Contribution à l’étude de la propension de différents types de carburants à former des suies via l’emploi d’indicateurs de pouvoir suitant

Résumé

Les carburants alternatifs dérivés de la biomasse font l’objet d’une attention accrue dans le domaine des transports de par leur aptitude à réduire certaines émissions polluantes, dont celles de particules de suie. Afin de quantifier et de comparer le pouvoir suitant des carburants moteurs et de leurs constituants, divers indicateurs de pouvoir suitant ont été développés à l’instar du TSI, de l’OESI, du YSI et du FESI. Si un grand nombre de molécules a été testé dans la littérature en ayant recours à ces indices, il n’en demeure pas moins que seul un nombre restreint de composés a finalement été caractérisé avec chaque indicateur pris séparément. C’est pourquoi il a été proposé dans le cadre de ce travail d’unifier les principaux résultats issus de la littérature en vue d’établir, après un processus de normalisation des indicateurs susmentionnés, une seule et même base de données regroupant un total de 391 molécules incluant des alcanes, des alcènes, des alcynes, des composés aromatiques et de nombreuses molécules oxygénées telles que des alcools, des cétones, des aldéhydes et des esters. Des mesures d’OESI complémentaires ont en outre également été réalisées au cours de ce travail en utilisant des furanes qui n’ont été que rarement analysés. En ayant recours à la théorie des groupements structurels, il a été possible de décomposer chaque molécule étudiée en un ensemble de fragments auxquels une contribution a été attribuée en termes de pouvoir suitant. 67 groupements distincts ont ainsi pu être mis en évidence et ont permis d’analyser et de mieux appréhender l’influence de la structure et de la composition chimique des carburants sur leur aptitude à produire des suies. Les résultats obtenus ont de surcroît permis de proposer des facteurs de contribution prédictifs d’un grand intérêt en vue d’estimer le pouvoir suitant d’une large gamme de carburants uniquement à partir de leur composition chimique. Ce travail a enfin permis d’illustrer le fait que la propension à former des suies des principaux composés analysés augmentait dans l’ordre suivant : esters < aldéhydes < cétones < alcools < alcanes < aromatiques. Bien que riche en informations concernant les mécanismes conduisant à la formation des suies, ce travail théorique a également mis en exergue les difficultés qui peuvent être associées à l’emploi de certains indicateurs en vue de rendre compte des processus synergétiques susceptibles de se produire lors de l’ajout de molécules oxygénées dans des carburants complexes. C’est l’une des raisons qui invite à se tourner plus spécifiquement vers le FESI qui repose sur la mesure de la concentration de suies (par incandescence induite par laser) au sein d’une flamme standardisée brûlant un mélange à base de carburant moteur (gazole, essence ou carburants modèles associés) et de la molécule dont le pouvoir suitant est recherché. Dans le but de poursuivre les développements expérimentaux permettant de déterminer le FESI, il a été proposé d’implémenter une approche d’autocompensation (ou AC-LII pour Auto Compensating-LII) qui s’appuie sur la mesure en continu de la température des suies par pyrométrie à deux longueurs d’onde. L’élément essentiel de l’ACLII étant l’étape de calibration du système de détection, une attention particulière a par conséquent été portée au choix du dispositif permettant d’effectuer une telle calibration. Ce choix s’est tout spécifiquement porté sur une sphère d’intégration dont les caractéristiques techniques ont été définies tout comme celles des nombreux éléments de la chaîne de détection incluant des photomultiplicateurs et divers éléments d’optique. Ainsi, un banc expérimental entièrement caractérisé a pu être mis au point à l’issue de ce travail. Celui-ci sera prochainement employé dans le cadre de travaux de thèse qui contribueront, via des mesures de FESI complémentaires, à élucider les problématiques soulevées par l’analyse détaillée des données tirées de la littérature en ayant recours à la théorie des groupements structurels.

Date	24 mai 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Romain Lemaire (Directeur(-trice))