Cette thèse porte sur l'étude d'un procédé de réduction des oxydes d’azote (NOx) par plasmas froids générés dans un réacteur de décharges à barrières diélectriques (DBD). L’approche adoptée repose sur une modélisation système du procédé, prenant en compte les interactions multi-physiques entre les phénomènes électriques, thermiques, fluidiques et chimiques. L'objectif de la thèse est de contribuer à la détermination des paramètres qui maximisent l'efficacité du traitement.
Un modèle thermique analytique du réacteur est proposé pour comprendre l’impact de la température sur la cinétique chimique, le temps de séjour du gaz et les propriétés électriques du plasma. Un modèle de cinétique chimique, basé sur ZDPlasKin et BOLSIG+, est également proposé pour simuler l’évolution des concentrations en NOx sous l’effet des grandeurs électriques et thermiques.
La pertinence de ces modèles a pu être validée sur un banc expérimental spécialement conçu pour ces travaux. Les températures du réacteur et du gaz à l’intérieur sont mesurées par thermographie infrarouge et spectroscopie. Les performances du traitement sont mesurées par des analyseurs de gaz.
Ces travaux permettent de converger vers un modèle système, offrant une vision complète sur les variables et paramètres systèmes du procédé. Ce modèle constitue une base solide pour dimensionner un réacteur qui maximise les performances du traitement des NOx. |
This work studies a process for reducing nitrogen oxides (NOx) using cold plasmas generated in a dielectric barrier discharge (DBD) reactor. The approach adopted is based on system modeling, taking into account the multi-physics interactions between electrical, thermal, fluidic and chemical phenomena. The aim of this work is to find the parameters that maximize the treatment efficiency.
An analytical thermal model of the reactor is proposed to understand the impact of temperature on chemical kinetics, gas residence time and electrical properties of the plasma. A kinetic model, based on ZDPlasKin and BOLSIG+, is also proposed to simulate the evolution of NOx concentrations under the effect of electrical and thermal parameters.
The relevance of these models has been validated on an experimental test bench specially designed for this work. Reactor and gas temperatures are measured by infrared thermography and spectroscopy. Treatment performance is measured by gas analyzers.
This work converge on a system model, offering a complete view of the process variables and parameters. This model provides a solid basis for sizing a reactor that maximizes NOx treatment performance. |