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Farhat Kamal

Ergols ioniques pour la propulsion spatiale : préparation, décomposition thermique et décomposition catalytique

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Index

École doctorale :

  • ICBG - Ingénierie chimique, biologique et géologique (2000-2009)

UFR ou institut :

  • UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)

Secteur de recherche :

  • Chimie organique, minérale, industrielle

Section CNU :

  • Chimie organique, minérale, industrielle

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Ergols ioniques pour la propulsion spatiale : préparation, décomposition thermique et décomposition catalytique

En raison de ses avantages attractifs (stabilité à long terme, développement de catalyseurs très performants), l'hydrazine est le monergol le plus utilisé pour la propulsion chimique liquide. Elle est utilisée dans de nombreux lanceurs ainsi que dans les propulseurs de contrôle et de maintien en orbite des satellites. En dépit de ses bonnes performances, l'utilisation de l'hydrazine comporte des risques majeurs concernant sa manipulation et l'environnement, générant un surcoût très important. Pour cela, une nouvelle classe de liquides ioniques énergétiques constituée d'oxydants, de réducteurs et d'eau a été étudiée. Le but de ce travail est de suivre la décomposition thermique et catalytique de quelques oxydants ioniques en solution aqueuse : HAN (nitrate d'hydroxylammonium, NH3OH+NO3-), AN (nitrate d'ammonium, NH4+NO3-), ADN (dinitramide d'ammonium, NH4+N(NO2)2-) et HNF (nitroformiate d'hydrazinium, N2H5+C(NO2)3-). Cette étude a été suivie par analyse thermique (ATD-ATG), en réacteur batch et en réacteur dynamique couplé à un spectromètre de masse. Les produits gazeux ont été analysés par spectrométrie de masse, alors que les produits condensés ont été analysés par spectroscopie Raman et titrés par réaction acide-base afin d'établir un bilan matière de la décomposition thermique et catalytique de ces ergols. Le catalyseur 10% Pt/Al2O3Si développé dans notre laboratoire pour la décomposition du mélange HAN-eau présente un faible effet catalytique à l'égard des mélanges ADN-eau, HNF-eau et AN-eau. Dans cette optique, d'autres types de catalyseurs mono- et bimétalliques à base de Pt, Fe, Cu ou Zn ont été préparés puis testés en décomposition de ces mélanges.

Mots-clés libres : liquides ioniques énergétiques, HAN, AN, ADN, HNF, décomposition thermique, décomposition catalytique, azoture d’ ammonium, azoture d’ hydroxylammonium, propulsion catalytique, catalyseur bimétallique.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Catalyseurs métalliques
  • Liquides ioniques
  • Décomposition (chimie)
  • Azote -- Composés

English

Ionic propellants for space propulsion, preparation, thermal and catalytic decomposition

Thanks to its attractive advantages, hydrazine is the most widely used monopropellant in chemical liquid propulsion. In spite of its good performance, the use of hydrazine involves major risks for handling and environment, inducing high costs. Therefore, a new class of energetic ionic liquids has been studied. They comprise an oxidizer, a reducer and water as solvent. The purpose of this work was to study the thermal and the catalytic decomposition of some ionic oxidizers in aqueous solution such as HAN (hydroxylammonium nitrate, NH3OH+NO3-), AN (ammonium nitrate, NH4+NO3-), ADN (ammonium dinitramide, NH4+N(NO2)2-) and HNF (hydrazinium nitroformate, N2H5+C(NO2)3-). The decomposition study was followed by thermal analysis (DTA-TGA), batch constant volume reactor and dynamic flow reactor coupled with mass spectrometer. The gaseous products were analysed by mass spectrometry, whereas the condensed products were analyzed by Raman spectroscopy and acid-base titration in order to establish a balanced equation of the thermal or catalytic decomposition of propellants. The catalyst 10% Pt/Al2O3Si developed in our laboratory for HAN-water decomposition presents a low catalytic activity toward ADN-water, HNF-water and AN-water mixtures. In this aim, other mono- and bimetallic catalysts based on Pt, Fe, Cu and Zn were prepared and tested to decompose these mixtures.

Keywords : energetic ionic liquids, HAN, AN, AND, HNF, thermal decomposition, catalytic decomposition, ammonium azide, hydroxylammonium azide, catalytic propulsion, bimetallic catalyst.

Notice

Diplôme :
Doctorat d'Université
Établissement de soutenance :
Université de Poitiers
UFR, institut ou école :
UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)
Laboratoire :
LACCO - Laboratoire de catalyse en chimie organique
Domaine de recherche :
Chimie organique, minérale et industrielle
Directeur(s) de thèse :
Charles Kappenstein, Yann Batonneau
Date de soutenance :
10 octobre 2008
Président du jury :
Henri Delalu
Rapporteurs :
Thomas Klapötke
Membres du jury :
Charles Kappenstein, Yann Batonneau, Christian Pérut, Isabelle Gibek

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