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Systèmes Moteurs et Véhicules

Pots catalytiques : un modèle d'empoisonnement

Les systèmes de dépollution automobile (pots catalytiques) sont soumis à des contraintes de durabilité croissantes. Il s’agit de garantir leur activité, vérifiée par un outil de diagnostic embarqué (OBD) ou lors des contrôles de conformité en service (ISC). L'empoisonnement du catalyseur par le soufre, issu soit des carburants, soit du lubrifiant, est particulièrement problématique pour le fonctionnement de certains systèmes de post-traitement, parmi lesquels le piège à NO x. La compréhension et la maîtrise des processus conduisant à cet empoisonnement s'avèrent donc essentielles pour l'industrie automobile.

André Nicolle
Céline Chizallet

André Nicolle
Direction Techniques d'applications énergétiques
andre.nicolle@ifpen.fr

Céline Chizallet
Direction Catalyse et Séparation
celine.chizallet@ifpen.fr

Dans le cadre d'une collaboration avec Renault et le CNRS (1), IFPEN a étudié expérimentalement la sulfatation et la régénération d'un piège à NO x commercial, en combinant spectrométrie infrarouge, diffraction des rayons X et microscopie électronique. Deux types d'espèces soufrées ont été identifiées : covalentes (surface) et ioniques (bulk). En outre, l’étude a montré que le mode de vieillissement impactait fortement l'état structural du matériau de stockage, et donc son mécanisme d’empoisonnement : un vieillissement en four diffère de celui rencontré sur véhicule.

Ces différences ont été interprétées et expliquées dans le cadre d'une approche multi-échelles basée sur de la modélisation moléculaire. Cette approche permet en effet d'étudier finement les processus de formation et de rupture de liaisons à l'échelle atomique et de générer des données thermocinétiques qui deviennent exploitables par un modèle industriel (2).

Un modèle d'empoisonnement s’appuyant sur des calculs quantiques a ainsi été développé, et a permis d'expliquer aussi bien le déplacement des sulfates formés depuis le cœur vers la surface du matériau de stockage, que la restructuration de ce dernier observée expérimentalement. Ce modèle est désormais intégré dans les outils de simulation système développés par IFPEN pour la conception et le contrôle des organes de post-traitement.

Publications

  • (2) N. Rankovic, C. Chizallet, A. Nicolle, P. Da Costa, Chemistry – A European Journal, 2012, 18(34), 10511-10514.
    >> DOI: 10.1002/chem.201103950

 

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