Figure I.22: Présentation des travaux d’élemination de l’acétaldéhyde par plasmas froids [222]. Les références correspondent à : [39] C Klett et al. [223] ; [69] l Magne et al. [15] ; [132] ces travaux ;[133] A S Chiper et al. [134] ; [134] J Chaichanawong et al. [224] ; [135] N Sano et al. [13], [141] H M Lee et al. [12] et [134] T Sano et al. [225]
.
I.6 CONCLUSION ET OBJECTIFS DE LA THÈSE
Les COV sont un des groupes de polluants les plus vastes qui ont des effets néfastes sur la santé humaine et sur l’environnement. Ils sont des composés organiques répartis dans toutes les familles chimiques et émis par des sources fixes ou mobiles naturelles ou anthropiques. Cette diversité rend leur traitement complexe. Il existe cependant plusieurs méthodes de traitement que nous avons passé en revue dans ce chapitre. Les critères de choix d’une technique pour un traitement donné sont très souvent liés à sa mise en œuvre, aux coûts d’installation et de fonctionnement, à son efficacité et à certains paramètres propres à la sources d’émission. Par conséquent pour être attractive, une méthode doit être flexible pour s’adapter aux sources émettrices et économiquement rentable. C’est pourquoi certaines techniques font l’objet d’intenses recherches. Dans ce contexte, les plasmas froids apparaissent comme une méthode innovante. Ils ont montré leur capacité à réduire efficacement les COV quelle que soit leur nature. Certains de ces procédés plasma, à l’image des décharges DBD et GlidArc, sont déjà appliqués dans l’industrie et fonctionnent avec des rendements satisfaisants. Néanmoins avec une règlementation de plus en plus sévère, les recherches doivent se poursuivre en vue d’améliorer ces procédés.
Dans ce chapitre nous avons rappelé le principe et la physique des décharges à barrière diélec-trique et d’arc rampant que nous avons employés dans le cadre de cette thèse pour traiter l’acétal-déhyde et le phénol. Ce sont des décharges qui fonctionnent à pression atmosphérique et leur mise en œuvre est assez simple.
46 Chapitre I. CONTEXTE ET ENJEUX DE L’ÉTUDE Le choix du phénol comme modèle tient au fait qu’il est un polluant aromatique de structure simple. Il est plus stable que la plupart des composés aliphatiques et plus soluble que le benzène dans l’eau. Étant donné la rareté des travaux sur le sujet, une partie de cette étude avait pour but de montrer que le GlidArc est suffisamment efficace pour dégrader ces molécules difficiles à oxyder. Puisque les transports sont une des sources de pollution les plus importantes, les études sur le carburant mais surtout celles faites sur les biocarburants montrant une émission d’acétaldéhyde de plus en plus importante, nous alertent sur ses effets. Il est à noter que l’émission d’acétaldéhyde n’est pas spécifique au transport. Dans l’air intérieur, les matériaux de construction sont la première source. Cette omniprésence dans presque toutes les émissions de COV a guidé notre choix sur cet aldéhyde.
Les études sur la destruction par plasma de ces molécules sont récentes et la cinétique des processus chimiques qui ont lieu pendant le traitement diffère d’un réacteur à l’autre. Comprendre cette cinétique et la distribution de l’énergie du plasma dans les différents processus sont la clé qui permettra d’agir efficacement sur les autres paramètres du dispositif.
CHAPITRE II
DISPOSITIFS ET MÉTHODES
Sommaire
II.1 LES DISPOSITIFS EXPÉRIMENTAUX . . . 48
II.1.1 Le réacteur DBD . . . 48
II.1.2 Le circuit de gaz . . . 49
II.1.3 Les catalyseurs . . . 50
II.1.4 Le réacteur GlidArc et son système . . . 52
II.2 LES MÉTHODES DE DIAGNOSTIC . . . 53
II.2.1 Diagnostic électrique du réacteur DBD . . . 53
II.2.2 La chromatographie en phase gazeuse (CPG) . . . 54
II.2.2.1 Les caractéristiques des chromatographes. . . 55
II.2.2.2 Que faire lorsque les composés sont peu volatils ? . . . 56
II.2.2.3 La silylation par BSTFA. . . 57
II.2.3 La spectrométrie de masse . . . 59
II.2.3.1 La méthode d’ionisation du MS-BTrap . . . 59
II.2.3.2 La détection . . . 60
II.2.4 La spectroscopie infrarouge . . . 61
II.2.5 La demande chimique en oxygène . . . 62
II.2.6 Autres méthodes d’analyse . . . 63
II.2.6.1 Mesure de l’ozone par absorption UV. . . 63
II.2.6.2 Mesure de CO2et H2O par absorption IR . . . 64
II.3 LA MODÉLISATION CINÉTIQUE . . . 64
II.3.1 Phase de décharge : approximation d’une excitation homogène . . . 65
II.3.2 Post-décharge temporelle et cinétique chimique . . . 68
II.3.3 Description globale . . . 68
II.4 CONCLUSION . . . 70
Le chapitre précédent nous a permis de décrire de façon concrète les problèmes sanitaires et environnementaux posés par les COV. Les études que nous proposons s’inscrivent dans le cadre de la recherche de solutions durables (efficaces, peu onéreuses et respectueuses de l’environnement).
Dans ce chapitre, nous décrivons les dispositifs et les méthodes utilisés pour ces études. Il s’agit de deux réacteurs à plasma froid autour desquels sont déployés des dispositifs de diagnostics
48 Chapitre II. DISPOSITIFS ET MÉTHODES électrique et physico-chimiques. Le diagnostic électrique permet de déterminer l’énergie déposée dans le volume de plasma tandis que les diagnostics physicochimiques nous permettent de connaitre la composition chimique du milieu après traitement.
Pour la caractérisation chimique en phase aqueuse, la Demande Chimique en Oxygène (DCO) est devenue un paramètre incontournable. Elle permet d’évaluer le niveau de pollution d’une eau par des composés organiques. Dans notre étude de dégradation du phénol aqueux par GlidArc, elle nous a ainsi permis d’évaluer l’oxydation du phénol. Nous avons également utilisé la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC/MS) pour identifier les sous-produits formés lors de cette oxydation.
En phase gazeuse, nous avons utilisé la Chromatographie en Phase Gazeuse, la spectroscopie in-frarouge à transformée de Fourier (FTIR), et des détecteurs pour des composés particuliers comme l’ozone, l’eau et le CO2, pour caractériser les mélanges issus du traitement de l’acétaldéhyde par plasma DBD. Dans le cadre d’une collaboration avec le Laboratoire de Chimie Physique (LPC) de l’Université Paris-Sud et Alyxan, une société spécialisée dans l’instrumentation, nous avons réalisé des analyses en temps réel avec le spectromètre de masse MS-BTrap en plus du GC/MS.
Nous décrivons également dans ce chapitre, le modèle que nous avons utilisé pour étudier la cinétique de conversion de l’acétaldéhyde dans les deux types de mélanges (CH3CHO/N2 et CH3CHO/N2/O2). Ce modèle, développé par l’équipe DIREBIO du LPGP, nous permet de calculer la composition du mélange après son traitement.