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Modélisation et optimisation des procédés de traitement thermique de surface pour une réduction des émissions de HAP – Application à la cémentation gazeuse basse pression

Etude

Des travaux récents de l’INRS ont permis de comprendre les mécanismes de formation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans des installations de traitement thermique de surface, et notamment en cémentation gazeuse basse pression où les opérateurs de maintenance sont susceptibles d’être exposés. Les HAP sont toxiques, voire cancérogènes, comme le benzo(a)pyrène. L’objectif est maintenant de contrôler les conditions réactionnelles du procédé afin de diminuer la production de HAP. Pour cela, le protocole opératoire actuellement utilisé qui consiste à alimenter en discontinu le four en hydrocarbures sera modélisé et optimisé. Le code de calcul ainsi développé doit permettre de déterminer les paramètres optimaux (température, pression, temps de séjour, nombre de cycle, durée de la cémentation, etc.) afin de limiter la génération de HAP toxiques qui a lieu lors des réactions de pyrolyse. La présente étude sera menée en partenariat avec le Laboratoire Réaction et Génie des Procédés (LRGP - CNRS) et l’Institut de recherche technologique dédié aux matériaux (IRT M2P) basé à Metz. Dans un premier temps, il s’agira de développer un outil numérique qui modélise les phénomènes de transport, de transfert et de transformation de la matière au sein des phases gazeuse, solide et à l’interface. Ensuite, une étude de sensibilité des paramètres (temps de séjour, température, pression, nature de l’hydrocarbure, etc.) sera menée afin d’évaluer leur importance sur les « produits de sortie » (indice de Vickers, concentration en HAP en sortie du four) lors de leur variation. En parallèle, la loi de vitesse de la réaction de surface gaz - solide fera l’objet d’une investigation expérimentale. Ce travail sera mené en présence de fer pur. Des essais ultérieurs avec des aciers pourront être effectués afin d’évaluer l’influence du carbone ou de chrome, par exemple, initialement présent dans la phase solide, sur la vitesse de réaction.
Ce travail devrait permettre de mettre à disposition des industriels une application informatique qui proposera des possibilités de protocoles opératoires (« recettes industrielles »). Ce travail sera appliqué à d’autres procédés analogues comme la densification carbone ou la cémentation atmosphérique.
Valorisations envisagées : communications et publications sur le plan national et international ; publications dans HST ; journée technique ; application informatique.

  • Fiche technique

    Fiche technique

    • Année de lancement

      2019
    • Discipline(s)

      Ingénierie des procédés - Ingénierie de conception - Génie des procédés
    • Responsable(s)

    • Participant(s)

      MARCHAL M., KUNZ-IFFLI J., MATAMOROS MARIN F., RASTOIX O.
    • Collaboration(s) extérieure(s)

      Laboratoire Réaction et Génie des Procédés (LRGP) CNRS-Université de Lorraine - Institut de Recherche et de Technologie - Matériaux Métallurgie Procédé (IRT M2P)
    • Référence

      ET2019-001
  • Publications et communications

    Publications et communications

Disciplines de recherche
Ingénierie des procédés
Etudes Publications Communications
Ingénierie de conception
Etudes Publications Communications
Génie des procédés
Etudes Publications Communications