La fragmentation moléculaire : modèle statistique et réduction par plasma de l’acétone avec identification en ligne des produits

par Sébastien Thomas

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Pierre Désesquelles.


  • Résumé

    La fragmentation moléculaire est une technique prometteuse pour le traitement d’effluents gazeux pollués. Ce travail porte sur l’étude théorique et expérimentale de l’abattement de polluants chimiques de type COV par fragmentation. Nous avons transformé un modèle théorique de fragmentation statistique de noyaux atomiques et de clusters, retravaillé au CSNSM, à n’importe quel type de molécules (modèle SMF). Les efforts ont porté sur l’accélération du calcul des poids à l’aide de fonctions Bêta incomplètes multivariées (facteur 30 sur la vitesse), l’interfaçage avec le code ab-initio Gaussian, la généralisation du formalisme moléculaire ainsi que sur le réarrangement moléculaire. Pour tenir compte des caractéristiques de notre dispositif expérimental (réactivité entre la fragmentation et la détection) les résultats ont été traités par un modèle 0-D de cinétique chimique. Les prédictions sur la fragmentation de l’acétones ont ensuite été comparées à nos résultats expérimentaux obtenus grâce à un dispositif innovant. La dégradation de l’acétone a été réalisée dans un réacteur plasma homogène, développé au LPGP, permettant de garantir l’uniformité des conditions réactionnelles. Pour mesurer l’importante quantité de sous-produits issus de la décharge, nous avons utilisé une nouvelle méthode de détection développée au LCP : des spectromètres de masse FT-ICR compacts réalisant des mesures temps réel in situ. Ce nouveau dispositif expérimental a été mis en œuvre avec succès. Il a permis l’étude fine des mécanismes d’excitation-désexcitation-oxydation de l’acétone et la validation des prédictions théoriques.

  • Titre traduit

    Molecular fragmentation : statistical model and acetone plasma abatement with product on-line identification


  • Résumé

    Molecular fragmentation is a promising technique for the treatment of polluted gaseous effluents. This work deals with the theoretical and experimental study of the reduction of VOC chemical pollutants by fragmentation. We have transformed an atomic nucleus and cluster fragmentation model, redesign at CSNSM, into a model that treats any type of molecules (SMF moldel). The efforts have been focused on accelerating the computation of the weights with multivariate incomplete Beta functions (factor 30 on speed), on the interfacing with the Gaussian ab-initio software, on the generalization of the molecular formalism as well as on molecular rearrangements. To account for the characteristics of our experimental setup (reactivity between fragmentation and detection) the results were processed by a 0-D chemical kinetics model. Predictions on acetone fragmentation were then compared to our experimental results obtained using an innovative device. Acetone degradation was carried out in a homogeneous plasma reactor, developed at LPGP, to guarantee the uniformity of the reaction conditions. To measure the large number of discharge by-products, we used a new detection method developed at LCP: compact FT-ICR mass spectrometers producing in situ real-time measurements. This new experimental device has been successfully implemented. It allowed the fine study of the acetone excitation - de-excitation - oxidation mechanisms and the validation of the theoretical predictions.


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