Apport de la thermodynamique pour la compréhension du fonctionnement d'une cigarette électronique

Abstract

La cigarette électronique est un outil délivrant de la nicotine en vaporisant un e-liquide. Actuellement, la littérature se focalise sur l'étude des risques pour le consommateur et notamment sur l'analyse chimique de l'aérosol et non sur les processus conduisant à sa génération. Cette thèse a pour objectif principal d'apporter une compréhension de ces processus grâce à la thermodynamique puis d'en proposer une modélisation. L'étude expérimentale porte sur l'influence des paramètres du vapotage sur la quantité de liquide vaporisé par rapport à la puissance appliquée. Trois régimes de vaporisation sont observés: un régime de préchauffe ne générant pas d'aérosol, un régime optimal limité par une puissance minimale et une maximale et un régime de surchauffe qui sont reliées aux flux de déclenchement et critique de l'ébullition nucléée. La notion de flux critique s'avère être une limite de fonctionnement à partir de laquelle le risque pour le consommateur augmente significativement. Ensuite, le modèle développé est construit sur un schéma en trois étapes : 1) ébullition du e-liquide ; 2) mélange adiabatique de la vapeur générée avec de l’air frais ; 3) transport du mélange qui en résulte. Les résultats de simulation présentent un accord qualitatif avec les mesures expérimentales. Ils montrent également que la distribution en taille et en composition de l'aérosol généré est fortement dépendante de chacune de ces étapes.