ARC ELECTRIQUE ET PROCEDES PLASMAS THERMIQUES

ARC ELECTRIQUE ET PROCEDES PLASMAS THERMIQUES
Responsable : Pierre FRETON, Maître de Conférence
Tél. : 33.(0)5.61.55.68.54 – Fax : 33.(0)5.61.55.64.52
email : [email protected]
Composition de l’équipe :
 Objectifs généraux :
Compréhension des phénomènes et mécanismes
physiques en vue notamment d’améliorer les
performances des procédés et systèmes.
 Etude des processus physiques et chimiques
gouvernant le comportement des plasmas
thermiques
 Etude des propriétés des plasmas thermiques
(arcs, torches) et de leurs interactions avec les
surfaces
 Expériences et modélisations
(Forte corrélation entre les deux).
2 chercheurs et 6 enseignants-chercheurs :
Y. CRESSAULT (MC)
A. GLEIZES (DR)
P. FRETON (MC)
J.J. GONZALEZ (DR)
M. MASQUERE (MC)
M.RAZAFINIMANANA (PR)
P.TEULET (PR)
F. VALENSI (MC)
11 doctorants, 2 postdoctorants (au 1/12/2013)
numériques
 Thèmes de recherche :
1. Propriétés de base des plasmas thermiques
Calcul des données de base et étude de la cinétique
chimique de mélanges complexes (ex:CHON+vap)
•
•
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•
interaction arc – matériau (anode, cathode,
parois, …).
Plasma en écoulement
Géométries réelles de grandes dimensions
Composition, propriétés thermodynamiques
(1T, 2T)
Coefficients de transport (1T, 2T)
Propriétés radiatives et cinétiques chimiques
Coefficients moyens d’absorption
Coefficients d’émission nette
Ecarts à l’ETL
Arc électrique en mouvement sous l’effet des
forces (Plasma d’air à 200A débit 20g/s ; Temps:
t=20.8ms)
3.
Interaction
plasma-matériaux ;
transferts
d’énergie et endommagement
Mesure de T
Metal bar crossed by a
current I
B
Infrared camera
- Thermocouples
- Caméra Infrarouge
-Calorimétrie
+
Méthode inverse
Thermocouples box
Calorimetric system
Power transmitted to water
Coefficients de transport : mélanges SF6-C2F4
Temperature du matériau
Flux de Chaleur transférré
à l’anode
4. Procédés
2. Modélisation de l'arc en écoulement et du
système
•
•
•
Modèles stationnaires/transitoires
Couplage plasma-matériau
Modèles Magnétohydrodynamiques (1D, 2D,
3D), méthodes inverses, transfert d’énergie et
Torche de découpe, torche de projection, réacteur à arc
pour la synthèse de fullerènes et nanotubes de carbone
(NTC)
Fraction massique d’oxygène
déplacement
Sortie de tuyère
Plaque
Modélisation – Disjoncteur - Ecoulement –
Turbulence – ETL - Spectroscopie optique –
Transfert d’énergie – Interaction arc/matériau Méthodes inverses – Calorimétrie - Tomographie
– Imagerie rapide- Nanotubes de carbone
hétérogènes.
Hauteur de coupe
Intensité = 60A
Pentrée= 4.2 atm
Contrôle et
optimisation du
procédé
Champ de température d’une torche de découpe
 Collaborations :
 Supports institutionnels
- Programme ECOS Nord
- EGIDE
- GDR-I « Nanotubes »
- PHC Utique (Tunisie)
- PHC « Barrande » République Tchèque
0
T.A, Suies,
Collerette,
dépôt à la cathode
5
1
0
1
5
2
0
2
5
3
0
5
1
0
1
5
2
0
Spectroscopie
optique
HRTEM, EELS, Raman
Analyse et nano-caractérisation
(CEMES)
Réacteur à arc
carbone
0
Caractéristiques
du plasma
pour la synthèse de nanotubes de
 Partenariat universitaire
Equipes et Laboratoires étrangers
McGill (Canada), Antananarivo (Madagascar),
Tunis, Sousses (Tunisie), Varsovie (Pologne),
ININ (Mexique), Académie des Sciences
(République Tchèque), Kiev Taras Shevchenko
(Ukraine), Kwazulu-Natal (Afrique du Sud),
University West Trotthattan (Suède), TUE de
Dresden, Aachen (Allemagne),Tlemcen (Algérie),
Saragosse (Espagne).
Laboratoires nationaux
LAEPT (Clermont Ferrand), GREMI (Orléans,
Bourges), CORIA (Rouen), CEMES (Toulouse),
SPCTS (Limoges), EM2C (Centrale Paris),
Nanotubes de carbone
Comparaison de profils radiaux
monoparoi en faisceau
de température
Organismes Publics : CEA, ONERA, ICR, IFP
Energies Nouvelles, CERFACS (Toulouse).
 Domaines d’application :
 Partenariat industriel
 Génie électrique : disjoncteurs à gaz, haute et
basse tensions et arcs de coupure, arcs de
court-circuit..
EADS (Astrium, Airbus), Alstom Grit, Schneider
Electric, Siemens, EDF, SAFRAN (Labinal),
SEVA, Airbus, Hagger, Groupe Atlantic, Société
Ensto Novexia.
 Applications physico-chimiques : torches à
plasma, arcs transférés pour la métallurgie, la
projection, le traitement des déchets et la
synthèse de nanomatériaux.
 Aéronautique: foudroiement, arc tracking…
 Transport ferroviaire : arc « pantographecaténaire »
 Mots clés :
Plasmas thermiques - Données de base –
Coefficients
de
transport
–
Propriétés
thermodynamiques – Propriétés radiatives -