Conclusion générale

Les émissions des hydrocar ures pendant le démarrage à froid d’un moteur d’un véhicule sont dues principalement à la température relativement fai le du syst me d’oxydation catalytique. La température minimale de fonctionnement est habituellement au-dessus de 200°C. En deçà de cette température, les systèmes catalytiques sont presque inefficaces. Le problème avec le catalyseur est que celui-ci met un temps assez long pour atteindre la température minimale de fonctionnement apr s le démarrage d’un moteur. En effet, le temps moyen requis pour atteindre cette température est d’environ minutes.

La zéolithe ZSM-12, ayant une structure MTW et un réseau poreux unidimensionnel avec un orifice à 1 atomes d’oxyg ne a été synthétisée avec trois différents rapports atomiques Si/Al (Si/Al=52, 64 et 80). Tous les adsorbants zéolithiques ont été préparés sous la forme Na+ et ont été échangés par suite par deux différents contre ions (H+ et Ag+).

Tous les échantillons zéolithiques ont été minutieusement caractérisés afin de souligner leurs propriétés chimiques, texturales et structurales. Les techniques utilisées dans cette étude sont : la spectroscopie d’a sorption atomique la diffraction aux rayons X (DRX) la microscopie électronique à balayage (MEB) et la mesure de surface spécifique (BET). Les propriétés acides des zéolithes ont été qualifiées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier de la pyridine adsor ée et quantifiées par désorption d’ammoniac à température programmée. Les échantillons synthétisés ont été testés comme adsorbants pour la capture des hydrocar ures (HCs) en utilisant le tolu ne et l’éthyl ne comme mod les de grandes et de petites molécules des hydrocar ures présents dans les gaz d’échappement d’un moteur au démarrage à froid. Les vitesses de chauffage élevées utilisées dans les expériences de désorption ont été réalisées en utilisant la désorption thermique par diode laser de Phytronix (S-96 LDTD) couplée à une cham re d’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) (Phytronix Technologie Qué ec Canada) apr s l’adsorption du mélange tolu ne- éthylène. Trois vitesses de chauffage similaires à la vitesse du chauffage du pot catalytique ont été utilisées pour le processus de désorption : 3°C/s, 5°C/s et 9°C/s.

Il a été démontré qu’une vitesse de chauffage élevée est suffisante pour prévenir la thermodésorption des hydrocarbures avant la température minimale du fonctionnement du

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catalyseur à trois voies dans le pot catalytique. Pour tous les adsorbants utilisés dans cette thèse, les deux hydrocarbures, éthylène et toluène, se désorbent à des températures supérieures à 240°C. Ag-ZSM-12 avec les différents rapports molaires Si/Al a été jugée l’adsor ant le plus performant pour la capture des HCs malgré sa capacité d’adsorption légèrement inférieure à celle des autres solides zéolithiques. Les pics de thermodésorption obtenus avec ce solide sont entre 340 et 380°C. Dans un tel intervalle de température, le catalyseur à trois voies est sans doute opérationnel (Chapitre 5).

Grâce au diamètre des orifices de pores de 1 atomes d’oxyg nes et à une structure du réseau poreux unidimensionnel de la ZSM-12, le processus de la diffusion unidirectionnelle a été o servé durant la thermodésorption; la désorption de l’éthyl ne est retardée par la présence des molécules volumineuses de toluène. Dans cette optique, la zéolithe Ag-ZSM- 1 est la plus appropriée vu qu’elle a pu adsor er le mélange éthyl ne-toluène et retarder le plus le pic de désorption de l’éthyl ne (Chapitre ).

La diffusion d’un seul gaz, éthylène ou toluène, dans les micropores de la zéolithe ZSM-12 a été étudiée expérimentalement et numériquement (Chapitre 6). Il a été démontré expérimentalement que la quantité d’éthyl ne ou de tolu ne adsor ée n’est pas affectée par la vitesse de montée de température dans le processus de thermodésorption. Deux pics de désorption de l’éthyl ne piégé sur Ag-ZSM-12 ont été observés et un seul pour le toluène adsor é sur le même adsor ant. Numériquement l’utilisation de la diffusion transitoire aux frontières couplée à la loi de Fick, a permis des résultats comparables aux résultats expérimentaux et il a été possi le d’expliquer et d’interpréter les profils de désorption. Pour les deux solides utilisés dans cette partie d’étude Na-ZSM-12 et Ag-ZSM-12 avec un rapport atomique Si/Al= les énergies d’activation

E

w(à l’intérieur du réseau poreaux) et

E

_(à la frontière du réseau poreux) pour le toluène sont plus élevées que celles de l’éthyl ne du fait de la dimension de la molécule aromatique. Les valeurs de ces deux

paramètres (

E

wet

E

) sont plus élevées pour la zéolithe échangée par l’Ag+ que la Na-ZSM-

1 en raison de la présence des sites d’acide de Lewis fort dans Ag-ZSM-12. Additionnellement les valeurs des énergies d’activation pour les deux formes zéolithiques diminuent en augmentant les vitesses de chauffage. . Ceci est expliqué par l’agitation

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thermique du réseau zéolithique qui permet une diffusion plus rapide des hydrocarbures à température plus élevée.

Une étude numérique a été poursuivie pour étudier la diffusion simultanée d’un mélange binaire toluène-éthylène dans le réseau poreux zéolithique unidimensionnel de la zéolithe ZSM-1 (Chapitre 7). Cette partie de la th se souligne l’effet des contre ions Na+, H+ et Ag+ et de la vitesse de montée en température dans le processus de désorption du mélange binaire. Un modèle simple est proposé pour simuler la diffusion du mélange binaire dans les pores unidimensionnels. Les simulations numériques montrent qu’en tenant compte de l’effet de la température sur le coefficient de diffusion d’une seule molécule dans la loi d’Arrhénius a permis d’avoir des résultats compara les aux résultats expérimentaux permettant d’expliquer plusieurs caractéristiques des profils de désorption obtenus expérimentalement. Deux étapes ont été envisagées; le saut d’une cage à une autre puis le saut de la cage frontalière à la phase gazeuse. Ces deux étapes ont différentes énergies d’activation avec

E



E

D. Pour chaque gaz, les deux énergies d’activation dépendent

fortement du rapport atomique Si/Al et du rayon du contre ion (Na+, H+ et Ag+).

Dans le document Développement d'une méthode expérimentale appropriée à l'étude des adsorbants utilisables pour le contrôle des émissions d'hydrocarbures lors du démarrage à froid d'un moteur (Page 164-166)