Purification de l'air des cabines aéronautiques : Élaboration d'adsorbants innovants et compréhension de leurs comportements à des teneurs en composés organiques volatils sub-ppm

Purification of the air of the aeronautical cabins : Elaboration of innovative adsorbents and understanding of their behaviors at sub-ppm concentrations of volatile organic compounds

• Auteur / Autrice : Vincent Chevalier
• Direction : François Tardif
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Desauziers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Mocho, Elsje Alessandra Quadrelli, Gérard Gebel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Locoge, Éliane Espuche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organiques volatils

Air -- Qualité

Mots clés libres

Simulation

Qualité de l'air

Composés organiques volatils

Adsorption

Fonctionnalisation

Synthèse

Simulation

Air quality

Volatile organic compounds

Adsorption

Functionalization

Synthesis

Résumé

L’avion est un mode de transport en forte croissance qui n’échappe pas aux exigences d’un public de plus en plus sensibilisé à la pollution de l’air intérieur. De plus, l’arrivée de futurs réglementations limitants la concentration des COVs (Composés Organiques Volatils) dans les cabines aéronautiques nécessite de développer des solutions innovantes de traitement de l’air dont la compacité et la consommation énergétique soient compatibles avec les contraintes du secteur. Au vu de ces contraintes, l’adsorption est le procédé le plus approprié. Le charbon actif est le matériau le plus utilisé en tant qu'adsorbant en dépit de certaines limitations, notamment vis-à-vis de sa sélectivité et de sa régénération.L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension des phénomènes d’adsorption des polluants faiblement concentrés et d’étudier des matériaux alternatifs au charbon actif via l’élaboration et la fonctionnalisation d’adsorbants. Cinq matériaux (charbon actif, zéolithe, silice mésoporeuse et Metal-Organic Frameworks) possédant des propriétés chimiques (polarité, présence de cations, etc) et physiques (surface spécifique, taille des pores, etc) variées ont été testés sur un banc fabriqué dans le cadre de cette thèse dans des conditions de concentration sub-ppm. Les interactions (adsorption/désorption) entre ces matériaux et cinq polluants chimiques représentatifs des grandes familles de polluants de la qualité de l’air intérieur ont été étudiées dans des conditions variées (mélange mono-polluant, multi-polluant, humidité, etc). Enfin, une attention plus particulière a été apportée à l’adsorption de l’acétaldéhyde qui est très peu capté par les adsorbants usuels, au travers de l’élaboration de silices mésoporeuses et de zéolithes fonctionnalisées pour réagir spécifiquement avec ce polluant.

Aircraft is a means transport in strong growth which does not escape the requirements of a public more and more sensitized with indoor air quality. In addition, the arrival of future regulations limiting the concentration of VOCs (Volatile Organic Compounds) in aircraft cabins requires the development of innovative air treatment solutions the compactness and energy consumption are compatible with the constraints of the sector. In view of these constraints, adsorption is the most appropriate method. Activated carbon is the most used material as an absorbent despite some limitations, especially with regard to its selectivity and regeneration.The aim of this work is to improve the understanding of adsorption phenomena at low concentration pollutants and to study alternative materials to activated carbon via the development and functionalization of adsorbents. Five materials (activated carbon, zeolite, mesoporous silica and Metal-Organic Frameworks) with varied chemical properties (polarity, presence of cations, etc.) and physical properties (specific surface area, pore size, etc.) were tested on a bench made during the present work under sub-ppm concentration conditions. The interactions (adsorption / desorption) between these materials and five chemical pollutants representative of the major families of indoor air quality pollutants have been studied under various conditions (mono-pollutant mixture, multi-pollutant, moisture, etc.). Finally, particular attention has been given to the adsorption of acetaldehyde, which is very poorly adsorbed by the usual adsorbents, through the synthesis of mesoporous silicas and functionalized zeolites to react specifically with this pollutant.