Etude expérimentale multi-échelle sur la chimie des nanoparticules par les techniques du tube à choc

Multi-scale experimental study on the nanoparticles chemistry by shock tube techniques

• Auteur / Autrice : Fabian Esneider Cano Ardila
• Direction : Andrea Comandini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 22/06/2023
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (2012-.... ; Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Catoire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Catoire, Brandon Rotavera, Silvana De Iuliis, Nabiha Chaumeix, Robert Simon Tranter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Brandon Rotavera, Silvana De Iuliis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés aromatiques polycycliques

Effets des hautes températures

Combustibles

Pyrolyse

Essais

Suie

Chimie

Nanoparticules

Analyse multiéchelle

Innovation

Tubes à choc

Énergie

Mots clés libres

Tube à choc

Diagnostic du synchrotron

Chimie des nanoparticules

Cinétique chimique

Extinction laser

Chromatographie en phase gazeuse

Shock tube

Synchrotron diagnostics

Nanoparticles chemistry

Chemical kinetics

Laser extinction

Gas chromatography

Résumé

Différentes techniques de tubes ont été utilisées pour étudier les mécanismes cinétiques impliqués dans la formation de suie à partir des principaux composants des combustibles et intermédiaires. En particulier, un nouveau tube à choc à taux de répétition élevé (HRRST) est présenté ainsi que son couplage à des détecteurs i²PEPICO dans les synchrotrons européens. Cette technique a été mise en œuvre pour étudier la pyrolyse de l'éthanol, du toluène, de l'éthylbenzène et du styrène, en accordant une attention particulière à la chimie des HAP. Les expériences HRRST complètent les nouvelles données obtenues dans des tubes à chocs à plus grande échelle avec différentes concentrations de combustible et diagnostics, depuis les mesures chromatographiques en phase gazeuse des profils de HAP jusqu'aux mesures d'extinction de la formation de nanoparticules. Les résultats fournissent de nouvelles informations sur les processus complexes menant aux nanoparticules, pour de futurs développements de modèles prédictifs de cinétique chimique.

Different laboratory-based and synchrotron-based shock tube techniques were used to study the kinetic mechanisms involved in soot formation from key fuel components and intermediates. In particular, a new high repetition rate shock tube (HRRST) is presented together with its coupling to double imaging photoelectron/photoion coincidence spectroscopy detectors in European synchrotrons. This technique was implemented to study ethanol, toluene, ethylbenzene and styrene pyrolysis with particular attention to polycyclic aromatic hydrocarbon chemistry. The HRRST experiments complement new data obtained in larger scale shock tubes with different fuel concentrations and diagnostics, from gas chromatographic measurements of PAH profiles up to four rings to time-history laser-based extinction measurements of nanoparticles formation. The results provide new information on the complex processes leading to the nanoparticles for future developments of predictive chemical kinetic models.