Production de biocombustibles par densification et pyrolyse de déchets végétaux : vers une approche innovante de bioéconomie circulaire
Year: 2026
Type: dissertation
Abstract: Face aux enjeux de transition énergétique et de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES), la valorisation de la biomasse lignocellulosique constitue une voie prometteuse pour la production de biocombustibles renouvelables. Cette thèse porte sur l’étude des procédés de densification et de pyrolyse en vue d’établir le lien entre les propriétés des biomasses, les paramètres opératoires et les performances des biocombustibles produits. En premier lieu, une étude à l’échelle industrielle a été menée afin de convertir des mélanges de balle de riz et de bois (neem, ayous, acajou) en combustibles densifiés au moyen d’une presse mécanique à piston. L’évaluation de la vitesse d’alimentation, de la granulométrie des intrants et du rapport de mélange a montré que ces paramètres influencent la densité, l’indice de résistance à l’eau, le pouvoir calorifique et la vitesse de combustion des briquettes. Les formulations riches en bois ont en outre présenté des performances supérieures à celles du bois de chauffe conventionnel. Une étude fondamentale en laboratoire a ensuite évalué l’impact de la force de compactage, de la taille des particules et de la composition de mélanges binaires/ternaires sur les propriétés de combustibles monocouches/multicouches produits à partir de sciure d’épinette, de miscanthus et de paille de blé. La réduction de la granulométrie et l’augmentation de la force de compactage et de la teneur en bois ont permis d’améliorer la qualité des briquettes (baisse du taux de cendres, hausses des teneurs en matières volatiles et du pouvoir calorifique). Un concept innovant de briquettes multicouches a en outre été proposé afin de produire des combustibles ayant des performances (densité, résistance aux chocs, temps d’ignition et durée de combustion) supérieures à celles des combustibles monocouches. Des mélanges bois balle de riz ont ensuite été soumis à des analyses thermogravimétriques non isothermes pour étudier leur cinétique de pyrolyse via deux approches isoconversionnelles. Le bois, caractérisé par des énergies d’activation apparentes plus faibles, s’est révélé être plus réactif. Des effets synergiques et inhibiteurs ont toutefois illustré des interactions complexes entre biopolymères et minéraux (la silice inhibant l'émission des produits et le potassium catalysant les réactions de décomposition) lors du traitement de mélanges bois/balle de riz. Ces biomasses ont ensuite été pyrolysées dans un réacteur pilote à vis sans fin pour évaluer l'influence de la température et de la composition des mélanges. Des rendements maximaux en biohuiles ont été obtenus à 500 ºC. Des productions accrues de syngas et de biochars ont été observées lors de l’augmentation de la température et de la teneur en balles de riz, respectivement. La caractérisation des fractions huileuses par spectrométrie de masse à très haute résolution a révélé la présence de milliers de formules moléculaires, dominées par les familles CHO et CHON. Un noyau moléculaire stable et des teneurs élevées en eau ont conduit à obtenir des biohuiles présentant des propensions à former des suies très similaires et négatives. La portée de ce travail a aussi été élargie à l’échelle continentale via une étude exploratoire visant à évaluer le potentiel de valorisation des résidus agricoles en Afrique. Un potentiel énergétique de 8-10 exajoules par an a ainsi été établi, permettant des réductions d'émissions de GES de l’ordre de 15 mégatonnes de CO2 éq. par rapport aux pratiques actuelles de gestion de ces résidus. En somme, cette thèse démontre l’efficacité de la densification et de la pyrolyse pour la valorisation des résidus lignocellulosiques et apporte des contributions fondamentale, appliquée et prospective pour des filières de bioénergie durables.
Source: Espace ÉTS (ETS)
Author: Kamdem, Brice Martial
Language: French
Subfield: Fuel Technology
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7225277913