STAGE Caractérisation de la conversion de l'acétone par décharges à barrière diélectrique (DBD) au moyen de la spéctrométrie de masse PTR-FTICR

L’élimination ou la réduction des émissions de molécules gazeuses d’hydrocarbures ou de composés organiques volatils (COV) est un enjeu de société majeur. Il donc indispensable que soient mis au point de nouveaux systèmes compacts, économiques, moins énergivores que la catalyse et la combustion, pour le traitement de l'air. Dans ce contexte, des applications industrielles des plasmas de dépollution ont déjà vu le jour et cette technique est en pleine évolution pour conduire à des applications beaucoup plus nombreuses. Cela passe par une compréhension des processus physicochimiques mis en jeu dans le traitement des polluants par plasma froid. Ce point est fondamental pour relever ce défi : quelle que soit la composition du mélange à traiter, dégrader l'ensemble des gaz, à température ambiante.
Les études déjà réalisées ont montré que la décomposition d’un polluant, à concentration de l’ordre de la centaine de ppm, par un plasma froid dans un mélange de gaz atmosphériques (N2, O2, H2O), met en jeu des réactions d’oxydation (par O et OH) et des transferts d’excitation électronique entre les états excités de N2 et la molécule à traiter, provoquant sa dissociation. L’importance relative oxydation/dissociation dépend de la famille chimique de la molécule, des concentrations du mélange de gaz porteur et de la température du mélange réactionnel.
Au sein de l’équipe DIREBIO du LPGP, le sujet de stage proposé, expérimental, consiste en l’étude de la cinétique de dégradation de l’acétone. Cette étude sera axée sur le suivi de l’évolution temporelle de la molécule traitée, ainsi que des sous-produits formés, afin de déterminer les voies de conversion de ce COV dans le plasma d’une DBD et comprendre la cinétique mise en jeu. Les paramètres fondamentaux pris en compte seront l’énergie déposée dans la décharge, la concentration en O2 et la température du mélange. Les sous-produits seront identifiés et quantifiés par l’utilisation d’un spectromètre de masse haute résolution de type PTR-FTICR, le BTrap, dans le cadre de la Plateforme francilienne de diagnostics avancés (DIAGPLAS). L'avantage de ce type de diagnostic est une grande résolution en masse et précision autorisant la détermination exacte de la formule moléculaire ainsi qu’une mesure quantitative de concentration (jusqu’à la dizaine de ppb) et le suivi de l’évolution en temps réel (échelle de la seconde). Cette étude se fera en collaboration avec le Laboratoire de Chimie Physique de l'Université Paris Sud.