Particulate Matter – Soot

Considering the steady increase of air transport, the French Government decided to support research that aims to better understand condensation trails formation processes, their impact on climate, and to prevent them and manage their effects. In this framework, we performed a field campaign in order to measure particulate matter (PM) emitted by a modern aircraft engine. During this work, we established radial and angular profiles of PM properties in the engine hot flow at different engine thrust settings related to the aircraft main operating conditions (idle, takeoff , climb, approach and cruise).

This work assessed the effect of gathering particulate matter from the exhaust of an automotive diesel engine through: a vacuum pump using Teflon filters; a particle trap with stainless-steel wools; a thermophoretic probe with Lacey-carbon TEM grids, and a partial dilution mini tunnel with fiberglass filters, on PM thermal behavior (TGA), chemical functional groups on PM surface (FTIR), and nanostructure (Raman, XRD, HRTEM and TEM). Results showed that for TGA, particulate trap was the most suitable method. The degree of compactness of PM samples gathered with vacuum pump, affected thermogravimetric analysis. The significant uncertainties induced by PM sample preparation from mini tunnel make it unsuitable for TGA. FTIR results revealed that PM samples collected with vacuum pump were the most suitable method to analyze functional groups. PM from particulate trap was passive partially oxidized due to long collection times as evidenced by the 1640 cm −1 wavelength peak. Given that particulate trap method provides a large amount of PM sample, it would be recommendable to shorten enough collection time to avoid PM passive oxidation. Particulate trap and vacuum pump methods showed similar Raman and XRD results. Mini tunnel samples exhibited significantly higher AD3/AG and AD4/AG peaks due to filter fluorescence, which besides induced interference in XRD analysis. Particulate trap samples exhibited a pronounced peak in 2 θ = 43 °corresponding to stainless-steel contamination. Although it did not affect the lattice parameters from XRD, HRTEM was more suitable for nanostructural characterization. Particles gathered by thermophoretic probe do not require additional post-treatment, making this more suitable for nanostructural and fractal analysis. Results revealed that using a unique collection method may induce significant uncertainties depending on the PM specific property to be analyzed. It was found that a combination of particulate trap and thermophoretic probe methods would be suitable for PM thermal and nanostructural characterization.

A recently developed flamelet model for non-premixed combustion accounting for curvature effects is examined. The work focusses on the curvature-induced differential diffusion in flame-tangential direction that is not included in classical flamelet formulations. Non-premixed tubular hydrogen and hydrocarbon counterflow flames are computed in physical and in composition space for various stretch rates. These flames were studied experimentally in previous works (Hu et al., 2007; Hu and Pitz, 2009) and allow a detailed investigation of stretch and curvature effects, while retaining a well-defined one-dimensional flame structure. First, the influence of curvature effects on the flame structure of a non-premixed tubular hydrogen flame is assessed by comparing flamelet solutions with and without curvature to the physical space solution. For the selected flame configuration, curvature-induced differential diffusion leads to a flame temperature deviation of 11% compared to a planar counterflow flame with the same scalar dissipation rate profile. Thereafter, the curvature terms are examined in a budget analysis of the flamelet equations. Finally, hydrogen and hydrocarbon tubular flames are placed in an extended regime diagram that allows non-premixed flame structures to be characterized with respect to curvature effects. The regime diagram contains the classical flamelet regime (Regime I) and the curvature-affected flamelet regime (Regime II) enclosing a novel transition zone, where curvature effects are not dominant, but already influence the flame structure significantly. It is shown that the hydrogen flames (Le f = 0. 34) fall into the transition zone while the hydrocarbon flames (Le f = 0. 88 − 1. 49) reside in the classical flamelet regime with negligible curvature influence.

La décomposition thermique du méthane est un moyen écologique de produire simultanément de l'hydrogène et du noir de carbone. Une étude paramétrique a été faite sur une modélisation à deux dimensions d'un réacteur de décomposition thermique de méthane. La simulation modélise un écoulement laminaire et radiatif d'un mélange gazeux composé d'argon, de méthane, d'hydrogène et de particules de carbone. La formation et la croissance des nanoparticules solides de carbone ont été simulées en utilisant une méthode sectionnelle, dite aussi méthode de classes. La résolution de l'équation de transfert radiatif utilise le modèle aux ordonnées discrètes en tenant compte de l'absorption du méthane et des particules de carbone. Les résultats montrent une distribution en taille de particule devenant moins disperse quand la température et/ou la pression augmente(nt). Dans ces conditions, la population en particule tend à être mono-disperse.

Although the particulate matter (PM) emissions from biodiesel fuelled engines are acknowledged to be lower than those of fossil diesel, there is a concern on the impact of PM produced by biodiesel to human health. As the oxidative potential of PM has been suggested as trigger for adverse health effects, it was measured using the Electron Spin Resonance (OP(ESR)) technique. Additionally, Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectroscopy (EDXRF) was employed to determine elemental concentration, and Raman Spectroscopy was used to describe the amorphous carbon character of the soot collected on exhaust PM from biodiesel blends fuelled test-bed engine, with and without Selective Catalytic Reduction (SCR). OP(ESR) results showed higher oxidative potential per kWh of PM produced from a blend of 20% soybean biodiesel and 80% ULSD (B20) engine compared with a blend of 5% soybean biodiesel and 95% ULSD (B5), whereas the SCR was able to reduce oxidative potential for each fuel. EDXRF data ind...

In a time when low emission solutions and technologies are of utmost importance regarding the sustainability of the aviation sector, this publication introduces a reduced-order physics-based model for combustion chambers of aeroengines, which is capable of reliably producing accurate pollutant emission and combustion efficiency estimations. The burner is subdivided into three volumes, with each represented by a single perfectly stirred reactor, thereby resulting in a simplified three-element serial chemical reactor network configuration, reducing complexity, and promoting the generality and ease of use of the model, without requiring the proprietary engine information needed
by other such models. A tuning method is proposed to circumvent the limitations of its simplified configuration and the lack of detailed geometric data for combustors in literature. In contrast to most similar frameworks, this also provides the model with the ability to  simultaneously predict the combustion efficiency and all pollutant emissions of interest (NOx, CO and unburnt hydrocarbons) more effectively by means of implementing a detailed chemical kinetics model. Validation against three correlation methods and actual aeroengine configurations demonstrates accurate performance and emission trend predictions. Integrated within two distinct combustion chamber low-emission preliminary design processes, the proposed model evaluates each new design, thereby displaying the ability to be employed in terms of optimizing a combustor’s overall performance given its sensitivity to geometric changes. Overall, the proposed model proves its worth as a reliable and valuable tool for use towards a greener future in aviation.

hocine mzad, mohamed el-guerri * ÉVoluTion de la comPoSiTion deS gaz BrulÉS lorS de la comBuSTion du KÉroSÈne c 10 h 22 Zmiana składu spalin w procesie SPalania nafTy c 10 h 22 r é s u m é la qualité de la combustion est particulièrement influencée par le changement de la composition du mélange combustible/air qui conditionne considérablement la production des émissions polluantes en hydrocarbures imbrûlés et en monoxyde de carbone. le dosage combustible/ air est très important, car la réaction de combustion n'est pas réalisable en toutes proportions. la richesse du mélange est donc déterminante pour la qualité de la combustion, elle contribue au contrôle des produits de combustion et à réduire considérablement les émissions. dans cet article on traite la combustion du kérosène c 10 h 22 afin de déterminer la composition des gaz brûlés en fonction de la richesse du mélange. le choix initial des valeurs de la richesse est dans les limites d'une combustion normale.

The importance of air quality monitoring has been strongly demonstrated in numerous scientific studies. This study, carried out in an intense circular intersection, brings additional arguments that the monitoring of the fine particles like PM1 and PM2.5 that influence in more than 80% the concentration of PM10 particles must be measured at several points. Few were the cases [approx. 20%] in which the increase of PM10 concentrations is given by particles with diameters from 2.5 to 10 μm, most likely caused by the re-suspension of dust particles. Grimm Aerosol Technik Germany and SC INOESY SRL conducted a campaign for monitoring the air quality [PM1, PM2.5, PM10] in Iasi, Stone Bridge area, from 8 to 22 February 2018. The monitoring point was located close (150 m) to the APMIS-01 station of the National Environmental Protection Agency.

This paper focused on the conceptual design of a conventional gas turbine combustor via the multi-objective optimization approach. The suggested method integrated the design and estimation of the performance of the combustion chamber. The geometry and performance parameters could be found by applying the design tool. According to the level of available information in the primary phases of the design process, a chemical reactor network approach for modeling the combustion was chosen; thus, the droplet evaporation of the liquid fuel and unmixedness of the fuel-air mixture in the primary zone was modeled. The results obtained from the design tool for the two annular combustors were compared with the empirical data and showed an acceptable convergence between the dimensions and exhaust pollutants emission. The targets in the optimization process were the amount of the emission indices for two important pollutants (NOx and CO) produced by engines. Also, the parameters of the mass fractions of the primary zone, secondary zone, dilution zone, and the length of the primary and secondary zone were considered as the optimization variables. The results of the optimization process showed that minor changes in the combustor design could minimize the specified objectives to an acceptable level.

Solar distillation, a promising technique for water purification and desalination, requires photothermal materials to efficiently convert solar energy into heat. In this study, a novel method is proposed wherein fresh carbonaceous (soot) particles, as a photothermal material, are embedded into electrospun fibrous membranes by burning candles (to produce soot) and electrospinning of polymer material simultaneously. The proposed method can produce several types of membranes with various particle positions (interior or exterior) in the polymer fiber. The particle positions were adjusted by changing the introduction points of particles using a polymer jet. Polymer fibers with diameters of several hundred nanometers were fabricated. Experiments revealed that the soot particle position did not influence the photothermal conversion performance of the membranes. The fabricated membrane could improve the heat localization up to 194.5% and exhibited water distillation and desalination rates as high as 1.60 and 1.55 kg m À2h À1 , respectively, under 1-sun solar light irradiation. The proposed method opens a new route for the functionalization of polymer membranes.

This poster presents spatially resolved temperature measurements in low-pressure sooting flames using diode laser two-line atomic fluorescence (TLAF). Accurate temperature measurements are crucial in sooting flames due to the high temperature sensitivity of soot formation processes. The study demonstrates that TLAF, a relatively simple technique, works effectively in sooting flames, providing excellent accuracy and precision. The temperature measurements form part of a systematic study of soot formation in low-pressure laminar flat flames. The TLAF technique compares favorably to other optical techniques for thermometry in sooting flames, offering a measurement accuracy of about ±30 K in the soot formation region.

La decomposition thermique du methane est un moyen ecologique de produire simultanement de l’hydrogene et du noir de carbone. Une etude parametrique a ete faite sur une modelisation a deux dimensions d’un reacteur de decomposition thermique de methane. La simulation modelise un ecoulement laminaire et radiatif d’un melange gazeux compose d’argon, de methane, d’hydrogene et de particules de carbone. La formation et la croissance des nanoparticules solides de carbone ont ete simulees en utilisant une methode sectionnelle, dite aussi methode de classes. La resolution de l’equation de transfert radiatif utilise le modele aux ordonnees discretes en tenant compte de l’absorption du methane et des particules de carbone. Les resultats montrent une distribution en taille de particule devenant moins disperse quand la temperature et/ou la pression augmente(nt). Dans ces conditions, la population en particule tend a etre mono-disperse.

An efficient De-NOxing after-treatment technology could be technically solved by scaling up a hybrid NSR-SCR structured catalyst. A reproducible synthesis approach of NSR and SCR monolithic catalyst has been developed, able to eliminate NO x and achieve zero emissions in the exhaust gases of diesel engines. Pt-Ba-K/Al 2 O 3 and 2Cu-SAPO-34, as improved formulations, were incorporated as active-phase using an alumina-coated cordierite monolith-support. DeNO x overall activity, performed in NSR conditions with presence of water and CO 2 atmosphere, showed a complete concordance with the results for the catalysts in powder form. At low GHSV, the operation parameters provided conversion values around 97% with minimum NO slip ensuring zero emissions under lab-scale conditions. The operational parameters as hydrogen concentration of 1% and θ (lean/rich time ratio) value of 7, are enough to achieve more than 95% of conversion of NO x with total selectivity to nitrogen in the whole temperature range. The NSR-SCR hybrid system with volumetric ratio 1:1 and active phase load of 2 wt% produces high levels of mineralization to nitrogen without N 2 O or NH 3 slip in cyclic conditions tested in water and CO 2 .

Diesel Particulate Filters (DPF) are used to remove the solid particulate matter from the exhaust gas of the diesel engine. However, the exhaust of the engine produces a back pressure that reduces the efficiency of the engine and increases fuel combustion due to the DPFs. Therefore, it is necessary a device which gives less back pressure along with filtration efficiency that meets the requirements of the regulations. In this paper, three different designs of DPF namely square, hexagonal and octa-hexagonal Cell structure are investigated to check the pressure drop, velocity drop and the temperature of the diesel particulate filter. By considering the material and Cell structure, the simulations are done with star CMM+. It is found that the octa-hexagonal, a new design will give the least pressure drop giving less back pressure to the engine and hence the efficiency of the engine won't alter much because of this DPF.

Avant toute chose, nous remercions DIEU tout puissant qui nous a guidé tout au long de notre vie, qui nous a permis de nous instruire et d'arriver jusqu'ici dans nos études, qui nous a donné courage et patience. Nous souhaitons tout d'abord remercier notre encadreur madame HAMDANE Soumia pour son soutient, sa confiance, et ses connaissances dont nous avons bénéficié pendant ce travail, nous lui exprimons notre profond respect et notre éternelle reconnaissance. Nous souhaitons aussi remercier Monsieur REZGUI Yasine pour sa disponibilité ses conseils qui nous ont aidé à avancer dans ce travail. Nous remercions également Monsieur GHERRAF Nourddine pour ses efforts afin de nous garantir de meilleures conditions de travail. Nous tenons à remercier aussi les membres du jury d'être intéressés à ce travail et de l'évaluer.

Particulate matters (PMs) oxidation kinetics by Thermo-gravimetric analysis (TGA) was successfully studied. The chemical content percentage of PM can be divided by oxidation temperature zoning in three main regions which are moisture, unburned hydrocarbon (HC) and carbon. It is clearly observed that the amount of each region is strongly depending on engine operating condition, the amount of unburned HC in low load condition of the engine load are larger than that of high load condition. The calculated apparent activation energies of biodiesel PM oxidation are lower than that of diesel PM and carbon black because of unburned oxygenated molecule. The calculated apparent activation energy of biodiesel and diesel PMs oxidize with air is in the range of 147-157 kJ/mole and 153-165 kJ/mole, respectively. The results of this research would be used as basic information for design and develop removing process of particulate matter emitted from engine combustion which using in diesel and biodiesel fuels.

CeO 2 (Ce) and CeO 2-NiO (CeNi) nanocatalysts were synthesized by co-precipitation from nitrate precursors using 25% ammonia solution (NH 4 OH) as the precipitating agent. The catalysts were calcined in air at 500 ºC and 800ºC for 4h to evaluate the thermal stability. XRD and DLS techniques were used for catalyst characterization. A Thermo gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA) was used to determine the catalytic activity and soot oxidation reactions. Compared with Ce, Ce-Ni nanocomposite showed lower soot oxidation temperature.

The thermal treatments of austenitic stainless steels monoliths were studied in order to generate a highly homogeneous and rough oxide scale strongly attached to the base alloy, which will subsequently ensure the good adherence of the catalysts. In this work it has been shown that the morphology, integrity and homogeneity of the scale are strongly influenced by the temperature and time of treatment. Washcoating method was used to deposit on the monolith surface a Au/CeO 2 catalyst. The drying procedure turned out to be the most critical variable for the adherence and homogeneity of the catalytic ceria layer, while the ceria colloid concentrations in the starting aqueous dispersion seems to have only a threshold effect. The monolithic reactors containing Au/CeO 2 layers are active in the oxidation of CO.

Je remercie dans un premier temps tous les membres du jury pour l'intérêt montréà ce travail de thèse. Mercià Bénédicte Cuénot et Patrick Bontoux pour avoir accepté de lire, commenter et juger ce mémoire en qualité de rapporteurs. Je remercieégalement Nasser Darabiha d'avoir présidé ce jury et Frédéric Grish et Gérard Ordonneau de m'avoir fait l'honneur d'y participer. Ce travail aété financé par le CNES et la SNECMA du groupe SAFRAN (bourse CNES). Je remercie Marie Théron du CNES pour sa gentillesse et l'intérêt constant qu'elle a portéà mes travaux de thèse. Je salueégalement Laurent Gomet de la SNECMA Vernon qui m'a fait l'honneur d'être présent pour ma soutenance. Nous avons commencé notre thèse CNES ensemble et j'ai eu le plaisir de le côtoyer lors des rencontres de doctorants CNES. Naturellement, j'adresse de chaleureux remerciementsà mes directeurs de thèse : Pascale Domingo et Guillaume Ribert. Votre expérience, votre disponibilité, votre implication, votre patience et votre gentillesse ontété des atouts essentiels pour ce travail. Merci de m'avoir continuellement encouragé et pousséà participerà des conférences ouévènements internationaux. Il peut y avoir des moments difficiles au cours d'une thèse, mais il y en aégalement de très bons, particulièrement au cours de ce genre de sortie. Je pense en particulierà l'école d'étéà Munich où j'ai découvert la "culture" bavaroise, mais aussià la Grèce, avec son soleil, ses buffets et ses piscines. Le travail présenté dans ce mémoire aété réalisé au CORIA-UMR-CNRS-6614, dans les locaux de l'INSA de Rouen. Je tiensà remercier Monsieur Abdelkrim Mourad Boukhalfa de m'avoir accueilli en tant que doctorant au sein de ce laboratoire et ainsi m'avoir permis de réaliser cette thèse dans d'excellentes conditions de travail. Je souhaiteégalement témoigner ma gratitudeà l'ensemble du personnel du CORIA pour la bonne ambiance qu'il y fait régner. Au cours de cette thèse, j'ai bénéficié de l'expérience et du dynamisme de l'équipe de simulation de la combustion turbulente. Je remercie ainsi Luc Vervisch de m'avoir accueilli au sein de cetteéquipe et de l'intérêt qu'il a pu porterà ce travail, et adresse ma respectueuse sympathieà Vincent Moureau. Je tienségalementà remercier fortement Ghislain Lartigue pour sa gentillesse, sa disponibilité, le grand intérêt qu'il a portéà mon travail ainsi que les conseils qu'il a bien voulu me donner tout au long de cette thèse. Je souhaite maintenant saluer les doctorants du laboratoire avec lesquels j'ai passé ces trois années.

 Synthesis of Ceria nanoparticles using Solution Combustion Method.  Effect of Solvents and Fuels on soot oxidation of ceria nanoparticles.  Lower crystallite size, higher facet ratios and lattice strain for glycine and acetone.  Ceria nanoparticles obtained by acetone as solvent and glycine gave better T 50 = 416°C.

This study presents the use of a new chemical reactor network (CRN) model and non-uniform injectors to predict the NOx emission pollutant in gas turbine combustor. The CRN uses information from Computational Fluid Dynamics (CFD) combustion analysis with two injectors of CH 4-air mixture. The injectors of CH 4-air mixture have different lean equivalence ratio, and they control fuel flow to stabilize combustion and adjust combustor's equivalence ratio. Non-uniform injector is applied to improve the burning process of the turbine combustor. The results of the new CRN for NOx prediction in the gas turbine combustor show very good agreement with the experimental data from Korea Electric Power Research Institute.

Co 3 O 4 catalysts were prepared via carbonate precipitation at different pH, characterized using TG/DTA, FTIR, XRD, Raman, N 2 adsorption and TPR techniques, and tested in the total oxidation of toluene or propane. The precipitation pH may affect the composition of the cobalt oxide precursors as well as the physicochemical properties and the performance of Co 3 O 4 catalysts. By controlling the precipitation pH at 9.5, a Co 3 O 4 catalyst with the smallest crystalline size, the largest surface area, the most defective structure, and the best reducibility was obtained. The activity of the as-prepared Co 3 O 4 catalysts in the oxidation of toluene was linearly dependent on the low temperature reducibility of the oxide. Among all catalysts, Co-9.5 exhibited the highest catalytic activity (T 10 = 197°C and T 90 = 244°C), excellent cycling-stability and good durability upon long-term activity test. In propane oxidation, residual sodium at the surface of the Co 3 O 4 catalyst had a marked poisoning effect on the catalytic performance, evidencing the importance of washing procedure upon catalyst preparation.

The importance of air quality monitoring has been strongly demonstrated in numerous scientific studies. This study, carried out in an intense circular intersection, brings additional arguments that the monitoring of the fine particles like PM1 and PM2.5 that influence in more than 80% the concentration of PM10 particles must be measured at several points. Few were the cases [approx. 20%] in which the increase of PM10 concentrations is given by particles with diameters from 2.5 to 10 μm, most likely caused by the re-suspension of dust particles. Grimm Aerosol Technik Germany and SC INOESY SRL conducted a campaign for monitoring the air quality [PM1, PM2.5, PM10] in Iasi, Stone Bridge area, from 8 to 22 February 2018. The monitoring point was located close (150 m) to the APM-IS-01 station of the National Environmental Protection Agency.

Ce travail a été réalisé sur la base d'un contrat de recherche entre l'Ecole des mines d'Alès et le CEA Gramat, je tiens donc à remercier tous les interlocuteurs que j'ai pu rencontrer : Emmanuel Lapébie, Laurent Munier, Antoine Osmont et Nicolas Lecysyn qui m'a fait l'honneur d'être membre du jury. Je voudrai également remercier le directeur de cette thèse, Gilles Dusserre, tout d'abord pour m'avoir convaincu d'effectuer un doctorat : «-Un doctorat ? Je ne suis pas sûr de pouvoir y arriver !-Mais si, c'est simplement un marathon couru à la vitesse d'un 100 m…-Dans ce cas-là ! » Merci également pour la confiance accordée et l'intégration dans l'équipe qui fût facilitée. Un grand merci à Anne Johannet pour m'avoir initié aux réseaux de neurones, même si quelques-uns ont probablement été perdus dans la bataille, avec sa grande patience, sa gentillesse et son dynamisme communicatif. Cette thèse n'aurait pas eu la même saveur si l'ambiance n'avait pas été aussi bonne. Pour cela, je remercie infiniment mes encadrants à l'Institut des Sciences des Risques, Laurent Aprin et Frédéric Heymes, d'avoir su m'éviter de me disperser, d'avoir subi mes graphiques psychédéliques et parfois turbulents sans (trop) broncher, d'avoir suscité la créativité qui a permis à cette thèse d'exister. Laurent, ton optimisme et ta franchise m'ont permis de croire que c'était possible. Aussi, tu as su maintenir ma concentration pour mener à bien ce travail tout en permettant des moments de dispersion nécessaire à la reconstitution de mes neurones. J'ai également beaucoup apprécié t'assister dans les séances de TD que nous avons encadrées ensemble. Really ! Fred, ta rigueur scientifique et ta vision de l'objectif à atteindre ont aidé à mon élévation scientifique malgré les obstacles encombrant le récit. Les nombreuses discussions passées, débordant parfois largement le cadre scientifique, ont favorisé l'ouverture d'esprit nécessaire au chercheur que je tente de devenir. Merci également à Pierre Slangen d'avoir suivi les différents premiers jets virgule éventuellement négatifs d'avancement de cette thèse sur les produits Inflammables dont la Concentration est Evaluée par Modélisation Analytique des Neurones. 3 ans d'une vie ne sauraient bien se dérouler sans un environnement favorable. Celui dont j'ai bénéficié à l'ISR fût exceptionnel. Ainsi, je souhaiterais typiquement remercier : Aurélia, Jérôme, Flo, Pierre Alain et Sophie avec qui les divers échanges ont apporté des angles de vue différents et constructifs. Par ailleurs, je remercie également Corinne, vi Dominique, Andrée, Cathy et Rosario pour leur support dans la jungle administrative et technique. Merci évidemment aux camarades de classe : Serge qui a montré la voie, Mélanie pour son optimisme, Boris pour les riffs de la mi-journée et les discussions cérébro-perceptoneuronales extrêmement enrichissantes, mais aussi Olivier, Dimitri, Ingrid, Chloé et le petit dernier Philippe. Un grand merci à Benjamin (et son grand ami) qui m'a supporté (la réciproque est vraie) durant 3 ans, rendant les journées plus agréables, les débats passionnés et les phrases chocs. Merci également aux amis d'en face, Thibault (notre programme est solide Croco !), Guilherme (yes my friend Andrew !) et d'un peu plus loin, l'énergique  Tangi, pour les moments passés à refaire le match/monde. Je voudrais également remercier l'ensemble des personnes (stagiaires et élèves encadrés notamment) ayant de près ou de loin pris part à ces 3 années. Un grand merci à l'ensemble du personnel de l'Ecole des mines d'Alès, à Miguel Lopez-Ferber et Yannick Vimont pour m'avoir accueilli au sein du LGEI. Un immense merci à mes parents. A ma mère qui aurait adoré être à ma place et qui m'a transmis sa rigueur, son dynamisme et son opiniâtreté, à mon père qui a fait germé en moi le goût de la science (construire des montgolfières en CM2, c'est déjà s'attaquer à la mécanique des fluides) et à mon frère qui m'a communiqué sa détermination et appris à lire, écrire et compter. Enfin, je voudrai remercier Elisa qui sut porter le fardeau de la vie avec un thésard élève chercheur, entre moments d'euphorie et de désespoir (parfois dans la même demiheure) avec une extrême patience.

This work reports the results of catalytic oxidation of aromatic volatile organic compounds (VOCs). A gaseous mixture of benzene, toluene, ethylbenzene, and o-xylene (BTEX) in nitrogen was used as representative of VOCs. Reactions were carried out in a monolithic reactor at different temperatures, with a constant initial concentration of reactants and a constant ratio of BTEX and oxidant (synthetic air). Analysis of the oxidation products was carried out on-line before and after reaction using gas chromatography. The work involves the preparation of catalysts and their application on an inert cordierite monolithic carrier, using different combinations of mixed manganese oxides (manganese with copper, iron, and nickel) and palladium as a representative of noble metals. The prepared cordierite monolithic catalysts showed great mechanical stability and high performance regarding oxidation of the mixture of aromatic compounds. High conversion values (90 %) of all components of the mixtu...

The Wall-Flow Diesel Particulate Filters (DPFs) represent the best technology available to reduce Particulate Matter (PM or soot) emissions under EU standards: but they need a periodic regeneration. In the last years there has been a growing interest in using MW energy for DPF regeneration because of its instantaneous and selective heating process, which depends on the material dielectric properties. In a previous work presented at the PRES11 Conference, we showed that the simultaneous use of a Microwave applicator and a specifically catalysed DPF with 15 %wt of active species, allows to significatively reduce the energy and the time required for the filter regeneration. Starting by these very promising results, we continued to study in order to further improve the performances of the catalyzed DPF in terms of catalytic activity, in order to try to further lower the regeneration temperature, reducing so the energy required to ignite the combustion of the accumulated soot. In our work we want also verify the activity of the catalyzed DPF towards the NOx present in the diesel exhausts and verify the feasibility of this technology by assessing the energy balance of the entire process, in order to compare it to the regeneration technologies actually employed.

One of the main issues of catalyzed diesel particulate filter is ash deposition onto catalyst coated on the filter. The effects of ash deposition on the catalysis of soot oxidation with gaseous oxygen were determined using multi-layered samples composed of a catalyst, an ash material and soot particles deposited on a thin cordierite plate in sequence. Catalysts composed of silver and ceria were used to enhance the oxidation of soot particles separated from the catalyst by ash deposits of either alumina or calcium sulfate. The effectiveness of remote soot oxidation was found to extend across an ash thickness of more than 50 m for both ash materials, although a catalyst composed only of ceria did not show any catalytic performance for remote soot oxidation. Using an 18 O/ 16 O isotopic exchange reaction and electron spin resonance techniques, a possible mechanism for this phenomenon was proposed, whereby a superoxide ion (O 2 −) species generated on the catalyst surface first migrates to the ash surface and then to the soot particles, which it subsequently oxidizes.

International audienceCette étude concerne le développement d’outils numériques permettant d’analyser le processus de mélange entre les jets primaire et induit dans un éjecteur supersonique destiné à la réfrigération solaire par éjecto‐compression. L’approche scientifique repose sur des simulations CFD de l’écoulement dans un éjecteur 2D axisymétrique. Après une validation des simulations s’appuyant sur des données expérimentales recueillies sur banc d’essai, deux approches permettant d’analyser numériquement la qualité du mélange dans l’éjecteur sont comparées. Lapremière approche consiste à suivre l’évolution des distributions radiales de la vitesse le long de la chambre de mélange de l’éjecteur. La seconde repose sur l’observation du développement de l’énergie cinétique turbulente dans les zones d’interaction entre les flux primaire et secondaire. Bien que cette étude soit menée sur un éjecteur air /air, les méthodes proposées doivent être applicables à d’autres gaz et permettre ...

Le but du papier est d'étudier les paramètres influents de deux modèles de l'interface pneu/sol, le modèle de Fiala et le modèle de Pacejka, utilisés dans les domaines automobile et aéronautique. Il s'agit de modèles non linéaires, dépendant de paramètres inconnus,à estimer. Afin de fixer au mieux le plan d'expériences, il convient de déterminer les paramètres responsables de l'incertitude sur la sortie du modèle. Pour cela, une analyse de sensibilité globale est effectuée. Elle est basée sur l'étude de la part de la variance de chaque paramètre sur la variance de la sortie. Il est ainsi montré que, dans le modèle de Fiala, les deux paramètres intervenant dans ce modèle influent de façon significative la sortie et dans le modèle de Pacejka dépendant de six paramètres, seuls deux paramètres sont influents. Mots-clés-Analyse de sensibilité des paramètres, analyse de la variance, modèle non linéaire, interface pneu/sol.

The objective of this thesis was to model the pollutants generated within the micro flame and to investigate the possibility to obtain a nano flame. Therefore it implies to simulate a micro flame from which pollutants should be evaluated and to analyse the appropriate conditions for the production of a nano flame. The simulation of micro flame also requires to choose adequate chemical kinetic mechanisms, a key constraint in the combustion process. The effects of a simplified one step overall chemical kinetic equation on a micro flame were investigated with different kinetics models, namely Mantel, Duterque and the so called Arrhenius models. A numerical study of a premixed methane/air flame in lean conditions (cp = 0.9) within a rectangular tubular micro reactor was undertaken by solving the 2D goveming equations. More precisely, their influence on the structure of the flame, the temperature of the fluid along the axial displacement of the reactor and the walls temperatures were ana...

This paper describes an experimental and numerical study of the emission of nitrogen oxides (NOx) from the lean premixed (LPM) combustion of gaseous fuel alternatives to typical pipeline natural gas in a high intensity, single-jet, stirred reactor (JSR). In this study, CH4 is mixed with varying levels CO2 and N2. NOx measurements are taken at a nominal combustion temperature of 1800K, atmospheric pressure, and a reactor residence time of 3 ms. The experimental results show the following trends for NOx emissions as a function of fuel dilution: (1) more NOx is produced per kg of CH4 consumed with the addition of a diluent, (2) the degree of increase in emission index is dependent on the chosen diluent; N2 dilution increases NOx production more effectively than equivalent CO2 dilution. Chemical kinetic modeling suggests that NOx production is less effective for the mixture diluted with CO2 due to both a decrease in N2 concentration and the ability of CO2 to deplete the radicals taking ...

Development efforts to reduce pollutants such as NOx and CO produced by fossil-fuelled systems such as gas turbine engines have become a necessity. The realisation of these efforts in conceptual and detailed design phases before production is very important in terms of reducing the time and costs of the projects. In spite of rapid computer technology development, it is still a difficult and time-consuming process to calculate the minor chemical species such as NOx and CO which are released during the combustion process. In this study, a methodology is proposed to predict the emissions of a reverse flow combustor of a 1000 horsepower turbo-shaft helicopter engine in the design process. In this methodology, the temperature and mass flow values are obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations and the CRN model is constructed by using these values. A MATLAB based tool was developed for chemical reactor network (CRN) modelling. And obtained results were compared with empirical correlations.

CeO 2 (Ce) and CeO 2-NiO (CeNi) nanocatalysts were synthesized by co-precipitation from nitrate precursors using 25% ammonia solution (NH 4 OH) as the precipitating agent. The catalysts were calcined in air at 500 ºC and 800ºC for 4h to evaluate the thermal stability. XRD and DLS techniques were used for catalyst characterization. A Thermo gravimetric/Differential Thermal Analyzer (TG/DTA) was used to determine the catalytic activity and soot oxidation reactions. Compared with Ce, Ce-Ni nanocomposite showed lower soot oxidation temperature.

Development efforts to reduce pollutants such as NOx and CO produced by fossil-fuelled systems such as gas turbine engines have become a necessity. The realisation of these efforts in conceptual and detailed design phases before production is very important in terms of reducing the time and costs of the projects. In spite of rapid computer technology development, it is still a difficult and time-consuming process to calculate the minor chemical species such as NOx and CO which are released during the combustion process. In this study, a methodology is proposed to predict the emissions of a reverse flow combustor of a 1000 horsepower turbo-shaft helicopter engine in the design process. In this methodology, the temperature and mass flow values are obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations and the CRN model is constructed by using these values. A MATLAB based tool was developed for chemical reactor network (CRN) modelling. And obtained results were compared with empirical correlations.

National audienceNous démontrons dans ce travail que la nanoplasmonique indirecte nous permet de sonder l'adsorption/désorption de molécules d'eau sur différentes suies. L'augmentation de l’humidité relative du milieu environnant induit un changement de longueur d’onde de la réponse de la résonance de plasmons de surface localisés de nanodisques d’or sur lesquels les particules de suies sont déposées. Nous observons un « blue-shift » singulier et réversible avec des suies hydrophiles, interprété à partir d’un modèle simple, comme un changement morphologique réversible des agrégats de suie. Cette nouvelle méthode est très sensible et intéressante pour suivre le changement des propriétés optiques des aérosols au cours de leur vieillissement dans l'atmosphère où ils peuvent adsorber et réagir avec différentes molécules

Il m'est difficile de remercier toutes les personnes m'ayant-directement ou indirectement, scientifiquement ou moralement-aidées à mener cette thèse à son terme. Les remerciements les plus longs sont parfois les moins sincères, j'essayerai donc d'être bref. Je tiens à exprimer ma gratitude à l'Agence Nationale de la Recherche qui, via son programme national sur le développement des bioénergies, a financé cette thèse dans le cadre du projet « Turboplasma 09 », ainsi qu'aux divers partenaires réunis au sein de ce projet (Europlasma, Floralis et le CEMHTI) pour leur professionnalisme. Je souhaite adresser mes plus vifs remerciements à M. Frédéric Marias, directeur de thèse, pour la confiance qu'il m'a accordée mais aussi pour sa franchise et ses encouragements lors des moments de doute. Je tiens également à remercier le groupe Europlasma et plus particulièrement M. Ulysse Michon ainsi que M. Jean Paul Robert Arnouil pour leur disponibilité et pour la qualité de nos échanges tout au long de ce doctorat. Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à Mme Claire Courson, maître de conférences au laboratoire LMSPC de Strasbourg, et à M. Ange Nzihou, directeur de recherche du laboratoire RAPSODEE d'Albi, pour avoir mobilisé leur temps et leur compétences à l'appréciation de ce manuscrit et pour l'intérêt qu'ils ont porté à ce travail. J'associe à ces remerciements M. Anthony Dufour, chargé de recherche au laboratoire LRGP de Nancy, pour avoir accepté d'examiner mon travail, et M. Pierre Cézac, directeur du laboratoire LaTEP de Pau, de m'avoir fait l'honneur d'assurer la présidence de mon jury de thèse. J'adresse mes plus sincères remerciements à tous les membres du laboratoire LaTEP pour m'avoir chaleureusement accueilli au sein de ce « magnifique » bâtiment d'Alembert. Je ne saurais oublier tous ces bons moments passés au sein de la salle DEA (autour d'une bonne salade Leclerc © Pâte-Surimi) mais aussi au sein de la salle de « convivialité », grâce à laquelle je me suis découvert une nouvelle passion … celle des mots fléchés. Un grand merci à Jean Michel Sorbet pour son soutien notamment lors de ces longues semaines de rédaction. Merci à tous les doctorants que j'ai pu côtoyer durant cette thèse, Cécile la Béarnaise, Alex, Coralie et Éric (pour ses nombreux dimanches de rédaction), Jean Baptman l'Agrégé, mais aussi au Super Breton pour ses encouragements (et ses célèbres cocktails maisons).

The effect of CeO 2 on the properties of the Pd/Co 3 O 4-CeO 2 /cordierite catalyst is a function of the method of its preparation. The catalyst obtained by the simultaneous deposition of cerium oxide and cobalt oxide showed high activity in the oxidation of CO (CO + O 2 , CO + NO) and extensive oxidation of hexane (C 6 H 14 + O 2). This behavior is due to the increased mobility of surface oxygen and increased dispersion of the catalyst components.

Ce travail est consacré à la mise en évidence par simulation numérique des caractéristiques d'une flamme de diffusion turbulente avec co-courant d'air de méthane enrichie avec de l'hydrogène. La configuration adoptée est constituée d'un mélange de méthane et d'hydrogène dilué dans de l'azote. Elle est caractérisée par des rapports de densité et de vitesses élevés à l'injection. Pour les calculs, la turbulence est modélisée avec l'approche RSM (Reynolds Stress Model) et l'interaction chimie turbulence est représentée par le modèle EDC (Eddy Dissipation Concept). Les caractéristiques de la flamme (longueur, épaisseur, maximum de température, quantités de CO et CO

La decomposition thermique du methane est un moyen ecologique de produire simultanement de l’hydrogene et du noir de carbone. Une etude parametrique a ete faite sur une modelisation a deux dimensions d’un reacteur de decomposition thermique de methane. La simulation modelise un ecoulement laminaire et radiatif d’un melange gazeux compose d’argon, de methane, d’hydrogene et de particules de carbone. La formation et la croissance des nanoparticules solides de carbone ont ete simulees en utilisant une methode sectionnelle, dite aussi methode de classes. La resolution de l’equation de transfert radiatif utilise le modele aux ordonnees discretes en tenant compte de l’absorption du methane et des particules de carbone. Les resultats montrent une distribution en taille de particule devenant moins disperse quand la temperature et/ou la pression augmente(nt). Dans ces conditions, la population en particule tend a etre mono-disperse.

Soot-catalyst contact represents the main critical issue for an effective regeneration of catalytic (i.e., catalyst-coated) diesel particulate filters (DPFs). Most of the literature reviews on this topic have mainly been focused on studies dealing with powdered soot-catalyst mixtures. Although the results obtained on powders surely provide significant indications, especially in terms of intrinsic activity of materials towards soot oxidation, they cannot be directly extended to DPFs due to completely different soot-catalyst contact conditions generated during filtration and subsequent regeneration. In this work, attention is devoted to catalytic DPFs and, more specifically, studies on both catalyst dispersion and soot distribution inside the filter are critically reviewed from the perspective of soot-catalyst contact optimization. The main conclusion drawn from the literature analysis is that, in order to fully exploit the potential of catalytic DPFs in soot abatement, both a widespr...

b. Laboratoire de la mécanique avancé USTHB Bab Elzouar ALGERIE Résume: Dans ce travail, on étudie les phénomènes de déséquilibre thermochimique dans un écoulement de fluide gazeux réactif, composé d'un mélange de 79% d'azote moléculaire N2 et 21% d'oxygène moléculaire O2. On s'attache tout particulièrement à modéliser les processus physico-chimique qui peuvent être rencontrés dans les écoulements hypersonique, à savoir l'excitation vibrationnelle, la dissociation et l'ionisation ainsi la formation des espèces chimiques pour des températures plus élevées derrière un choc fort détaché. On met surtout un accent particulier sur les modèles de relaxation vibrationnelle, de couplage CVD. À ces fortes températures, les collisions électrons-atomes deviennent très efficaces. La prise en compte du rayonnement nécessite la connaissance et la modélisation de tous les processus physico-chimiques (collisionnels ou radiatifs). On s'intéresse à la présentation de l'...