Thèse d’Adrien Reynaud*
Pour des raisons sanitaires, les émissions de particules fines produites par les moteurs thermiques sont réglementées par l’Union européenne depuis les années 90. Afin de respecter ces normes, de filtres à particules sont implantés sur les lignes d’échappement des véhicules concernés. Pour contrôler leur bon fonctionnement, les capteurs résistifs, à la fois robustes et peu onéreux, sont d’excellents candidats. Ce type de capteur repose sur la mesure de la conductance d’un dépôt de particules, formant comme un pont entre deux électrodes (figure). Il ne permet aujourd’hui que d’estimer une concentration en masse par unité de volume. Or, les normes réglementent aussi la concentration en nombre qui est un meilleur indicateur de l’effet néfaste des particules sur la santé, en prenant mieux en compte les particules ultrafines.
Comme préalable au développement d’un capteur sensible au nombre, ce travail de thèse a cherché à mieux comprendre les mécanismes de dépôt des particules dont les plus fines. Celles contenues dans les gaz d’échappement ont tout d’abord été classifiées en fonction de leur taille, grâce à deux techniques expérimentalesa, pour n’envoyer sur le capteur que les plus fines d’entre elles. Ceci a permis de montrer que la construction des ponts se produisait aussi avec des particules ultrafines (50 nm)(1).
Une analyse par simulation numérique a ensuite mis en lumière un phénomène physique jusqu’alors absent de la littérature du domaine, la diélectrophorèse, qui permet de mieux expliquer les mécanismes de construction des microstructures des suies en fonction de la taille des particules et dont le principe pourrait en outre servir à mettre au point un capteur sensible aux particules les plus fines.
Ces résultats constituent une avancée importante pour mieux exploiter le signal des capteurs résistifs, en vue d’obtenir des informations sur la concentration en nombre des particules de suie ultrafines.
*Thèse intitulée « Compréhension et modélisation des mécanismes de captation des aérosols par couplage des phénomènes aérodynamiques et électriques »
a - La classification électrostatique et la classification aérodynamique
(1) A. Reynaud, M. Leblanc, S. Zinola, P. Breuil, J.-P. Viricelle, 2019, Sensors 19.
DOI : 10.3390/s19030705
Contact scientifique : stephane.zinola@ifpen.fr