– ALVEOPLAS

Les décharges électriques non thermiques en contact avec les matériaux poreux sont étudiées pour des applications variées telles que la conversion des polluants atmosphériques (Composés Organiques Volatiles), la synthèse chimique (ammoniaque, méthanol, …) ou la production d'hydrogène à partir des hydrocarbures (méthane, …). Un nombre important de travaux a été dédié à l'évaluation des performances de l'association plasma-catalyse, en terme de coût énergétique. Toutefois il existe très peu d'études publiées dans la littérature concernant la physique des décharges mises en œuvre : propagation dans le milieu alvéolaire ou au contact d'une surface poreuse, rôle des caractéristiques du matériau (porosité, taille des pores, conductivités électrique et thermique, …). Pourtant une bonne connaissance des décharges en milieux poreux et alvéolaires est absolument nécessaire pour un développement rapide de leurs nombreuses applications. Par ailleurs cette connaissance ouvrirait probablement de larges perspectives dans le domaine du traitement des matériaux par plasma à l'échelle élémentaire du pore. Le projet proposé a pour objet la physique des décharges impulsionnelles dans l'air à pression atmosphérique, en contact avec des solides à structure poreuse et alvéolaire qui sont couramment utilisés comme supports de catalyseur. Notre objectif est de comprendre le dépôt d'énergie électrique dans ces décharges. Ce dépôt conditionne la production d'espèces chimiquement actives (atome d'oxygène et radical hydroxyle). Très peu de travaux expérimentaux ont été effectués jusqu'à présent sur ce thème. Nous étudierons la dynamique spatio-temporelle de ces décharges. Le projet s'intéressera particulièrement : i/ aux décharges couronne et à barrière diélectrique, qui sont caractérisées par des filaments de plasma établis entre deux électrodes suite à la propagation de fronts d'ionisation rapides, couramment appelés « streamers » dans la littérature, ii/ aux décharges de surface ou de volume qui peuvent être générées dans les réacteurs à lit fixe (billes) ou dans les structures de type « mousse ». Ces décharges seront étudiées autant par des méthodes expérimentales que par des modèles physiques et numériques. Expériences et modélisations seront effectuées de concert et les informations recueillies seront systématiquement comparées pour obtenir une description la plus exacte possible des phénomènes physiques. Le succès du projet repose fortement sur cette synergie entre modélisations et investigations expérimentales. Le développement de modèles pour les décharges au contact de milieux poreux est un des aspects novateurs du projet. L'autre point important est la mise en œuvre d'expériences diversifiées spécialement développées pour l'étude de l'établissement des décharges au contact et dans différents matériaux (plans et membranes, capillaires, monolithes, mousses). Ces expériences nécessiteront l'utilisation de diagnostiques d'imagerie rapide et de mesures résolues en temps des paramètres électriques. L'accessibilité de la décharge aux pores des matériaux sera étudiée par la conversion de molécules spécialement choisies (hydrocarbures) pour pouvoir déterminer si le plasma se crée dans le volume élémentaire que constitue le pore. Le projet est organisé en quatre tâches qui constitueront une progression dans la compréhension des phénomènes physiques : 1/ décharge streamer dans une structure capillaire à parois non poreuses, 2/ décharge dans une structure du type monolithe (nid d'abeille) à parois non poreuses, 3/ interaction d'un streamer avec une membrane poreuse, 4/ décharges dans les structures monolithes et les mousses à parois poreuses. Les équipes des quatre laboratoires partenaires (LPGP, LIMHP, EM2C, LMSME) travailleront de façon complémentaire aussi bien pour l'expérimentation (LPGP, LIMHP) que pour la modélisation (LIMHP, EM2C, LMSME).