Préparation, mise en forme et évaluation des catalyseurs destines à la petite propulsion spatiale : décomposition du nitrate d'hydroxylammonium

par Laurence Courthéoux

Thèse de doctorat en Chimie organique, minérale, industrielle

Sous la direction de Charles Kappenstein et de Sylvie Rossignol.


  • Résumé

    Le contrôle de l'orbite et de l'orientation des satellites est assuré par des petits moteurs utilisant la décomposition d'un monergol (= liquide énergétique) sur un catalyseur. Du fait de la forte toxicité de l'hydrazine, monergol actuellement utilisé, et donc des coûts supplémentaires induits, de nombreuses études portent sur son remplacement. Parmi les composés envisagés, des solutions aqueuses à base de nitrate d'hydroxylammonium (HAN, NH3OH+NO3-) associé à un élément réducteur sont très prometteuses malgré les températures très élevées (> 1400 ʿC) obtenues lors de la décomposition. C'est pourquoi, l'enjeu est de synthétiser des matériaux à la température la plus basse possible. Les catalyseurs à base de platine supporté sur de l'alumine dopée au silicium présentent une bonne activité pour cette réaction. Les alumines dopées (aérogel ou xérogel) en poudre ou sous forme de billes sont synthétisées par méthode sol-gel et sont stables à haute température (1200 ʿC, 5 h) ; les catalyseurs (Pt/Al2O3Si) sont préparés par imprégnation ou en une étape par méthode sol-gel. Les caractérisations avant et après réaction, par DRX, MET, MEB et mesure de surface spécifique, révèlent l'homogénéité des matériaux xérogels préparés par imprégnation. De plus, la décomposition d'un mélange HAN79%-eau débute dès la température ambiante sur ces matériaux, qui restent actifs dans l'eau même après 30 injections. Les produits formés lors de cette réaction sont alors analysés par spectrométrie de masse. Un modèle est également proposé pour décrire l'évolution de la phase active au cours de la réaction.

  • Titre traduit

    Preparation, shape forming and evaluation of catalysts for the small spatial propulsion : decomposition of hydroxylammonium nitrate


  • Résumé

    The control of the attitude of the satellites is due to small thrusters using the catalytic decomposition of a monopropellant. The high toxicity of hydrazine, used as monopropellant, induces high costs and then its replacement by a less toxic product is of current interest. The most studied monopropellant for this purpose corresponds to aqueous solutions of hydroxylammonium nitrate (HAN, NH3OH+NO3-) and fuel. Nevertheless, the use of such mixtures involves drastic conditions due to the high temperature reached during the decomposition (up to 1400 ʿC). Therefore, the catalytic activity at low temperature associated with a high thermal stability of the catalyst is a critical parameter for the future development of a new engine. Platinum supported on Si-doped alumina displays a good activity for this reaction. The Si-doped, powder or shape formed, alumina (aerogel or xerogel) are obtained by sol-gel procedure and are stable at high temperature (1200 ʿC, 5 h); the Pt/Al2O3Si catalysts are prepared by impregnation or by sol-gel method. The characterization before and after reaction by XRD, TEM, SEM and BET measurements display the homogeneity of materials prepared by impregnation on xerogel support. Moreover, the decomposition of the monopropellant begins at ambient temperature for these materials, which remain active in water and during 30 injections. Furthermore, the products formed during the reaction are followed with a mass spectrometer. A model is also proposed to describe the evolution of the active phase during the reaction.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([9]-106-[26] p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 85 réf. bibliogr.

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  • Cote : 04/POIT/2279-B
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