L'impact de l'industrialisation massive de la société au cours du vingtième siècle a été particulièrement important sur l'environnement. Les principales pollutions atmosphériques sont en effet d'origine industrielle. Il faut ajouter à cela également le chauffade des bâtiments et l'utilisation grandissante des automobiles et donc l'augmentation du rejet de gaz d'échappement.
Les gaz d'échappement sont un mélange de composés organiques volatils (VOCs), d'oxydes de carbone (COs), d'oxydes d'azote (NOs) et de particules en suspension. Depuis la fin des années 70, les véhicules à moteur à essence sont équipés de catalyseurs permettant de réduire la quantité des composés nuisibles des gaz en les convertissant en composés non toxiques : N2, CO2, H2O. Ces catalyseurs agissent de trois manières différentes afin d'agir sur le plus de composés toxiques. Ils sont composés de céramiques ou de métaux imprégnés de métaux nobles et disposés le pus souvent en structure en nid d'abeille. La plupart combine platine et rhodium. Le platine (Pt) améliore l'oxydation des composés organiques (VOCs) et des oxydes de carbones ; alors que le rhodium (Rh) augmente la réduction d'oxydes d'azote présents.
Dans les conditions optimales, les catalyseurs permettent de réduire jusqu'à 90% la production de gaz toxiques. Cependant, pour avoir de telles conditions, il est nécessaire que les gaz entrant aient une température et une composition (rapport carburant/gaz) spécifiques. L'efficacité diminue très vite en cas de température trop basse et d'excès ou de manque d'oxygène dans les gaz. C'est particulièrement le cas les premières minutes après le démarrage du moteur (température pas assez élevée, le catalyseur ne peut pas encore fonctionner) et lors des phases d'accélérations. De nombreuses études ont été menées pour trouver des solutions à ce problème mettant au point des catalyseurs de nouvelle génération fonctionnant lors de ces "mauvaises" conditions (températures basses - moins de 200°C, excès d'oxygène). Une autre approche, tout à fait récente, est l'utilisation de plasma, c'est-à-dire d'un gaz ionisé, permettant d'améliorer les performances du catalyseur.
Aujourd'hui, le plasma produit à pression atmosphérique est utilisé pour des applications environnementales et biologiques très diverses (génération d'ozone, dépollution d'air et d'eau, bio-décontamination, traitements de surface, etc). Ces applications sont basées sur les effets chimiques du plasma amorcés par les ions, les électrons, les radicaux et autres particules actives. La combinaison plasma - catalyseur peut considérablement améliorer la qualité et l'efficacité des processus chimiques en jeu. Le plasma généré dans les cavités et les capillarités du catalyseur pourrait améliorer son efficacité pour la destruction des composés gazeux nocifs. Il pourrait prendre le relais du catalyseur lorsque celui-ci donne, seul, de mauvaises performances dues aux conditions (basse température, excès d'oxygène). La combinaison idéale du plasma et du catalyseur a été un véritable défi pour l'amélioration des pots catalytiques des véhicules.
Durant ces dernières années, le groupe de travail de Karol Hensel* s'est livré à des recherche sur les possibilités de génération de plasma dans des cavités étroites et dans des capillaires de matériaux diélectriques et de catalyseurs. Ils ont testé des catalyseurs de compositions et de formes différentes (nids d'abeille, "mousses" de céramiques poreuses) afin de déterminer la meilleure combinaison entre catalyseur et plasma pour la dépollution des gaz. Les propriétés physiques basiques du plasma ont été analysées par mesures optiques et électriques afin de déterminer les meilleures conditions de génération. Les effets de l'énergie électrique utilisée, la taille des pores des céramiques, les longueurs et diamètres des capillaires, la composition des gaz et leur humidité, la température ont été systématiquement évalués. Le potentiel chimique du plasma généré dans le catalyseur a été testé par la réduction de des oxydes d'azotes, des composés volatiles, des particules. Les résultats ont clairement démontré l'efficacité d'un système hybride de plasma et catalyseur et son application possible permettant de résoudre les problèmes des catalyseurs conventionnels.
Les détails des travaux de recherche et des résultats sont diponibles dans les journaux scientifiques listés ci-dessous. Beaucoup de ces résultats ont été obtenus en coopération avec les chercheurs français du LPGP de l'Université Paris Sud à Orsay.
* Division of Environmental Physics, Department of Astronomy, Earth Physics and Meteorology, Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University
- Division of Environmental Physics, Department of Astronomy, Earth Physics and Meteorology, Faculty of Mathematics, Physics and Informatics, Comenius University, Mlynská dolina, 84248 Bratislava, Slovakia, e-mail: hensel@fmph.uniba.sk, anglophone - K. Hensel, S. Sato, A. Mizuno: Sliding discharge inside glass capillaries, IEEE Trans. Plasma Sci. 36 (4), 1282 (2008). - K. Hensel, P. Tardiveau: ICCD camera imaging of discharges in porous ceramics, IEEE Trans. Plasma Sci. 36 (4), 980 (2008). - K. Hensel, V. Martisovits, Z. Machala, M. Janda, M. Lestinskoe, P. Tardiveau, A. Mizuno: Electrical and optical properties of AC microdischarges in porous ceramics, Plasma Process. Polym. 4 (7-8), 682 (2007). - K. Hensel, S. Katsura, A. Mizuno: DC Microdischarges inside porous ceramics, IEEE Trans. Plasma Sci. 33 (2), 574 (2005). - K. Hensel, Y. Matsui, S. Katsura, A. Mizuno: Generation of microdischarges in porous materials, Czech. J. Phys. 54, C683 (2004).
