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CONTRIBUTION À L'ÉTUDE DE LA DÉPOLLUTION DE L'EAU ET LA DÉSINFECTION DE L'AIR PAR DÉCHARGE À BARRIÈRE DIÉLECTRIQUE
(2013-03-14) HAMMADI Nacéra; Encadreur: TILMATINE Amar
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
Contribution à l'étude de la séparation des particules fines pour application dans l'industrie de recyclage
(2016-06-26) BENABBOUN Adel; Encadreur: TILMATINE Amar
الملخص (بالعربية) : عندما تحتكك مادتين مختلفتين ضد بعضها البعض، كل منهما تحصل على شحنة كهربائية من علامة معاكسة .هذا النوع من الاحتكاك لاكتساب الشحنات، معروف منذ العصور القديمة باسم تريبوالكتريك، يمثل مبدأ عمل جهاز الفصل بالاحتكاك بين مكونات مختلفة لخليط من المواد البلاستيكية. طالب الدكتوراه لديه مهمة جمع المعلومات العامة لأنظمة التشحين بتأثير الاحتكاك بهدف تحسين آلية الشحن أو حتى تخيل نظام جديد لتشحين بالاحتكاك. المرشح سيصنع نموذج مخبري والذي سيتم استخدامه لآلية الشحن، حيث سيتم معالجة القياسات عن طريق الكمبيوتر ببرنامج خاص (لابفيو). الهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو التشحين وفصل الجسيمات الدقيقة في الفاصل الكهربائي، فإن هذا التطبيق يستهدف قطاع صناعات إعادة التدوير. ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) : Lorsque deux matériaux différents sont frottés l’un contre l’autre, ils acquièrent chacun une charge électrique de signes opposés ; ce type d’acquisition de charge, connu depuis l’antiquité et portant le nom de triboélectricité, représente la base du principe de fonctionnement des séparateurs triboélectriques des mélanges granulaires de particules isolant /isolant. Le doctorant aura comme tache de faire une synthèse globale sur les systèmes d’acquisition de charge par effet triboélectrique, dont le but est d’améliorer ce mécanisme de charge, voire d’imaginer un nouveau système de triboélectrisation. Le candidat réalisera ensuite un banc expérimental qui servira à l’étude de ce mécanisme de charge, où les mesures effectuées seront traitées par ordinateur avec un logiciel spécifique (Labview). L’objectif principal de cette thèse est de charger et séparer les particules fines dans un séparateur électrostatique, dont l’application ciblera l'industrie de recyclage.
Contribution à l’analyse des facteurs influents du processus de charge triboélectrique des matériaux granulaires
(2021-06-17) BENABDERRAHMANE Ahlem; Encadreur: TILMATINE Amar
الملخص (بالعربية) : عندما يتم فرك مادتين ضد بعضهما البعض، تكتسب كل منهما شحنة كهربائية من علامات معاكسة. آلية اكتساب هذه الشحنة الكهربائية، معروفة باسم كهرباء الاحتكاك، هي أساس مبدأ تشغيل أجهزة الفرز بواسطة الكهرباء الساكنة لمزيج حبيبات البلاستيك. كان الهدف من أطروحة الدكتوراه تقييم تأثيرات العوامل الهندسية (حجم الحبيبات)، وحالة السطح (الخشونة وقابلية البلل) والتركيب الكيميائي (وجود مثبطات اللهب المبرومة)، على الشحن الكهربي لجزيئات البوليمرالناتجة من نفايات المعدات الكهربائية والإلكترونية. ثم تم استخدام الدراسة البارامترية لهذه العوامل كأساس لتحسين ظروف الشحن الكهربائية الاحتكاكية من أجل تحسين كفاءة الفرز بالكهرباء الساكنة. أدى تقليل حجم الحبيبات إلى تحسين نتائج الفصل الكهروستاتيكي للبوليمرات. لقد ثبت أن معالجة سطح حبيبات البلاستيك بواسطة التفريغ الكهربائي مع حاجز عازل فعالة في الشحن الكهربي وقابلية الفرز بالكهرباء الساكنة. تم تصميم منصة تجريبية للمعالجة السطحية للمواد الحبيبية بواسطة التفريغ الكهربائي مع حاجز عازل بنظام ديناميكي من أجل التمكن من دمج هذه العملية في مصانع الرسكلة. أكد العمل الذي تم في هذه الأطروحة أيضًا امكانية الشحن والفرز الكهروستاتيكي للمخاليط الحبيبية لنفس البوليمرات المبرومة وغير المبرومة. ----------------------------------------------------------------------------------- Abstract: When two materials are rubbed against each other, or simply brought into contact, they acquire electric charges of opposite signs. This charge acquisition mechanism, called triboelectricity, is the basis of the working principle of the electrostatic separators for granular mixtures of insulating materials. This thesis is aimed at evaluating the effects of geometric factors (size of the granules), surface condition (roughness and wettability) and chemical composition (presence of brominated flame retardants) on the triboelectric charging of plastic particles originated from waste electrical and electronic equipment. The parametric study of these factors was then used as a basis for optimizing the triboelectric charging conditions and improving the efficiency of the electrostatic separation. Particle size reduction, as well as the use of shredding as a simultaneous operation of grinding and triboelectric charging, enhanced the feasibility of the electrostatic separation of granular polymers. A surface pretreatment by dielectric barrier discharge (DBD) proved to be effective on triboelectric charging and electrostatic separation of such materials. An experimental bench for the surface treatment of granular materials by dynamic DBD was designed and built, in order to integrate this technology into an industrial process. The work carried out in this thesis has also confirmed the feasibility of triboelectric charging and electrostatic separation of granular mixtures of brominated and non-brominated polymers. ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé : Lorsque deux matériaux sont frottés l’un contre l’autre, ou simplement mis en contact, ils acquièrent chacun une charge électrique de signes opposés. Ce mécanisme d’acquisition de charge, portant le nom de triboélectricité, est à la base du principe de fonctionnement des séparateurs électrostatiques des mélanges granulaires de matériaux isolants. L’objectif de cette thèse de doctorat a été d’évaluer les effets des facteurs géométriques (taille des granules), de l’état de surface (rugosité et mouillabilité) et de la composition chimique (présence des retardateurs de flamme bromés), sur le chargement triboélectrique des particules de polymère issus des déchets des équipements électriques et électroniques. L’étude paramétrique de ces facteurs a servi ensuite de base pour optimiser les conditions de chargement triboélectrique afin d’améliorer le rendement de la séparation électrostatique. La réduction de la taille des granules, ainsi que l’utilisation du broyage en tant qu'opération simultanée de granulation et de chargement triboélectrique a permis l’amélioration de la séparation électrostatique des polymères. Un prétraitement de surface par une décharge à barrière diélectrique (DBD) s’est montré efficace sur le chargement triboélectrique et la séparabilité électrostatique de tels matériaux. Un banc expérimental de traitement de surface des matériaux granulaires par DBD dynamique a été conçu et réalisé afin de pouvoir intégrer ce procédé dans un processus industriel. Les travaux réalisés dans cette thèse ont aussi confirmé la faisabilité de la charge triboélectrique et de la séparation électrostatique des mélanges granulaires des mêmes polymères bromés et non-bromés.
Modélisation numérique et expérimentale de la précipitation électrostatique des particules de fumée de taille micronique
(2022-01-13) KADOUS Nezha; Encadreur: TILMATINE Amar
Résumé (Français) : Le problème majeur des précipitateurs électrostatiques subsiste dans les particules submicroniques de diamètre inférieur à 1 µm et plus précisément dans la gamme inférieures à 0,7 µm. Dans ce travail deux problèmes majeurs ont été exposés, le premier consiste dans la taille des particules de la matière à filtrer, le second traite la répartition de la charge des particules le long du précipitateur. Dans un souci de différencier entre les deux problématiques, nous avons élaboré deux protocoles expérimentaux différents, le 1er au sein du laboratoire APELEC de Sidi Bel Abbès et le 2ème au niveau du centre de recherche CNRS Grenoble – France. La procédure expérimentale proposée consiste à évaluer la distribution en taille des particules contenues dans différentes fumées (Cigarettes, encens) et aussi différentes poudres (calcite, cendres). Il a été démontré l’existence d’une hypothèse qu’on a nommé pendant toute cette thèse, hypothèse « agglomérations-dispersion ». En plus, une modélisation numérique de la trajectoire des particules a été effectuée pour la validation de l’hypothèse. Par ailleurs, un banc expérimental a été développé pour permettre l’estimation de la charge des particules à travers plusieurs sections constituant la longueur du précipitateur. Cette étude a été appuyée par une modélisation par la méthode des plans d’expériences. Abstract (English) : The major problem of electrostatic precipitators remains in the submicron particle size range below 1 µm and more precisely in the range below 0.7 µm. In this work two critical problems have been exposed, the first one consists in the particle size of the material to be filtered, the second one deals with the charge distribution of the particles along the precipitator. In order to differentiate between the two problems, we have developed two different experimental protocols, the first at the APELEC laboratory in Sidi Bel Abbès and the second at the CNRS Grenoble research center in France. The proposed experimental procedure consists in evaluating the size distribution of particles contained in different smokes (cigarettes, incense) and also different powders (calcite, ashes). It was demonstrated the existence of a hypothesis that has been named throughout this thesis, the "agglomeration-dispersion" hypothesis. In addition, a numerical modeling of the particle trajectory was carried out for the validation of the hypothesis. In addition, an experimental bench was developed to allow the estimation of the particle loading through several sections constituting the length of the precipitator. This study was supported by modeling using the design of experiments method.
Utilisation de la technique des ondes mobiles pour le déplacement des matériaux pulvérulents. Application pour la séparation électrostatique des particules
(2020-12-24) ALI BIDA Ahmed; Encadreur: TILMATINE Amar
الملخص (بالعربية) : الموجات المتحركة ، هي ظاهرة كهربائية تسبب إزاحة الجسيمات بفضل التفاعل بين جسيم مستقطب ومجال كهربائي متعدد الأطوار. يتم إنتاج هذا بواسطة نظام من الأقطاب الكهربائية المتوازية ، الموجودة في نفس المستوى ويتم إحضارها إلى إمكانات متناوبة بمراحل 2 أو 3 أو 4. عندما يتم وضع جسيم في مجال كهربائي E، يتم إحداث عزم كهربائي ثنائي القطب ع فيه. في مجال كهربائي موحد، يخضع الجسيم لقوتين متساويتين ومتعاكستين، وبالتالي فإن القوة الناتجة هي صفر. في المجال الكهربائي غير المنتظم، تكون القوة الناتجة على الجسيم غير صفرية، وتسمى القوة العازلة. هذه القوة، التي لا تعتمد على قطبية الجهد، يمكن ملاحظتها في جهد التيار المتردد أو التيار المستمر، وتمثل القوة الرئيسية فيما يسمى بالناقلات "الموجية المتحركة. تمت دراسة فصل الجسيمات الدقيقة بواسطة تقنية الموجة المتحركة لعدة أنواع من الجسيمات وفي وسائط مختلفة (سائل، هواء). تم الحصول على نتائج مرضية للتطبيقات في الإلكترونيات، والكيمياء، والكيمياء الحيوية، والفضاء، وتنظيف الألواح الشمسية، إلخ. الهدف من هذه الأطروحة هو دراسة جدوى فصل الجسيمات الدقيقة عن طريق تحريك الموجات، باستخدام ناقل متعدد الأطوار وبجهد أقصى 2000 فولت. تكمن ميزة هذه التقنية في حقيقة أن يتم توفير نقل الجسيمات بواسطة قوى المجال الكهربائي بدلاً من الوسائل الميكانيكية دون إنتاج تأثيرات ضوضاء صوتية أو اهتزازات ميكانيكية. من ناحية أخرى، سيتم تطبيقه في المرسبات الكهروستاتيكية في محاولة لتنظيف أقطاب التجميع، من أجل إزالة طبقة الغبار المتلوثة.. الكلمات الرئيسية: ا الموجات المتحركة، المجال الكهربائي متعدد الأطوار، إزاحة الجسيمات، الجهد العالي، الفصل، المرسب الكهروستاتيكي Résumé (en Français) : La technique des ondes mobiles, en anglais « travelling waves », est un phénomène électrique qui provoque le déplacement de particules grâce à l'interaction entre une particule polarisée et un champ électrique polyphasé. Celui-ci est produit par un système d’électrodes parallèles, situées dans un même plan et portées à des potentiels alternatifs à 2, 3 ou 4 phases. Lorsqu’une particule est placée dans un champ électrique E, un moment dipolaire électrique p est induit dans celle-ci. Dans un champ électrique uniforme, la particule étant soumises à deux forces égales et opposées, la force résultante est par conséquent nulle. Dans un champ électrique non uniforme, la force résultante qui s’exerce sur la particule est non nulle, elle est appelée force diélectrophorétique. Cette force qui ne dépend pas de la polarité de la tension, peut être observée en tension AC ou DC, et représente la force principale dans les convoyeurs dits à « ondes mobiles ». La séparation des particules micronisées par la technique des ondes mobiles a été étudiée pour plusieurs types de particules et dans des milieux différents (liquide, air). Des résultats satisfaisants ont été obtenus pour des applications en électronique, chimie, biochimie, espace, nettoyage des panneaux solaire, etc. L’objectif de cette thèse est d’étudier la faisabilité de la séparation des particules micronisées par les ondes mobiles, en utilisant un convoyeur à plusieurs phases et une tension maximale de 2000 V. L’avantage de cette technologie réside dans le fait que le transport des particules est assuré par les forces du champ électrique au lieu des moyens mécaniques sans produire ni d’effets de bruit acoustique ni de vibrations mécaniques. Les mots clés : Ondes mobiles, champ électrique polyphasé, déplacement de particules, haute tension, séparation. Abstract (en Anglais) : The traveling waves technique is an electrical phenomenon which causes the displacement of particles thanks to the interaction between a polarized particle and a polyphase electric field. This is produced by a system of parallel electrodes, located in the same plane and brought to alternating potentials with 2, 3 or 4 phases. When a particle is placed in an electric field E, an electric dipole moment p is induced in it. In a uniform electric field, the particle being subjected to two equal and opposite forces, the resulting force is therefore zero. In a non-uniform electric field, the resulting force exerted on the particle is non-zero, it is called a dielectrophoretic force. This force, which does not depend on the polarity of the voltage, can be observed in AC or DC voltage, and represents the main force in so-called “moving wave” conveyors. The separation of micronized particles by the traveling wave technique has been studied for several types of particles and in different media (liquid, air). Satisfactory results have been obtained for applications in electronics, chemistry, biochemistry, space, cleaning of solar panels, etc. The objective of this thesis is to study the feasibility of the separation of micronized particles using traveling wave conveyors, with a multi-phase voltage of a maximum value of 2000 V. The advantage of this technology lies in the fact that the particle transport is provided by electric field forces instead of mechanical means without producing either acoustic noise effects or mechanical vibrations. Keywords : traveling waves, polyphase electric field, particle displacement, high voltage, separation.