Dans un contexte de réduction des émissions de polluants et de gaz à effet de serre, mais aussi d’enjeux économiques liés aux ressources en pétrole brut, la nécessité de se diversifier énergétiquement a imposé l’apparition et l’utilisation dans des quantités sans cesse croissantes de carburants de substitution. Ces carburants provenant de nombreuses sources primaires, produits à partir de diverses techniques, possèdent des propriétés physico-chimiques différentes. Les effets de chaque propriété sur le comportement du moteur Diesel (émissions, rendement, etc.) ne sont pas encore compris de manière détaillée. La présente thèse porte sur une étude expérimentale de l’influence des propriétés physico-chimiques des carburants sur les processus physiques se déroulant dans la chambre de combustion pour des applications sur moteurs Diesel. L’originalité de l’approche réside par la définition d’une matrice de carburants (20 carburants au total) dont les propriétés varient de manière indépendante. De plus, les différentes étapes de l’injection Diesel ont été considérées. On s’intéresse par la mise en oeuvre de huit techniques de mesures avancées, à la caractérisation de l’hydraulique dans les orifices de l’injecteur, de la structure du spray, de son atomisation, sa vaporisation et enfin la combustion du mélange résultant. Ces expériences ont été conduites dans des cellules adaptées et sur moteur à accès optiques permettant de reproduire des conditions de fonctionnement représentatives. L’analyse porte essentiellement sur la phase quasi-stationnaire de l’injection pendant laquelle les résultats expérimentaux sont corrélés à des modèles basés sur la physique issus de la littérature et de nouvelles corrélations empiriques sont proposées. / In a context of pollutant emission and green house gas reduction, but also economic issues related to crude oil ressources, the necessity for energy diversification has imposed the emergence and the use in growing quantities of substitute fuels. These fuels derived from numerous feedstocks, produced by several manufacturing processes, have different physico-chemical properties. The effects of each individual property on the Diesel engine behavior (emissions, efficiency, etc) are not well fully understood yet. The present thesis focuses on an experimental study about the influence of physico-chemical properties of the fuels on the processes occuring in the combustion chamber for Diesel engine application. The originality of the approach concerns the definition of a fuel matrix (a total of 20 fuels) for which properties are independently varied. Moreover every stages of the Diesel injection are considered. The interest focuses by the setting of eight advance measurement technics on the caracterization of the flow into the injector orifices, the spray structure and atomization, the spray vaporization and finally the Diesel combustion. Experiments were conducted in dedicated vessels and in an optical access engine allowing to reproduce representive operating conditions. The analysis mainly focuses on the quasi-stationnary phase of the injection event and experimental results are scaled to physic-based models and new empirical correlation are proposed.

Les particules de suie générées au sein des procédés de combustion ont un impact très important sur l'environnement et la santé. Les réglementations actuelles imposent de ce fait des réductions de plus en plus strictes des émissions particulaires. Afin de limiter les quantités de suies rejetées dans l'atmosphère, il est donc essentiel que des études fondamentales soient entreprises afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la formation de ces particules. L'objectif de ce travail de thèse consiste à évaluer l'impact de la combustion de différents types de carburants sur les caractéristiques physico-chimiques des suies. Un brûleur hybride a donc été conçu spécialement dans le but de générer des flammes d'hydrocarbures liquides ayant des caractéristiques hydrodynamiques identiques quelles que soient les propriétés physiques des carburants étudiés. Des cartographies quantitatives des suies et des précurseurs de suies ont été réalisées dans des flammes de kérosène, de gazole, d'essence, de biocarburants et de divers carburants modèles du kérosène et du gazole en ayant recours pour cela au couplage de l'Incandescence et de la Fluorescence Induite par Laser (LII/LIF). Par comparaison des signaux LII obtenus à différentes longueurs d'onde d'excitation, il nous a été possible de déterminer l'évolution des propriétés optiques des suies en fonction de la longueur d'onde. L'analyse des courbes d'énergie et des décroissances temporelles des signaux LII nous a de plus permis d'obtenir des informations relatives à l'évolution des propriétés physiques des suies (masse volumique, chaleur spécifique, indice de réfraction, diamètre) tout au long du processus de combustion. Enfin, grâce à un système de prélèvement par microsonde, des échantillons de suies ont pu être analysés par désorption laser, photoionisation des espèces désorbées et spectrométrie de masse à temps de vol dans le but de déterminer la nature des espèces chimiques adsorbées à la surface des suies. / Soot particles generated in combustion processes are strongly linked to various environmental and health problems. As a consequence, regulations regarding particulate emissions are becoming more and more stringent. To reduce the quantities of soot emitted into the atmosphere, fundamental studies have to be undertaken in order to better understand the mechanisms involved in the formation of soot particles. The objective of this work is to study the impact of the combustion of different types of fuels on the physical-chemical properties of soot. To this end, a hybrid bumer has been specially designed in order to generate a series of liquid fuel diffusion flames whose hydrodynamic behaviour is similar and independent of the physical properties of the tested fuels. Quantitative mappings of soot and soot precursors have been carried out in flames of kerosene, Diesel, gasoline, biofuels and various kerosene and Diesel surrogates by coupling Laser Induced Incandescence and Laser Induced Fluorescence (Lll/LIF). By comparing the LII signaIs obtained for different excitation wavelengths, it has been possible to determine the evolution of the optical properties of soot as a function of the wavelength. The evolution of the physical properties of soot particles (density, specific heat, refractive index, diameter) during the combustion process have been derived from the analysis of the LII fluence curves and time decays obtained at different heights in the flames. Finally, a microprobe sampling system has been developed in order to obtain soot samples which have then been analysed using laser desorption/laser ionization/time-of- tlight mass spectrometry to determine the nature of the chemicals adsorbed on the soot surface.

Thèse de doctorat : Génie des procédés : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 septembre 2005). Bibliogr.

Th. univ.--Chim. et physicochim. des polymères--Paris 6, 1998. / Bibliogr. f. 154-160. Résumé en français et en anglais. 1999 d'après la déclaration de dépôt légal.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Spectrochimie, molécules, solides, réactivité : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3582. Résumé en français. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Dans un contexte de réduction des émissions de polluants et de gaz à effet de serre, mais aussi d'enjeux économiques liés aux ressources en pétrole brut, la nécessité de se diversifier énergétiquement a imposé l'apparition et l'utilisation dans des quantités sans cesse croissantes de carburants de substitution. Ces carburants provenant de nombreuses sources primaires, produits à partir de diverses techniques, possèdent des propriétés physico-chimiques différentes. Les effets de chaque propriété sur le comportement du moteur Diesel (émissions, rendement, etc.) ne sont pas encore compris de manière détaillée. La présente thèse porte sur une étude expérimentale de l'influence des propriétés physico-chimiques des carburants sur les processus physiques se déroulant dans la chambre de combustion pour des applications sur moteurs Diesel. L'originalité de l'approche réside par la définition d'une matrice de carburants (20 carburants au total) dont les propriétés varient de manière indépendante. De plus, les différentes étapes de l'injection Diesel ont été considérées. On s'intéresse par la mise en oeuvre de huit techniques de mesures avancées, à la caractérisation de l'hydraulique dans les orifices de l'injecteur, de la structure du spray, de son atomisation, sa vaporisation et enfin la combustion du mélange résultant. Ces expériences ont été conduites dans des cellules adaptées et sur moteur à accès optiques permettant de reproduire des conditions de fonctionnement représentatives. L'analyse porte essentiellement sur la phase quasi-stationnaire de l'injection pendant laquelle les résultats expérimentaux sont corrélés à des modèles basés sur la physique issus de la littérature et de nouvelles corrélations empiriques sont proposées.

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1984. / Typescript. Vita. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 200-205).

Le carburant hydrocarbure JP-10 est étudié comme agent propulsif destiné aux moteurs à détonation ainsi qu’à d’autres applications concernant les vols à vitesses élevées. La précraquage catalytique du JP-10 pourrait produire un mélange d’oléfines légères plus facile à détoner. Un mélange d’hydrocarbures aliphatiques, pour la plupart légers, présente l’avantage d’être moins enclin à la carbonisation que des mélanges comportant de fortes teneurs en hydrocarbures aromatiques. Cette réaction endothermique de précraquage offre le même potentiel que celui d’un puits de chaleur trouvé dans des applications de vols à vitesses élevées pour lesquelles toute hausse de la masse du système de refroidissement contrevient à une plus grande efficacité du moteur. Plusieurs essais de craquage catalytique hétérogène furent réalisés à l’aide d’un réacteur tubulaire et les gaz produits analysés par GC/MS et par GC. Deux formes de zéolithe nanocristalline (n) ZSM-5(24h) et nZSM-5 (6h) et trois formes de silico-aluminophosphate SAPO-5A, SAPO-5B et SAPO-11 furent testées. SAPO-5 et nZSM-5(24h) apparaissent être les candidats les plus propices au précraquage du JP-10. Ces dernières ont permis de convertir plus de 90 % de JP-10 en un mélange d’hydrocarbures principalement composé de molécules en C4 et moins (C3 à C1). nZSM-5(24h) ont procuré le plus petit rapport de masse de carbone, CR (C5+:C4−), à des températures situées entre 350 oC et 450 oC et le taux de conversion le plus élevé à des températures supérieures à 500 oC. SAPO-5A & B ont présenté le taux de conversion le plus élevé mais le plus petit CR entre 400 oC et 500 oC. / The hydrocarbon jet-fuel, JP-10, is being studied as a possible propellant for the Pulse Detonation Engine (PDE) and other high-speed flight applications. Catalytic pre-cracking of JP-10 could provide a more easily detonated mixture of light olefin products. A mixture of mostly light hydrocarbons has the added benefit of being less prone to coking than a product mixture heavy in aromatics. This endothermic reaction also offers potential as a heat sink in high-speed flight applications where the extra weight of an onboard cooling system would hinder engine efficiency. Several heterogeneous catalytic cracking tests have been done using a Bench Top Tubular Reactor and the products were analyzed with GC/MS and GC. Two forms of nanocrystalline zeolites, nZSM-5(24h) and nZSM-5(6h), and three forms of silico-alumino-phosphates, SAPO-5A, SAPO-5B, and SAPO-11 successfully catalyzed the cracking of JP-10; however, SAPO-5 and nZSM-5(24h) have proven to be the most promising catalyts. Both catalysts converted over 90 % of JP-10 (∼ 3s residence time) into a mixture of hydrocarbon products consisting mainly of C4 and lower chain hydrocarbons (C3 to C1). nZSM-5(24h) demonstrated the lowest carbon mass ratio, CR (C5+:C4−), between 350 oC and 450 oC and the highest conversion rates above 500 oC. SAPO-5A & B demonstrated the highest conversion rates and the lowest CR between 400 oC and 500 oC.

L'objectif de ce projet de recherche est de mesurer, à un niveau agrégé, l'influence qu'ont les facteurs économiques de base tels le prix de l'essence et le revenu sur les déterminants de la demande de carburant des véhicules légers au Canada. L'approche retenue repose sur un modèle économétrique d'équations simultanées visant à expliquer le nombre de kilomètres parcourus, le taux de consommation moyen de carburant ainsi que le nombre de véhicules. Les données dont nous disposons sont de type panel et proviennent de la Base de données nationale sur la consommation d'énergie de Ressources Naturelles Canada. Les élasticités obtenues sont assez conformes à la littérature recensée. À court terme, une hausse du prix de l'essence provoque une réduction limitée de l'usage (-0,16 à -0,08) alors que l'augmentation du revenu influence surtout le niveau de possession (0,27 à 0,35). Nous estimons également qu'il existe un effet rebond qui est compris entre 19 % et 24 % à long terme.