Добірка наукової літератури з теми "Production accélérée de vapeur d'eau"

Dans le contexte de la réduction de la ressource en eau potable à échelle mondiale, un intérêt croissant est porté au développement de technologies efficaces de purification de l'eau. Dans les travaux de cette thèse de doctorat, nous avons exploré le potentiel des micro- et nanotechnologies afin de proposer et évaluer deux méthodes de purification de l'eau, toutes deux entièrement autonomes en énergie et n'utilisant que l'énergie solaire pour leur mise en œuvre. La première méthode consiste en la génération de vapeur d'eau de façon accélérée grâce à la mise en œuvre d'une méta-mousse que nous avons conçus, dont nous avons modélisé et simulé le fonctionnement, puis optimisé pour la rendre la plus efficace en terme de quantité de vapeur générée par unité de temps et par unité de surface. En exploitant le silicium noir nanostructuré et en y rajoutant une micro-structuration bidimensionnelle contrôlée, unesérie de méta-mousses ont été réalisées et évaluées et les résultats ont montré une efficacité de conversion de 89% et une vitesse d'évaporation de 1,34 kg/(h·m2), ce qui représente une performance au-delà de l'état de l'art et proche de la limite théorique. La deuxième méthode est basée sur la photocatalyse. Elle se veut complémentaire de la première car elle permet de purifier les polluants résiduels volatils qui persistent après la mise en œuvre de la première méthode basée sur l'évaporation (et la condensation). Pour répondre aux exigences du traitement de l'eau à grande échelle, il y a deux points importants : L'un est la durabilité incluant la stabilité chimique du matériau photocatalyseur, en particulier dans des conditions extrêmes de pH de l'eau. L'autre est la facilité de synthèse de tels photocatalyseurs avec unenano-structure spécifiques. Sur la base de l'expérience du laboratoire en matière de croissance de nanofils (NWs) de ZnO, connu pour ses excellentes propriétés photocatalytiques, notre principale contribution dans cette thèse a consisté à le rendre plus durable et robuste aux environnements chimiques agressifs. A cet effet, nous avons proposé et évalué une combinaison de ZnO et de TiO 2 , tous deux ayant de hautes performances de dépollution. Cette combinaison a pour objectif de tirer profit des avantages respectifs des deux matériaux: la très bonne robustesse chimique du TiO 2 d'une part et la possibilité de synthétiser du ZnO sous forme de nanofils, donc avec une très grande surface spécifique. Il nous a semblé donc avantageux d'effectuer un revêtement de TiO 2 d'une épaisseur nanométrique sur des nanofils de ZnO (NW) après qu'un réseau homogène de ZnO NW ait été synthétisé. Cet assemblage original du tandem TiO 2 /ZnO nanostructuré a été caractérisé puis nous avons évalué sa durabilité et sa fonctionnalité de purification de l'eau. Notre solution s'est avérée efficace aussi bien dans dessolutions aqueuses fortement acides et fortement basiques. De plus, l'expérience de purification photocatalytique de l'eau des colorants organiques a été démontrée avec succès. Les résultats engrangés dans cette thèse offrent la perspective de valorisation en vue de la réalisation de systèmes de purification d'eau complètement autonomes et à bas coût
In the context of increasing global water scarcity, many efforts have been devoted to developing efficient water purification technologies. In this thesis work, two eco-friendly and promising approaches water purification approaches, surface-enhanced solar steam generation and photocatalysis, are studied to come out with a nano-enabled, fully self-consistent device that operates solely based on sunlight for delivering high-quality water.Surface-enhanced solar steam generation can be applied to purify insoluble and soluble water pollutants. It requires proper active photothermal material surface and optimized porosity to achieve high evaporation efficiency by localizing the heat at the water-air interface during solar steam generation. Herein, Taking the advantage of the characteristics of silicon that can be tailored to the target shape in the nanofabrication process and the high absorptivity of the black silicon, we report a bilayer black absorber sheet consisting of black silicon and commercial foam, being capable of providing superior performance in photothermal conversion, thermal insulation, and water imbibition simultaneously. The porosity of the foam is theoretically optimized by numerical modeling. Subsequent scanning electron microscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy characterization and validated experiments revealed that the solar steam generation efficiency was increased to above 88% with the evaporation rate of 1.34 kg/(h·m2) under 1 sun illumination, a pioneering value compared with the state-of-the-art. In addition to insoluble and soluble water pollutants, there are some volatile organic water pollutants that cannot be eliminated by enhanced steam generation. Therefore, the photocatalysis water purification method is also studied, which proved to be effective in degrading organic water pollutants. To meet the requirement of large-scale water treatment, there are two important points: One is the lifetime and chemical stability of the photocatalyst material, especially in complex and harsh aqueous conditions. The other is the ease of synthesis of such photocatalysts with specific nano-morphology. In this thesis work, ZnO and TiO2 these two common photocatalysts are selected due to their high performance in degradation by producing the oxidative free radical after being illuminated by UV light. This involves the combination of both TiO2 and ZnO in a two-step si mple synthesis method. It appears advantageous to exploit the conformal deposition of atomic layer deposition (ALD) to achieve nanometer-thick TiO2 coating on ZnO nanowires (NWs) after a homogeneous ZnO NW array successfully grown using hydrothermal synthesis method with a high aspect ratio, which is firmly anchored to a substrate and exhibit a large specific surface area. After being characterized by energy-dispersive X-ray analysis via high resolution- scanning electron microscopy measurements, the high chemical stability of the ALD TiO2 coating has been investigated in detail and proven to be effective under both strong acid and strong alkaline aqueous solutions. In addition, the photocatalysis for water purification experiments with organic dyes shows that via this simple two-step synthesis method. Finally, it’s proved that the produced ZnO/TiO2 tandem does indeed exhibit improved chemical stability in a harsh environment while allowing efficient photodegradation

La technologie de l'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température (EVHT) est unesolution alternative à la production d'hydrogène. Le principe est inversé à celui d'une pile àcombustible de type SOFC : on utilise la vapeur d'eau et de l'électricité afin de produire del'hydrogène. Une difficulté technique majeure repose sur la mise au point d'interconnecteursfonctionnant efficacement sur le long terme. Sur le plan électrique, l'interconnecteur doitprésenter une valeur de résistance de contact aux électrodes la plus faible possible, car elleaffecte directement le rendement de conversion électrochimique (eau en hydrogène) et peutpénaliser le procédé. Il ne doit donc pas présenter une cinétique d'oxydation élevée ni formerdes oxydes isolants électriquement. Sur le plan chimique, l'interconnecteur doit être résistantà l'oxydation sous atmosphère riche en oxygène côté anode et riche en vapeur d'eau côtécathode. De plus, le problème de la volatilisation des oxydes de chrome, qui peuvent diffuseret empoisonner les électrodes, déterminant ainsi une réduction de l'activité électrochimique etdes performances du " stack " sur des longues durées de fonctionnement, doit être réduit. Latempérature de fonctionnement comprise entre 700 et 900°C permet l'utilisationd'interconnecteurs métalliques, qui présentent l'avantage d'une mise en oeuvre plus facile etd'un coût plus faible par rapport aux interconnecteurs céramiques.Dans cette étude, deux matériaux ont été testés en tant qu'interconnecteurs pour lessystèmes EVHT : un acier ferritique chromino-formeur K41X et un alliage Fe-Ni-Co necontenant pas de chrome. Le comportement envers la corrosion à haute température et laconductivité électrique des deux alliages ont été évalués à 800°C sous un mélange 95%O2-5%H2O, pour le côté anodique, et 10%H2-90%H2O, pour le côté cathodique. Pour l'alliageK41X, l'effet de l'état initial de la surface des échantillons sur la nature des oxydes formés àhaute température sous mélange H2-H2O a été pris en compte, à travers une comparaison desalliages bruts de laminage avec des surfaces polies miroir. L'effet d'une pré-oxydation decourte durée à 800°C sur le comportement à haute température de l'alliage K41X brut deréception sous atmosphère H2-H2O a également été évalué. Mais, le travail le plus original decette étude a consisté à effectuer des essais de marquage à l'or et des marquages isotopiquessous mélange H216O-H218O, H2-D2O et D2-H2O. Ces tests ont permis d'étudier lesmécanismes responsables de la croissance de la couche de corrosion de l'alliage K41X brut deréception et poli miroir à 800°C sous atmosphère H2-H2O et d'évaluer le rôle de la vapeurd'eau et de l'hydrogène dans le mécanisme d'oxydation

L'examen de la filière EVHT (Electrolyse de Vapeur d'eau à Haute Température) montre qu'elle est en train de passer de la phase de recherche à la phase de développement. Il devient maintenant nécessaire de prouver et si possible d'améliorer la compétitivité de cette technologie. Pour cela nous avons fait ressortir le besoin de posséder un outil capable de faire le lien entre les producteurs d'hydrogène, propriétaires d'usine, et les fabricants d'empilements de cellules d'électrolyse. Pour répondre à cet objectif principal, deux contraintes fortes sont identifiées : être insérable dans un schéma usine (logiciel de simulation de procédé), et être représentatif de la technologie de cellule et du stack utilisée. La modélisation d'un objet dans un logiciel de simulation de procédé implique généralement une représentation très simplifiée de celui-ci. Pour pouvoir satisfaire ces contraintes, nous avons bâti une chaîne de modèles partant des modèles d'électrodes et aboutissant finalement à une modélisation de procédé représentative de la technologie EVHT utilisée. Le travail et la valeur ajoutée de cette thèse sont focalisés sur cette démarche d'optimisation énergétique globale et locale, qui permet, à chaque échelle, une analyse adaptée des phénomènes principaux se déroulant dans chaque objet et le chiffrage de l'impact énergétique et économique de la technologie utilisée. Cette démarche permet d'aboutir à un outil capable de réaliser une optimisation technico-économique poussée sur une unité de production EVHT
HTSE field (High Temperature Steam Electrolysis) is moving from the research phase to development phase. It?s now necessary to prove and to possibly improve the technology competitiveness. Therefore we need a tool able to allow communication between hydrogen producers and electrolysis cell stack designers. Designers seek where their efforts have to focus, for example by searching what are the operating best conditions for HTSE (voltage, temperature). On the contrary, the producer wants to choose the most suitable stack for its needs and under the best conditions: hydrogen has to be produced at the lowest price. Two main constraints have been identified to reach this objective: the tool has to be inserted into a process simulation software and needs to be representative of the cell and stack used technology. These constraints are antagonistic. Making an object model in a process simulation usually involves a highly simplified representation of it. To meet these constraints, we have built a model chain starting from the electrode models and leading to a representative model of the HTSE technology used process. Work and added value of this thesis mainly concern a global and local energy optimization approach. Our model allows at each scale an appropriate analysis of the main phenomena occurring in each object and a quantification of the energy and economic impacts of the technology used. This approach leads to a tool able to achieve the technical and economic optimization of a HTSE production unit

Cette these developpe la possibilite de production catalytique d'hydrogene par gazeification de la biomasse dans un reacteur a lit fluidise en presence de vapeur d'eau. Le premier chapitre est consacre a une revue sur l'etat de l'art dans ce domaine. Le chapitre deux decrit la fluidodynamique a haute temperature d'un lit fluidise en fonctionnement. La qualite de la fluidisation est fortement dependante de la temperature. Ceci a une influence importante sur le comportement du lit fluidise comme reacteur et sur la cinetique chimique. Des resultats sont donnes: sur l'effet de la temperature dans le domaine de gazeification de la biomasse, sur la condition minimale de fluidisation et sur le seuil de bullage. La qualite de la fluidisation est caracterisee par les fluctuations de pression dans le lit. Le chapitre trois decrit la construction et le fonctionnement d'un pilote de laboratoire pour la gazeification de la biomasse (coque d'amandes). Les effets des principales variables (taille des particules de biomasse, temperature de travail, rapport vapeur d'eau/biomasse) sur la production de gaz sont reportes. Le but ultime de cette investigation est d'optimiser la production d'hydrogene. Le chapitre quatre reporte le developpement de catalyseurs necessaires a optimiser cette production d'hydrogene par vapo ou oxycraquage des hydrocarbures, produits dans la gazeification, en monoxyde de carbone et hydrogene

L'électrolyse de la vapeur d'eau à haute température et sous pression avec des électrolytes à conduction protonique est un moyen envisagé pour produire massivement de l'hydrogène à un coût compétitif. Pour être fonctionnelle, une cellule d'électrolyse doit être hermétique vis-à-vis de l'extérieur et entre le compartiment anodique (O2 et H2O) et le compartiment cathodique (H2). Ainsi, la réalisation de liaisons céramique-métal est nécessaire, soit pour l'intégration de l'électrolyte (liaison perovskite-métal), soit pour l'intégration d'alimentations électriques (liaison alumine-métal). Compte-tenu des conditions de fonctionnement de la cellule (600°C, 50 bars, vapeur d'eau), seul un procédé de brasage est envisageable pour réaliser des jonctions résistantes mécaniquement et hermétiques. L'expertise des processus de corrosion sous vapeur d'eau a permis de définir la partie métallique et la brasure pour cette application et a montré que des alliages spécifiques étaient requis. L'étude de métallisation des céramiques par PVD pour permettre le mouillage de la brasure au moment du brasage a montré que la présence d'une barrière de diffusion était nécessaire, pour éviter la dissolution du dépôt lors du passage à l'état liquide de la brasure. Après une étude de mouillabilité à chaud de la brasure sélectionnée sur les céramiques métallisées et les substrats métalliques, les liaisons ont été optimisées en appliquant la méthodologie des plans d'expériences sur des éprouvettes normalisées. L'ensemble des résultats a ainsi conduit au développement de liaisons céramique-métal possédant de bonnes propriétés mécaniques (Rm = 60 MPa à 20°C) et hermétiques
Steam electrolysis at high temperature and under pressure with protonic conduction electrolyte is a way to produce hydrogen massively at low cost. To operate, an electrolysis cell must be hermetic especially between the anodic compartment (O2 and H2O) and the cathodic one (H2). Thus, ceramic to metal assemblies are needed, either to insert the electrolyte (perovskite-metal junction) or to realize power supply (alumina-metal junction).Considering the operating conditions (873°K, 725 PSI, steam), only a brazing process is possible to realize strong and hermetic junctions.The evaluation of corrosion process under steam pressure has enabled to select a metallic component and a brazing alloy for this application, and has shown that specific alloys are needed.The studies of ceramics metallization by PVD to assure the brazing alloy wetting throughout the brazing process have shown that a barrier diffusion was necessary to avoid the dissolution of coatings when the brazing alloy become liquid.After wetting experimentations of the chosen brazing alloy over the metalized ceramics and the metallic substrate, ceramic to metal assemblies have been optimized in applying the experimental design methodology on standard samples (ASTM).The whole results have enabled to develop hermetic ceramic to metal assemblies having good mechanical properties (Rm = 8700 PSI at 300°K)

Au cours de cette etude, de nombreuses experiences ont ete menees sur le devenir de la composition isotopique de l'eau dans le continuum sol-plante-atmosphere. Les processus qui gouvernent l'evolution des teneurs en isotopes stables de l'eau des feuilles ont pu etre identifiees et discutes. L'evolution tempiorelle des abondances relatives en oxygene-18 et en deuterium dans l'eau foliaire ont ete egalement modelisee. Ce modele prend en compte des parametres de nature differente, tels que des parametres climatiques (humidite relative, temperature de l'air), de l'envirronement (vitesse du vent), isotopiques (teneurs en isotopes lourds de l'eau d'alimentation, de la vapeur d'eau atmospherique qui participe aux echanges avec le reservoir d'eau foliaire, facteurs de fractionnement isotopique) et intrinseques a la plante