Thèse soutenue

Étude cinétique de la dégradation photocatalytique de composés organiques volatils (COV) et modélisation par une approche numérique de la mécanique des fluides
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Auteur / Autrice : Amélie Queffeulou
Direction : Orfan ZahraaPaul-Marie Marquaire
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
Date : Soutenance le 05/11/2009
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Chimie Physique des Réactions (Nancy)
Jury : Président / Présidente : Laurent Falk
Examinateurs / Examinatrices : Orfan Zahraa, Paul-Marie Marquaire, Laurent Falk, Pierre Pichat, Nicolas Keller, Sylvie Bégin-Colin, Catherine Archambeau, Laurent Geron
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Pichat, Nicolas Keller

Résumé

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Les COV présents en air intérieur sont une source d’inconfort pour les occupants et peuvent être nocifs pour la santé. La photocatalyse apparaît comme un procédé prometteur pour l’abattement de ces polluants. ArcelorMittal Liège Research développe à cet effet des films minces de TiOB2B déposé sur acier qui peuvent être intégrés dans des systèmes de purification d’air. Les objectifs de cette recherche sont, d’une part, identifier les paramètres influençant la dégradation photocatalytique de ces COV avec ce type de catalyseur et d’autre part, valider la possibilité de prédire les performances d’un réacteur photocatalytique par un modèle couplant l’écoulement et la réaction photocatalytique. Pour réaliser l’étude cinétique à des teneurs de quelques ppm, un dispositif expérimental adapté a été conçu ; il utilise un réacteur annulaire continu. L’acétaldéhyde a été choisi comme polluant modèle. La conversion dépend de la concentration en polluant, du taux d’humidité, de la température, de l’intensité lumineuse en UV et de la présence d’autres COV. La réaction est modélisée avec un modèle théorique surfacique de la réaction photocatalytique. Afin de prédire les performances d’un réacteur photocatalytique utilisant des films minces de TiOB2B, une méthodologie consistant à coupler l’écoulement et la réaction photocatalytique a été développée et validée. La distribution spatio-temporelle de la concentration en polluant est alors déterminée par une approche de mécanique des fluides numériques. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations obtenus avec un réacteur photocatalytique de laboratoire et un autre à l’échelle semi-pilote est très satisfaisante