Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
La modélisation mettant en œuvre la cinétique chimique détaillée est capable aujourd’hui de prévisions qualitatives mais aussi, de plus en plus fréquemment, quantitatives dans de nombreux domaines tels que la combustion des hydrocarbures, de l’hydrogène, de certains métaux ou encore la pyrolyse de diverses substances. Le présent article décrit la stratégie qui peut être suivie pour la constitution des mécanismes cinétiques détaillés. De nombreuses applications peuvent ainsi être travaillées aussi bien pour des systèmes organiques que pour des systèmes inorganiques : synthèses de matériaux par combustion, dépôts chimiques (CVD thermique en particulier), propulsion, incinération des déchets, émissions des polluants, systèmes de dépollution, procédés pour l’énergie, etc.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Combustion and pyrolysis of hydrocarbons, hydrogen, metals, biomass, etc. are studied today using detailed chemical kinetic models that have generally moderate to high predictive abilities. This article describes various approaches to generating these models. Numerous applications are of interest: thermal chemical vapor deposition (CVD), propulsion, incineration of all types of wastes, formation of pollutants, process safety, process optimization, various thermal treatments, etc.
Auteur(s)
-
Laurent CATOIRE : Professeur des universités - Directeur de l’Unité Chimie et Procédés (UCP) - École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA ParisTech) - Université Paris-Saclay, Palaiseau, France
INTRODUCTION
Le but de l’article est de présenter l’approche moderne de la cinétique chimique en particulier celle appliquée à la combustion au sens large (du feu de cheminée à Ariane 6) et aux traitements thermiques. Cette même approche pourrait être appliquée à de nombreux autres domaines. La cinétique chimique détaillée est aujourd’hui capable de permettre des prévisions qualitatives sur de nombreux systèmes et quantitatives sur quelques systèmes. Cette approche ne se substitue pas à l’approche thermodynamique qui permet de connaître la température, la pression et la composition d’un système à l’équilibre thermodynamique mais elle la complète dans le sens où l’approche thermodynamique ne décrit en rien le temps nécessaire pour atteindre cet équilibre, si jamais cet état d’équilibre est atteint puisque pour beaucoup de procédés le temps de séjour est inférieur au temps d’atteinte de l’équilibre thermodynamique. De ce fait, l’approche thermodynamique est dans de nombreux cas presque sans intérêt et il faut introduire le temps dans les équations pour se rapprocher de la réalité du procédé. Ceci relève de la cinétique chimique et nécessite l’écriture de mécanismes cinétiques détaillés. Pour autant, tout comme l’approche thermodynamique, la cinétique chimique nécessite des données thermodynamiques mais, en plus, des données cinétiques. Le mécanisme cinétique détaillé est ensuite mis en œuvre et confronté à des données expérimentales (structure de flamme, célérité de détonation, vitesses fondamentales de flamme (déflagration), délai d’auto-inflammation, etc.) obtenues dans des appareillages de laboratoire dits idéaux : tubes à choc, réacteurs à écoulement, réacteurs parfaitement agités, réacteurs statiques, principalement. Ces données peuvent être des profils d’espèces, des délais d’auto-inflammation, des profils de pression, entre autres. Il existe par ailleurs de nombreuses données obtenues dans des appareillages industriels moins propices à l’obtention de données sans ambiguïtés quant aux conditions expérimentales (température, pression, écoulement, etc.). Cependant toutes les données sont intéressantes et l’on peut espérer d’un modèle qu’il reproduise les tendances expérimentales à défaut d’être quantitatif, ce qui en soit n’est pas sans intérêt.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
combustion | chemical kinetics | pyrolysis | chemical deposition
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Physique Chimie
(201 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
3. Conclusions
L’approche décrite ici peut être appliquée pour tous les systèmes d’intérêt tant au niveau industriel qu’au niveau recherche fondamentale ou recherche appliquée. Elle dépasse largement le cadre des systèmes H2/O2, H2/air, CH4/O2, CH4/air et peut être déclinée pour la combustion des matériaux énergétiques (HMX, RDX, TNT, etc.), la combustion des métaux (Al, Na, Mg, etc.), la combustion des carburants et biocarburants automobiles, aéronautiques et spatiaux (essence, gazole, biodiesel, kérosène, SPK, liquides ioniques énergétiques), les gazéifications (charbon, biomasse, déchets, etc.), l’incinération, le vaporeformage du méthane pour produire de l’hydrogène (procédé SMR), la formation et l’émission des polluants (NO x , COV, suies (PM), etc.), et de manière générale pour n’importe quel procédé faisant appel à un traitement thermique ou conduisant à l’introduction d’espèces réactives dans le milieu (plasma thermique, plasma froid, CVD thermique, etc.). Il sera de plus en plus nécessaire, et aussi probablement de plus en plus aisé, de tenir compte de ces aspects dans les codes CFD industriels ou commerciaux et les thématiques décrites ici sont appelées à un développement très conséquent.
Cet article fait partie de l’offre
Physique Chimie
(201 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Conclusions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STEINFELD (J.I.), FRANCISCO (J.S.), HASE (W.L.) - Chemical kinetics and dynamics. - Second edition. Prentice Hall (1998).
-
(2) - GARDINER (W.C.) - Gas-phase combustion chemistry. - Second edition. Springer (2000).
-
(3) - LI (J.), ZHAO (Z.), KAZAKOV (A.), DRYER (F.L.) - An Updated Comprehensive Kinetic Model of Hydrogen Combustion, - Int. J. Chem. Kinet. 36 : 566-575 (2004).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
GAUSSIAN
CHEMKIN
http://www.ansys.com/products/fluids/ansys-chemkin-pro
COSILAB
http://www.rotexo.com/index.php/en/
CANTERA
HAUT DE PAGE
Symposium International de Combustion organisé par le Combustion Institute tous les deux ans.
http://www.combustioninstitute.org
HAUT DE PAGEOrganismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Groupement Français de Combustion (GFC)
http://www.combustioninstitute.fr/
Combustion Institute
http://www.combustioninstitute.org
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)UCP (Unité Chimie et Procédés)
http://ucp.ensta-paristech.fr/
ICARE (Institut de Combustion, Aérothermique,...
Cet article fait partie de l’offre
Physique Chimie
(201 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive