Oxydation de la suie par un conducteur ionique : la zircone-yttriée

Depuis 2011 (norme EURO 5), l'utilisation d'un filtre a particules (FAP) a l'echappement de tous les vehicules Diesel est obligatoire. La presence du FAP permet de grandement diminuer les emissions de particules. Cependant, le filtre doit etre regenere apres un certain temps d'utilisation. Cette etude porte sur l'utilisation d'un catalyseur conducteur ionique : la zircone yttriee (YSZ) pour oxyder la suie. Cette ceramique, stable chimiquement et thermiquement, est capable d'oxyder la suie via les ions oxygenes de son reseau selon un mecanisme electrochimique de type pile a combustible [1]. Afin de preciser le mecanisme d'oxydation des suies par les ions oxygenes, nous avons realise des observations in-situ, a l'aide d'un microscope electronique en transmission environnemental (METE, FEI TITAN), d'un melange de suie et de catalyseur. Chauffe a 550°C sous vide, aucune oxydation de la suie n'a ete observee. Une faible pression d'oxygene a ensuite ete introduite, permettant de visualiser in-situ l'oxydation des particules. De nombreuses sequences video ont ete realisees avec une resolution de 1 nm (figure 1). Les resultats soulignent l'importance du contact suie-catalyseur, la reaction d'oxydation se produisant a l'interface suie/catalyseur. Les particules de suie sans contact avec les grains de YSZ ne sont pas oxydees meme apres plusieurs minutes (figure 1, d). Lors de l'oxydation, les particules de suie se deplacent dans la direction du catalyseur et sont consommee a l'interface. Les lignes de contact entre le catalyseur et les particules de suie ont ete estimees entre 20 et 40 nm. Des observations haute resolution ont permis de demontrer que la surface du catalyseur reste inchangee avant et apres oxydation. Les differentes observations de l'oxydation de la suie a l'interface suie-catalyseur confirme l'hypothese selon laquelle le mecanisme d'oxydation fait intervenir les oxygenes du reseau plutot que ceux du milieux gazeux, en bon accord avec des experiences d'echange isotopique de l'oxygene.