La Réduction Catalytique Sélective (SCR) par l'ammoniac, ou l'urée, est un procédé connu de post-traitement permettant de réduire efficacement les oxydes d'azote émis par les motorisations Diesel, en azote et en eau. Les zéolithes échangées au cuivre sont parmi les meilleures formulations pour une application sur véhicules légers, puisque efficaces sur une large zone de température. Le but de cette thèse était d'étudier la stabilité hydrothermale de ce type de catalyseur. L'approche utilisée au cours de ce travail repose sur l'étude des différentes fonctionnalités d'un catalyseur commercial de NH3-SCR présent sous forme de monolithe, à l'état frais et pour différentes conditions de vieillissement, au Banc Gaz Synthétique couplée à une analyse physico-chimique précise de la phase active du catalyseur. Ceci nous a permis de comprendre les phénomènes de désactivation intervenant au cours d'un vieillissement hydrothermal et de mesurer leur impact sur l'activité et la sélectivité de ce type de catalyseur. Après traitement hydrothermal, on assiste à une désalumination plus ou moins importante de la zéolithe, pouvant conduire à l'effondrement de sa structure, ainsi que d'importantes modifications au niveau du cuivre dès les plus faibles températures de vieillissements. Les résultats ont montré l'importance de maintenir une teneur minimal de cuivre en position d'échange, afin de conserver une capacité de stockage en ammoniac suffisante, mais surtout pour garantir une bonne efficacité à basse température en SCR du NO. Le maintien de la structure de la zéolithe semble essentiel pour que le catalyseur conserve une bonne efficacité et sélectivité au cours du temps. / The Selective Catalytic Reduction (SCR) by ammonia, or urea, is a well-known after-treatment process used for converting efficiently the nitrogen oxides, emitted by Diesel engines, into nitrogen and water. Copper-exchanged zeolites are among the most efficient formulations for light-duty applications, since effective over a wide temperature-range. The aim of this thesis is to study the hydrothermal stability of this type of catalyst. The approach used is this work is based on the study of the catalytic properties of a fresh commercial monolith catalyst for NH3-SCR in fresh and after different ageing conditions, at synthetic gas test bench, coupled with a comprehensive physicochemical analysis of the catalyst active phase. This allowed us to understand the deactivation phenomena occurring during a hydrothermal ageing and the impact on the catalyst activity and selectivity. A hydrothermal treatment induces a dealumination of the zeolite, into a more or less significant extent, which can lead to its collapse, as well as important modifications of the copper sites, even at low ageing. The results showed the importance to maintain a minimal copper content into exchanged sites, in order to retain a sufficient ammonia storage capacity, and especially to provide a good efficiency for the SCR of NO at low temperature. The preservation of the zeolite structure seems to be essential in order to maintain the catalyst efficiency and selectivity over time.

Le secteur du transport joue un rôle majeur dans le changement climatique et la pollution atmosphérique. Parmi les secteurs d'origine anthropique, le transport routier est considéré comme le premier contributeur au réchauffement climatique, due notamment aux émissions de CO2, de précurseurs d'ozone, et d'aérosols carbonés (carbone noir). De plus, les émissions liées au transport routier telles que les oxydes d'azote (NOx), l'ammoniac (NH3), les carbonyles volatiles, les hydrocarbures gazeux, et les aérosols, contribuent à la dégradation de la qualité de l'air.Le but de cette étude était d'approfondir l'état des connaissances en termes de facteurs d'émissions associés au transport, pour les polluants en phases gazeuse et solide. Un intérêt particulier a été apporté sur l'influence des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement, et de la qualité du carburant, sur les émissions d'espèces réglementées et non-réglementées. Des campagnes de mesure ont été menées sur différentes catégories de véhicules dans le laboratoire d'étude des émissions (VELA) du centre commun de recherche de la commission Européenne (JRC-EC) à Ispra, en Italie. La flotte de véhicules choisie comprenait des camions (moyens et poids lourds), des voitures et des deux-roues formant un ensemble représentatif des véhicules circulant en Europe. En plus des carburants classiques, essence et diesel, les véhicules ont été alimentés avec des carburants alternatifs tels que le bioéthanol, et le gaz de pétrole liquéfié. Les émissions en phase gazeuse ont été mesurées par spectroscopie infra-rouge à transformé de Fourier (FT-IR; pour les composés azotés, les carbonyles volatiles et les petits hydrocarbures), par spectrométrie de masse à temps de vol après ionisation multi-photonique résonnante (REMPI-ToF-MS; pour les hydrocarbures aromatiques mono et polycycliques), par spectromètrie de masse haute résolution à temps de vol dédié à l'analyse des aérosols atmosphériques (HR-TOF-AMS; pour les aérosols organiques), et par photométrie d'absorption multi-angle (MAAP; pour le carbone élémentaire).Parmi les véhicules étudiés, les scooters ont été les plus gros émetteurs d'aérosols organiques primaires et d'hydrocarbures mono et polycycliques. De plus, le système de post-traitement des gaz d'échappement étudié pour le scooter le plus récent (conforme à la réglementation Euro 2) pourrait être responsable d'émissions importantes d'aérosols organiques. Concernant les voitures, et en particulier celles équipées de moteurs à allumage par étincelle, la plupart de leurs émissions intervenaient en début de cycle, avant que la température d'amorçage du pot catalytique soit atteinte. Ces émissions liées au démarrage à froid du véhicule pouvaient masquer les effets bénéfiques des carburants alternatifs en terme d'émissions de précurseurs d'ozone. Finalement, les camions étaient les plus gros émetteurs de suie (carbone élémentaire) et de NOx. Malgré le fait que plusieurs systèmes de retrofit se sont montrés particulièrement efficaces pour réduire les émissions des polluants réglementés (particules et NOx) de ces véhicules, certains d'entre eux produisaient des quantités significatives de NH3. Ce projet a permis de collecter des informations précieuses pour l'élaboration de la législation relative au développement d'un transport durable en Europe. / Transport sector plays a key role in global warming and air pollution. Among the anthropogenic sectors, on-road transport is recognized as the first contributor to global warming, mainly due to its emission of carbon dioxide, ozone precursors and carbonaceous aerosols. In addition, on-road transport contributes to the deterioration of air quality by releasing nitrogen oxides, ammonia, carbonyls, hydrocarbons and aerosols. However, the current European legislation of vehicles emissions focusses on a limited number of pollutants, namely hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, and particulate matter.The aim of this work was to improve the knowledge about the emission factors of gas phase and particle-associated emissions from vehicle exhaust. The impacts of aftertreatment devices and fuel quality on regulated and unregulated species were studied. Several sampling campaigns with different types of vehicles were conducted in the vehicle emission laboratory (VELA) at the European Commission Joint Research Centre (EC-JRC) Ispra, Italy. The vehicles chosen were representative of some categories circulating in Europe (heavy duty vehicles, light duty vehicles, two-stroke mopeds), and either standard fuel or some alternative fuels (ethanol and liquefied petroleum gas) were used. The gas phase was monitored by a Fourier transform infrared spectrometer (carbonyls, nitrogen-containing species, small hydrocarbons), and a resonance-enhanced multiphoton ionization time-of-flight mass spectrometer (mono and polycyclic aromatic hydrocarbons). The particulate phase was analyzed by a high-resolution time-of-flight aerosol mass spectrometer (organic aerosol, chloride, nitrate), and a multiangle absorption photometer (black carbon). The mopeds were found to have the higher emission factors of primary organic aerosol and polycyclic aromatic hydrocarbons. While efficient to reduce the regulated emissions, the after-treatment used to comply with the moped Euro 2 emission standard might be responsible of large emission of unregulated organic aerosols. Most of the emission linked to the gasoline light duty vehicles were released before the light-off of the catalyst. Whereas alternative fuels studied helped to reduce ozone precursor emissions, the emissions associated to the cold start of the vehicle reduced this beneficial effect. Finally, the heavy duty diesel vehicle featured the highest NOx and black carbon emissions. Despite efficient retrofit and after-treatment systems (for particles and NOx), these vehicles could release significant amount of NH3. These results provided valuable insights for the drafting of legislation related to the achievement of sustainable transport in Europe.

Cette étude est motivée par la protection de l'environnement et la réduction des émissions de CO2 émis par les moteurs à combustion interne. L'objectif de la thèse est d'étudier les possibilités de la réduction de la consommation de carburant d'un moteur diesel d’automobile grâce à la récupération de la chaleur des gaz d'échappement basée sur un cycle de Rankine. Afin de déterminer l'énergie perdue, le moteur a été testé sur un banc d’essais et les paramètres des gaz d’échappement ont été mesurés. Un modèle de simulation du moteur a également été développé et validé grâce aux résultats expérimentaux. Le potentiel de récupération de chaleur sur les gaz d’échappement et sur le refroidissement a été estimé. Cette analyse a révélé que le potentiel sur les gaz d’échappement est plus élevé que celui sur le refroidissement. Grâce au modèle numérique et aux essais, la puissance et l'efficacité du cycle de Rankine ont été étudiées. Enfin, l'impact du système de récupération d’énergie sur les performances du moteur a été analysé. Les résultats montrent que la puissance du moteur augmente de 4,3% au point de puissance maximale du moteur. / This study is motivated by the environment protection and the reduction of emissions CO2 from internal combustion engines. The aim of the thesis is to study the possibilities of fuel consumption reduction of a diesel engine intended for a passenger car by means of waste heat recovery from exhaust gases based on thermodynamic cycle (Rankine cycle). In order to determine the waste heat, the engine was tested on a test bench as the exhaust parameters were measured. A simulation model of the engine has also been developed and validated by means of experimental results. The recovery potential of the exhaust gases and the cooling system has been estimated. This analysis revealed that the waste heat recovery potential of the exhaust gases is higher that the cooling sys-tem. By means of Rankine cycle numerical model and experimental test, the output power and efficiency of the Rankine cycle were studied. Finally, the impact of the heat recovery system on engine performance was studied. The results revealed that the engine power increases by 4.3% at the operating point which corresponds to the maximum engine power. / Това изследване е мотивирано от опазването на околната среда и намаляването на емисиите на CO2 от двигателите с вътрешно горене. Целта на дисертацията е да проучи възможнос-тите за намаляване на разхода на гориво на дизелов двигател, предназначен за лек автомо-бил, чрез рекупериране на енергия с цикъл на Ранкин. За да се определи неоползотворената енергия в отработилите газове бе използван изпитателен стенд. Симулационен модел на двигателя е разработен и валидиран чрез експерименталните резултати. Направена е оценка на потенциала за рекупериране на енергия от отработилите газове и охладителната система. Този анализ показва, че потенциала за рекупериране е по-голям в изпускателната система. С помощта на експериментален стенд и числен модел на цикъла на Ранкин са установени мощността и ефективността на системата. Въздействието на системата за рекупериране на енергия е изследвано. Данните показват, че мощността на двигателя се увеличава с до 4,3%.

La catalyse hétérogène influe sur la cinétique des réactions chimiques pour favoriser la formation de produits souhaités. Appliquée à la dépollution atmosphérique, elle permet de réduire considérablement l'émission de polluants. Son plus grand succès public est d'ailleurs sans conteste le pot catalytique pour les moteurs à essence. Malgré ce succès, beaucoup reste à faire pour améliorer la dépollution à basse température et pour des conditions d'utilisations très différentes telles que celles imposées par les moteurs Diesel et "lean burn".<p><p>Lors de ce travail nous nous sommes intéressés à ces sujets. Tout d'abord, nous avons étudié l'effet du SO2 sur la réduction catalytique sélective des NOx sur des catalyseurs Ag/Al2O3 dans les conditions des moteurs Diesel. Le dioxyde de soufre est reconnu comme un poison de catalyseurs. Dans cette thèse, nous avons étudié un effet promoteur du SO2. Les catalyseurs qui ont fait l’objet de ce travail ont été préparés au laboratoire. Nous avons fait varier différents paramètres tels que la température, la nature de l'hydrocarbure ou encore la concentration de SO2 afin de mieux cerner cet effet promoteur. Nous avons mis en évidence que cet effet promoteur est observable lorsque le propène est utilisé comme réducteur, alors qu'avec le propane il s'agit plutôt d'un effet négatif du SO2.<p><p>Le deuxième sujet étudié dans ce travail est l'oxydation du CO sur des catalyseurs Au/TiO2, soit préparés au laboratoire, soit fournis comme référence du World Gold Council. Ces catalyseurs offrent l’avantage de pouvoir oxyder le CO à basse température, ce qui pourrait résoudre le problème de la pollution liée au démarrage à froid des automobiles. Ces catalyseurs subissent une désactivation que nous avons analysée par spectroscopie infrarouge (DRIFT et FTIR). Une étude XPS-SIMS de catalyseurs ayant des activités différentes nous a permis de mettre en évidence des concentrations de sodium différentes sur ces catalyseurs. Dans cette thèse, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'influence du potassium. Pour mettre en évidence l'influence de celui-ci sur l'activité catalytique, des catalyseurs Au/TiO2 furent préparés en absence stricte d'alcalins et d'alcalino-terreux pour ajouter par après, de manière contrôlée, les quantités souhaitées de potassium. La composition des catalyseurs préparés fut contrôlée par XPS-SIMS. Il s'avère que la présence de potassium permet d'accroître l'activité catalytique, néanmoins il semble y avoir une concentration optimale de potassium qui varie en fonction de la composition/morphologie du catalyseur Au/TiO2 au départ, c'est-à-dire sans modification par ajout de potassium.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les écoulements dans les circuits d'admission et d'échappement des moteurs à combustion interne jouent un rôle majeur pour la détermination des différents rendements (volumétrique, de balayage et mécanique), la puissance indiquée, les performances, les émissions et en établissant le champ d'écoulement dans le cylindre. Lorsque les gaz s'écoulent transitoirement à travers ces systèmes, l'ensemble des forces de frottement, de pression et d'inertie de gaz sont présentes. L'importance relative de ces forces dépend de la vitesse du gaz et les dimensions et les formes de tels systèmes. Traditionnellement, ces écoulements sont étudiés au moyen des équations de dynamique des gaz unidimensionnelles (1D) où, le phénomène tridimensionnel de l'écoulement et la déformation des ondes de pression, la turbulence et la viscosité sont ignorés ou négligés. L'approche thermodynamique (0D) a été aussi utilisée où l'effet important d'inertie de fluide lié aux dimensions des composantes de ces circuits d'admission et d'échappement a été ignoré. Dans cette étude, la méthode de vidange remplissage, a été complètement révisée et une nouvelle méthode (Méthode Inertielle Capacitive MIC), basée sur la formulation thermodynamique de la méthode de vidange remplissage et sur l'équation fondamentale de la conservation de la quantité de mouvement, est développée. L'objectif est ensuite de tenir compte des effets d'inertie de fluide sur le comportement de fluide ou de l'écoulement sans utilisation du code unidimensionnel 1D (à cause du long temps de calcul). Pour cet objectif, des analyses de calcul CFD ont été élaborées afin de calculer les paramètres de calage de " la méthode inertielle capacitive " correspondant au nouveau modèle. Dans cette étude, il est apparu que les effets d'inertie ignorés de la formulation de la méthode de vidange remplissage sont les causes pour que cette dernière soit valable uniquement pour les circuits compacts d'admission et d'échappement de MCI. Pour valider le nouveau modèle, une investigation expérimentale a été réalisée sur un moteur monocylindrique à quatre temps. Le débit volumétrique du moteur est ensuite calculé avec le nouveau modèle. Le résultat est comparé à celui issu de l'expérimental et un bon accord a été obtenu.

The escape of trajectories is a ubiquitous phenomenon in open dynamical systems and stochastic processes. If escape occurs repetitively for a statistical ensemble of trajectories, the population of remaining trajectories often undergoes an exponential decay characterised by the so-called escape rate. Its inverse defines the lifetime of the decaying state, which represents an intrinsic property of the system. This paradigm is fundamental to nucleation theory and reaction-rate theory in chemistry, physics, and biology.<p><p>In many circumstances, escape is activated by the presence of noise, which may be of internal or external origin. This is the case for thermally activated escape over a potential energy barrier and, more generally, for noise-induced escape in continuous-time or discrete-time dynamics. <p><p>In the weak-noise limit, the escape rate is often observed to decrease exponentially with the inverse of the noise amplitude, a behaviour which is given by the van't Hoff-Arrhenius law of chemical kinetics. In particular, the two important quantities to determine in this case are the exponential dependence (the ``activation energy') and its prefactor.<p><p>The purpose of the present thesis is to develop an analytical method to determine these two quantities. We consider in particular one-dimensional continuous and discrete-time systems perturbed by Gaussian white noise and we focus on the escape from the basin of attraction of an attracting fixed point.<p><p>In both classes of systems, using path-integral methods, a formula is deduced for the noise-induced escape rate from the attracting fixed point across an unstable fixed point, which forms the boundary of the basin of attraction. The calculation starts from the trace formula for the eigenvalues of the operator ruling the time evolution of the probability density in noisy maps. The escape rate is determined by the loop formed by two heteroclinic orbits connecting back and forth the two fixed points in a two-dimensional auxiliary deterministic dynamical system. The escape rate is obtained, including the expression of the prefactor to van't Hoff-Arrhenius exponential factor./L'échappement des trajectoires est un phénomène omniprésent dans les systèmes dynamiques ouverts et les processus stochastiques. Si l'échappement se produit de façon répétitive pour un ensemble statistique de trajectoires, la population des trajectoires restantes subit souvent une décroissance exponentielle caractérisée par le taux d'échappement. L'inverse du taux d'échappement définit alors la durée de vie de l'état transitoire associé, ce qui représente une propriété intrinsèque du système. Ce paradigme est fondamental pour la théorie de la nucléation et, de manière générale, pour la théorie des taux de transitions en chimie, en physique et en biologie.<p><p>Dans de nombreux cas, l'échappement est induit par la présence de bruit, qui peut être d'origine interne ou externe. Ceci concerne en particulier l'échappement activé thermiquement à travers une barrière d'énergie potentielle, et plus généralement, l'échappement dû au bruit dans les systèmes dynamiques à temps continu ou à temps discret.<p><p>Dans la limite de faible bruit, on observe souvent une décroissance exponentielle du taux d'échappement en fonction de l'inverse de l'amplitude du bruit, un comportement qui est régi par la loi de van't Hoff-Arrhenius de la cinétique chimique. En particulier, les deux quantités importantes de cette loi sont le coefficient de la dépendance exponentielle (c'est-à-dire ``l'énergie d'activation') et son préfacteur.<p><p>L'objectif de cette thèse est de développer une théorie analytique pour déterminer ces deux quantités. La théorie que nous présentons concerne les systèmes unidimensionnels à temps continu ou discret perturbés par un bruit blanc gaussien et nous considérons le problème de l'échappement du bassin d'attraction d'un point fixe attractif. Pour s'échapper, les trajectoires du système bruité initialement contenues dans ce bassin d'attraction doivent alors traverser un point fixe instable qui forme la limite du bassin.<p><p>Dans le présent travail, et pour les deux types de systèmes, une formule est dérivée pour le taux d'échappement du point fixe attractif en utilisant des méthodes d'intégrales de chemin. Le calcul utilise la formule de trace pour les valeurs propres de l'opérateur gouvernant l'évolution temporelle de la densité de probabilité dans le système bruité. Le taux d'échappement est déterminé en considérant la boucle formée par deux orbites hétéroclines liant dans les deux sens les deux points fixes dans un système dynamique auxiliaire symplectique et bidimensionnel. On obtient alors le taux d'échappement, comprenant l'expression du préfacteur de l'exponentielle de la loi de van't Hoff-Arrhenius. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished