3.3 Tests catalytiques & imagerie thermique
4.2.1 Tests suivis par thermographie IR
4.2.1.1 Bilan matière
Les valeurs de conversion de CO2observées au cours des tests suivis par
thermographie IR sont présentées en figure 4.4. Les valeurs de conversion de
CO2et sélectivités à l’état stationnaire (2000 s) sont, quant à elles, présentées
dans le tableau 4.1.
Figure 4.4 Conversion de CO2pour les différents échantillons à 2 L h−1
Tableau 4.1 Bilan matière et flux de chaleur (Q) à 220◦C, 2 L h−1et t=2000 s
Catalyseur XCO2 SCH4 SCO SC2H6 SBET Q
(%) (%) (%) (%) (m2g−1) (mW)
SiC 7,8 94,3 4,1 1,6 33,8 45,4
Alumine 3,7 89,9 8,5 1,6 7,7 20,4
Aluminium 2,3 83,0 14,8 2,2 6,3 11,4
Les valeurs de conversion de CO2à 220◦C sont respectivement de 7,8, 3,7
au cours du temps (figure 4.4). Ces différences d’activité peuvent être corrélées
avec les surfaces spécifiques (SBET) respectives de 33,8, 5,5 et 3,0 m2g−1. En
effet, une surface spécifique plus faible induira une dispersion de la phase active plus faible et par conséquent un nombre de sites actif et une activité
catalytique plus faible18.
Les sélectivités en éthane ne semblent pas corrélées aux variations de surfaces spécifiques, celles-ci étant identiques pour le SiC et l’alumine. Les sélectivités en méthane, au contraire, diminuent respectivement de 94,3, 89,9 à 83,0 % pour le SiC, l’alumine et l’aluminium, au profit d’une sélectivité croissante en CO lorsque la surface spécifique diminue. Ceci est cohérent avec l’augmentation de la taille des particules de phases actives supposées précédemment qui induisent une diminution l’interface Ni-CZ favorisant
l’hydrogénation catalytique de CO2en méthane, d’après la littérature19.
Ces différences de conversions et de sélectivités ont un effet important sur les flux de chaleur théoriques calculés (tableau 4.1) qui sont très différents avec des valeurs respectives de 45,4, 20,4 et 11,4 mW pour le SiC, l’alumine et l’aluminium. La comparaison des ces supports de catalyseur basée sur leur conductivité thermique ne sera pas évidente au vu de ces différences de flux de chaleur généré, qui semblent liées aux propriétés texturales des différents supports de catalyseurs.
4.2.1.2 Bilan thermique
Les thermographes IR des différents échantillons à 220◦C et 2 L h−1, proches
du temps d’injection du flux réactionnel (17 s) et à l’état stationnaire (2000 s), sont présentés en figure 4.5. Pour les trois échantillons, « l’allumage » de la réaction est observable, ainsi que la propagation du front de chaleur très rapide (4-5 s).
La variation de la température moyenne (∆Tmoyen) en fonction du temps
(figure 4.6) et les thermographes IR (figure 4.5) à l’état stationnaire (2000 s)
montrent que ∆Tmoyenet l’intensité des points chauds observés à 2000 s sont
fortement corrélées avec les différences d’activité catalytique. La comparaison des différents types de mousses ne peut pas être réalisée directement à partir de ces représentations comme c’était le cas dans pour les échantillons de SiC avec et sans NFC étudiés dans le chapitre précédent.
Les écarts-types des valeurs ∆Tpixelde la zone catalytique à 2000 s (tableau
4.2) ont dans un premier temps été calculés afin d’évaluer l’homogénéité de la température de surface des différents échantillons. Les écart-types augmentent avec le flux de chaleur théorique calculé et ne peuvent être corrélés avec les conductivités thermiques des différentes mousses.
18. M. Frey, G. Mignani, J. Jolly, A. C. Roger. Adv. Chem. Lett. 2013, 1, 257–263.
19. P. U. Aldana, F. Ocampo, K. Kobl, B. Louis, F. Thibault-Starzyk, M. Daturi, P. Bazin, S. Thomas, A. C. Roger. Catal. Today 2013, 215, 201–207.
´erentes conductivit´es
Figure 4.5 Thermographes infrarouges à 2 L h−1en début de réaction et à t=2000 s
(a)
Tableau 4.2 Conversion de CO2(XCO2)Flux de chaleur généré au cours de la réaction (Q),
écart-type des ΔTpixelet!n
i=0
∆Tià t=2000 s pour les trois types de mousses étudiées
Échantillon XCO2 Q Écart-type ∆Tmoyen
n ! i=0 ∆Ti n ! i=0 ∆Ti/Q (%) (mW) (K) (K) (K) (K mW– 1) SiC 7,8 45,4 1,10 0,94 4841 107 Alumine 3,4 20,4 0,39 0,90 4629 227 Aluminium 2,3 11,4 0,17 0,37 1927 169
Afin de s’affranchir des différences de flux de chaleur, la somme des ∆Tpixel
a été normée par le flux de chaleur (Q) et est présentée dans le tableau 4.2. Des
valeurs de 107, 227 et 169 K mW−1 sont observées pour le SiC, l’alumine et
l’aluminium, respectivement. Les mousses de SiC et l’aluminium présentent de meilleurs résultats que l’alumine, ce qui est cohérent avec les conductivités thermiques effectives données dans la littérature. Malgré une conductivité thermique théorique plus importante pour l’aluminium, le SiC présente
une valeur de !n
i=0
∆Ti/Q plus faible que l’aluminium. L’ordre des valeurs
obtenues, SiC > Aluminium > Alumine, est en contradiction par rapport à l’ordre supposé d’après les valeurs de conductivité thermique des mousses cellulaires « nues » (Aluminium > SiC > Alumine).
Deux hypothèses peuvent être émises en réponse à ces résultats.
Dans un premier temps, au vu des faibles valeurs de conversions, notamment pour l’aluminium, l’incertitude sur les mesures de températures
est importante, notamment pour le calcul des valeurs de !n
i=0
∆Ti/Q.
Dans un second temps, on peut également supposer la présence d’une couche plus épaisse d’oxyde (CZ) sur l’aluminium en raison de sa surface spécifique bien plus faible que pour l’échantillon de SiC (rapport SBETSiC/SBETAluminium = 5,4). Ceci aurait un effet notable sur la conductivité thermique de l’aluminium qui est moins importante que pour la mousse « nue ». La présence de cette couche d’oxyde semble donc diminuer localement la conductivité thermique de la surface de la mousse cellulaire. De plus, le traitement chimique réalisé avant l’enduction de CZ oxyde également une partie de l’aluminium en surface afin de générer une couche d’oxyde d’aluminium, altérant ainsi également les propriétés intrinsèques de la mousse d’aluminium et abaissant donc localement sa conductivité thermique.
Une étude complémentaire avec des mousses ayant des surfaces spécifiques similaires, permettant une dispersion similaire de la phase active, est indispensable afin de conclure.
´erentes conductivit´es
4.2.2 Étude complémentaire à plus haute température (sans