Contribution à l'étude et à l'optimisation d'une torche à plasma à arc non transféré

Contribution to the study and optimization of a non-transferred arc plasma torch

• Auteur / Autrice : Yves Marboutin
• Direction : Pascal André
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electrotechnique
• Date : Soutenance le 10/07/2012
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Arc électrique et plasmas thermiques (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Michel Dudeck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Coudert, Dunpin Hong, Sébastien Menecier, Damien Vacher
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-François Coudert, Dunpin Hong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Jets de plasma

Mots clés libres

Production d’hydrogène

Torche à plasma

Vapeur d’eau

Argon

Thermolyse plasma

Spectrométrie d’émission atomique

Conductivité électrique

Densité électronique

Enthalpie

Hydrogen production

Plasma torch device

Water vapor

Argon

Thermolysis of plasma

Atomic emission spectrometry

Electrical Conductivity

Electronic density

Enthalpy

Résumé

Le contexte de cette thèse est la production du vecteur énergétique hydrogène par thermolyse de la vapeur d’eau consistant en la dissociation de la molécule H2O en oxygène (O) et hydrogène (H). Le dispositif employé est une torche à plasma d’arc non transféré développée au LAEPT. Après l’exposition de la théorie sur la physique des plasmas et la spectrométrie d’émission atomique nécessaire à l’exploitation des mesures, cette thèse présente l’évolution de la torche à plasma ainsi que son environnement nécessitée par la présence de gaz instables et explosifs. Les mesures des différentes grandeurs électriques, hydrauliques et spéctrométriques ont permis la détermination des caractéristiques physique et chimique d’un plasma formé d’un mélange de vapeur d’eau – d’argon. La détermination de grandeurs telles que la température du jet plasma, la conductivité électrique, l’enthalpie massique et la densité électronique, est basée sur la comparaison entre expérimentation et théorie.

The context of this thesis is the production of hydrogen as an energy vector by steam thermolysis consisting in the dissociation of H2O molecule into oxygen (O) and hydrogen (H). The process used is a plasma torch device developed by the LAEPT. After presenting the theory of plasma physics and atomic emission spectroscopy which will help to make the most of the measured realized, this thesis will show the evolution of the plasma torch device and the experimental environment required to work with explosive and unstable gases. Some measurements like electrical, hydraulic and spectroscopy magnitudes made it possible to determine the chemical and physical characteristics of a water vapor – argon plasma. A comparison between experiments and theoretical knowledge will enable to determine the temperature of a flow of plasma, electrical conductivity, enthalpy and the electronic density.