Dosage des polluants NO et CO par imagerie de fluorescence induite par laser dans les écoulements réactifs

Probing of NO and CO pollutants in reactive flowfields by planar laser-induced fluorescence

• Auteur / Autrice : Pierre Gautier
• Direction : Frédéric Grisch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et énergétique
• Date : Soutenance le 19/12/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Cabot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Grisch, Philippe Guibert, Julien Sotton, Brigitte Attal-Trétout
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Guibert, Julien Sotton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flamme

Simulation par ordinateur

Spectres moléculaires

Polluants

Monoxyde de carbone

Combustion

Monoxyde d'azote

Fluorescence induite par laser

Spectroscopie

Mots clés libres

Diagnostics lasers

Molecular spectroscopy

Laser-induced fluorescence

Pollutants

Résumé

La thèse consiste à développer une technique d'imagerie quantitative de concentration de polluants dans les écoulements réactifs. Il s'agit d'une part de développer l'imagerie de fluorescence sur NO. Un modèle de fluorescence à n niveaux a été développé pour calculer l'évolution de la fluorescence avec la température, concentration des espèces et pression. Ce modèle a été validé avec des mesures de fluorescence et d'absorption obtenues dans une cellule optique fonctionnant jusqu'à 800 K et 20 bar puis dans un brûleur laminaire haute-pression. De ce modèle a été définie une stratégie permettant la mesure de la distribution instantanée de NO dans une flamme stratifiée. Une étude similaire pour détecter CO a été ensuite initiée. Des mesures de fluorescence à deux photons ont été obtenues dans la cellule et dans une flamme plate atmosphérique. Les résultats montrent que cet outil est opérationnel, répondant à un besoin pour l'amélioration des performances des systèmes de propulsion.

This PhD work is to develop a quantitative imaging technique for measurements of the concentration of pollutants in reactive flows. On one hand, the concern was to develop the NO fluorescence imaging technique. For this purpose, an n-level fluorescence model was first developed to calculate the behavior of fluorescence signals with temperature, species concentration, and pressure. Then this model was validated with fluorescence and absorption measurements acquired in an optical cell up to 800 K and to 20 bar and in a high-pressure laminar burner. From this model, a strategy used to measure the instantaneous NO distribution in a stratified flame was defined. Then, a similar study to detect CO with fluorescence was then investigated. Two-photon fluorescence measurements were performed in the optical cell and in a flame. The results make clear that the spectroscopic diagnostic becomes operational with the need to improve the performances of propulsion systems.