II-6 Mécanismes conduisant en phase gazeuse
à l'émission de NOx
Les études effectuées ont conduit à
l'identification de trois mécanismes, qui d'ailleurs peuvent être
plus au mois couplés.
> Le premier, connu dans son principe depuis 1946, est celui
de Zeldovich. Il comprend les deux principales étapes sources de
polluant NO.
Le mécanisme de Zeldovitch est important au voisinage de
la stoechiométrie on le représente comme suit :
N2 + O NO + N (II-4)
N + O2 NO + O (II-5)
N + OH NO + H (II-6)
La réaction (II-6) se produit en mélange riche.
La première réaction conditionne la vitesse
globale. Elle a une énergie d'activation élevée, voisine
de 315 KJ. Sa vitesse, et par conséquence celles des séquences
des réactions (II-4) et (II-5), ne devient significative qu'à
températures élevées, d'où le nom de «
thermique » souvent donné au mécanisme de Zeldovitch.
Toujours, à cause de la première étape, ce
mécanisme est caractérisé par un temps de réaction
élevé. Il est prédominant dans les mélanges pauvres
ou proches de la stoechiométrie.
Avec des mélanges pauvres, mais à
températures plus basses, il peut se produire un mécanisme
faisant intervenir N2O :
O . + N + N ? N O + N (II-7)
.
2 2
O N 2 O NO NO
. + ? + (II-8)
N N O NN . NO
. + ? + (II-9)
2
> Le deuxième mécanisme est lié
à la présence d'azote dans le combustible. Ceci est le cas
notamment, dans la houille et les combustibles dérivés. Il est
plus rapide que celui de Zeldovitch et est lié à la
présence d'azote moléculaire peu réactif. Habituellement,
on suppose que les molécules, contenant l'azote sont
décomposées par la chaleur en molécules plus petites,
comme le HCN et le NH3 et réagissent à leur tour
[33].
A partir de l'azote du fuel (uniquement pour les fuels lourds),
nous aurons :
NO
Fuel N NH3 HCN NH2 NH (II-10)
N2
> Le troisième mécanisme est celui dit du «
NO rapide » (prompt NO).
II-6-1 Mécanisme de formation de NO2
Le mécanisme de formation du NO2 est le suivant :
NO + HO2 NO2 + OH (II-11)
NO2 + O NO + O2 (II-12)
Dans ce système le NO2 est refroidi.
II-6-2 Formation du monoxyde de carbone et des
hydrocarbures imbrûlés :
La formation de CO est une étape intermédiaire de
l'oxydation conduisant finalement à la formation de CO2.
RH R RO2 RCHO RCO CO (II-13)
R représente le radical hydrocarbure.
Le CO formé est ensuite oxydé à faible
vitesse en CO2.
CO + OH CO2 + H (II-14)
A partir de 1600 à 1700 K, la réaction se fige avec
une constante d'équilibre de l'ordre de 3.6. Ils proviennent
majoritairement d'effets hétérogènes dans le
mélange aux parois [33].
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