Détermination des produits de décomposition et des mécanismes réactionnels des mélanges gazeux à base d'Heptafluoro-isobutyronitrile, dioxyde de carbone et oxygène utilisés comme gaz d'isolation et de coupure dans les disjoncteurs haute tension

L'objectif du projet g³ est d'étudier les sous-produits de décomposition générés sous contrainte d'arc électrique dans la chambre de coupure des disjoncteurs haute tension. Le mélange gazeux (C4F7N - CO2 - O2), appelé g³, est utilisé comme substitut au SF6, gaz à PRG élevé (24 900 selon le Protocole de Kyoto de 1999). Après chaque essai de coupure, des échantillons de gaz pollués sont collectés, puis analysés et quantifiés via TCD-GC-MS et FTIR. Les principaux sous-produits identifiés sont : CO, COF2, CF4, C2F6, C3F8, CF3CN, C2F5CN et (CN)2. La variation du facteur de réponse (Rf) met en évidence le vieillissement de la colonne GC et la nécessité d'un étalonnage périodique. Des calculs DFT ont été réalisés pour comprendre les mécanismes réactionnels du mélange g³ (C4F7N - CO2 - O2). Les interactions de C4F7N avec O2 et l'oxygène atomique, ainsi que les dissociations moléculaires, ont été étudiées. Parmi les réactions de dissociation,C4F7NO → C3F3NO + CF4 et C4F7NO → C2F5CN + CF2O sont thermodynamiquement favorables, avec des barrières énergétiques respectives de 91,7 et 90,8 kcal/mol. La seconde partie du projet porte sur l'hydrolyse de C4F7N, combinant expériences et chimie quantique. Trois cas d'étude ont été menés, faisant varier l'humidité et les tamis moléculaires (zéolite et dessiccants organiques). Les zéolites ont généré des cristaux aciculaires, tandis que les dessiccants organiques ont produit des cristaux en paillettes, avec un rendement supérieur. Dans les deux cas, une élimination rigoureuse de l'humidité s'est avérée essentielle. Les cristaux obtenus sont de type amide ou dimère, identifiables via la DSC. L'étalonnage en phase vapeur a été effectué par GC-MS et les calculs thermodynamiques ont permis d'estimer la pression partielle maximale de l'amide. L'hydrolyse implique l'attaque du fluoronitrile par l'eau, générant des produits solides tels que l'amide, le dimère, le trimère, puis le tétramère. Cette étude fournit une base solide pour comprendre les interactions du C4F7N avec l'eau et les sous-produits issus de l'arc électrique, soutenue par une base de données théorique DFT complète.