Elimination du méthane atmosphérique

[yves25]

Par rapport aux discussions sans fin qui ont eu lieu sur FS et ailleurs à propos du Réchauffement Climatique, on était encore très loin de la polémique . Un simple malentendu qui est maintenant bien éclairci.
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[Daumic]

yves25, je crois que ce forum n'est pas le lieu ad hoc pour se lancer dans une polémique sur le changement climatique. Je propose donc que nous nous en tenions aux éléments suivants:

- La contribution du CH4 (avec N2O) à l'effet de serre global est de l'ordre de 6%. Les nombreuses incertitudes pesant sur le autres contributeurs donnent à cette donnée un caractère plus indicatif que précis.
- La contribution du CH4 au forçage radiatif anthropique est de 30% d'après les dernières données publiées par le GIEC

Le sujet de ce forum étant l'élimination du CH4 atmosphérique je propose que nous en restions là et nous recentrions sur le coeur du sujet.

Par rapport aux discussions sans fin qui ont eu lieu sur FS et ailleurs à propos du Réchauffement Climatique, on était encore très loin de la polémique . Un simple malentendu qui est maintenant bien éclairci.

Merci à Toubab-69 et Yves25 pour ce recentrage du débat.

Je rappelle les éléments de ce débat :
- Est-il possible de réduire la concentration du méthane atmosphérique par un revêtement photocatalytique à base de TiO2 ?
- Y a-t-il un intérêt à appliquer ce revêtement sur des pales d’éoliennes plutôt que sur des surfaces statiques ?
- La combustion catalytique du méthane sur la surface traitée peut-elle générer une légère surpression ?

Je rajoute un élément au débat. L’atmosphère contient un autre gaz réducteur susceptible d’être dégradé sur les revêtements d’oxyde de titane : l’hydrogène.

L’article Wikipedia sur l’hydrogène indique une concentration moyenne de l’hydrogène dans l’atmosphère de l’ordre de 0.6 ppm (http://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrogene).

La source (http://www.nrcresearchpress.com/doi/pdf/10.1139/v75-482) montre que le radical hydroxyl réagit rapidement avec l’hydrogène. Les revêtements à base de TiO2 qui produisent à leur surface ces radicaux hydroxyl sont donc susceptibles de dégrader l’hydrogène atmosphérique.

Ces informations peuvent avoir deux conséquences :
- La dégradation de l’hydrogène sur les revêtements de TiO2 pourrait concurrencer la dégradation du méthane sur les mêmes revêtements et donc réduire sa vitesse d’élimination.
- Cette dégradation de l’hydrogène sur une surface solide pourrait elle aussi générer une surpression qui s’ajouterait à la surpression produite par la combustion du méthane.

[invitec95f676f]

Existe-t-il une formule, un moyen qui permettent de relier la concentration en CH4 et cette surpression dont on parle ? J'imagine qu'en outre d'autres paramètres doivent entrer en ligne de compte tels que la concentration surfacique de TiO2, l'état de surface de la zone d'échange, le type d'écoulement (laminaire, turbulent), etc.....
Quelqu'un aurait-il des idées là dessus car il ne sert de rien de discourir si les pressions générées sont de l'ordre du picopascal ?

[polo974]

Merci à Toubab-69 et Yves25 pour ce recentrage du débat.

Je rappelle les éléments de ce débat :
- Est-il possible de réduire la concentration du méthane atmosphérique par un revêtement photocatalytique à base de TiO2 ?
- Y a-t-il un intérêt à appliquer ce revêtement sur des pales d’éoliennes plutôt que sur des surfaces statiques ?
- La combustion catalytique du méthane sur la surface traitée peut-elle générer une légère surpression ?
...

En gros la réponse est dans les 10 premiers messages du fil.

[Daumic]

En gros la réponse est dans les 10 premiers messages du fil.

Existe-t-il une formule, un moyen qui permettent de relier la concentration en CH4 et cette surpression dont on parle ? J'imagine qu'en outre d'autres paramètres doivent entrer en ligne de compte tels que la concentration surfacique de TiO2, l'état de surface de la zone d'échange, le type d'écoulement (laminaire, turbulent), etc.....
Quelqu'un aurait-il des idées là dessus car il ne sert de rien de discourir si les pressions générées sont de l'ordre du picopascal ?

Je comprends le scepticisme de Polo974. L’hypothèse que la combustion catalytique du méthane atmosphérique sur une surface revêtue de TiO2 puisse créer une surpression est fragile.

En ce qui concerne les questions que pose Toubab-69, je n’ai pas pour le moment d’éléments précis à lui apporter. Je continue à me documenter sur la question.

Quoi qu’il en soit, si la combustion catalytique du méthane génère une surpression, cette surpression sera modeste, étant donné la concentration du méthane dans l’atmosphère. Une documentation trouvée sur Internet permet de fixer les idées sur ce que représente une faible surpression.

La source (http://www.portail-eolien.com/dossie...f4e16887389b59) décrit des éoliennes fabriquées par Gilbert Gal et Marc Ménager. La description est détaillée : géométrie des éoliennes, vitesses des vents, couples et puissances obtenues.

L’éolienne la plus grande décrite dans ce document se présente comme 6 raquettes planes de 4.48 m2 chacune reliées à un axe central par un bras de 6 m de long. Les données recueillies par les créateurs de cette éolienne sont, pour un vent de 5 m/s :
- couple 2.3 Nm,
- puissance 1.6 kW.

Imaginons la même éolienne en l’absence de vent avec une face de chaque raquette revêtue de TiO2. Que devrait être la surpression (s’il y a surpression) sur chaque raquette pour générer le même couple qu’avec un vent de 5 m/s ?

Couple = (longueur bras) x (surface raquette) x (surpression) x (nombre raquettes)

Surpression = (couple) / [ (longueur bras) x (surface raquette) x (nombre raquettes) ]

Surpression = (2.3 Nm) / [ (6 m) x (4.48 m2) x (6) ]

Surpression = 0.014 Pa

Ce calcul ne présage rien sur la réalité d’une surpression générée par la combustion catalytique du méthane mais donne une idée de ce que peut produire une modeste surpression appliquée sur une grande surface.

[invitec95f676f]

Sans apporter de réponse à la question de départ voilà une manière astucieuse de cadrer le débat et de faire progresser le schmilblick. Damned ! que n'y ai-je pensé.
Merci pour cette contribution.

[Daumic]

Sans apporter de réponse à la question de départ voilà une manière astucieuse de cadrer le débat et de faire progresser le schmilblick. Damned ! que n'y ai-je pensé.
Merci pour cette contribution.

Réponse à Toubab-69 :
j’ai trouvé sur Internet une publication qui apporte quelques données quantitatives sur le sujet qui nous intéresse.

Je rappelle les éléments de la discussion :
- Est-il possible de réduire la concentration du méthane atmosphérique par un revêtement photocatalytique à base de TiO2 ?
- Y a-t-il un intérêt à appliquer ce revêtement sur des pales d’éoliennes plutôt que sur des surfaces statiques ?
- La combustion catalytique du méthane sur la surface traitée peut-elle générer une légère surpression ?

La publication en question a pour titre (Titanium dioxide photocatalysis), ses auteurs sont Akira Fujishima, Tata N. Rao et Donald A. Tryk. Ce document peut être trouvé à l’adresse suivante : (http://xa.yimg.com/kq/groups/3004572...ocatalysis.pdf).

Je présente ici deux extraits de cette publication :

(One of the most important aspects of TiO2 phtoocatalysis
is that, like the photoelectric effect, it depends upon the
energy of the incident photons, but, to a first approximation,
not on their intensity. Thus, even if these are just a few photons
of the required energy, they can induce photocatalysis.
This means that even ordinary room light may be sufficient
to help to purify the air or to keep the walls clean in the
indoor environment, because the amounts of pollutants are
typically small. Thus, in a reasonably well-lit room, with a
total light intensity of _10mWcm−2, the intensity of UV
light with energy exceeding that of the TiO2 band gap would
be approximately 1 mWcm−2. As shown later, assuming a
quantum efficiency of 25%, this would be sufficient intensity
to decompose a hydrocarbon layer of approximately 1 mm
thickness every hour.)

(In addition, odors that are objectionable to humans are due
to compounds which are present only on the order of 10 parts
per million by volume (ppmv), and, at these concentrations,
the UV light available from ordinary fluorescent lighting
should be sufficient to decompose such compounds when
TiO2 photocatalysts are present. Naturally, if higher light
intensities are available, larger quantitites of material can
be decomposed, e.g. using the bright lamps that are used in
highway tunnels.)

Ces deux extraits montrent que même la faible émission UV d’un tube fluorescent active suffisamment un revêtement TiO2 pour dégrader un composé organique présent dans l’air à une concentration de 10 ppm. Je rappelle que la concentration du méthane dans l’air est de l’ordre de 2 ppm.

[invitec95f676f]

Encore un progrès et j'avoue que cet article m'a particulièrement intéressé ayant été en charge de pb d'odeurs à une certaine époque de ma vie professionnelle.
Avec une telle approche de l'activité catalytique du TiO2 serait-ce la fin des odeurs de vestiaires dans les stades les ayant peints avec un tel revêtement ? On peut d'autant plus en rêver que les seuils d'olfaction des produits odorants sont souvent de l'ordre du ppb et les concentrations typiques de l'ordre de quelques dizaines de ppb. Il faudrait, en revanche, que les vestiaires soient éclairés, en naturel ou artificiel, aussi en dehors des heures d'occupation.
Je suis cependant intrigué car l'utilisation de TiO2 dans les peintures ne date pas d'aujourd'hui. Ne devrait-il pas y avoir une peinture particulière qui laisse le TiO2 en contact avec l'atmosphère libre sans l'engluer dans le polymère ?
Merci pour l'info.
Il nous reste encore à trouver le savant qui nous permette de savoir comment calculer une pression due à cette activité catalytique

[Daumic]

Encore un progrès et j'avoue que cet article m'a particulièrement intéressé ayant été en charge de pb d'odeurs à une certaine époque de ma vie professionnelle.
Avec une telle approche de l'activité catalytique du TiO2 serait-ce la fin des odeurs de vestiaires dans les stades les ayant peints avec un tel revêtement ? On peut d'autant plus en rêver que les seuils d'olfaction des produits odorants sont souvent de l'ordre du ppb et les concentrations typiques de l'ordre de quelques dizaines de ppb. Il faudrait, en revanche, que les vestiaires soient éclairés, en naturel ou artificiel, aussi en dehors des heures d'occupation.
Je suis cependant intrigué car l'utilisation de TiO2 dans les peintures ne date pas d'aujourd'hui. Ne devrait-il pas y avoir une peinture particulière qui laisse le TiO2 en contact avec l'atmosphère libre sans l'engluer dans le polymère ?
Merci pour l'info.
Il nous reste encore à trouver le savant qui nous permette de savoir comment calculer une pression due à cette activité catalytique

Je rappelle les éléments de la discussion :
- Est-il possible de réduire la concentration du méthane atmosphérique par un revêtement photocatalytique à base de TiO2 ?
- Y a-t-il un intérêt à appliquer ce revêtement sur des pales d’éoliennes plutôt que sur des surfaces statiques ?
- La combustion catalytique du méthane sur la surface traitée peut-elle générer une légère surpression ?

En ce qui concerne le dernier point de la discussion, il me semble que le plus simple serait de faire un test réel plutôt que se lancer dans des calculs complexes au résultat assez aléatoire.

Un test réel pose le problème de la porosité du matériau catalytique. La formation de radicaux hydroxyl peut se faire dans des pores s’ils sont suffisamment près de la surface des grains de TiO2 pour recevoir les rayons UV de la lumière solaire. Les réactions d’oxydation dans les pores ne sont pas favorables à la création d’une surpression. Pour sortir des pores, les produits de réaction ont de multiples chocs en tout sens avec le matériau solide. Les impulsions échangées dans ces conditions ne peuvent pas créer une surpression.

Un matériau compact, sans pores, présente une surface spécifique plus faible qu’un matériau poreux, et donc aura une activité catalytique plus faible. Mais cette activité catalytique restera tout à fait suffisante en regard de la faible concentration du méthane atmosphérique. Avec un matériau compact, l’oxydation du méthane atmosphérique devrait se faire majoritairement à la surface du matériau et non dans des pores. Cette situation devrait être plus favorable pour la création d’une surpression.

[yves25]

A titre d'information, une remise en perspective de la discussion présente:
http://www.globalmethane.org/documen...ysis_fs_en.pdf

[invitec95f676f]

Bien raisonné.
Je m'interroge toujours sur la manière de réaliser un tel revêtement.
En effet, pour qu'il puisse tenir, comme une peinture, il doit y avoir un liant, une résine qui le maintiennent en place. Or cette résine ne va-t-elle pas revêtir le TiO2 aussi, l'isolant de l'atmosphère ?
Voilà des décennies que de telles peintures sont réalisées, c'est d'ailleurs la principale raison de production du TiO2, n'y aurait-il pas parmi les participants au forum un spécialiste des peintures qui pourrait répondre sur ce point ?
Il est en effet simple de réaliser une manip avec du TiO2 dans une nacelle et d'analyser la composition du flux avant et après passage dessus d'un mélange comportant du méthane, c'est autre chose de le faire avec un revêtement.
Mais peut-être me compliqué-je la vie et une peinture basique au TiO2 fonctionne-t-elle parfaitement.

[Daumic]

A titre d'information, une remise en perspective de la discussion présente:
http://www.globalmethane.org/documen...ysis_fs_en.pdf

Yves25 rappelle que la lutte contre l’effet de serre dû au méthane passe d’abord par la réduction des fuites dans les installations industrielles. Cette approche est nécessaire. Mais je reste persuadé que la combustion catalytique du méthane atmosphérique par des revêtements à base de TiO2 peut être un complément intéressant pour contrôler la teneur en méthane de l’air.

Ces revêtements appliqués sur les pales d’éolienne pourraient avoir un autre effet : leurs propriétés autonettoyantes permettraient de réduire la fréquence des opérations de nettoyage des pales. L’article (http://www.maisonapart.com/edito/aut...ennes-6806.php) montre en effet que les pales d’éolienne sont souvent confrontées à des dépôts d’insectes morts qui réduisent considérablement les performances des aérogénérateurs. Le seul remède à ces salissures est actuellement d’attendre la pluie ou de procéder à un nettoyage des pales. Un revêtement à base de TiO2 déposé sur les pales permettrait peut-être d’éliminer automatiquement ces salissures.

[invitec95f676f]

Là nous ne sommes plus dans l'élimination du méthane et nous n'avons pas d'éléments nous permettant de dire que les cadavres d'insectes seraient dégradés. Si cela était ce serait tout au plus un "side effect", qui est hors sujet de ce forum.

[Daumic]

Là nous ne sommes plus dans l'élimination du méthane et nous n'avons pas d'éléments nous permettant de dire que les cadavres d'insectes seraient dégradés. Si cela était ce serait tout au plus un "side effect", qui est hors sujet de ce forum.

L’article suivant montre que les revêtements à base de TiO2 sont capables de dégrader des dépôt de matière organique solide :
http://www.postech.ac.kr/see/art/jou...ia%2010-16.pdf

Ces peintures devraient donc être capables de dégrader des dépôts d’insectes morts.

Ce fait n’est pas hors sujet si le projet de dégrader le méthane atmosphérique par des peintures autonettoyantes appliquées sur des éoliennes se concrétise.

[Daumic]

Bien raisonné.
Je m'interroge toujours sur la manière de réaliser un tel revêtement.
En effet, pour qu'il puisse tenir, comme une peinture, il doit y avoir un liant, une résine qui le maintiennent en place. Or cette résine ne va-t-elle pas revêtir le TiO2 aussi, l'isolant de l'atmosphère ?
Voilà des décennies que de telles peintures sont réalisées, c'est d'ailleurs la principale raison de production du TiO2, n'y aurait-il pas parmi les participants au forum un spécialiste des peintures qui pourrait répondre sur ce point ?
Il est en effet simple de réaliser une manip avec du TiO2 dans une nacelle et d'analyser la composition du flux avant et après passage dessus d'un mélange comportant du méthane, c'est autre chose de le faire avec un revêtement.
Mais peut-être me compliqué-je la vie et une peinture basique au TiO2 fonctionne-t-elle parfaitement.

Les peintures autonettoyantes à base de TiO2 ont une structure complexe : des grains de TiO2 piégés dans une matrice de fibres de silice. Cette structure peut nuire à la mesure de l’éventuelle surpression générée par la combustion catalytique du méthane atmosphérique. La combustion du méthane peut en effet se produire sur toute la surface des grains de TiO2 pourvu qu’elle soit exposée à l’air et à la lumière solaire. Si la combustion du méthane se produit sur toute la surface du grain de TiO2, les impulsions déposées sur le grain solide se neutralisent mutuellement et ne peuvent pas créer de surpression. Les peintures à base de TiO2 ne sont peut-être pas finalement le meilleur matériau pour vérifier l’existence d’une surpression générée par le méthane atmosphérique.

Le plus simple pour vérifier l’existence d’une surpression crée par la combustion catalytique du méthane atmosphérique serait, je crois, d’utiliser une tôle de titane. Le titane, au contact de l’air, se comporte comme l’aluminium : il se forme un film compact d’oxyde TiO2 à la surface du métal. Si la face arrière de la tôle est protégée par un revêtement étanche à l’air, l’activité catalytique du TiO2 ne devrait se manifester que sur une seule face de la tôle. La régularité de la couche d’oxyde devrait garantir que les impulsions crées par les produits de combustion ne se neutralisent pas. Dans ces conditions, on devrait pouvoir vérifier l’existence d’une surpression crée par la combustion catalytique du méthane atmosphérique.