CONTRIBUTION À L'ÉTUDE DE LA DÉPOLLUTION DE L'EAU ET LA DÉSINFECTION DE L'AIR PAR DÉCHARGE À BARRIÈRE DIÉLECTRIQUE

Abstract

CONTRIBUTION À l’ÉTUDE DE LA DÉPOLLUTION DE L’EAU ET LA DÉSINFECTION DE L’AIR PAR DÉCHARGE À BARRIÈRE DIÉLECTRIQUE

RÉSUMÉ : Par définition, une Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) est une source de plasma froid hors équilibre caractérisée par la présence d’au moins un diélectrique entre deux électrodes métalliques. Le terme DBD regroupe, donc, les configurations de décharges pour lesquelles un courant transite entre les électrodes séparées par un gaz et par au moins une couche de diélectrique dont son introduction a pour but de limiter l’énergie qui passe dans chaque canal de décharge afin d’éviter le passage au régime d’arc. La première et la plus importante des applications des DBDs est la génération d’ozone provenant de l’air ou de l’oxygène qui est principalement utilisé dans le traitement de l’eau pour la rendre potable et au cours de ces dernières décennies, les applications des décharges à barrières diélectriques ont été diversifiées. Cette thèse s’inscrit dans le cadre de cette application, le travail est basé sur la caractérisation des plasmas et le développement de plusieurs réacteurs DBD pour produire de l’ozone. Plusieurs aspects ont été développés : réalisation de plusieurs générateurs d’ozone sur plusieurs étapes pour aboutir à un modèle capable de traiter de l’eau à échelle industrielle, réalisation de plusieurs alimentations haute tension à haute fréquence, utilisation de plusieurs instruments, caractérisation des cellules de traitements par une mesure électrique. Les premiers résultats constituaient une première approche de l’étude de la DBD volumique et la DBD surfacique et ouvraient la voie à des travaux complémentaires afin d’optimiser une cellule pour le traitement de l’air (DBD surfacique) et la dépollution de l’eau (DBD volumique). Comme les décharges DBD requièrent l’utilisation de tension alternative pour fonctionner, une part prépondérante de cette étude a été consacrée à la conception et la réalisation d’une alimentation à haute fréquence de plusieurs kilovolts à base d’un bloc gérant un étage de puissance : onduleur à IGBTs et d’une logique de contrôle pour gérer la fréquence de fonctionnement. Le second axe d’étude a ensuite consisté à appliquer le réacteur plasma pour le traitement de l’air et la dépollution l’eau par l’ozone et de maîtriser un savoir-faire technologique dans les deux domaines déjà cités. L’ensemble des résultats acquis au cours de cette partie a permis d’affirmer que nous disposons désormais de deux bans expérimentaux différents capable de produire de l’ozone à partir de la DBD . La faisabilité et l’efficacité de l’alimentation haute tension à haute fréquence, pour amorcer la DBD, ont été clairement démontrées. ----------------------------------------------CONTRIBUTION TO THE STUDY OF WATER TREATMENT AND AIR DISINFECTION USING DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE

SUMMURY : By definition, a Dielectric Barrier Discharge (DBD) is a source of no-equilibrium cold plasma characterized by the presence of at least one dielectric between two metal electrodes. The term includes DBD, therefore, the configurations of discharges for which a current passes between the electrodes separated by a gas and at least one dielectric layer with its introduction is intended to limit the energy that passes through each channel to discharge prevent the transition to arc regime. The first and most important applications of DBDs is the generation of ozone from air or oxygen is used primarily in the drinking water treatment and over the few decades, applications of dielectric barrier discharge have been diversified. This thesis is part of this application, the work is based on the characterization of the plasma and development of several DBD reactors to produce ozone. Several aspects have been developed: produce of ozone generators on several stages to achieve a model capable of treating water to industrial scale production, implementation of various high voltage high frequencies power supply, use of several instruments and cell characterization treatment by an electrical measurement. The initial results were a first approach to the study of the volume DBD and surface DBD and paved the way for further work to optimize a cell for the air treatment (surface DBD) and water treatment (volume DBD). Such as DBD discharges require the use of AC voltage to operate, a major part of this study has been devoted to the design and implementation of a high frequency power supply of several kilovolts based block stage manager power : IGBT inverter and control logic to manage the operating frequency. The second line of study then consisted of applying plasma reactor for air and water treatment by ozone and control know-how in both areas mentioned above. All results obtained in this part have to say that we now have two different experimental bans capable of producing ozone from the DBD. The feasibility and effectiveness of high voltage high frequency power supply to start the DBD were clearly demonstrated.