M´ethane 1,6-1,72 Flamme jet de pr´em´elange,

pr´el`evement par emprisonnement dans une bouteille (z = 1,2 cm)

[91]

M´ethane 1,74 2,45 Flamme jet de pr´em´elange,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 1,2 et 1,8 cm)

[93]

M´ethane 1,8 2,3 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 15 `a 35 cm)

[48]

Ethyl`ene 1,66 2,35 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 1,5 cm)

[94]

Ethyl`ene 1,49 4,14 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 4 cm)

[77]

Ethyl`ene 1,62-1,74 5,8 Flamme jet de diffusion,

pr´el`evement thermophor´etique (z = 3 cm)

[95]

M´ethane/Ethyl`ene 1,62-1,77 1,93-2,57 Feu de paroi verticale, pr´el`evement thermophor´etique (z = 34 cm)

cette ´etude

PMMA 1,67-1,78 2,50-2,97 Feu de nappe, pr´el`evement ther-mophor´etique (dans les fum´ees)

[17]

PMMA 1,54-1,71 2,57-3,55 Feu de paroi verticale, pr´el`evement thermophor´etique (z = 34 cm)

cette ´etude

Table V.3 – Comparaison des valeurs de df et kf de cette ´etude avec des valeurs de la litt´erature

ces amas donnant des agr´egats a´er´es et peu compact. Lorsque df est sup´erieur `a 2, c’est le processus≪particules-amas≫qui devient pr´edominant. Il s’av`ere donc logique de trouver des valeurs proches pour les valeurs de la dimension fractale pr´esent´ees dans le tableau

V.3 celles-ci ne d´ependant que majoritairement du mode de formation des agr´egats. En ce qui concerne la configuration de la combustion (flamme jet, feu de nappe ou de paroi

112 Chapitre V. R´esultats sur les propri´et´es optiques des suies verticale), elle ne semble pas influencer la valeur de df. Malgr´e le fait que, dans les flammes de paroi verticale de cette ´etude, le temps de s´ejour des suies est plus dispers´e (comme vu pr´ec´edemment) que pour des flammes jets par exemple, on obtient des valeurs de df similaires pour les diff´erentes configurations. Le temps de s´ejour des suies ne semble donc pas provoquer de variations sensibles sur la dimension fractale. Contrairement `a cette derni`ere, le pr´efacteur d´epend quant `a lui du combustible utilis´e. Cela explique les variations sur les valeurs pr´esent´ees. On a ´egalement put voir que le fait de tenir compte ou non des agr´egats de moins de 10 sph´erules avait un effet non n´egligeable sur les valeurs de la dimension fractale et du pr´efacteur d´etermin´ees.

V.2 Mesures d’extinction in-situ et ex-situ

Apr`es avoir d´etermin´e les caract´eristiques morphologiques des particules de suie, leurs propri´et´es optiques vont maintenant ˆetre pr´esent´ees. Comme pr´ec´edemment, les deux types de flamme ont ´et´e ´etudi´es, c’est-`a-dire la flamme du brˆuleur gaz et la flamme de la combustion du PMMA. La propri´et´e optique qui a ´et´e mesur´ee dans cette partie est le coefficient d’extinction spectrale Kext(λ). Deux types de mesure ont ´et´e effectu´es pour d´eterminer cette extinction : in-situ et ex-situ. Cette propri´et´e est utilis´ee dans la calibration de la m´ethode de LII d’o`u son importance.