Détermination de la distribution de taille des nanoparticules de suie par analyse du spectre d'extinction et de diffusion angulaire de la lumière

Determination of aggregates soot size distribution by analysis of extinction and angular static light scattering spectra

• Auteur / Autrice : Chloé Caumont-Prim
• Direction : Kuan Fang Ren, Jérôme Yon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/01/2013
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Onofri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fengshan Liu, Rodolphe Vaillon, Claude Rozé
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascale Desgroux, James Brian Alexander Mitchell

Mots clés

Mots clés libres

Distribution de taille

Méthodes optiques

Diffusion angulaire de la lumière

Extinction spectrale

Suies

Aggrégats fractals

DDSCAT

DDA

RDG-FA

Size distribution

Optical methods

Angular light scattering

Spectral light extinction

Soot

Fractal aggregates

DDSCAT

DDA

RDG-FA

Résumé

Le but de ce travail est de déterminer par méthodes optiques la distribution de taille (pdf) des nanoparticules de suie, agrégats de morphologie fractale. Après des études préliminaires qui utilisent DDSCAT pour valider la théorie RDG-FA et permettent de convertir un rayon de giration en rayon de mobilité, deux diagnostics optiques sont étudiés. Le premier consiste à exploiter une mesure d'extinction spectrale de la lumière. Nous montrons que pour exploiter ce signal, il faut connaître les propriétés optiques des suies, leur préfacteur et dimension fractale, la loi de distribution et le diamètre des sphérules primaires. Le second diagnostic tire parti de la mesure angulaire de la diffusion de la lumière. Nous montrons qu'il est possible de déterminer la pdf à l'aide de la mesure de diffusion à trois angles. Il faut supposer la loi de distribution et la dimension fractale. Cette deuxième approche, in-situ, est plus appropriée que la première pour déterminer optiquement la pdf des suies.

The objective of this thesis is to determine by optical methods the soot size distribution. Soot are fractal-like morphology nanoparticles aggregates. After preliminary studies which used DDSCAT to validate the RDG-FA theory and allow converting gyration radius to mobility radius, two optical approaches are considered. The first one is based on a measure of spectral light extinction by soot. To exploit this signal, the knowledge of soot optical properties, fractal prefactor, type of law distribution, fractal dimension and primary spheres diameters are needed. The second one exploits the measure of angular scattering by particles. It is possible to determine the size distribution by using scattering measurement at only three angles. However, it's necessary to assume the type of law distribution and the fractal dimension. This second approach is more appropriate than the first one to determine optically the size distribution of soot and hold the interest to be in-situ.