Alors que la réduction des émissions de CO2 de chaque procédé devient une nécessité, sa valorisation dans les procédés de reformage du biogaz, issu de la fermentation contrôlée de déchets agricoles, est mise en considération. L’idée est de réaliser la synthèse d’espèces chimiques utiles, telles que le méthanol, l’acide formique ou le formaldéhyde, avec un minimum de perte en carbone. Une méthode prometteuse est d’exploiter la capacité d’un plasma non-thermique à permettre des réactions autrement impossibles par dissociation-recombinaison de ses constituants. Un problème majeur de ce procédé est sa faible sélectivité du fait que le plasma casse les molécules au même rythme qu’il les forme. Une solution est de placer un catalyseur dans le réacteur pour améliorer la sélectivité. Une autre méthode, totalement nouvelle, consiste à extraire les produits avant qu’ils ne soient détruits, généralement à l’aide d’une surface liquide proche de la décharge pour les piéger. Dans cette idée, il est attendu qu’ajouter un brouillard de gouttelettes d’eau micrométriques dans le réacteur permettra d’extraire et de protéger les espèces chimiques du plasma plus efficacement grâce à une augmentation considérable de la surface de contact.

Si les décharges plasma dans l’air sec sont bien connues et ont de nombreuses applications, leur physique en présence d’humidité et d’une phase liquide est moins familière. De plus, si le brouillard peut modifier la décharge, elle l’affecte en retour via deux effets. Premièrement, la décharge produit un écoulement appelé vent ionique de l’air environnant qui porte les particules. Deuxièmement, les gouttelettes se chargent électriquement et dérivent dans le champ électrique vers les parois du réacteur, c’est le phénomène de précipitation électrostatique.

Dans ce contexte, cette thèse expérimentale vise à comprendre le comportement électrohydrodynamique (EHD) de ce brouillard de gouttelettes d’eau soumis à une décharge plasma. Une configuration simplifiée est employée, une géométrie axisymétrique pointe-plan, placée dans l’air ambiant.

Ces travaux s’articulent en 4 étapes. Dans un premier temps, une caractérisation électrique du réacteur en présence ou non de brouillard, et l’étude des régimes de décharge associés. Dans un second temps, une cartographie du vent ionique produit dans ce réacteur (a) par Vélocimétrie par Image de Particules (PIV) à l’aide d’un ensemencement n’étant pas affectée par les forces électrostatiques. Dans un troisième temps, la même méthode de mesure est employée sur le brouillard d’eau (b) et son écoulement peut alors être comparé au vent ionique. Enfin, des essais de précipitation du brouillard en présence d’espèces chimiques sont réalisés.

Figure. Cartes spatio-temporelles de la vitesse dans le gap inter-électrodes dans l’axe de la pointe ; (a) pour l’écoulement de l’air provoqué par la décharge, appelé vent ionique ; (b) pour le brouillard de gouttelettes d’eau, qui subit également la précipitation électrostatique.