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Thèse soutenue

Étude de la répartition de la lumière dans un réacteur photocathalitique solaire

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Auteur / Autrice : Humberto Dória Silva
Direction : Michel Bouchy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Résumé

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Le traitement photocatalytique d'eaux usées est un procédé efficace ou l'excitation lumineuse représente le coût principal d'exploitation, ce qui suscite le développement de réacteurs solaires. Par ailleurs, un catalyseur en lit fixe est préfère à une suspension car il élimine l'opération de filtration. Si de nombreuses études physico-chimiques ont été menées, il existe peu de recherches en matière de génie photocatalytique. L’objet de ce travail a donc été de réaliser une simulation de la distribution de la lumière dans un réacteur solaire à lit fixe, afin d'assister la conception d'un tel réacteur. Le travail a été conduit en deux étapes : détermination expérimentale de la loi de dispersion sur un lit catalytique réel, suivie de l'application à la distribution de la lumière dans un modèle de réacteur solaire. Un montage original a été développé, qui permet de capter la lumière dispersée dans l'espace par un dépôt soumis à un rayonnement incident laser de faible puissance grâce à un montage goniométrique. Un logiciel de calcul a été développé parallèlement pour convertir les données brutes en une abaque numérique utile. Les données expérimentales font apparaitre qu'en dehors de la transmission directe et de la réflexion spéculaire, il apparait une réflexion et une transmission diffuses sensiblement uniformes dans tout le demi-espace. Si la loi de distribution de la dispersion est assez accessible, le bilan conduisant à l'absorption est délicat à réaliser. Le réacteur solaire choisi est constitué d'un ensemble de plaques planes parallèles fixes au sein d'un large réacteur parallélépipédique. Deux modes de simulation peuvent être envisagés, soit aléatoire (méthode de Monte-Carlo), soit détermininiste. Cette dernière technique a été préférée dans le cas étudié d'un support de géométrie bien définie. Le logiciel analyse la répartition de la lumière par des dispersions consécutives en considérant une arborescence complexe et en mettant en œuvre divers processus d'arrêt du calcul conciliant le temps de calcul et la précision. Ce logiciel a permis de comparer diverses configurations en jouant sur l'inclinaison des plaques et leur distance. Il met en particulier en évidence l'effet de tels paramètres sur la répartition de l'irradiation sur les plaques et l'absorption totale du système.