Étude expérimentale et modélisation cinétique de la combustion de composés modèles de biocarburants : Détermination d'intermédiaires par spectrométrie de masse à photo-ionisation par rayonnement synchrotron

Experimental study and kinetic modeling of the combustion of biofuel : Determination of intermediates by photoionization mass spectrometry using synchrotron radiation

• Auteur / Autrice : Maxence Lailliau
• Direction : Philippe Dagaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Dayma
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Dagaut, Guillaume Dayma, Pierre-Alexandre Glaude, Laurent Gasnot, Alan Keromnes, Zeynep Serinyel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Alexandre Glaude, Laurent Gasnot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Combustion

Oxydation

Éthers

Biocarburants

Mots clés libres

Cinétique

Réacteur auto-agité

Combustion

Biocarburant

Oxydation

Modélisation

Éthers

Kinetics

Jet-stirred reactor

Combustion

Biofuel

Oxidation

Modeling

Ether

Résumé

Avec l’épuisement des ressources en combustible fossile, la recherche de nouveaux carburants alternatifs tels que les biocarburants produits à partir de biomasse s’est intensifiée. Une grande variété de composés peut être produite par traitement de cette biomasse. Les éthers en font partie et peuvent être utilisés comme additifs aux carburants classiques ou comme carburant. À cette fin, il faut disposer d’une meilleure connaissance de la cinétique chimique d’oxydation de ces composés qui diffèrent des carburants conventionnels par la présence d’atomes d’oxygène dans leur structure, rendant la chimie plus complexe. Cette thèse a pour objectif de développer des mécanismes cinétiques d’oxydation d’éthers simples à partir de données expérimentales obtenues en réacteur auto-agité par jets gazeux. L’oxydation de quatre éthers à pression atmosphérique et haute pression (10 atm) a été étudiée sur un large domaine de température (450 - 1250 K) dans différentes conditions de richesse de mélange (0,5 à 4). Les profils de fraction molaire des réactifs, produits de combustion et intermédiaires réactionnels stables ont été mesurés par chromatographie en phase gazeuse, spectrométrie infra-rouge ou spectrométrie de masse à photo-ionisation par rayonnement synchrotron. Les résultats ainsi obtenus ont ensuite servi de base pour valider des mécanismes cinétique modélisant l’oxydation de ces espèces dont l’accord avec les mesures est globalement satisfaisant pour des composés pour lesquels peu d’études sont disponibles.

With the depletion of fossil fuel resources, the search for new alternatives such as biofuels produced from biomass has intensified. A wide variety of compounds can be produced by treating this biomass. Ethers are one of them and can be used as additives to conventional fuels or as fuel. To this end, it is necessary to have a better knowledge of the kinetics of the oxidation of these compounds which differ from conventional fuels by the presence of oxygen atoms in their structure, making the chemistry more complex. This thesis aims to develop kinetic mechanisms of the oxidation of simple ethers based on experimental data obtained in jet stirred reactor. The oxidation of four ethers at atmospheric pressure and high pressure (10 atm) was studied over a wide range of temperatures (450 - 1250 K) under different equivalence ratios (0.5 to 4). The mole fraction profiles of the reactants, products of combustion and main stable intermediates were measured by gas chromatography, infra-red spectrometry or photoionization mass spectrometry using synchrotron radiation. The results thus obtained then served as a basis for validating kinetic mechanisms modeling the oxidation of these species whose agreement with the measurements is globally satisfactory for compounds for which few studies are available.