Développement d’une nouvelle méthode de caractérisation de dépôts haute et basse température sur parois métalliques

Within the framework of this thesis, a new method is presented to study the formation of deposits in the combustion chamber of gasoline engines. The process of deposit formation is not well under-stood and there are no or few experiments that study the process in situ. The objective of the thesis is therefore first to propose a methodology to understand the process of deposit formation, and sec-ond to apply it to study the impact of different factors on the formation of deposits. This methodol-ogy is based on the separation of two deposit formation paths: the liquid-film path and the soot path.A first study is conducted with devices to generate reference deposits for each of the deposit for-mation paths. These deposits are analyzed by electron microscopy and infrared and Raman spectros-copy to determine the physical and chemical properties of the reference deposits. Based on this char-acterization, the properties identified for the reference deposits are found in deposits formed piston deposits in a combustion chamber of a gasoline engine. A second study concerns in situ experiments with the use of a high-speed camera to understand the mechanisms of deposit formation. Similarly, it is based on the separation of deposit formation paths. The study of the mechanisms of the liquid-film path shows that the formation of deposits is linked to the lifetime of the liquid film on the piston surface: By evaporating slowly, the liquid film resides for a long time on the surface and deposits can form. For the study of the mechanisms of the soot path, two transport mechanisms are responsible for the soot deposit on the surface: Thermophoresis and turbulence.The last study of the thesis deals with the impact of the surface condition on the formation of de-posits. The conditions studied are surface temperature, roughness, and material. Only the surface temperature has a significant impact on the quantity of deposit. The low impact of transparent mate-rials (silica and sapphire vs. aluminum) on the formation of deposits may make it possible in future studies to use optical diagnostics to study the formation of deposits in situ.Dans le cadre de cette thèse, une nouvelle méthode est présentée afin d’étudier la formation des dépôts dans la chambre de combustion des moteurs essences. En effet, le processus de formation des dépôts n’est pas bien compris et il n’y a pas ou peu d’expériences permettant d’étudier in situ. L’objectif de la thèse est donc premièrement de proposer une méthodologie afin de comprendre le processus de formation des dépôts, et deuxièmement de la mettre en application afin d’étudier l’impact de différents facteurs sur la formation des dépôts. Cette méthodologie est basée sur la sépa-ration de deux chemins de formations de dépôt : le chemin de formation par un film liquide et le chemin de formation par les suies.Une première étude est menée avec des expériences sont réalisées avec des appareils pour générer des dépôts de référence pour chacun des chemins de formation de dépôt. Ces dépôts sont analysés par microscopie électronique et spectroscopie infra-rouge et Raman afin de déterminer les propriétés physiques et chimiques des dépôts de référence. A partir de cette caractérisation, les propriétés iden-tifiées pour les dépôts de références sont retrouvées dans les dépôts formés sur des pistons dans une chambre de combustion d’un moteur essence. La deuxième étude porte sur des essais in situ avec l’utilisation d’une caméra rapide afin de de com-prendre les mécanismes de formation des dépôts. De même, elle est basée sur la séparation des che-mins de formation des dépôts. L’étude des mécanismes du chemin de formation du film liquide montre que la formation des dépôts est liée à la durée de vie du film liquide sur la surface du piston : en s’évaporant lentement, le film liquide réside longtemps sur la surface et le dépôt peut se former. Pour l’étude des mécanismes du chemin de suie, deux mécanismes de transport sont responsables du dépôt de suies sur la surface : la thermophorèse et la turbulence.La dernière étude de la thèse porte sur l’impact de la condition de la surface sur la formation des dépôts.Les conditions étudiées sont la température de la surface, la rugosité et les matériaux trans-parents. Seule la température de la surface a un impact signifiant sur la quantité de dépôt. Le faible impact des matériaux transparents sur la formation des dépôts pourra rendre possible dans de futures études l’utilisation de diagnostics optiques pour étudier in situ la formation des dépôts