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Une donnée fondamentale pour la dissociation du CO2 déterminée expérimentalement

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Décharge plasma luminescente en CO2 pur à quelques mbar

Les plasmas froids de CO2 suscitent actuellement un intérêt considérable, car ils constituent l’une des technologies de recyclage du CO2 les plus prometteuses. En effet, ils présentent plusieurs avantages pertinents à des fins environnementales : ils peuvent être alimentés par des sources d’énergie renouvelables et peuvent donc servir à stocker ces énergies, ils peuvent être allumés ou éteints immédiatement (un avantage compte tenu de la variabilité et de l’intermittence des énergies éolienne ou solaire par exemple), ils limitent le coût énergétique de la conversion du CO2 en minimisant le chauffage du gaz et pourraient donc atteindre une meilleure efficacité énergétique que la limite imposée par un équilibre thermodynamique. Les plasmas de CO2 pur ou contenant du CO2 sont également étudiés dans d’autres domaines, tels que la rentrée atmosphérique des véhicules spatiaux (sur Mars et Vénus en particulier), la combustion assistée par plasma ou pour la synthèse de dépôts carbonés sur les surfaces (par exemple les nanotubes de carbone).

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Illustration de la variabilité des sections efficaces de dissociation du CO2 par impact électronique publiées dans la littérature

Pour toutes ces applications, la compréhension des mécanismes de dissociation du CO2 est essentielle pour contrôler la chimie induite. Ainsi, l’un des paramètres critiques est l’efficacité de dissociation de la molécule de CO2 par collision avec un électron. Étonnamment, bien que les plasmas de CO2 aient déjà été étudiés pour le développement des lasers à CO2 dans les années 60 et 70, la probabilité de dissociation du CO2 en fonction de l’énergie de l’électron collisionneur (c’est-à-dire la section efficace de dissociation par impact d’électron) était très mal connue. Des valeurs de plusieurs ordres de grandeur différentes ont pu être trouvées dans la littérature. Sans ces données fondamentales, aucune description précise ou modèle numérique correct ne peut être développé, ce qui entrave le développement de procédés plasma efficaces pour le recyclage du CO2.

Pour y remédier, une expérience originale a été développée dans le cadre de la thèse d’Ana Sofia Morillo-Candas financée par le projet ANR JCJC SYCAMORE. L’expérience, réalisée dans une décharge luminescente continue à basse pression dans un réacteur fermé (sans flux de gaz), a permis de mesurer sans ambiguïté le taux de dissociation par impact électronique dans une large gamme de champ électrique réduit (E/N). En comparant les taux expérimentaux avec les valeurs calculées à partir des différentes sections efficaces disponibles dans la littérature, il a été possible de mettre en évidence quelle section efficace est la plus correcte pour décrire la dissociation du CO2. Une comparaison avec les résultats d’un modèle 0D développé en collaboration avec le groupe de V. Guerra de l’IST Lisbonne fournit une validation alternative et renforce les conclusions expérimentales. Il est souvent difficile d’isoler un processus particulier dans un environnement plasmatique, mais l’originalité des mesures effectuées au LPP a été de trouver un régime dans lequel la dissociation du CO2 est largement dominée par ce processus, et de réussir à le prouver. Ces résultats, utiles à tous ceux qui cherchent à décrire les plasmas contenant du CO2, ont été récemment publié sous forme d’une lettre dans Plasma Sources Science and Technology et peuvent être consultés ici.

Voir en ligne : https://iopscience.iop.org/article/...


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