Diapositive 1

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Journée des doctorants en combustion Gaz de
France - Direction de la Recherche 07 Decembre
2006
Université des Sciences et Technologies de Lille
Détection des suies et des Hydrocarbures
Aromatiques Polycycliques (HAP) dans des flammes
jet de méthane et de kérosène par couplage de
lIncandescence et de la Fluorescence Induite par
Laser
Romain Lemaire Sous la direction de Eric
Therssen Pascale Desgroux
Centre dÉtudes et de Recherches Lasers et
Applications
Laboratoire de Physico-Chimie des Processus de
Combustion et de lAtmosphère
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Journée des doctorants en combustion 07 Decembre
2006
Contexte de létude
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Journée des doctorants en combustion 07 Decembre
2006
Sommaire
1) Principe de la LII et interférence entre
LII/LIF

• 2) Dispositif expérimental

3) Cartographies quantitatives Suies/HAP dans
une flamme jet de méthane
4) Cartographie quantitative des suies dans une
flamme jet de kérosène
5) Conclusions et perspectives
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Journée des doctorants en combustion 07 Decembre
2006
1) Principe de la LII et interférence entre
LII/LIF
Interaction laser - particule
suie
suie
suie
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Journée des doctorants en combustion 07 Decembre
2006
1) Principe de la LII et interférence entre
LII/LIF
Expression mathématique du signal LII
Loi de Planck appliquée à un corps gris
Problématique liée au dosage simultané des suies
et des HAP
Les HAP absorbent dans lUV/Visible
Une excitation à 532 nm permet dexciter la
fluorescence des HAP (notamment les plus lourds)
Pb Interférence entre LII des suies et LIF des
HAP
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Journée des doctorants en combustion 07 Decembre
2006
2) Dispositif expérimental
Le brûleur
Possibilité détudier des flammes jet de tous
types dhydrocarbures gazeux ou liquides
Débits Flamme de méthane Flamme de kérosène
Carburant 0,10 L/min 29 g/h
Gaz datomisation (N2) / 0,14 L/min
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2) Dispositif expérimental
Dispositif détude par Incandescence Induite par
Laser
2 longueurs donde dexcitation (532 et 1064 nm)
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3) Cartographies quantitatives Suies/HAP dans une
flamme jet de méthane
Méthode à 2 couleurs appliquée à la flamme de
méthane
Laser 0,2 J/cm2 à 532 nm / 0,4 J/cm2 à 1064 nm
0,4 J/cm2
0,2 J/cm2
Pulse Laser (1064 nm)
Pulse Laser (532 nm)
Flamme de diffusion méthane
S1064nm LII1064nm
S1064nm LII1064nm K1064nm . fv
LII K. fv
S532nm LII532nmnm LIF532nm K532nm . fv
LIF532nm
S532nm LII532nm LIF532nm
K532nm/K1064nm 1
LIF532nm S532nm S1064nm . K532nm/K1064nm
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3) Cartographies quantitatives Suies/HAP dans une
flamme jet de méthane
Profils LII/LIF de la flamme de méthane
40 mm
SUIES
25 mm
SUIES HAP
HAP
17 mm
Rappel des conditions opératoires CCD Mesure
prompte / Porte de 20 ns Laser 0,2
J/cm2 à 532 nm 0,4 J/cm2 à 1064 nm
Flamme de diffusion méthane
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3) Cartographies quantitatives Suies/HAP dans une
flamme jet de méthane
Calibrage en absolu par Cavity Ring Down
Spectroscopy (CRDS)

• Flammes étudiées ayant de faibles teneurs en
  suie
• Méthode dextinction multi-passage

Cartographie de la flamme de diffusion de méthane
Mécanisme de formation des suies Frenklach,
1984

• Illustration du rôle précurseur des HAP dans le
  processus de formation des suies

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4) Cartographie quantitative des suies dans une
flamme jet de kérosène
Cartographie quantitative
Pulse Laser (1064 nm)
Structure de flamme relativement similaire à
celle de la flamme de méthane
0,63 J/cm2
des suies
HAP
Flamme jet de kérosène
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5) Conclusions et perspectives
Conclusions

• Cartographie quantitative dans des flammes de
  faibles teneurs en suies et HAP
• Méthode opérationnelle dans une large gamme de
  flammes axisymétriques

Perspectives

• Application actuellement développée analyse
  de la nature des HAP adsorbés à la surface des
  suies prélevées dans des zones parfaitement
  caractérisées (HAP et suies) des différentes
  flammes. Détection ultra sensible et sélective
  dHAP adsorbés à la surface de suies, couplée à
  une détection in situ par diagnostics Laser
• Application à dautres types de carburant
  Biocarburants

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Principe de la LII et interférence entre LII/LIF
Caractéristiques spectrales Spectres LII à 532
et 1064 nm

• Signal spectral large bande 300-800 nm
• Superposition des bandes de Swan de C2 à haute
  énergie

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Etalonnage par CRDS
Dispositif détude par CRDS
(SuieHAP)
(Suies)
I0 exp(-t/t)
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2006
Etalonnage par CRDS
Obtention des profils de fraction volumique
z
Laser
x
brûleur
Pertes par passage (Diffusion négligée)
Obtention du profil de fraction volumique de
suies intégré le long de la largeur de la
flamme Hyp E(m) 0,26 Dalzell, 1969
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2006
3) Cartographies quantitatives Suies/HAP dans une
flamme jet de méthane
Calibrage en absolu par Cavity Ring Down
Spectroscopy (CRDS)

• Coefficient dabsorption des HAP à 17 mm
  4,4.10-3 cm-1
• Fraction volumique de suie à 40 mm 256 ppb
  Bouvier, 2005

Cartographie de la flamme de diffusion de méthane
Mécanisme de formation des suies Frenklach,
1984

• Confirmation du rôle précurseur des HAP dans le
  processus de formation des suies

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