Elaboration d'un nouveau système catalytique à base de carbure de silicium (β-SiC) pour la combustion des suies issues des automobiles à moteur Diesel

Silicon carbide (β-Sic) based catalytic filter for the combustion of soot from Diesel engine exhaust gases

• Auteur / Autrice : Laurie Pesant
• Direction : Marc-Jacques Ledoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbure de silicium

Automobiles -- Convertisseurs catalytiques

Pollution atmosphérique -- Lutte contre

Moteurs diesel -- Gaz d'échappement

Résumé

Le Diesel connaît de plus en plus de succès. En effet, les moteurs Diesel sont bien connus pour leur robustesse, leur longévité mais également pour leur meilleur rendement de combustion qui implique une faible consommation de carburant. Cependant, les moteurs Diesel émettent des polluants tels que des NOx et des particules de suies. Cette thèse a été réalisée en collaboration avec la société Sicat, fabricant industriel du -SiC. L'objectif est de développer une mousse de carbure de silicium (-SiC) imprégnée de platine dans le cadre d'une application pour la dépollution des suies présentes dans les gaz d'échappement de voitures particulières à moteur Diesel. En effet, le matériau -SiC présente de nombreux avantages par rapport aux supports classiques tels que l'-SiC utilisés comme filtre à particules, c'est-à-dire, une bonne conductivité thermique, une bonne résistance mécanique, une importante surface spécifique, une légèreté accrue, une tortuosité contrôlable et une facilité de mise en forme. Dans un premier temps, des tests modèles de combustion sont réalisés sur un micropilote. Ainsi en simulant les conditions de fonctionnement réelles, il est possible d'apprécier la capacité du catalyseur à brûler la suie. Ces travaux ont permis de mettre en évidence les performances du catalyseur Pt/-SiC lors de la combustion des suies. De plus, le catalyseur à base de -SiC a montré une stabilité au cours de cycles successifs de combustion contrairement à un catalyseur à base d'-SiC. En outre, une étude par XPS a permis une meilleure compréhension de l'action du catalyseur au Pt supporté sur SiC lors de la combustion des suies. Dans un second temps, des tests ont été effectués en conditions réelles sur un banc à rouleaux et ont donné lieu à des résultats prometteurs. En effet, une efficacité de filtration/combustion de l'ordre de 50 à 70% a été obtenue avec une mousse de SiC catalysée au Pt.

The use of Diesel engines has greatly increased over recent years due to their reliability, durability and efficiency that implies a low fuel consumption. However, Diesel engines emit a large amount of pollutants that are NOx and soot particles. This thesis is based on the development of platinum supported on -SiC foam for oxidising particulate matter in Diesel engine exhaust gases. This work was done in collaboration with Sicat which develops silicon carbide industrial scale production. The -SiC foam presents several advantages which are a high thermal conductivity, a high mechanical strength, a medium surface area, a lightness, a high tortuosity and an easily shaping compared to the classical material (-SiC) used in particulate filter. The performance of the catalyst (Pt/-SiC) has been evaluated first in the catalytic combustion of model carbon particles. Works have showed that the -SiC is an adequate support for the catalytic combustion of model Diesel carbon particles in a continuous mode without any apparent deactivation as compared to low surface area -SiC. The high resistance towards deactivation as a function of the combustion tests on the -SiC was attributed to its peculiar surface reactivity with the deposited platinum particles which allowed the accessibility of these sites to the reactants to be maintained. In addition the catalyst performance has been tested on a real bench test. These results indicate a high catalytic volume efficiency of the catalysed foam. The filtration and combustion capacity of such a catalyst reached about 50 to 70% in number of particles.