Étude expérimentale de l'oxydation des isomères du pentanol : Effets de la position du groupement OH et de la structure de chaîne

Experimental study of the oxidation of the isomers of pentanol : Effect of the position of the OH group and the structure of the carbon chain

• Auteur / Autrice : Maxime Carbonnier
• Direction : Luis Le moyne, Benoîte Lefort, Alan Keromnes
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Foucher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luis Le moyne, Alan Keromnes, Benoîte Lefort, Véronique Dias, Pierre-Alexandre Glaude
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Dias, Pierre-Alexandre Glaude

Mots clés

Mots clés libres

Expérimentale

Modélisation

Carburants

Biomasse

Haute température

Haute pression

Experimental

Modelling

Fuels

Biomass

High-temperature

High-pressure

Résumé

La société fait face à deux problèmes majeurs : l’épuisement des ressources énergétiques et la destruction de l’environnement. Les carburants synthétisés à partir de biomasse peuvent être une des solutions à ces problèmes. L’objectif premier de ce travail de thèse est d’obtenir une base de données expérimentale sur l’oxydation des isomères du pentanols. Pour cela, les carburants ont été étudiés en réacteur parfaitement agité à haute pression (10 atm) sur une large gamme de température (730 – 1180 K) et une large gamme de richesse ( = 0,35, 0,5, 1, 2 et 4). Les fractions molaires des réactifs, produits et espèces intermédiaires ont été mesurées via différents appareils analytiques. De plus, des délais d’auto-inflammation ont été mesurés à l’aide d’un tube à choc sur une large gamme de température (1000-1500 K) à trois richesses 0,5, 1 et 2 et pour deux pressions 20 et 40 bar. Finalement, les oxydations des isomères du pentanols ont été comparées suivant la position du groupement OH sur une chaîne carbonée linéaire et ramifié ainsi que l’effet de la chaîne sur les pentanols primaires et secondaires. Les énergies de liaison ont permis de discuter des voies d’oxydation possibles (métathèse,-scission) pour ces carburants et expliquer leurs différences.

Society faces two major problems: the depletion of energy resources and the destruction of the environment. Fuels synthesized from biomass can be one of the solutions to these problems. The main objective of this thesis work is to obtain an experimental database on the oxidation of the isomers of pentanols. In order to obtain it, the fuels were studied in a perfectly stirred reactor at high pressure (10 atm) over a wide temperature range (730 - 1180 K) and a wide range of equivalence ratio (= 0.35, 0.5, 1, 2 and 4). The mole fractions of the reagents, products and intermediate species were measured by different analytical devices. In addition, ignition delay times were measured using a shock tube over a wide temperature range (1000 - 1500 K) at three equivalence ratio 0.5, 1 and 2 for two pressures. 20 and 40 bar. Finally, the oxidations of the isomers of pentanols were compared according to the position of the OH group on a linear and branched carbon chain as well as the effect of the chain on the primary and secondary pentanols. The binding energies allowed to discuss possible oxidation pathways (metathesis,  -scission) for these fuels and to explain their differences.