Étude expérimentale de la pyrolyse de poly(téréphtalate d’éthylène) (PET) : caractérisation fine des produits et de leur cinétique de formation

par Asma Dhahak

Thèse de doctorat en Génie des procédés, des produits et des molécules

Sous la direction de Valérie Burklé-Vitzthum et de Guillain Mauviel.

Le président du jury était Alain Durand.

Le jury était composé de Valérie Burklé-Vitzthum, Guillain Mauviel, Thomas Rogaume, Gaëlle Fontaine, Jean-François Brilhac.

Les rapporteurs étaient Thomas Rogaume, Gaëlle Fontaine.


  • Résumé

    La pyrolyse est l’étape primaire de toutes les transformations thermochimiques des solides organiques et, par conséquent, la caractérisation fine des produits de pyrolyse et la compréhension des mécanismes mis en jeu sont indispensables. Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier la pyrolyse du PET en utilisant différents appareils analytiques. Dans une première partie, des expériences de pyrolyse lente (5 °C/min) ont été réalisées dans un réacteur tubulaire pour quatre températures finales allant de 410 °C à 480 °C. Contrairement à d’autres études issues de la littérature, les produits légers mais aussi les produits lourds ont été identifiés. Les gaz non condensables ont été analysés en ligne à l’aide d’un micro-Chromatographe en Phase Gazeuse (µ-GC), ce qui a permis d’établir les profils temporels des gaz. Les composés carbonylés ont été piégés, dérivatisés et analysés par Chromatographie Liquide Haute Performance (HPLC). Les condensats ont été caractérisés par Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF) et par Spectrométrie de Masse à Résonance Cyclotronique Ionique (FT-ICR MS) en utilisant une Ionisation par Electronébuliseur (ESI). Certaines molécules de ces condensats ont été quantifiées par Chromatographie Gazeuse/ Spectrométrie de Masse et Détection par Ionisation de Flamme (GC/MS-FID). La caractérisation du résidu solide a été réalisée par FT-ICR MS couplé avec une Ionisation Désorption Laser (LDI). Dans une seconde partie, la cinétique de formation des composés volatiles au cours de la pyrolyse de PET a été étudiée en couplant la Thermogravimétrie avec des méthodes d’ionisation douces (SPI : Single Photo Ionisation ; REMPI : Resonance Enhanced Multiple Photon Ionization ; APCI : Atmospheric Pressure Chemical Ionization). La combinaison de ces différentes techniques a permis de caractériser de façon détaillée les produits et par conséquent d’identifier les voies réactionnelles de la dégradation de PET, qui sont majoritairement des voies moléculaires.

  • Titre traduit

    Experimental study of pyrolysis of polyethylene terephthalate (PET) : Detailed characterization of products and their formation kinetics


  • Résumé

    Pyrolysis is the primary step in all thermochemical transformations of solids and therefore the detailed characterization of the pyrolysis products and the understanding of the involved mechanisms are mandatory. In this context, this PhD thesis aims to study the slow pyrolysis of PET using different analytical devices. In the first part, slow pyrolysis experiments (5 °C/min) were carried out in a tubular reactor for four final temperatures ranging from 410 °C to 480 °C. Unlike other studies from the literature, light products as well as heavy products were identified. The non-condensable gas was analyzed online using Gas micro-Chromatography (μ-GC), which allows acquiring the gas temporal profiles. The carbonyl compounds were trapped, derivatized and analyzed by High Performance - Liquid Chromatography (HPLC). The waxy products were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and by Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FT-ICR MS) using an Electrospray Ionization (ESI). Some waxy molecules were quantified by Gas Chromatography / Mass Spectrometry and Flame Ionization Detection (GC/MS-FID). The characterization of the solid residue was performed by FT-ICR MS coupled with Laser Desorption ionization (LDI). In the second part, the formation kinetics of volatile compounds during PET pyrolysis was studied using a Thermogravimetric Analyzer coupled with mild ionization methods (SPI: Single Photon Ionization; REMPI: Resonance Enhanced Multiple Photon Ionization; APCI: Atmospheric Pressure Chemical Ionization). The combination of these different techniques allowed a detailed characterization of the products and consequently the identification of reaction pathways of PET degradation, which are mostly molecular pathways.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 19-12-2021

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