Brevet FR3026961A1 — publié le 20160415

DISPOSITIF DE CONVERSION CATALYTIQUE PRESENTANT UN TEMPS D'ACTIVATION REDUIT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La présente invention se rapporte à un dispositif de conversion catalytique présentant un temps d'activation réduit destiné à la dépollution des gaz, notamment à la dépollution des gaz d'échappement de véhicule automobile. Les moteurs à combustion interne, notamment les moteurs diesel, produisent des gaz d'échappement contenant des oxydes d'azotes couramment désignés NOx, principalement composé de monoxyde d'azote NO, et du monoxyde de carbone CO. On souhaite réduire ces émissions polluantes. Des systèmes de dépollution sont prévus sur la ligne d'échappement pour traiter les gaz d'échappement, notamment pour réduire les NOx en N2 et oxyder le CO en CO2. Un exemple de système de dépollution comporte un piège à NOx, ou NOx trap. Ce piège comporte un catalyseur de réduction dans les conditions diesel, qui nécessite périodiquement un apport de réducteurs via le moteur (par post injection du carburant), et permet une réduction de 60% à 70 % des NO mais provoque une surconsommation de 2g/km de CO2. Ce piège fonctionne par alternances successives sous régime pauvre et sous régime riche, la première phase correspondant au stockage des NOx dans les effluents gazeux en sortie du moteur, la deuxième phase correspond à leur réduction. Le piège à NOx comporte un support généralement formé à partir d'un mélange d'alumine, de cérine voire de la zircone sur lequel sont déposés successivement un oxyde d'alcalin ou d'alcalino-terreux, par exemple du Ba ou Sr, puis des métaux précieux, par exemple du platine ou du Rhodium. Le Rhodium est majoritairement utilisé pour la réaction de réduction des oxydes d'azote alors que les éléments Platine et Palladium sont actifs pour l'oxydation de CO et des hydrocarbures. 3026961 2 Or, si l'oxydation catalytique des polluants ne pose pas de difficulté au sein du flux gazeux fortement oxydant sortant d'un moteur Diesel, la réduction des NOx en N2 dans un tel milieu n'est pas totale. Il existe d'autres pièges comportant un support en SiC recouverts de 5 métaux précieux formant catalyseurs. Le SiC offre l'avantage de présenter une bonne conductivité thermique ce qui permet une montée en température rapide des catalyseurs qui sont actifs pour des températures comprises environ entre 150°C et 600°C, la montée en température étant provoquée par la chaleur des gaz d'échappement. Or cette bonne conductivité thermique a pour inconvénient de provoquer également une baisse rapide 10 de la température du support des catalyseurs. Par ailleurs, le SiC est un matériau fragile et d'un coût important. Il existe des convertisseurs catalytiques décrits dans le document US 6 986 247 comportant un générateur thermoélectrique pour produire de l'électricité à partir de la chaleur des gaz d'échappement et utiliser cette électricité pour chauffer les 15 catalyseurs lorsque le véhicule est froid afin de réduire le temps d'activation des catalyseurs. Ces convertisseurs sont de réalisation complexe et mettent en oeuvre un générateur thermoélectrique et des moyens pour stocker l'électricité produite par le générateur thermoélectrique. EXPOSÉ DE L'INVENTION 20 C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif de conversion catalytique présentant une efficacité de conversion améliorée et étant de réalisation simplifiée par rapport aux dispositifs de l'état de la technique. Le but précédemment énoncé est atteint par un dispositif comportant un support, par exemple en céramique, une couche de matériau isolant thermique sur le 25 support et une couche de SiC poreux sur la couche de matériau isolant et un ou des catalyseurs sur la couche de SiC poreux. Ainsi on bénéficie de la bonne conductivité thermique du SiC mais sans avoir à gérer sa fragilité puisqu'il ne forme pas le support. Grâce à la bonne conductivité thermique du SiC, la montée en température lors du démarrage est rapide. De plus du fait 3026961 3 de l'isolant thermique entre le support et le SiC, la chaleur est stockée dans le SiC, ce qui permet de maintenir la température pendant tout le fonctionnement ou au moins ralentir la baisse de température, ainsi les catalyseurs peuvent être maintenus dans un état d'activation ou à une température proche de l'activation, leur réactivation peut alors être 5 rapide. De manière avantageuse, le ou les catalyseurs sont déposés par dépôt chimique en phase vapeur, ce qui offre l'avantage d'abaisser la température d'activation du ou des catalyseurs, par exemple de 15°C. En d'autres termes, on réalise un convertisseur catalytique dans lequel 10 le support est dans un matériau résistant et de coût réduit et on réalise uniquement une couche en SiC qui assure la "thermalisation" du ou des catalyseurs assurant une activation plus rapide et plus durable de ceux-ci, ce qui permet de traiter très rapidement les gaz d'échappement au démarrage du moteur et d'assurer un traitement continu ou sensiblement continu des gaz. Ainsi la quantité de polluants contenue dans les gaz 15 d'échappement effectivement rejetée dans l'air est sensiblement réduite par rapport à la quantité rejetée avec les dispositifs de l'état de la technique. La présente invention a alors pour objet un dispositif de conversion catalytique comportant: un support en céramique muni d'au moins une surface, 20 une barrière thermique comportant au moins un matériau isolant thermique recouvrant au moins une partie de ladite surface du support, du SiC poreux recouvrant au moins en partie la barrière thermique de sorte que le SiC soit séparé du support par la barrière thermique, - un ou des catalyseurs de conversion au moins sur le SiC poreux. 25 La barrière thermique peut comporter au moins une couche, ladite couche étant dans au moins l'un des matériaux choisis parmi le TiN, le YSZ, le AIZ, TiAIN. Avantageusement, une couche tampon est interposée entre le SiC et le ou les catalyseurs. Le ou les matériaux de la couche tampon peuvent être choisis parmi Ce02, Zr02, A1203, BaCO3. 3026961 4 Le ou les catalyseurs peuvent être choisis parmi le Pt, Pd, Rh, Ag et une combinaison de ces métaux. Dans un exemple avantageux, le support est en cordiérite ou en mulite. Le support peut comporter des canaux, la surface du support étant 5 formée par la surface intérieure des canaux. Le SiC poreux présente avantageusement une porosité comprise entre 55% et 70%, de préférence entre 60% et 65%. La présente invention a également pour objet un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant au 10 moins un dispositif de conversion catalytique selon l'invention. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif de conversion catalytique selon l'invention comportant les étapes: a) réalisation d'un support en céramique, b) formation d'une barrière thermique sur au moins une partie d'une 15 surface dudit support, c) formation de SiC poreux sur au moins une partie de ladite barrière thermique, d) formation d'un ou de plusieurs catalyseurs de conversion sur le SiC. L'étape d) a avantageusement lieu par dépôt chimique en phase vapeur. 20 Lors de l'étape d) des catalyseurs d'oxydation et des catalyseurs de réduction peuvent être déposés. Les catalyseurs d'oxydation et les catalyseurs de réduction sont par exemple déposés lors de sous-étapes différentes. Lors de l'étape b), une couche continue de SiC peut être formée puis ladite couche continue subit une étape de porosification, par exemple par chauffage 25 entre 800°C et 1100°C. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels: 3026961 5 - la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de support de conversion catalytique selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'une zone du dispositif de conversion catalytique de la figure 1. 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir un exemple de dispositif de conversion catalytique selon l'invention. Le dispositif est destiné à être disposé dans un conduit d'échappement et à être traversé par l'ensemble du débit d'échappement. Le dispositif comporte une pluralité de canaux 2 s'étendant dans la direction du flux de gaz 10 d'échappement. Les gaz d'échappement entrent en contact avec la surface intérieure des canaux qui comportent des catalyseurs provoquant la conversion par exemple des NOx en N2 et du CO en CO2. Dans l'exemple représenté, les canaux ont une section transversale carrée mais ils pourraient présenter une section hexagonale de sorte à se rapprocher d'une structure en nid d'abeille. Plus généralement les canaux présentent une section 15 polygonale. Par ailleurs toute autre forme permettant un bon contact entre les gaz et le dispositif convient. En variante, le dispositif pourrait comporter des canaux dont l'une de leurs extrémités serait obturée. Par exemple un canal, comportant une extrémité longitudinale obturée, serait entouré par des canaux comportant une extrémité 20 longitudinale opposée qui serait obturée afin de forcer le gaz à traverser la paroi des canaux, celles-ci étant poreuses. Cette structure a pour effet d'augmenter le temps de présence des gaz dans le dispositif et donc d'augmenter la quantité de polluants convertis. Sur la figure 2, on peut voir une vue en coupe de la paroi d'un canal 2 25 représentée schématiquement. Le dispositif comporte un support 4 en matériau céramique tel qu'en mulite, cordiérite ou en céramique isotrope, le support forme le squelette du dispositif et comporte une pluralité de canaux parallèles les uns des autres. Le support est par exemple en matériau poreux avec une porosité comprise entre 30% et 70%. 3026961 6 La céramique du support est choisie de sorte à être moins fragile que le SiC et à présenter avantageusement un coût de revient réduit par rapport au SiC. En outre, le matériau du support 4 est isolant électrique et thermique. La mulite et la cordiérite ont une conductivité thermique faible 5 inférieure à 1 W.m.K. Le dispositif comporte une barrière thermique 6 sur le support 4, la barrière thermique 6 comportant un ou des matériaux isolants thermiques 6, ces matériaux isolants thermiques recouvrant au moins en partie le support 4. La barrière thermique 6 peut comporter une ou plusieurs couches de matériaux isolants thermiques. 10 Le dispositif comporte également du SixCy poreux 8, avec 0 REVENDICATIONS1. Dispositif de conversion catalytique comportant: un support (4) en céramique muni d'au moins une surface une barrière thermique (6) en au moins un matériau isolant thermique recouvrant au moins une partie de ladite surface du support (4), du SiC poreux (8) recouvrant au moins en partie la barrière thermique (6) de sorte que le SiC (8) soit séparé du support par la barrière thermique (6), un ou des catalyseurs (12) de conversion au moins sur le SiC poreux. 2. Dispositif de conversion catalytique selon la revendication 1, dans lequel la barrière thermique comporte au moins une couche, ladite couche étant dans au moins l'un des matériaux choisis parmi le TiN, le YSZ, le AIZ, TiAIN. 3. Dispositif de conversion catalytique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une couche tampon (10) est interposée entre le SiC (8) et le ou les catalyseurs (12). 4. Dispositif de conversion catalytique selon la revendication 3, dans lequel le ou les matériaux de la couche tampon (10) sont choisis parmi Ce02, Zr02, A1203, BaCO3. 5. Dispositif de conversion catalytique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le ou les catalyseurs (12) sont choisis parmi le Pt, Pd, Rh, Ag, une combinaison de ces métaux. 6. Dispositif de conversion catalytique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le support (4) est en cordiérite ou en mulite. 3026961 12 7. Dispositif de conversion catalytique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le support (4) comporte des canaux (2), la surface du support (4) étant formée par la surface intérieure des canaux (2). 5 8. Dispositif de conversion catalytique selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le SiC poreux (8) présente une porosité comprise entre 55% et 70%, de préférence entre 60% et 65%. 9. Dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à 10 combustion interne comportant au moins un dispositif de conversion catalytique selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Procédé de réalisation d'un dispositif de conversion catalytique selon l'une des revendications 1 à 8, comportant les étapes: 15 a) réalisation d'un support en céramique, b) formation d'une barrière thermique sur au moins une partie d'une surface dudit support, c) formation de SiC poreux sur une partie au moins de ladite barrière thermique, 20 d) formation d'un ou de plusieurs catalyseurs de conversion sur le SiC. 11. Procédé de réalisation selon la revendication 10, dans lequel l'étape d) a lieu par dépôt chimique en phase vapeur. 25 12. Procédé de réalisation selon la revendication 10 ou 11, dans lequel lors de l'étape d) des catalyseurs d'oxydation et des catalyseurs de réduction sont déposés, et dans lequel les catalyseurs d'oxydation et les catalyseurs de réduction sont déposés lors de sous-étapes différentes. 3026961 13 13. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel lors de l'étape b), une couche continue de SiC est formée puis ladite couche continue subit une étape de porosification, par exemple par chauffage entre 800°C et 1100°C. 5