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N° d’ordre : -10 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L

N° d’ordre : -10 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE THÈSE Présentée à L’UNIVERSITÉ DE CONSTANTINE Pour obtenir le diplôme de DOCTORAT EN SCIENCE EN GENIE MECANIQUE Option : Energétique Par : KARIMA BOUSSOUARA THEME Soutenue le 01 / 07 / 2010 devant le Jury composé de : Mrs. Ali BOUCHOUCHA Professeur à l’Université Mentouri, Constantine (Président) Mahfoud KADJA Professeur à l’Université Mentouri, Constantine (Rapporteur) Mohamed SIAMER Professeur à l’Université de Batna (Examinateur) Zoubir NEMOUCHI Professeur à l’Université Mentouri, Constantine (Examinateur) Cherif BOUGRIOU Professeur à l’université de Batna (Examinateur) ETUDE DES EMISSIONS POLLUANTES ET DES MOYENS DE DEPOLLUTION DANS LES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE N° d’ordre : 68/TS/2010 N° de Série : 10/GM/2010 ii REMERCIEMENTS En premier lieu, je souhaite adresser mes remerciements à Mr. Mahfoud Kadja, Professeur à l’université Mentouri de Constantine, qui m’a encadré, au jour le jour, avec une grande disponibilité, tout au long de cette thèse réalisée au laboratoire de mécanique. Sa sympathie, son enthousiasme et ses encouragements m’ont été infiniment précieux au cours des années de mon travail. Je le remercie plus particulièrement pour la confiance qu’il m’a accordée durant ces années et d’en avoir amélioré le contenu par la qualité de leur remarque. Merci à Mr. Bouchoucha Ali, Professeur à l’université Mentouri de Constantine, d’avoir assumé la présidence du jury, qui m’a encadré pour l’obtention de la mémoire d’ingénieur d’état en génie mécanique. Je voudrais remercier Mr. Siamer Mohamed, professeur à l’université de Batna, Mr. Bougriou Cherif, Professeur à l’université de Batna, pour avoir accepté de juger ce travail de thèse. Je souhaite remercier Mr. Nemouchi Zoubir, Professeur à l’université Mentouri de Constantine, pour leur participation au sein du jury de thèse, son énergie et son expertise scientifique ne peuvent laisser personne indifférent, Merci à lui pour cela. Mes remerciements s’adressent également à l’ensemble des personnes qui ont permis la réalisation de cette thèse. Je tiens à exprimer toute ma gratitude à mes parents pour m’avoir toujours permis de travailler et de vivre dans les meilleures conditions qui soient. Qu’ils trouvent dans l’accomplissement de ce travail un geste de reconnaissance et de remerciement. Enfin, je remercie tout particulièrement ma famille et mes amis proches pour leurs encouragements. Les valeurs que j'ai appris d'eux m'ont aidé à franchir cette étape de ma vie, elles m'aideront encore pour celles à venir... iii Résumé Avec la sévérisation croissante des normes anti-pollution, la prise en compte des moyens de réduction des polluants dans les moteurs à combustion interne devient essentielle. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de développer un outil de modélisation permettant l’étude des émissions polluantes et leurs réductions dans un moteur diesel. La diminution des émissions polluantes devient un objectif primordial lors de la conception et de l'optimisation des moteurs Diesel de forte puissance. Le travail présenté dans cette thèse est centré sur ce point important, et sur les conséquences engendrées sur le comportement général des moteurs. Compte tenu de la complexité des moteurs, la simulation est le moyen d’analyse privilégié. Le Diesel connaît de plus en plus de succès. En effet, les moteurs Diesel sont bien connus pour leur robustesse, leur longévité mais également pour leur meilleur rendement de combustion qui implique une faible consommation de carburant. Cependant, les moteurs Diesel émettent de grandes quantités de polluants tels que les NOx et des particules de suies. L’objectif de cette thèse est donc de modéliser la formation des NOx et des suies dans ces moteurs. Après une brève introduction, une description des sources fixes des NOx et les suies et de leurs niveaux d'émissions sera faite. Les problèmes liés à l’environnement et la santé seront aussi évoqués. Par la suite, les règlements et les tendances d'émission sont récapitulés. Après avoir décrit les principaux aspects du problème d'émission des NOx et suies, les approches pour leur élimination seront passées en revue. Pour faire les diverses modélisations, le code kiva-3v originalement développé aux USA par le laboratoire national Los Alamos pour le calcul des écoulements réactifs accompagnés de transfert de chaleur à été utilisé comme outil de travail. Mots clés : Auto-inflammation, moteur diesel, cinétique chimique, NOx, formation et oxydation de suie, Recirculation des gaz d’échappement, kiva-3v, EDC Abstract With the increasing severisation of the anti-pollution standards, taking into account the means of reducing them in the internal combustion engines becomes essential. In this context, the objective of this thesis is to develop a modeling tool allowing the study of the pollutant emissions and their reduction for diesel engines. The reduction of pollutant emissions is now a major concern during the design and optimisation of large Diesel engines. This study deals with this challenge, and with the consequences for general engine behaviour. Due to the size of the engines involved in this study, numerical simulation appears to be the privileged tool of analysis. The use of Diesel engines has greatly increased over recent years due to their reliability, durability and efficiency that implie a low fuel consumption. However, Diesel engines emit a large amount of pollutants that are NOx and soot particles. The objective of this thesis is therefore to model the formation of NOx and soot in such engines. After a brief introduction, a description of sources of NOx and soot and their emission levels will be made. The problems related to environment and health are also discussed. Subsequently, the regulations and emission trends are summarized. After describing the main aspects of the problem of NOx and soot emissions, the approaches to their elimination will be reviewed. In order to do the various modelings, the kiva-3V code originally developed in the USA by Los Alamos National Laboratory for calculating reactive flows accompanied by heat transfer was used as a working tool Keywords: Auto-ignition, Diesel engine, chemical kinetics, NOx, soot formation and oxidation, Exhaust Gas Recirculation, kiva-3v, EDC iv ﻣﻠﺨﺺ ﻓﻲ وﺟﻮد ﻣﻌﺎﯾﯿﺮ أﻛﺜﺮ ﺻﺮاﻣﺔ ﻟﻤﻜﺎﻓﺤﺔ ﺗﺰاﯾﺪ اﻟﺘﻠﻮث ، اﻷﺧﺬ ﻓﻲ اﻻﻋﺘﺒﺎر اﻟﻮﺳﺎﺋﻞ اﻟﻼزﻣﺔ ﻟﻠﺤﺪ ﻣﻦ ﻧﺴﺒﺔ اﻟﻤﻠﻮﺛﺎت ﻓﻲ ﻣﺤﺮﻛﺎت اﻻﺣﺘﺮاق اﻟﺪاﺧﻠﻲ أﻣﺮ ﺿﺮوري . إن اﻟﮭﺪف ﻣﻦ ھﺬه اﻟﺪراﺳﺔ ھﻮ اﺳﺘﻌﻤﺎل وﺗﻄﻮﯾﺮ أداة ﻧﻤﺬﺟﺔ ﺗﺴﻤﺢ ﺑﺪراﺳﺔ وﻓﮭﻢ اﻟﺒﻮاﻋﺚ اﻟﻤﻠﻮﺛﺔ ﻟﻤﺤﺮﻛﺎت اﻟﺪﯾﺰل و ﻛﺬﻟﻚ ﻃﺮق ﺧﻔﻀﮭﺎ . اﻟﺘﺨﻔﯿﺾ ﻓﻲ ﻣﺼﺪر اﻟﺒﻮاﻋﺚ أﺻﺒﺢ اﻟﮭﺪف اﻟﺮﺋﯿﺴﻲ أﺛﻨﺎء ﺗﺼﻤﯿﻢ ﻣﺤﺮﻛﺎت اﻟﺪﯾﺰل ﻋﺎﻟﯿﺔ اﻟﻄﺎﻗﺔ . اﻟﻌﻤﻞ اﻟﺬي ﻋﺮض ﻓﻲ ھﺬه اﻟﺮﺳﺎﻟﺔ ﯾﺮﺗﻜﺰ ﻋﻠﻰ ھﺬه اﻟﻨﻘﻄﺔ اﻟﮭﺎﻣﺔ، و ﻋﻠﻰ اﻟﻨﺘﺎﺋﺞ اﻟﺘﻲ ﺗﺘﺮﺗﺐ ﻋﻠﻰ اﻷداء اﻟﻌﺎم ﻟﻠﻤﺤﺮﻛﺎت ,ﻟﺪا . ﺗﻌﺘﺒﺮ اﻟﻤﺤﺎﻛﺎة اﻟﺮﻗﻤﯿﺔ أداة ﻣﮭﻤﺔ ﻟﻠﺘﺤﻠﯿﻞ . ﻣﺤﺮك اﻟﺪﯾﺰل ﯾﻌﺮف ﻧﺠﺎ ﺣﺎ أﻛﺜﺮ ﻓﺄﻛﺜﺮ . ﻓﻲ اﻟﻮاﻗﻊ ، ﻣﺤﺮﻛﺎت اﻟﺪﯾﺰل ﻣﻌﺮوﻓﺔ ﺟﯿﺪا ﺑﺼﻼﺑﺘﮭﺎ وﻗﺪرﺗﮭﺎ ﻋﻠﻰ اﻟﺘﺤﻤﻞ وﻟﻜﻦ أﯾﻀﺎ ﯾﺴﺘﻠﺰم ﺗﺤﺴﯿﻦ ﻛﻔﺎءة اﻻﺣﺘﺮاق ، ﻣﻤﺎ ﯾﻌﻨﻲ اﻧﺨﻔﺎض اﺳﺘﮭﻼك اﻟﻮﻗﻮد . ﻓﻲ ﺣﯿﻦ ﯾﻨﺒﻌﺚ ﻣﻦ ﻣﺤﺮﻛﺎت اﻟﺪﯾﺰل ﻣﻠﻮﺛﺎت ﻛﺜﯿﺮة ﻣﺜﻞ أﻛﺴﯿﺪات اﻟﻨﯿﺘﺮوﺟﯿﻦ , اﻟﺠﺰﯾﺌﺎت اﻟﺼﻠﺒﺔ . ﺳﯿﻜﻮن اﻟﮭﺪف ھﻮ ﺗﻄﻮﯾﺮ اﻟﻤﺸﺎﻛﻞ اﻟﻤﺮﺗﺒﻄﺔ ﺑﺎﻧﺒﻌﺎث أﻛﺴﯿﺪات اﻟﻨﯿﺘﺮوﺟﯿﻦ واﻟﺠﺰﯾﺌﺎت اﻟﺼ ﻠﺒﺔ ، إﻣﻜﺎﻧﯿﺎت اﻟﺴﯿﻄﺮة ﻋﻠﻰ ﻧﺴﺒﺘﮭﺎ واﻟﺘﺨﻔﯿﺾ ﻣﻨﮭﺎ أﯾﻀﺎ ﺳﺘﻘﺪم . ﺑﻌﺪ ﻣﻘﺪﻣﺔ ﻣﻮﺟﺰة ،ﺳﻨﻘﺪ م ﺗﻌﺮﯾﻔﺎت وﺗﺤﺎﻟﯿﻞ ﻟﻤﺼﺎدر أﻛﺴﯿﺪات اﻟﻨﯿﺘﺮوﺟﯿﻦ واﻟﺠﺰﯾﺌﺎت اﻟﺼﻠﺒﺔ ، وﻣﺴﺘﻮﯾﺎت اﻻﻧﺒﻌﺎث اﻟﺨﺎﺻﺔ ﺑﮭﺎ . اﻟﻤﺸﺎﻛﻞ اﻟﻤﺘﻌﻠﻘﺔ ﺑﺎﻟﺒﯿﺌﺔ واﻟﺼﺤﺔ ﺗﻨﺎﻗﺶ أﯾﻀﺎ.ﺑﻌﺪ ذﻟﻚ,ﺗﻄﺮﻗﻨﺎ إﻟﻰ أﻧﻮاع وأﻧﻈﻤﺔ اﻻﻧﺒﻌﺎث. وﺑﻌﺪ أن أﺗﻤﻤﻨﺎ ﺟﻤﯿﻊ اﻟﺠﻮاﻧﺐ اﻟﺮﺋﯿﺴﯿﺔ ﻟﻤﺸﻜﻠﺔ .اﻧﺒﻌﺎث أﻛﺴﯿﺪات اﻟﻨﯿﺘﺮوﺟﯿﻦ،ﺳﯿﺘﻢ اﻟﺘﻄﺮق و اﻟﻨﻈﺮ ﻓﻲ ﺳﺒﻞﺧﻔﺾ ﻧﺴﺒﮫ ﻹﺗﻤﺎم ھﺪه اﻟﺪراﺳﺔ , ﺑﺮﻧﺎﻣﺞ 3v - kiva أﻟﺪى ﻃﻮر ﻓﻲ ﻣﺨﺘﺒﺮLos Alamosاﺳﺘﺨﺪم ﻛﺄداة ﻟﺤﺴﺎب ﺣﺮﻛﺔ اﻟﻤﻮاﺋﻊ ﻛﻠﻤﺎت ﻣﻔﺘﺎﺣﯿﮫ : اﻻﺷﺘﻌﺎل اﻟﺬاﺗﻲ,ﻣﺤﺮﻛﺎت اﻟﺪﯾﺰل, اﻟﺤﺮﻛﯿﺔ اﻟﻜﯿﻤﯿﺎﺋﯿﺔ, أﻛﺴﯿﺪات اﻟﻨﯿﺘﺮوﺟﯿﻦ,ﺗﺸﻜﯿﻞ وأﻛﺴﺪة اﻟﺠﺰﯾﺌﺎت اﻟﺼﻠﺒﺔ ,EGR , 3v - kiva , EDC Table des matières K.Boussouara, thése de doctorat, Université de Constantine v Table des matières Liste des tableaux v Table des Figures v Nomenclature v INTRODUCTION GENERALE ………………………………………………………… 1 CHAPITRE 1. LES PRINCIPES DE LA POLLUTION DE L’AIR 1.1 L'histoire de la Pollution D'air 1.1.1 Introduction ……………………………….………………. 7 1.1.2 Evolution de la pollution atmosphérique ....………….…… 9 1.1.3 Les différents polluants et leur importance historique ……. 9 1.1.4 Historique de la fumée et du gaz sulfureux ……………… 10 1.1.5 Historique de l'analyse scientifique de la pollution de l'air.. 11 1.1.5.1 avant la révolution industrielle …………….…... 11 1.1.5.2 la révolution industrielle ……………………...... 12 1.1.5.3 Le vingtième siècle ………………………….… 14 1.1.5.4 Les annés1980 …………………………………. 18 1.1.5.5 Les années 1990 …………………………..…… 19 1.1.5.6 Le future ……………………………..………… 20 1.2 Sources D’émissions des Polluants Atmosphériques 1.2.1 Générale………………..………………………………… 20 1.2.1.1 Les sources naturelles ……………..………….. 21 1.2.1.2 Les sources anthropiques ……………………… 22 1.2.2 Combustion ……………………………………………… 26 1.2.3 Sources fixes ……………………………………..…….. 26 1.2.4 Sources mobiles ………………………………………… 27 1.3 Principaux Polluants de L’air 1.3.1 La composition de l’air …………………………….…… 28 1.3.2 Caractéristiques des polluants …………………………… 28 1.3.3 Principaux polluants de l’air …………………….……… 29 1.3.3.1 Les polluants primaires …………….………….. 30 1.3.3.2 Les polluants secondaires……………………… 34 1.3.4 Les autres polluants ………………………………..……. 36 1.3.4.1 L'ammoniac NH3 ……………………………… 37 1.3.4.2 Le sulfure d'hydrogène H2S …………………… 37 1.3.4.3 L'acide chlorhydrique HCl ………………….…. 37 1.3.4.4 Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques HAP…………………………………..………… 37 1.3.4.5 Les pesticides …………………………..……… 37 1.3.4.6 Métaux lourds ……………………………….… 38 1.3.4.7 Les produits fluorés …………………… ……… 39 1.3.4.8 Les dioxines …………………………………… 39 1.3.4.9 Les émissions radioactives …………………… 39 1.3.4.10 Les polluants d'origine agricole …..…………… 39 1.4 Effets de La Pollution D’air Table des matières K.Boussouara, thése de doctorat, Université de Constantine vi 1.4.1 Impact de la pollution atmosphérique sur les êtres vivants… 40 uploads/Geographie/ these-l-x27-universite-de-constantine.pdf