Tesi sul tema "Pyrolyse du bois"
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Grioui, Najla. "Etude thermocinétique de la pyrolyse du bois : application à la pyrolyse du bois d'olivier". Nancy 1, 2006. http://www.theses.fr/2006NAN10111.
Abstract (sommario):
Une étude théorique et expérimentale de la thermocinétique de la pyrolyse des particules de bois thermiquement épaisses est développée. Les caractéristiques thermophysiques du bois d'olivier à savoir la masse volumique apparente, la densité, la porosité. La perméabilité et la conductivité thermique ont été déterminées expérimentalement par différentes méthodes de mesure. Les mesures cinétiques sont réalisées de manière isotherme au sein d'une thermobalance dans un intervalle de température compris entre 498 K et 648 K. Les courbes expérimentales obtenues sont interprétées par un modèle cinétique il plusieurs étapes de décomposition qui permet de représenter de manière très satisfaisante les résultats expérimentaux. Le couplage du modèle cinétique avec l’équation de conservation de l'énergie permet d'obtenir une équation différentielle décrivant l'évolution de la température il l'intérieur du morceau cylindrique de bois. Cette équation est résolue en utilisant une méthode purement implicite des différences finies. Le modèle élaboré est tout d'abord validé avec plusieurs données expérimentales disponibles dans la littérature, puis appliqué à la carbonisation d'une particule cylindrique de bois d'olivier dans différentes conditions opératoires pour déterminer l’effet de la température du réacteur et de l’épaisseur de la particule sur l'évolution du profile de la température et de la masse résiduelle à l’intérieur de la particuleA theoretical and experimental study of thermo-kinetic of this wood particles pyrolysis has been developed. The thermophysical properties of the olive wood such as apparent density, porosity, permeability and thermal conductivity have been determined experimentally by different measurement methods. A kinetic measurements are carried out by thermogravimetric analysis in isothermal mode in the temperature range between 498 K and 648 K. The experimental curves obtained are interpreted by a kinetic model based on several decomposition stages. The kinetic model coupled with energy conservation equation leads to a non linear equations system which has been solved iteratively by using an implicit finite differences method. The obtained results are in good agreement with the available experimental data. The developed model is then applied to the pyrolysis of a cylindrical olive wood particle in different operating condition to simulate the effect of the reactor temperature and the particle size on the evolution of the temperature profile as well as the residual mass inside the thick particle
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Donnot, André. "Craquage catalytique de goudron de pyrolyse du bois". Nancy 1, 1989. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1989_0298_DONNOT.pdf.
Abstract (sommario):
Sélection d'un bon catalyseur de la réaction de pyrolyse des goudrons provenant de la pyrolyse d'écorces de pin. Etude des caractéristiques cinétiques de gazéification en présence de dolomie décarbonatée et recarbonatée. Mesure de la surface spécifique et de l'absorbtion du CO2
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Quirino, Waldir Ferreira. "Valorisation énergétique de déchets de bois par pyrolyse étagée". Nancy 1, 2000. http://www.theses.fr/2000NAN10220.
Abstract (sommario):
L'objectif de la recherche est de préciser dans quelle mesure la valorisation énergétique de déchets de bois peut être envisagée par pyrolyse étagée qui peut permettre de réduire le volume d'un effluent à traiter contrairement à la combustion directe ou la gazéification qui nécessitent un traitement de la totalité de l'effluent gazeux. La valorisation par pyrolyse est examinée sur trois déchets : un bois recouvert de résine urée-formol, un bois imprégné de créosote et un bois imprégné d'une solution saline à base de cuivre, chrome, arsenic. Pour ces trois types de déchets la pyrolyse étagée parait être la meilleure voie de valorisation. En effet, la créosote peut être totalement évaporée à 280°C alors que le taux de dégradation du bois reste inférieur à 10%. De même à 280°C, la résine UF peut être dégradée à plus de 90% avec un taux de gazéification de l'azote organique supérieur à 70%. Enfin en opérant à 400°C, il est possible de gazéifier le bois à plus de 60% tout en maintenant les trois éléments CU, CR, AS au sein du résidu solide. En définitive, la pyrolyse étagée est la voie de valorisation énergétique optimale d'un dêchet de bois à condition qu'il puisse être trié et que la température optimale de dégradation soit sensiblement extérieure au domaine de température de dégradation du bois.
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Ratte, Julien. "Modélisation d'un réacteur de pyrolyse lente de bois pollué". Pau, 2009. http://www.theses.fr/2009PAUU3019.
Abstract (sommario):
La pyrolyse lente est une solution d'élimination et de valorisation, des déchets de bois, qu’ils soient traités ou non. Il s’agit d’une solution de traitement respectueuse de l’environnement basée sur la dégradation thermique de la matière organique. Un modèle mathématique incluant les transferts de chaleur et de masse et les réactions chimiques de dégradation thermique d’une particule de bois a été créé. Une particule sphérique est chauffée par un flux convectif d’azote. L’avancée du procédé est caractérisée par trois grandes étapes : 1) Séchage de l’échantillon; 2) Chauffe de l’échantillon jusqu’à l’amorçage des réactions de pyrolyse; 3) Pyrolyse et production de char et de matières volatiles. Le modèle mathématique repose sur le concept de la méthode de la prise de moyenne volumique et permet de décrire les profils internes de plusieurs variables (température, humidité, concentration en bois). Ce dernier a été ensuite injecté dans un modèle global de réacteur industriel. Le but final est créer un outil d’aide au dimensionnement et à l’optimisation d’unité de traitement de déchets de bois industrielleThe slow pyrolysis is a solution of elimination and valuation of waste waste, that they are treated or not. It is an environment-friendly solution of treatment based on the thermal degradation of the organic matter. A mathematical model including the transfers of heat and mass and the chemical reactions of thermal degradation of a wooden particle was built. A spherical particle is warmed by a convective stream of nitrogen. The overall process is characterized by three big stages: 1) Drying of the sample; 2) Heating of the sample until the reactions of pyrolysis start; 3) Pyrolysis and production of char and volatile matters. The mathematical model is based on the concept of the method of volume averaging and allows to describe the internal profiles of several variables (temperature, moisture, wood concentration). This last one is then injected in a global model of industrial reactor. The final purpose is to build a tool to assist in designing and optimizing of industrial unit of wood waste
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Senga, kiesse Silao Esperance. "Valorisation énergétique des déchets de bois traités par voies thermochimiques (pyrolyse et hydroliquéfaction) : Application aux bois traités aux sels de CCB (cuivre-chrome-bore)". Phd thesis, Ecole des Mines de Nantes, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00813887.
Abstract (sommario):
Les déchets de bois traités représentent 27% du gisement des déchets dangereux en France. Ces déchets sont incinérés dans des installations classées pour la protection de l'environnement (ICPE). Néanmoins, leur incinération nécessite des équipements robustes et coûteux pour le lavage des gaz et des fumées toxiques. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif d'élaborer et de mette en oeuvre d'autres voies de valorisation énergétique des déchets de bois traités par des procédés thermochimiques. Pour cela, les procédés de pyrolyse et d'hydroliquéfaction ont été mis en oeuvre principalement pour la valorisation énergétique des déchets de bois traités aux sels de CCB (cuivre-chrome-bore) qui représentent 8750 tonnes/an en France. Le bois imprégné de sels de CCB dans nos laboratoires conformément au traitement industriel, a été étudié afin de maîtriser le bilan des métaux dans les différents produits de pyrolyse et d'hydroliquéfaction. Une étude préliminaire de son comportement thermique a été menée par analyse thermogravimétrique dans le but de déterminer l'intervalle de température effectif à sa dégradation massique. Dans cet intervalle de température, les paramètres expérimentaux de pyrolyse lente ont été optimisés pour piéger les métaux dans le charbon. Par la suite, une étude paramétrique par la méthode des plans d'expérience a été réalisée pour la conversion du charbon en bio-huile. De plus, l'optimisation de l'hydroliquéfaction pour la conversion du bois traité en bio-huile a été effectuée. Les résultats montrent que les métaux initialement présents dans le bois traité sont répartis entre la bio-huile et le coke quelque soit la voie de valorisation énergétique empruntée (hydroliquéfaction/pyrolyse+hydroliquéfaction). Cependant la bio-huile présente des caractéristiques proches de celles des biodiesels. L'utilisation de catalyseur au cours de l'hydroliquéfaction du charbon de pyrolyse améliore non seulement la qualité de la bio-huile mais aussi le bilan d'énergie sur le procédé.
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Permadi, Pipin. "Optimisation du traitement thermique appliqué au bois d'oeuvre pour l'amélioration des propriétés des espèces non durables". Compiègne, 2000. http://www.theses.fr/2000COMP1270.
Abstract (sommario):
La torréfaction exploite le principe de la thermodégradation des constituants du bois en l'absence d'oxygène ou très fort défaut d'air. Ce sont d'abord les propriétés énergétiques du bois torréfié qui sont à l'origine des premiers travaux, les aspects bois d'oeuvre ont été développé plus récemment. Ces études montrent que la torréfaction améliore la stabilité dimensionnelle et la durabilité du bois. Les objectifs du présent travail sont doubles : d'une part, évaluer l'influence du traitement thermique sur les propriétés du bois à l'échelle pilote et optimiser les paramètres du traitement thermique à l'échelle laboratoire ; et d'autre part, caractériser les propriétés de ce matériau et préciser ses contraintes de mise en oeuvre. Plusieurs traitements de torréfaction définis par une température et une durée de palier, sont appliqués au bois. Les propriétés physiques (humidité d'équilibre, densité et retrait), mécaniques (Module d'élasticité, rupture à la flexion et rupture à la compression axiale) et durabilité contre les champignons et les insectes ont été déterminés sur chaque échantillon des bois torréfiés. Les essais de mise en oeuvre en condition industrielle ont été réalisés sur des applications caractéristiques des industries du bois. Les résultats montrent que le procédé est basé sur un compromis entre les conditions opératoires du traitement thermique et l'utilisation finale du produit. L'application envisagée pour ce produit, c'est à dire la fabrication d'encadrement de fenêtre est apparue trop ambitieuse. Les tests d'usinage ont montré de nombreuses limites qui devraient imposer de revoir partiellement les systèmes constructifs actuels. Cependant le gain en terme de durabilité et de stabilité dimensionnelle offrent à ce produit des perspectives intéressantes dans plusieurs domaines d'application comme les bardages, mobilier urbain, les murs anti-bruit etc.
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Placet, Vincent Perré Patrick. "Conception et exploitation d'un dispositif expérimental innovant pour la caractérisation du comportement viscoélastique et de la dégradation thermique du bois dans des conditions sévères". [S.l.] : [s.n.], 2006. http://www.scd.uhp-nancy.fr/docnum/SCD_T_2006_0102_PLACET.pdf.
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Rousset, Patrick. "Choix et validation expérimentale d'un modèle de pyrolyse pour le bois traité par haute température : de la micro-particule au bois massif". Paris, ENGREF, 2004. http://www.theses.fr/2004ENGR0018.
Abstract (sommario):
Le traitement thermique du bois est un procédé connu et étudié depuis plusieurs décennies. En dépit de plusieurs travaux disponibles, il reste difficile d’optimiser le gain sur les propriétés recherchées et de mettre en vis-à-vis les pertes sur les qualités que l'on voudrait préserver. Ce constat nous a conduit à mener des études fondamentales pour comprendre les mécanismes mis en jeux lors du traitement thermique. Nous avons adapter un code de simulation qui prend en considération les transferts couplés de chaleur et de masse en y intégrant les cinétiques chimiques. Parallèlement, nous avons cherché à caractériser différents traitements thermiques par spectrométrie en réflexion diffuse dans le proche infrarouge (SPIR). Les résultats montrent que le modèle de pyrolyse couplé au modèle de transport rend compte de la présence de réactions exothermiques et les surpressions internes générées par les gaz produits. La méthode par analyse spectrale a révélé qu’il est possible d’une part de discriminer des échantillons de bois ayant subis différents traitements et d’autre part de retracer l’historique thermique d’une pièce de bois dans son épaisseurThe thermal treatment of wood is a well known process that has been studied for many years. In spite of the large amount of research work injected into this topic, it is still a difficult task to identify the precise loss of product quality that has been incurred as a result of this process. This fact provides the motivation for a fundamental study that explains the mechanisms of thermal treatment. The first objective of this study is to adapt an existing computational model for simulating coupled heat and mass transfer in a porous medium to include the chemical reactions that arise during pyrolysis. Paralleling this work, near infrared spectrometry (NIRS) has been used to characterize large wood samples submitted to different thermal treatments. The results show that the pyrolysis model, when coupled to the comprehensive heat and mass transfer model, is able to account the effect of exothermic reactions on the internal overpressure within the board. NIRS seems to be a promising technique that we believe permits the profiles of degradation to be used to validate the computational model
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Ouartassi, Bajil Zoulalian André. "Etude numérique de la dynamique des transferts couplés au sein d'un milieu poreux". S. l. : Nancy 1, 2009. http://www.scd.uhp-nancy.fr/docnum/SCD_T_2009_0039_OUARTASSI.pdf.
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Bennini, Souad. "Mise au point d'une méthode d'analyse des mécanismes de pyrolyse du bois à haute température à l'aide de matériaux marqués". Toulouse 3, 1989. http://www.theses.fr/1989TOU30147.
Abstract (sommario):
Le travail presente s'inscrit dans une thematique visant a la valorisation de la biomasse vegetale a des fins energetiques. La methode de valorisation choisie est la pyrolyse-flash qui conduit a des gaz combustibles. La maitrise des processus de gazeification, en particulier en vue de l'obtention de gaz propres, necessite une meilleure connaissance des mecanismes de rupture des macromolecules vegetales. Une methode originale d'etude de ces mecanismes est developpee dans ce travail. Elle met a profit la possibilite d'obtenir des lignocelluloses marquees selectivement au niveau de la lignine au cours de la sa biosynthese grace a l'incorporation de divers precurseurs marques. La degradation thermique des lignocelluloses est obtenue par pyrolyse-flash au four a image. L'analyse de la repartition des atomes marques dans les produits de pyrolyse a permis de montrer que la lignine est fortement impliquee dans la formation des goudrons; la part gazeifiee est formee principalement d'hydrogene, d'oxyde de carbone et de methane. La faisabilite de la methode a ete etalie dans des conditions accessibles a l'experimentation au laboratoire. Les conditions de gazeification optimale ont ete determinees et un schema de comportement des echantillons base sur l'application d'un modele thermique simple est propose
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Vîjeu, Rãzvan Andrei. "Étude de la gazéification des déchets de bois : modélisation thermochimique pour la production des combustibles gazeux propres". Nantes, 2009. http://www.theses.fr/2009NANT2017.
Abstract (sommario):
Dans un contexte économique et environnemental favorable au développement des énergies renouvelables, la gazéification s’averre une technologie viable pour la valorisation énergétique des déchets de biomasse et plus particulièrement de bois. Les travaux présentés dans ce rapport font partie d’un axe de recherche plus ample sur la gazéification étagée, dans laquelle les trois phases (séchage/pyrolyse, combustion partielle et réduction) se déroulent dans des réacteurs séparées. L’étude théorique se concentre sur la phase de séchage/pyrolyse et sur la phase de réduction. Le modèle 2D développé pour la phase de séchage/pyrolyse repose sur une méthode nodale de transfert de chaleur et utilise des mécanismes simples pour la décomposition thermochimique du bois et le transfert de masse au sein du réacteur. Un modèle similaire et également développé pour la phase de réduction mais en configuration 1D. Il prend en compte les réactions de gazéification le à l’eau, au dioxyde de carbone à l’oxygène et à l’hydrogène, mais aussi l’équilibre en phase gazeuse par la réaction d’échange eau-gaz. Les deux modèles sont validés en utilisant des données expérimentales obtenues en laboratoire ou de la littérature. Dans le cadre d'une approche purement exploratoire, les connaissances acquises pendant l’étude théorique on permis la conception et la construction d’un gazogène pilote étagé à trois réacteurs, spécialement conçus pour les trois phases de la gazéification. Les données expérimentales obtenues aideront l’optimisation des processus et permettront de proposer les démarches à suivre pour amener l'installation plus proche d'une éventuelle phase pré-commercialeIn the actual economical and environmental context, favorable to the development of renewable energies, gasification proves to be a viable technology for the energetic valorization of biomass waste, and in particular of wood waste. The work presented in this report is part of a wider research oriented on staged gasification, in which the three main phases (drying/pyrolysis, partial combustion and reduction) have their own separate reactors. The theoretical study concentrates on the phases of drying/pyrolysis and reduction. The 2D model developed for the first phase is based on a nodal heat transfer method and uses simple mechanisms for thermal decomposition of wood and for mass transfer within the reactor. A similar model is also developed for reduction but in 1D configuration. It takes into account the reduction reactions with water, carbon dioxide, oxygen and hydrogen and also the water-gas shift reaction for the gas phase equilibrium. The two models are validated using experimental laboratory data or literature data. In a purely exploratory approach, the knowledge acquired during the theoretical study allowed the design and construction of a pilot gasifier, containing three reactors especially developed for the three phases. The experimental data obtained aids the process optimization and highlights the steps to be taken towards an eventual pre-commercial state
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Gauthier, Guillaume. "Synthèse de biocarburants de deuxième génération : étude de la pyrolyse à haute température de particules de bois centimétriques". Phd thesis, Ecole des Mines d'Albi-Carmaux, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00995288.
Abstract (sommario):
La pyrolyse est une étape clé des procédés de synthèse thermochimique des biocarburants de deuxième génération. Notre objectif a été d'améliorer la compréhension des mécanismes impliqués à l'échelle d'une particule. Il apparaît nécessaire en premier lieu d'acquérir de nouvelles données expérimentales en maîtrisant les conditions opératoires, pour dans un second temps valider des modèles. Un dispositif expérimental a été développé pour étudier la pyrolyse d'une particule de bois de taille centimétrique entre 450 et 1050°C. La température interne, la masse et les dimensions de la particule ainsi que les rendements instantanés en gaz ont été suivis en temps réel. Les produits de pyrolyse ont été caractérisés. Le modèle développé dans un système à deux dimensions par l'Université Catholique de Louvain a été utilisé pour décrire les conditions expérimentales et simuler les résultats. Des écarts significatifs entre modèle et expérience ont été observés. La comparaison des données simulées et expérimentales ainsi que l'analyse des résultats d'une étude paramétrique permettent d'identifier des pistes d'amélioration du modèle. Les propriétés thermiques de la particule ont été déterminées expérimentalement. Des corrélations sont proposées pour décrire les variations des chaleurs massiques et des conductivités thermiques du bois et du résidu carboné en fonction de la température de pyrolyse, jusqu'à 1050°C.
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Tran, Trong Tuan. "Comportement au feu des structures bois assemblées par des tourillons en bois densifié". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0298.
Abstract (sommario):
Dans le cadre d’un projet européen, un nouvel assemblage par tourillons densifiés permettant de maintenir des lamelles en bois est en cours de validation au niveau structurel. Ce type d’assemblage possède l’avantage de ne pas utiliser de colles et de permettre de fabriquer des structures de grandes dimensions ne comportant que du bois. Le principe consiste à mettre en place les planches de bois comme souhaité, puis à percer et introduire des tourillons densifiés : sous l’effet de la reprise d’humidité, les tourillons densifiés gonflent et bloquent l’assemblage, rendant la structure rigide. L’utilisation de ce type d’assemblages nécessite une multitude de vérifications de dimensionnement et de comportement à des sollicitations diverses dont les variations thermomécaniques. Ainsi, dans le cadre de ce travail de thèse, l’objectif sera de caractériser le comportement des assemblages lamelles de bois par tourillons densifiées soumises à des contraintes thermo-hydriques importantes, notamment lors d’incendie. Pour ce faire, nous proposons une approche couplée par expérimentations et par modélisation numérique. Les expérimentations permettront dans un premier temps d’acquérir les données de base pour développer le modèle. La modélisation numérique permettra ensuite de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de l’incendie de ces types de structures pour en améliorer les performances. Cela permettra en outre de réduire le nombre d’essais couteux. Le modèle sera validé par des mesures de températures à différentes profondeurs dans la section des lamelles, mais aussi au sein des tourillons densifiés. Ces résultats seront alors confrontés à des essais expérimentaux pour validation sur quelques essais au feu en sollicitations mécaniques. Ce modèle pourra alors être utilisé pour estimer le comportement de structures plus complexes soumises à un incendie et fournir des données de base pour le dimensionnement de bâtiments complets. Les résultats pourront également servir de base pour amender les textes réglementaires tels que l’Eurocode 5As part of a European project, a new assembly using densified dowels to hold wooden slats is currently being validated at the structural level. This type of assembly has the advantage of not using glues and of making it possible to manufacture large-sized structures consisting only of wood. The principle consists of positioning the wooden planks as desired, then drilling and inserting densified dowels: under the effect of moisture absorption, the densified dowels swell and block the assembly, making the structure rigid.The use of this type of assembly requires a multitude of sizing and behavior checks under various stresses, including thermomechanical variations. Thus, within the framework of this thesis work, the objective will be to characterize the behavior of wood lamellar assemblies by densified dowels subjected to significant thermo-hydric stresses, in particular during the fire. To do this, we propose an approach coupled with experiments and numerical modeling. The experiments will first allow the acquisition of the basic data to develop the model. Numerical modeling will then make it possible to better understand the mechanisms involved in the fire of these types of structures in order to improve their performance. This will also reduce the number of expensive trials. The model will be validated by temperature measurements at different depths in the section of the lamellae, but also within the densified dowels. These results will then be compared to experimental tests for validation on a few fire tests under mechanical stress.This model can then be used to estimate the behavior of more complex structures subjected to fire and to provide basic data for the sizing of complete buildings. The results can also serve as a basis for amending regulatory texts such as Eurocode 5
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Le, Brech Yann. "Analyse des mécanismes primaires de pyrolyse de la biomasse". Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0106/document.
Abstract (sommario):
La pyrolyse est le premier mécanisme intervenant dans tous les procédés de conversion thermochimique des solides (combustion, gazéification, pyrolyse). C’est également le plus important, car il contrôle la répartition et la composition des trois types de produits : gaz, charbon, goudrons. La prédiction des produits de pyrolyse et est primordiale pour le développement de procédés de conversion thermochimique. De nombreuses études analytiques ont été réalisées mais la grande hétérogénéité des biomasses étudiées et des conditions de pyrolyse utilisées rend actuellement difficile une approche globale des mécanismes. L’objectif de cette étude a été de réaliser des analyses complémentaires de produits de pyrolyse formés pour une large gamme de températures (200°C à 500°C) en pyrolyse lente (5 K/min) pour différentes biomasses (miscanthus, chêne et douglas) à l’aide d’un lit fixe permettant un contrôle optimal des phénomènes de transfert de chaleur et de matière. De nombreuses méthodes physico-chimiques ont été utilisées pour caractériser les produits formés afin de réaliser un bilan global des mécanismes chimiques de dégradation : Résonance magnétique nucléaire (RMN) du proton 1H et du carbone 13C ; Calorimétrie (DSC) ; Thermogravimétrie ; GC/MS (Gas Chromatography and Mass spectrometry), LC/MS (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry) et spectrométrie de masse à ionisation douce (Single Photo Ionisation SPI). Des techniques originales d’analyses dites ex-situ telles que l’analyse 2D RMN par la méthode HETCOR (Heteronuclear correlation) 1H-13C ainsi que des analyses in-situ en RMN 1H Haute Température ont été mises en placeCurrent research studies focus on biomass thermochemical conversion to produce other energetic vectors more appropriate to be conveyed, such as electricity, gas or liquid products. Pyrolysis is the first mechanism occurring in all thermochemical processes for solid fuels conversion (combustion, gasification, pyrolysis). It controls in a large extent products (gas, condensables and char) distribution and composition. The prediction of pyrolysis products and the understanding of the chemical mechanisms are thus pivotal for developing thermochemical reactors. Extensive work has been conducted for more than one century but the important heterogeneity of biomasses and pyrolysis conditions make it difficult to encompass a global chemical mechanism. The aim of this study is to develop complementary analyses of pyrolysis products. Pyrolysis is conducted in a fixed bed reactor under slow pyrolysis conditions (5 K/min), for a wide range of final temperature (200°C and 500°C) and for different biomasses (miscanthus, douglas and oak). Various analytical methods have been used in order to characterise the pyrolysis products: nuclear magnetic resonance (carbon 13C and proton 1H NMR), Calorimetry, Thermogravimetry, GC/MS (Gas Chromatography and Mass spectrometry), LC/MS (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry) and soft ionization mass spectrometry (Single Photo Ionisation SPI). Original analytical methods such as 2D NMR HETCOR 1H-13C (for the analysis of chemical moieties in char) and high temperature 1H NMR (for in-situ analysis of mobile protons) have been used. The latter allowed a novel characterization of the interaction between biomass and minerals during pyrolysis
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Chhiti, Younes. "Gazéification non catalytique des huiles de pyrolyse de bois sous vapeur d'eau". Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0064/document.
Abstract (sommario):
La production d'énergie à partir de biomasse ligno-cellulosique via la technologie de gazéification est une option intéressante dans le contexte énergétique actuel. La combinaison d‘une pyrolyse rapide décentralisée de la biomasse pour produire les bio-huiles, suivie par le transport et le vaporeformage dans des bio-raffineries, est apparue comme l'une des méthodes économiquement les plus viables pour la production de gaz de synthèse (H2+CO). L‘objectif de ce travail est de combler le manque de connaissances concernant les processus de transformation physicochimique de l‘huile de pyrolyse en gaz de synthèse utilisant la gazéification non catalytique dans des réacteurs à flux entrainé. Il s‘agit d‘un processus complexe, mettant en oeuvre la vaporisation, les réactions de craquage thermique avec formation de gaz, de tars et de deux résidus solides : le char et les suies, qui sont des produits indésirables. Ceci est suivi par le reformage des gaz et des tars, ainsi que la conversion du char et des suies. Pour mieux comprendre le processus, la première étape de la gazéification (la pyrolyse), et par la suite l'ensemble du processus (pyrolyse + gazéification) ont été étudiés. L‘étude de la pyrolyse est focalisée sur l‘influence de la vitesse de chauffe, de la température ainsi que de la teneur en cendres dans la bio-huile, sur les rendements en char, tars et gaz. A très grande vitesse de chauffe le rendement en char est inferieur à 1%. Les cendres semblent favoriser les réactions de polymérisation et provoquent la diminution du rendement en gaz. Concernant la gazéification, l'effet de la température sur le rendement et la composition du gaz de synthèse a été étudié. Une augmentation de la température de réaction implique une augmentation du rendement en hydrogène et une conversion très élevée du carbone solide. Un calcul d'équilibre thermodynamique a montré que l'équilibre a été atteint à 1400°C. Finalement les mécanismes de formation et d‘oxydation des suies ont été étudiés expérimentalement sous différentes atmosphères : inerte (pyrolyse), riche en vapeur d‘eau (gazéification) et en présence d‘oxygène (oxydation partielle). Un modèle semi empirique est proposé et validé. Il est fondé sur la chimie détaillée pour décrire les réactions en phase gaz, une seule réaction basée sur la concentration de C2H2 pour décrire la formation des suies et principalement une réaction hétérogène pour décrire l‘oxydation des suiesEnergy production from ligno-cellulosic biomass via gasification technology appears as an attractive option in the current energy context. The combination of decentralized fast pyrolysis of biomass to produce bio-oil, followed by transportation and gasification of bio-oil in bio-refinery has appeared as one of the most economically viable methods for syngas (H2+CO) production. The objective of this work is to bridge the lack of knowledge concerning the physicochemical transformation of bio-oil into syngas using non catalytic steam gasification in entrained flow reactors. This complex process involves vaporization, thermal cracking reactions with formation of gas, tars and two solid residues - char and soot - that are considered as undesirable products. This is followed by steam reforming of gas and tars, together with char and soot conversion. To better understand the process, the first step of gasification (pyrolysis) and thereafter the whole process (pyrolysis + gasification) were studied. The pyrolysis study focused on the influence of the heating rate, the final pyrolysis temperature and the ash content of bio-oil on char, tars and gas yields. At the higher heating rate char yield is smaller than 1%. In addition, ash seems to promote polymerization reactions and causes a decrease of gas yield. Concerning gasification, the effect of temperature on syngas yield and composition was studied. An increase in the reaction temperature implies higher hydrogen yield and higher solid carbon conversion. A thermodynamic equilibrium calculation showed that equilibrium was reached at 1400°C. Finally, the soot formation and oxidation mechanisms were investigated through experiments in three different atmospheres: inert (pyrolysis), rich in steam (gasification) and in the presence of oxygen (partial oxidation). A semi-empirical model was proposed and validated. It is based on detailed chemistry to describe gas phase reactions, a single reaction using C2H2 concentration to describe soot formation and one main heterogeneous reaction to describe soot oxidation
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Heitz, Michèle. "Liquéfaction par fractionnement de la biomasse". Nancy 1, 1993. http://www.theses.fr/1993NAN10326.
Abstract (sommario):
Cette étude a permis d'établir que la valorisation de la biomasse par liquéfaction par fractionnement est une voie du futur car elle permet la séparation du bois en ses différentes familles favorisant une valorisation individuelle de chacune des fractions et permettant ainsi d'accroitre ou d'optimiser la valeur ajoutée de l'ensemble du traitement. Dans cette perspective, nous avons choisi de traiter différents bois dans des réacteurs en cascade. La combinaison d'un cisaillement élevé, d'une décompression soudaine et d'un effet thermique ont permis une désagrégation et une dépolymérisation partielle des divers polymères. Les solides résiduels dérivés des traitements aqueux-vapeur relatifs aux bois eucalyptus et wapa ont été caractérisés par leur teneur en holocellulose et en lignine, par analyse centesimale, par hydrolyse acide, par oxydation au nitrobenzène, par analyse microscopique, par extraction éthanol-benzène et par le degré de polymérisation de la cellulose. Deux corrélations générales ont pu être observées lors de la liquéfaction du populus trémuloides et du populus deltoides en phase aqueuse i. E. Les niveaux de solubilisation de l'holocellulose et de la lignine ont été reliés à la conversion dans la plage de température comprise entre 150 et 27° et ceci pour des conversions allant jusqu'à 83%. Cette étude a permis également de montrer l'influence de divers solvants sur la liquéfaction du bois et d'amorcer quelques travaux de dépolymérisation sur une lignine de vapocraquage.
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Weiland, Jean-jacques. "Etude physico-chimique du traitement thermique du bois : Optimisation de paramètres du procédé de rétification". Grenoble INPG, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00820822.
Abstract (sommario):
Le bois est un bio polymère qui se distingue des autres matériaux industriels (polymères, métaux) par son origine végétale. Dérive d'un tissu cellulaire, il est hygroscopique, anisotrope, instable dimensionnellement et vulnérable aux attaques biologiques (insectes et champignons). Le procédé de rétification du bois consiste en une pyrolyse ménagée (entre 180 et 250°C) sous atmosphère contrôlée et réduit de façon notable l'hygroscopie, l'instabilité dimensionnelle et la biodégradabilité du matériau traité. Cette étude a mis en évidence des différences de sensibilité thermique entre les feuillus et les résineux. Ces derniers peuvent présenter des taux de résines plus ou moins importants qui influent sur le comportement du matériau au cours de la rétification. Les départs gazeux observes sont attribués à une destruction importante des hemicelluloses et une modification de la lignine. Le bois traité thermiquement est plus hydrophobe que le matériau de départ en raison d'une destruction de groupes hydroxyles des hemicelluloses. La présence d'acide acétique, issu de la dégradation des hemicelluloses à haute température, permet de catalyser les réactions de condensation de la lignine, mais pourrait également contribuer à la dégradation mécanique du matériau. Une étude menée sur le matériau massif a démontré que la structure cristalline de la cellulose n'est pratiquement pas affectée par le traitement thermique. L'augmentation de la résistance aux attaques fongiques semble être due à des réactions de condensation de la lignine. La quantité de composés extractibles (essentiellement des phénols) augmente suite au traitement thermique. Le paramètre fondamental du procédé de rétification est la température de traitement du matériau. Les analyses de la structure chimique du bois, avant et après traitement par spectrométrie drift, mettent en évidence un seuil pour une température de rétification de 240°C.
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Marin, Nicolas. "Étude du comportement thermique et valorisation des déchets du bois". Metz, 2001. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2001/Marin.Nicolas.SMZ0106.pdf.
Abstract (sommario):
Dans le cadre du programme européen Inco-Copernicus « Bioval Network », notre travail a consisté à évaluer quelques méthodes de valorisation du bois (et de ses déchets). Dans un premier temps, nous avons caractérisé les comportements thermiques des échantillons définis dans le réseau (sciures de hêtre, de pin, lignine). En utilisant deux configurations thermogravimétriques différentes, les résultats obtenus sont comparables tant d'un point de vue des températures caractéristiques que des évolutions en masse. Concernant les paramètres cinétiques, les valeurs obtenues sont en accord avec celles de la littérature. Nous avons aussi étudié les comportements thermiques de mélanges bois-polymères. Dans nos conditions, la biomasse se dégrade indépendamment et les interactions entre polymères et biomasse sont limitées. Dans la deuxième partie de ce travail, les résultats de la pyrolyse de bois en autoclave rotatif ont été étudiés. Considérant qu'actuellement, de nombreux composites bois-plastique sont préparés, ou que la valorisation des déchets nécessite le traitement des produits issus de la biomasse et des matériaux plastiques, nous avons aussi analysé les résultats de la copyrolyse bois-plastique en autoclave. En particulier, nous avons insisté sur l'analyse de la fraction des liquides légers (Eb < 180°C, à pression atmosphérique) produite lors de nos expériences. Comme nous l'avons démontré dans ce travail, les mélanges de différents types de biomasse et de polymères polyoléfiniques peuvent être convertis en produits liquides par pyrolyse sous atmosphère inerte en autoclave. L'origine de la biomasse tout comme le type de plastique joue un rôle important sur la distribution finale de produits. Les résultats obtenus démontrent le potentiel du procédé de co-pyrolyse de déchets d'origine lignocellulosique et plastique pour la production de liquides valorisables tant pour la production d'énergie que pour la préparation de bases pétrochimiquesIn the frame of the European program Inco-Copernicus “Bioval Network”, our study consisted in the characterization of the thermal behavior of the samples defined in the network. This was realized by thermal analysis using different experimental conditions. For the second part of this work, results of wood pyrolysis in autoclave were studied. Considering the fact that several biomass-plastic composites are actually prepared, or that waste upgrading needs treatment of biomass products and plastic materials, we also analyzed results of wood-plastic copyrolysis in autoclave. In particular, we insisted on analyzing light liquid fractions (bp < 180° C, under atmospheric pressure) of our experiments. Main results are : using two thermogravimetric configurations, obtained results are comparable so much for characteristic temperatures than for weight evolutions ; concerning kinetic parameters, obtained values are in agreement with those of the literature and the degradation of the studied polymers is independent of wood whatever its origin. This shows that during heating wood-plastic mixture, in TGA conditions, results are additive. As demonstrated in this work, the mixtures of the different types of biomass and polyolefinic polymers can be radically converted to liquid products by pyrolysis under inert atmosphere in the autoclave conditions. The origin of biomass as well as the type of polymers plays an important role on final product distribution. Obtained results demonstrate the potential of wood-plastic copyrolysis process for utilization of lignocellulosic waste in liquid production
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Christodoulou, Mélina. "Pyrolyse de bois dans les conditions d'un lit fluidisé : étude expérimentale et modélisation". Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0200/document.
Abstract (sommario):
Ce travail s'inscrit dans le projet français de gazéification de la biomasse : le projet Gaya. C'est un vaste programme R&D partenarial coordonné par GDF SUEZ et soutenu par l'ADEME. L'objectif du projet Gaya est de développer une filière décentralisée de production de bio-méthane à partir de la gazéification de la biomasse selon un procédé thermochimique de deuxième génération. L'objectif de cette thèse est de réaliser un modèle de pyrolyse de biomasse représentatif des conditions du lit fluidisé de gazéification développé dans ce projet. Un pilote expérimental, le four à image, a été développé pour reproduire au mieux les conditions de chauffage d'un lit fluidisé à 850°C. Ce pilote permet de récupérer l'ensemble des produits de pyrolyse pour une analyse ultérieure. De là, les cinétiques des réactions de pyrolyse sont déterminées par modélisation des processus physico-chimiques et optimisation à partir des résultats expérimentaux. Le craquage des vapeurs primaires de pyrolyse éjectées de la particule de biomasse est étudié durant 300 millisecondes après leur éjection de la particule de biomasse. Ces expériences de craquage sont menées sur le montage expérimental combinant un réacteur tubulaire de pyrolyse et un réacteur parfaitement auto-agité de craquage. Le modèle développé permet de représenter la pyrolyse de la biomasse introduite dans le réacteur de gazéificationThis study contributes to the French biomass gasification project: Gaya project. It is a large R&D project financed by ADEME and coordinated by GDF SUEZ. The project GAYA will develop a demonstration platform for a new biomass gasification and methanation process. In this context, our objective is to build a biomass pyrolysis model, representative of the conditions encountered in the fluidized bed gasifier developed in this project. An experimental machine, the vertical image furnace, has been developed to reproduce the heat conditions of the fluidized bed gasifier at 850°C. This experimental model permits to collect all the pyrolysis products for a later analysis. Then, kinetics parameters are determined from both the physico-chemical process and the optimization of experimental results. The thermal cracking of condensable vapours, is studied during the first 300th milliseconds after their ejection from the biomass particle. For this purpose, cracking experiments are led on the experimental machine which combines a tubular pyrolysis reactor and a continuous self-stirred tank cracking reactor. The model developed allows us to represent the biomass pyrolysis introduced in the gasification reactor
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Rousset, Patrick. "CHOIX ET VALIDATION EXPERIMENTALE D'UN MODELE DE PYROLYSE POUR LE BOIS TRAITE PAR HAUTE TEMPERATURE : DE LA MICRO-PARTICULE AU BOIS MASSIF". Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00106360.
Abstract (sommario):
Le traitement thermique du bois est un procédé connu et étudié depuis plusieurs décennies. Il confère au matériau une meilleure stabilité dimensionnelle et une meilleure durabilité au détriment de ses propriétés mécaniques, notamment de sa résilience. En dépit de plusieurs travaux disponibles, il reste difficile d'optimiser le gain sur les propriétés recherchées et de mettre en vis-à-vis les pertes sur les qualités que l'on voudrait préserver. Ce constat nous a conduit à mener des études fondamentales pour comprendre les mécanismes mis en jeux lors du traitement thermique. Les possibilités offertes en matière de simulation numérique nous permettent de proposer une contribution innovante au problème d'homogénéité du traitement d'une pièce de bois. Elle s'appuiera d'une part sur l'adaptation d'un code de simulation développé pour le séchage du bois en y intégrant les cinétiques chimiques, d'autre part sur l'étude expérimentale du traitement thermique. Parallèlement, nous avons cherché à caractériser ces échantillons de bois massifs soumis à différents traitements thermiques par spectrométrie en réflexion diffuse dans le proche infrarouge (SPIR). Les résultats montrent que le modèle de pyrolyse couplé au modèle de transport rend compte des différents événements caractéristiques se déroulant durant le traitement thermique, c'est-à-dire la présence de réactions exothermiques et les surpressions internes générées par les gaz produits. La méthode par analyse spectrale a révélé qu'il est possible d'une part de discriminer des échantillons de bois ayant subis différents traitements et d'autre part de retracer l'historique thermique d'une pièce de bois dans son épaisseur. La SPIR semble ainsi une technique prometteuse qui devrait permettre de valider les profils de dégradation simulés par le code de calcul. Elle devait offrir également des perspectives intéressantes en matière de contrôle qualité des bois traités à haute température pour le couplage des propriétés physiques et mécaniques du nouveau matériau à sa composition chimique.
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Lin, Bo-Jhih. "Études de bois traités par pyrolyse douce dans un réacteur semi-industriel pour une production de matériaux durable : comportement thermique, changements de propriétés et modélisation cinétique". Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0023/document.
Abstract (sommario):
La pyrolyse douce est un procédé prometteur et largement utilisé, mené à une température de 200 à 300 °C dans une atmosphère inerte afin de produire des matériaux durables (bois traité thermiquement) ou des combustibles solides (bois torréfié). Le but de cette étude est d’étudier les bois traités thermiquement dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle pour une production durable de matériaux. Deux essences de bois européennes différentes, une essence de feuillus (peuplier, Populus nigra) et une essence de résineux (sapin, Abies pectinata), sont utilisées pour réaliser les expériences. La présente recherche est divisée en trois parties. Dans la première partie, le comportement thermique des planches de bois est étudié dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle. Les expériences sont effectuées à 200-230 °C avec une vitesse de chauffe de 0.2 °C min-1 dans un environnement sous vide (200 hPa) pour intensifier la dégradation thermique. Quatre étapes différentes de dégradation thermique lors du traitement thermique du bois sont définies, en fonction de l'intensité de la perte de masse différentielle (DML). Les caractéristiques de dévolatilisation du bois traité sont évaluées à l'aide de l'indice de dévolatilisation (ID) basé sur les résultats de l'analyse immédiate. La corrélation de l'ID par rapport à la perte de masse des deux essences de bois est fortement caractérisée par une distribution linéaire, ce qui permet de fournir un outil simple et utile pour prédire la perte de masse du bois. Dans la seconde partie de l’étude, plusieurs analyses (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, diffraction des rayons X, mesure du changement de couleur, teneur en humidité à l’équilibre et angle de contact) ont été réalisées. Les résultats obtenus démontrent clairement la dégradation thermique lors des réactions de déshydratation, de désacétylation, de dépolymérisation et de condensation au cours du traitement thermique. Les phénomènes de changement de couleur et de transformation hygroscopique observés sont illustrés et discutés en détail. La décarbonisation (DC), la déshydrogénation (DH) et la désoxygénation (DO) des bois traités sont également évaluées. Il s'avère que les trois indices peuvent être bien corrélés à la variation de couleur totale et à l'étendue de la réduction de l'hygroscopicité (HRE). Dans la dernière partie de l'étude, une modélisation cinétique du traitement thermique du bois est développée sur la base d’un schéma cinétique en deux étapes. La cinétique obtenue permet de prédire avec succès le rendement en solide de planches de bois lors du traitement dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle. Dans le même temps, une prévision de la composition élémentaire est proposée. Celle-ci est basée sur les analyses élémentaires (ultimes) du bois non traité et du bois traité, ainsi que sur les rendements instantanés en solides. Les résultats indiquent que la prédiction des profils C, H et O est en bon accord avec les changements de composition attendus dans le matériau au cours du traitement. En résumé, les résultats obtenus et la cinétique établie sont propices à l’identification des mécanismes de dégradation thermique du bois et peuvent être utilisés pour le traitement thermique et la conception de réacteurs dans l'industrie afin de produire des matériaux bois adaptés à diverses applicationsMild pyrolysis is a promising and widely applied process conducted at 200-300 °C in an inert condition to produce sustainable materials (i.e. heat treated wood) or solid fuel (i.e. torrefied wood). The aim of this study is to investigate the woods heat treated in a semi-industrial scale reactor for sustainable material production. Two different European wood species, a hardwood species (poplar, Populus nigra) and a softwood species (fir, Abies pectinata), are used to perform the experiments. The present research is divided into three parts. In the first part, the thermal behavior of wood boards is studied in a semi-industrial scale reactor. The experiments are carried out at 200-230 °C with a heating rate of 0.2 °C min-1 in a vacuum condition (200 hPa) to intensify the thermal degradation. Four different stages of thermal degradation during wood heat treatment are defined based on the intensity of differential mass loss (DML). The devolatilization characteristics of treated woods are evaluated by the devolatilization index (DI) based on the results of proximate analysis. The correlation of DI with respect to mass loss of the two wood species is strongly characterized by linear distribution, which is able to provide a simple tool to predict the mass loss of wood. In the second part of the study, a number of analyses, such as Fourier-transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, measurement of color change, equilibrium moisture content, and contact angle) are performed to evaluate the property changes of treated woods. The obtained results clearly demonstrate the thermal degradation through dehydration, deacetylation, depolymerization, and condensation reactions during the heat treatment. The observed phenomena of color change and hygroscopic transformation are illustrated and discussed in detail. The decarbonization, dehydrogenation, and deoxygenation of the treated woods are also evaluated. It is found that the three indexes can be well correlated to the total color difference and hygroscopicity reduction extent (HRE). In the last part of the study, the kinetic modeling of wood heat treatment is developed based on a two-step kinetic scheme. The obtained kinetics successfully predict dynamic solid yield of wood boards during the treatment in the semi-industrial reactor. Meanwhile, the prediction of elemental composition is also performed by a direct method based on the elemental analyses of untreated and treated woods at the end of the treatment, as well as the instantaneous solid yield. The results point out that the prediction of C, H, and O profiles are in good agreement with expected composition changes in the wood materials during treatment. In summary, the obtained results and established kinetics are conducive to recognizing the mechanisms of wood thermal degradation and can be used for heat treatment process and reactor design in industry to produce wood materials for various applications
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Lin, Bo-Jhih. "Études de bois traités par pyrolyse douce dans un réacteur semi-industriel pour une production de matériaux durable : comportement thermique, changements de propriétés et modélisation cinétique". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0023.
Abstract (sommario):
La pyrolyse douce est un procédé prometteur et largement utilisé, mené à une température de 200 à 300 °C dans une atmosphère inerte afin de produire des matériaux durables (bois traité thermiquement) ou des combustibles solides (bois torréfié). Le but de cette étude est d’étudier les bois traités thermiquement dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle pour une production durable de matériaux. Deux essences de bois européennes différentes, une essence de feuillus (peuplier, Populus nigra) et une essence de résineux (sapin, Abies pectinata), sont utilisées pour réaliser les expériences. La présente recherche est divisée en trois parties. Dans la première partie, le comportement thermique des planches de bois est étudié dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle. Les expériences sont effectuées à 200-230 °C avec une vitesse de chauffe de 0.2 °C min-1 dans un environnement sous vide (200 hPa) pour intensifier la dégradation thermique. Quatre étapes différentes de dégradation thermique lors du traitement thermique du bois sont définies, en fonction de l'intensité de la perte de masse différentielle (DML). Les caractéristiques de dévolatilisation du bois traité sont évaluées à l'aide de l'indice de dévolatilisation (ID) basé sur les résultats de l'analyse immédiate. La corrélation de l'ID par rapport à la perte de masse des deux essences de bois est fortement caractérisée par une distribution linéaire, ce qui permet de fournir un outil simple et utile pour prédire la perte de masse du bois. Dans la seconde partie de l’étude, plusieurs analyses (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, diffraction des rayons X, mesure du changement de couleur, teneur en humidité à l’équilibre et angle de contact) ont été réalisées. Les résultats obtenus démontrent clairement la dégradation thermique lors des réactions de déshydratation, de désacétylation, de dépolymérisation et de condensation au cours du traitement thermique. Les phénomènes de changement de couleur et de transformation hygroscopique observés sont illustrés et discutés en détail. La décarbonisation (DC), la déshydrogénation (DH) et la désoxygénation (DO) des bois traités sont également évaluées. Il s'avère que les trois indices peuvent être bien corrélés à la variation de couleur totale et à l'étendue de la réduction de l'hygroscopicité (HRE). Dans la dernière partie de l'étude, une modélisation cinétique du traitement thermique du bois est développée sur la base d’un schéma cinétique en deux étapes. La cinétique obtenue permet de prédire avec succès le rendement en solide de planches de bois lors du traitement dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle. Dans le même temps, une prévision de la composition élémentaire est proposée. Celle-ci est basée sur les analyses élémentaires (ultimes) du bois non traité et du bois traité, ainsi que sur les rendements instantanés en solides. Les résultats indiquent que la prédiction des profils C, H et O est en bon accord avec les changements de composition attendus dans le matériau au cours du traitement. En résumé, les résultats obtenus et la cinétique établie sont propices à l’identification des mécanismes de dégradation thermique du bois et peuvent être utilisés pour le traitement thermique et la conception de réacteurs dans l'industrie afin de produire des matériaux bois adaptés à diverses applicationsMild pyrolysis is a promising and widely applied process conducted at 200-300 °C in an inert condition to produce sustainable materials (i.e. heat treated wood) or solid fuel (i.e. torrefied wood). The aim of this study is to investigate the woods heat treated in a semi-industrial scale reactor for sustainable material production. Two different European wood species, a hardwood species (poplar, Populus nigra) and a softwood species (fir, Abies pectinata), are used to perform the experiments. The present research is divided into three parts. In the first part, the thermal behavior of wood boards is studied in a semi-industrial scale reactor. The experiments are carried out at 200-230 °C with a heating rate of 0.2 °C min-1 in a vacuum condition (200 hPa) to intensify the thermal degradation. Four different stages of thermal degradation during wood heat treatment are defined based on the intensity of differential mass loss (DML). The devolatilization characteristics of treated woods are evaluated by the devolatilization index (DI) based on the results of proximate analysis. The correlation of DI with respect to mass loss of the two wood species is strongly characterized by linear distribution, which is able to provide a simple tool to predict the mass loss of wood. In the second part of the study, a number of analyses, such as Fourier-transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, measurement of color change, equilibrium moisture content, and contact angle) are performed to evaluate the property changes of treated woods. The obtained results clearly demonstrate the thermal degradation through dehydration, deacetylation, depolymerization, and condensation reactions during the heat treatment. The observed phenomena of color change and hygroscopic transformation are illustrated and discussed in detail. The decarbonization, dehydrogenation, and deoxygenation of the treated woods are also evaluated. It is found that the three indexes can be well correlated to the total color difference and hygroscopicity reduction extent (HRE). In the last part of the study, the kinetic modeling of wood heat treatment is developed based on a two-step kinetic scheme. The obtained kinetics successfully predict dynamic solid yield of wood boards during the treatment in the semi-industrial reactor. Meanwhile, the prediction of elemental composition is also performed by a direct method based on the elemental analyses of untreated and treated woods at the end of the treatment, as well as the instantaneous solid yield. The results point out that the prediction of C, H, and O profiles are in good agreement with expected composition changes in the wood materials during treatment. In summary, the obtained results and established kinetics are conducive to recognizing the mechanisms of wood thermal degradation and can be used for heat treatment process and reactor design in industry to produce wood materials for various applications
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Girods, Pierre. "Procédé multi-étagé de valorisation de déchets bois type panneaux de particules". Thesis, Nancy 1, 2008. http://www.theses.fr/2008NAN10026/document.
Abstract (sommario):
L’étude présentée dans ce manuscrit s’inscrit dans les contextes environnementaux de la production d’énergie renouvelable et de la valorisation des déchets à base de bois. Il s’agit de valider et d’optimiser un procédé multi-étagé pour les déchets bois de type panneaux de particules. Dans ces déchets le bois est généralement associé à des résines urée formaldéhyde et mélamine formaldéhyde, composés riches en azote qui conduisent à la production de gaz polluants (ammoniac, acides isocyanique et cyanhydrique, NOx…) lors de leur valorisation énergétique (combustion, pyrolyse, gazéification). Le procédé proposé vise dans un premier temps à éliminer l’azote contenu dans le déchet pour produire un solide de type bois chauffé ou charbon dont la valorisation est envisagée dans un second temps par différents voies. La première étape consiste en une pyrolyse basse température (250°C à 400°C) pendant 3 à 15 minutes et permet d’éliminer environ 70 % de l’azote initial pour les différentes conditions étudiées. Le traitement à 250°C permet d’obtenir un meilleur rendement en solide et donc énergétique. La pyrolyse et/ou la pyrolyse / gazéification à la vapeur d’eau du résidu de la première étape sont ensuite étudiées entre 800°C et 1000°C. Le niveau de température le plus élevé assure le meilleur rendement gazeux et permet de produire un gaz riche en hydrogène et en CO utilisable dans divers procédés de valorisation énergétique. La pyrolyse / gazéification permet de convertir l’ensemble du solide carboné optimisant ainsi l’efficacité énergétique du procédé. En revanche, la simple pyrolyse du solide conduit à une production de gaz moins importante mais permet de piéger une part de l’azote dans le charbon résiduel final. Celui-ci, après une étape d’activation, semble particulièrement bien adapté au piégeage par adsorption du phénol et des composés aromatiques en phase liquide. Ainsi, les travaux effectués montrent qu’un procédé multi-étagé est une voie intéressante pour valoriser des sous-produits bois à faible coût en leur donnant une forte valeur ajoutéeWithin the environmental contexts of power generation and waste disposal, the present works deals with the validation and the optimisation of a multistage thermo chemical process of particleboard waste conversion (enhancement). These wastes are mostly associated with urea formaldehyde and melamine formaldehyde resins which contain a huge amount of nitrogen. Nitrogen causes the production of pollutants such as ammonia, isocyanic acid, cyanhydric acid and NOx… during classical thermo chemical process (combustion, pyrolysis and gasification). The process studied aims in a first time to remove nitrogen species from waste to produce a combustible solid and in a second time to convert this residual solid in a combustible gas. The first step consists in a low temperature pyrolysis (250°C to 400°C) during 3 to 15 minutes and assumes to eliminate 70 % of the initial nitrogen content for all studied conditions. The pyrolysis and/or the pyrolysis / gasification under water of the residue are then studied between 800°C and 1000°C. The higher temperature of reaction (1000°C) improves the production of gases and the energy efficiency of this second step and allow the production of hydrogen and carbon monoxide rich gases. The pyrolysis / gasification under water allows a total conversion of the solid which optimises the energy efficiency of the process. However, the pyrolysis under nitrogen produces a lower amount of gases but helps to catch a part of the nitrogen in the residual char. The char then produced is converted through an activation step, in an active char containing nitrogen functionalities with high adsorption capacities, especially for the trapping of phenol or other aromatic compounds in liquid phase. This multistage is thus a interesting way to enhance low cost raw matter like particleboard waste
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Elamin, Abdelrahman. "Liquéfaction du bois en deux étapes : solvolyse et hydrotraitement". Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD485.
Abstract (sommario):
L'objectif de ce travail est de définir un procédé de liquéfaction du bois en vue d'obtenir un liquide riche en hydrocarbures, pour qu'il soit valorisable comme carburant. Le procédé étudié comporte deux étapes : solvolyse et hydrotraitement catalytique. L’étude de la solvolyse en présence des solvants dérivés de la lignine et d'holocellulose montre qu'il est possible de dissoudre complètement le bois dans des conditions opératoires relativement douces. Parmi les solvants purs ou mélanges binaires de solvants étudiés, c'est le mélange phénol/tétraline qui conduit à une conversion totale du bois et avec une meilleure régénération du mélange, plus de 50 % de l'oxygène du bois a été éliminée lors de la solvolyse. Le rendement de l'huile est de 70 %. L'étape d'hydrotraitement catalytique est pour le but d'éliminer l'oxygène résiduel de l'huile de solvolyse , ce que permettre d'augmenter son pouvoir calorifique et de diminuer la viscosité de l'huile. En présence de la tétraline, à une température de 350°C et une pression initiale d'hydrogène de 9 MPa, l'huile raffinée obtenue est nettement moins oxygénée que l'huile de solvolyse. Parmi les catalyseurs testés, le nickel molybdène sulfuré est le plus efficace. En présence de ce catalyseur, le rendement en huile raffinée est de 55 % par rapport au bois et sa teneur en oxygène ne dépasse pas 2 %. Le pouvoir calorifique de cette huile est de 43 MJ/kg ; il est situé presque au niveau du pouvoir du gazole pétrolier. Ces résultats ont permis de déterminer les conditions opératoires optimales de la solvolyse ainsi que celles de raffinage. L'huile raffinée peut être utilisée comme solvant pour dissoudre le bois, ce qui confirme qu'un procédé de liquéfaction en deux étapes, en continu, autonome. Est peut être envisageableThe objectives of this work is to define a liquefaction process to produce oil from wood rich in hydrocarbons compounds so as to be usable as an alternative fuel. The investigated process consist of two steps : solvolysis and upgrading. In presence of solvents that derived from lignin or from holocellulose, the experimental results show that it is possible to dissolve completely wood powder under relatively mild reaction conditions. Among the tested solvents, the mixture of phenol/ tetralin gives a complete conversion of wood with abetter regeneration of the initial solvents used and more than 50% of the oxygen content of the wood has been removed during the solvolysis. The yield of the solvolysis oil is 70 % wt. Of the initial dry wood. The upgrading step is mainly to remove the residual oxygen of the solvolysis oil in order to increase its heating value and to lower its viscosity. In presence of tetralin as hydrogen donner solvent, at 350°C and initial hydrogen pressure of 9 MPa. Within the tested catalysts the sulfied nickel molybdeum is the more efficient hence in presence of this catalyst under the above mentioned reaction condition, the refined oil yield is around 55% and its oxygen content is less than 2%. The heating value of the refined oil is 43 MJ/kg which can be classified as that of the petroleum’s product. This study allowed determining the optimal reaction condition of the solvolysis step, as well as that of the upgrading step for producing a refined oil usable as hydrocarbon fuel from wood. The refined oil can be used effectively for dissolving wood in the solvolysis step which justify that a continuous liquefaction process able to generate its own solvent can be realised
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Bohnke, Isabelle. "Étude expérimentale et théorique des traitements thermiques du bois. Caractérisation physico-mécanique des bois traités". Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 1993. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844044.
Abstract (sommario):
Le bois est connu pour être un matériau complexe, car hétérogène, anisotrope et hygroscopique. Lorsqu'il est soumis à un type particulier de traitements thermiques, appelé rétification et consistant en une pyrolyse ménagée à basses températures (200-280°), il présente une diminution notable de son caractère hydrophile, une meilleure stabilité dimensionnelle et une résistance accrue aux attaques des micro-organismes. Le présent travail est consacré d'une part à l'étude expérimentale de ces traitements thermiques, c'est-à-dire la mesure des températures pour différents rayons dans un cylindre de bois traité en bain pour lequel on a fait varier les paramètres suivants : essence de bois, diamètre, humidité initiale du barreau, température de consigne et nature du bain ; d'autre part à la modélisation des phénomènes de transfert de chaleur et de masse prenant en compte la conduction, la vaporisation de l'eau contenue dans le bois, la décomposition chimique du bois, et les variations de la densité, du taux d'humidité, de la conductibilité thermique et de la capacité calorifique. Pour chercher à optimiser les conditions dans lesquelles le traitement se déroule et qui conditionnent la qualité finale du produit, nous avons cherché à caractériser les propriétés physico-mécaniques du bois traité par une méthode de contrôle non destructif par spectroscopie ultrasonore. En complément de cette méthode, nous avons utilisé d'autres méthodes de caractérisation : vibrations forcées de poutres, essais statiques de flexion et de compression et analyse thermo-mécanique. Tous les résultats de ces analyses concordent et mettent en évidence pour les bois étudiés (hêtre, peuplier, douglas) une variation discontinue des propriétés aux alentours de 240° pour un temps de traitement de 15 mn. Nous avons pu également remarquer une fragilisation du matériau massif, mais fortement minimisée quand le matériau de départ est humide et traité en bain.
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Ouarzki, Imane. "Production de bio-huile par pyrolyse de bois : application à la pré-séparation de la bio-huile". Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2194.
Abstract (sommario):
Cette étude porte sur la production des bio-huiles à partir de la pyrolyse de bois de hêtre et celui du pin représentant respectivement les bois durs et les bois tendres. Afin de répondre à la problématique liée à la séparation des composés chimique de valeur ajoutée de la bio-huile,une étude a été effectuée sur la faisabilité d’une pré-séparation des constituants chimiques de la bio-huile à l’aide d’une pyrolyse étagée en température dans un réacteur en lit fixe de sorte à cibler la thermo-décomposition sélective des macro-composants de la biomasse (hémicellulose, cellulose et lignine). L’identification du couple macro-composant – marqueur de la décomposition est réalisée à partir du bilan en macro-composant dans le solide résiduel et l’identification par GC/MS des constituants contenus dans la bio-huile produite. Les résultats de cette partie ont montré la possibilité de la pré-séparation des fractions de dérivés de furane et des produits phénoliques, cependant le gain en sélectivité se fait au détriment du rendement total de la bio-huile. La deuxième partie de ce travail concerne l’étude de la production de la bio-huile dans les conditions de pyrolyse rapide dans un réacteur gaz/solide.Afin d’établir une relation entre les conditions opératoires de pyrolyse et la composition des bio-huiles, un outil permettant la comparaison pertinente des testes expérimentaux a été élaboré. Les expériences ont montré que le rendement de et la composition de l’huile de pyrolyse dépend essentiellement de : la nature du bois, la vitesse de chauffe et le temps de séjours effectif des particules de bois dans le réacteurThis research study is concerned in the production of bio-oils from the pyrolysis of beech and pines wood representing the hard and soft wood, respectively. In order to resolve the problems related to the separation of high added value molecules from the bio-oil, a study was held out on the feasibility of the pre-separation of the chemical components of bio-oil using of a staged pyrolysis temperature in a fixed bed reactor in order to target selective thermal decomposition of macro-components of biomass (hemicellulose, cellulose and lignin). The identification of macro-component couples - marker of decomposition is made from the balance macro-component in the residual solid and identification by GC / MS of the chemical components contained in the produced bio-oil. The results of this part have shown the possibility of the pre-separation of furans and phenolic derivatives, despite of the gain in selectivity at the expense of overall yield of bio-oil. The second part of this work (concerns with the study of the production of bio-oil in fast pyrolysis conditions in a gas / solid reactor. To establish a relationship between the operating conditions and chemical composition of pyrolysis bio-oil, a tool for meaningfull comparison of experiments was developed. Experiments have shown that the yield and composition of pyrolysis oil depends mainly on the composition of wood, the heating rate and the effective residence time of the wood particles into the reactor
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Numazawa, Sueo. "Contribution à l'étude de la pyrolyse lente sous pression du bois. Détermination des paramètres optima du procédé et caractéristiques des produits obtenus". Compiègne, 2000. http://www.theses.fr/2000COMP1286.
Abstract (sommario):
Le charbon de bois est utilisé depuis plusieurs siècles en tant que combustible domestique et pour ses propriétés réductrices, adsorbantes et déshydratantes dans les industries chimique et métallurgique. Sa fabrication provient de la pyrolyse du bois donnant des rendements inférieurs à 25 %. Quelques travaux sous pression ont montré la possibilité d'augmenter de façon importante ces rendements. L'étude a consisté à déterminer l'influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (500-700°C), de la vitesse de chauffe (1-20'C/min) et de l'humidité initiale du bois (0-40% sur anhydre) sur le rendement et sur la qualité du charbon de bois. Ce travail a été réalisé au travers d'un plan d'expérience de type Réseau Uniforme de DOHLERT avec un réacteur pilote batch de 200 litres. Les résultats obtenus confirment l'effet de la pression sur le rendement en charbon de bois, comparé à la pyrolyse classique pression atmosphérique : 40% pour une pression de 2 bars. Pour les pressions plus élevées dans l'intervalle 2-10 bars, seule la température joue un rôle important sur le rendement en charbon et sur les teneurs en matières volatiles et en carbone fixe, lorsque chaque variable est étudiée de façon indépendante. La notion de rendement en carbone 80 C80) a été introduite pour la détermination des paramètres optimaux de pyrolyse sous pression donnant à la fois un haut rendement et une qualité des charbons de bois élevée. L'étude du rendement en carbone 80 a mis en évidence que la pression et l'humidité du bois sont importantes facteurs agissant sur la production de charbon de qualité. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 675'C, vitesse de chauffe de 1°C/min et une humidité du bois de 20% sur anhydre. Parallèlement à cela, une étude de la microstructure du bois et des charbons a été réalisée au microscope électronique à balayage pour expliquer le rôle de la pression. Il semblerait que celle-ci favorise dans un premier temps le piégeage de goudrons dans la matrice solide, puis des réactions de cokéfaction interviendraient entre les goudrons et le charbon donnant une conversion en carbone fixe élevée. Une étude de faisabilité du procédé a été réalisée pour le Brésil. Il apparaît que le transfert de la technologie pourrait se faire pour la région de Paragominas, principal pôle de l'industrie du bois de l'Amazonie. Des conditions de rentabilité économique et environnementale assez intéressantes ont été établies, notamment dans le cas d'une exportation de 30% de la production de charbon. Cela se traduirait par une réduction significative de la surface forestière exploitée et par une valorisation intelligente des déchets issus de l'industrie du bois
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Biotteau, Emilie. "Caractérisation d'un milieu poreux réactif soumis à de forts flux de chaleur : application au bois Redwood". Poitiers, 2004. http://www.theses.fr/2004POIT2327.
Abstract (sommario):
La compréhension des processus de dégradation thermique en milieu poreux réactif est l'objectif principal de ce mémoire. Le comportement d'un échantillon de redwood soumis à de forts flux de chaleur a été étudié numériquement et expérimentalement. Le modèle numérique développé permet de décrire les principaux modes de transferts, la réaction de pyrolyse et la transformation de la matrice solide associée. Il conduit à la résolution d'un système différentiel, non linéaire, couplé. L'anisotropie du matériau a également été prise en compte grâce à une modélisation bidimensionnelle. Expérimentalement, deux bancs d'essais ont été développés afin d’étudier la pyrolyse sous atmosphère inerte et oxydante. L'étude de la pyrolyse sous atmosphère inerte a fait ressortir le phénomène de propagation du front de réaction, modulé en intensité par un amortissement progressif du processus. Une analyse détaillée des transferts a permis d’expliciter le mécanisme de propagation. Une vitesse caractérisant cette propagation a été définie, numériquement et expérimentalement. Sous atmosphère oxydante, il a été montré que les réactions d'oxydation du charbon en surface constituent un apport de chaleur trois fois plus important que le flux incident, permettant ainsi le déclenchement et la propagation de la pyrolyse dès les faibles flux. Enfin, la prise en compte de l'anisotropie de la structure a soulevé un résultat paradoxal: le front de pyrolyse se propage plus vite dans la direction perpendiculaire aux fibres (direction caractérisée par une conductivité thermique plus faible)The major purpose of this study is a better understanding of mechanisms involved in thermal degradation of porous medium (wood for instance). Numerical and experimental investigations have been carried out. A non linear coupled differential set of equations had to be solved to describe heat and mass transfer, pyrolysis reaction and the induced solid matrix transformation. Inclusion of anisotropy has been performed using 2D-simulation. Two experimental set up have been used to investigate pyrolysis under inert and ambient atmosphere. The reactive zone has been found to be very thin compared to slab length and to propagate into the sample as time proceeds. A pyrolysis front velocity has been defined experimentally and numerically. A detailed analysis of heat and mass transfer in the sample provided an improved understanding of the front propagation mechanism. Heat conduction has been found to play a major role in the heat balance whereas chemical reactions contribution has been shown to be negligible. Under oxidative atmosphere, smoldering combustion occurs at the irradiated surface and has been shown to supply three times more heat than incident heat flux so that pyrolysis starts at lower incident heat fluxes. Inclusion of structure anisotropy leads to a paradox: pyrolysis front propagates more rapidly across than along the fibres (although heat conductivity is lower across than along fibres)
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Fateh, Talal. "Etude expérimentale et numérique de la cinétique de décomposition thermique de contreplaqués en bois". Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00667332.
Abstract (sommario):
La sécurité incendie repose sur l'utilisation de simulations numériques. Les codes de calcul sont composés de différents modèles dont un nommé modèle de pyrolyse qui a pour enjeu de décrire la décomposition thermique des solides étudiés. Toutefois, les modèles de pyrolyse actuels sont sommaires et sources de multiples erreurs. Notre démarche de travail est multi-échelles afin de procéder étape par étape à la validation du modèle, tenant compte de l'évolution des propriétés thermiques, physiques et chimiques au cours de la décomposition. Le présent programme de recherche concerne les matériaux de l'habitat et plus particulièrement deux contre plaqués en bois. Nous avons caractérisé expérimentalement la décomposition thermique de ces bois à deux échelle de travail : en analyseur thermogravimétrique (échelle particule) et en cône calorimètre (échelle matériau) couplés à divers analyseurs de gaz. Le suivi des vitesses de perte de masse et des émissions gazeuses permet la proposition de mécanismes réactionnels de décomposition thermique : étapes de la décomposition. Chaque réaction de ces mécanismes a une vitesse qui peut être décrite sous la forme d'une loi d'Arrhenius dont les paramètres sont déterminés par la méthode des Algorithmes Génétiques. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux à l'échelle de la particule (ATG), montrant un très bon accord, le modèle de pyrolyse développé est validé à cette échelle. La modélisation des essais cône calorimètre en vue de la validation du Modèle à plus grande échelle a été menée à l'aide du code Gpyro. Les résultats obtenus ne sont toutefois pas satisfaisants.
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Capart, Richard. "La gazéification du bois : étude expérimentale et théorique de la pyrolyse du bois brut et des réactions d'oxydation du charbon de bois avec le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau". Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPDE91.
Abstract (sommario):
La thèse couvre différents travaux dans le domaine de la pyrolyse du bois et de la gazéification de charbon de bois avec la vapeur d'eau ou le dioxyde de carbone. Pyrolyse et gazéification ont pu être effectuées sous pression jusqu'a 20 atm. La gazéification du bois est d'abord considérée dans sa globalité, ainsi pour la prédiction de la composition du gaz en sortie de gazéificateur, deux modèles sont proposés. Le premier respecte les conditions de l'équilibre thermodynamique alors que le second repose sur un traitement empirique des bilans matières sans considération de l'équilibre thermodynamique. La gazéification du bois est ensuite étudiée en détail sur le plan cinétique, en particulier les deux étapes de pyrolyse du bois et de gazéification du charbon de bois avec le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Dans le chapitre IV, un modèle mathématique simple de la pyrolyse du bois épais est développé. Ce modèle tient compte de la conductivité thermique du solide et de la chaleur de la réaction de pyrolyse. Comme la pyrolyse du bois, la gazéification du charbon de bois a pu être étudiée à partir de mesures thermogravimétriques. Un modèle mathématique de la gazéification a été établi, basé essentiellement sur les bilans pseudo-stationnaires de matière et de chaleur dans une particule consommable. Une loi de vitesse du type « Langmuir-Hinshelwood » apparait adéquate pour décrire la réaction de consommation du carbone par la vapeur d'eau ou le dioxyde de carbone car la vitesse de réaction n'augmente pas proportionnellement avec la pression du gaz réactif mais tend à se stabiliser quand la pression augmente.
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Boer, Febrina. "Valorization of sugarcane bagasse via slow pyrolysis and its by-product for the protection of wood". Electronic Thesis or Diss., Paris, AgroParisTech, 2021. http://www.theses.fr/2021AGPT0008.
Abstract (sommario):
Les résidus de biomasse, comme la bagasse de canne à sucre, ont un grand potentiel pour fournir des sources d’énergie renouvelables. Cependant, ses propriétés naturelles telles que sa faible densité, son faible pouvoir calorifique et sa sensibilité à la biodégradation peuvent limiter son utilisation. Pour améliorer son efficacité énergétique, la pyrolyse lente–processus de décomposition thermique dans un environnement pauvre en oxygène–peut être appliquée en transformant la biomasse en un charbon riche en carbone. Dans un scénario typique de pyrolyse lente, la biomasse est lentement chauffée pour produire principalement du charbon, dont les vapeurs organiques sont souvent considérées comme des produits secondaires. Cependant, il y a un intérêt à récupérer ce sous-produit en condensant la vapeur organique générée pendant la pyrolyse à des fins diverses. De plus, ce produit a une longue histoire en raison de ses avantages en tant que bio-pesticide utilisé par les agriculteurs traditionnels, notamment dans les pays asiatiques. Dans cette étude, la bagasse a été pyrolysée pour co-produire du charbon et du liquide de pyrolyse (huile de pyrolyse) en utilisant un réacteur de laboratoire à lit fixe. Différents paramètres ont été testés, tels que les températures (400 °C et 500 °C), la vitesse de chauffe (1 °C/min et 10 °C/min) et le temps de séjour (30 min et 60 min). Cette étude vise à évaluer le potentiel de valorisation de la bagasse dans le but de densifier l’énergie (conversion de la biomasse en charbon) et de valoriser l’utilisation de son sous-produit (liquide de pyrolyse) pour la protection du bois. Les résultats ont montré que le rendement en charbon diminue avec l’augmentation de la température de pyrolyse mais entraîne une amélioration favorable du pouvoir calorifique; tout en générant une masse élevée de rendement liquide. Les conditions de pyrolyse optimales pour co-produire le charbon et le liquide de pyrolyse étaient la température de 500 °C et la vitesse de chauffe de 10 °C/min, donnant 28,97% de charbon et 55,46% de liquide. Les principaux composés du liquid de pyrolyse étaient l’eau, l’acide acétique, le glycolaldéhyde, la 1-hydroxy-2-propanone, le méthanol, l’acide formique, le lévoglucosane, le furfural, suivis de quelques composés phéno- liques et de dérivés du guaiacol. Le liquid de pyrolyse présente également une activité anti-fongique et anti-termite à des concentrations relativement faibles dans les essais biologiques sur boîtes de Pétri. Lorsqu’il est traité au bois de hêtre et de pin, le liquid de pyrolyse indique une bonne protection contre les termites (Reticulitermes flavipes) et les champignons Basidiomycete (Coniophora puteana et Rhodonia placenta, une pourriture cubique et Trametes versicolor, une pourriture fibreuse) à une concentration de 50% et 100%. Cependant, il reste lessivée lorsqu’il est exposé à l’eau ou à une forte humidité, ce qui indique que des études futures devraient être menées pour trouver comment diminuer sa lessivabilité.Mots clés: biomasse, charbon, pyrolyse lente, bagasse de canne à sucre, liquide de pyrolyse, protection du boisBiomass residue—such as sugarcane bagasse—has great potential in providing renewable energy sources. However, its natural properties such as low density, low calorific value, and biodegradation susceptibility can limit its utilization. To improve its energy efficiency, slow pyrolysis—the process of thermal decomposition in an oxygen-deficient environment—can be applied by transforming the biomass into carbon-rich char. In a typical slow pyrolysis scenario, biomass is slowly heated to produce mainly char, where the organic vapors are often considered secondary products. However, there is an interest to recover this by-product by condensing the organic vapor generated during pyrolysis for various purposes. Moreover, this product has a long history due to its benefits as a bio-pesticide used by traditional farmers, notably in Asian countries. In this study, bagasse was slow-pyrolyzed to co-produce char and pyrolysis liquid using a laboratory fixed bed reactor. Different parameters were tested, such as temperatures (400 °C and 500 °C), heating rate (1 °C/min and 10 °C/min), and holding time (30 min and 60 min). This study aims to evaluate the valorization potential of bagasse with the purpose of energy densification (conversion of biomass into char) and valorizing the utilization of its by-product (pyrolysis liquid) for wood protection.Results showed that the yield of char decrease with the increase of pyrolysis temperature but results in the favorable calorific value improvement; while at the same time generating a high mass of liquid yield. The optimum pyrolysis condition to co-produce char and pyrolysis liquid was at 500 °C temperature and 10 °C/min of heating rate, yielding 28.97% char and 55.46% liquid. The principal compounds of pyrolysis liquid were water, acetic acid, glycolaldehyde, 1-hydroxy-2-propanone, methanol, formic acid, levoglucosan, furfural, followed by some phenol compounds and guaiacol derivatives. Pyrolysis liquid also exhibits anti-fungal and anti-termite activity at relatively low concentrations in the Petri-dishes bioassays. When treated to beech and pine wood, pyrolysis liquid indicates good protection towards termites (Reticulitermes flavipes) and Basidiomycete fungi (Coniophora puteana and Rhodonia placenta, cubic rot and Trametes versicolor, a fibrous rot) at concentration 50% and 100%. However, it remains leachable when exposed to water or high humidity, which indicates that future studies should be conducted to find out how to decrease its leachability.Keywords: biomass, char, slow pyrolysis, sugarcane bagasse, pyrolysis liquid, wood protection
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Pozzobon, Victor. "Biomass gasification under high solar heat flux". Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2015. http://www.theses.fr/2015EMAC0004/document.
Abstract (sommario):
L'énergie solaire concentrée est une source d'énergie alternative pour la conversion thermochimique de biomasse en vecteurs énergétiques ou en matériaux à haute valeur ajoutée. La production d'un gaz de synthèse à partir de biomasse lignocellulosique en est un exemple, de même que la production de résidus carbonés à propriétés contrôlées. Ces travaux portent sur l'étude du comportement d'un échantillon de hêtre thermiquement épais sous de hautes densités de flux solaire (supérieures à 1000 kW/m²). Deux approches ont été développées en parallèles : une étude expérimentale et le développement d'un modèle numérique. Les expériences ont permis de mettre en lumière le comportement particulier du hêtre sous de hautes densités de flux solaire. En effet, un cratère de char, dont la forme correspond à celle de la distribution du flux incident, se forme dans l'échantillon. Cette étude a aussi montré que la teneur en eau initiale de la biomasse a un fort impact sur son comportement. Les échantillons secs peuvent atteindre un rendement de conversion énergétique de 90 %, capturant jusqu'à 72 % de l'énergie solaire incidente sous forme chimique. Quant aux échantillons humides, ils produisent nettement plus d'hydrogène, au prix d'un rendement de conversion énergétique aux alentours de 59 %. De plus, le craquage thermique et le reformage des goudrons produits par la pyrolyse sont rendus possibles par les températures atteintes (supérieures à 1200 °C) et la présence d'eau. Enfin, il a été montré que l'orientation des fibres du bois n'a qu'un impact mineur sur son comportement. En parallèle, une modélisation des transferts couplés chaleur matière et des réactions chimiques mis en jeu lors de la gazéification solaire d'un échantillon a été développée. La construction du modèle a mis en avant la nécessité de recourir à des stratégies innovantes pour prendre en compte la pénétration du rayonnement dans la matière ainsi que la déformation du milieu par la gazéification. Les prédictions du modèle montrent un bon accord avec les observations expérimentales. Elles ont ainsi permis de mieux comprendre les couplages mis en jeu lors de la dégradation de biomasse sous haute densité de flux solaire. De plus, des analyses de sensibilités ont révélé que les modèles de type Arrhenius ne permettent pas de décrire finement le comportement de l'eau à l'intérieur de l'échantillon et que le choix du modèle de pyrolyse était capital pour décrire correctement le comportement la biomasse sous haute densité de flux solaireConcentrated solar energy is as an alternative energy source to power the thermochemical conversion of biomass into energy or materials with high added value. Production of syngas from lignocellulosic biomass is an example, as well as the production of carbonaceous residues with controlled properties. This work focuses on the study of the behaviour of a thermally thick beech wood sample under high solar heat flux (higher than 1000 kW/m²). Two approaches have been undertaken at the same time: an experimental study and the development of a numerical model. Experiments have highlighted a specific behaviour of beech wood under high solar heat flux. Indeed, a char crater, symmetrical to the incident heat flux distribution, forms in the sample. This study has also shown that biomass initial moisture content has a strong impact on its behaviour. The dry sample can achieve an energetic conversion efficiency of 90 %, capturing up to 72 % of the incident solar power in chemical form. While, high initial moisture content samples produce more hydrogen, at the price of an energetic conversion efficiency around 59 %. Furthermore, tar thermal cracking and steam reforming are enabled by the temperatures reached (higher than 1200 °C) and the presence of water. Finally, wood fiber orientation has been shown to have only a minor impact on its behaviour. At the same time, a modelling of the coupled reactions, heat and mass transfers at stake during solar gasification was undertaken. The development of this model has highlighted the necessity to implement innovative strategies to take into account radiation penetration into the medium as well as its deformation by gasification. Numerical model predictions are in good agreement with experimental observations. Based on the model predicted behaviour, further understanding of biomass behaviour under high solar heat flux was derived. In addition, sensitivity analyses revealed that Arrhenius type models are not fitted for precise intra-particular water behaviour description and that the choice of the pyrolysis scheme is key to properly model biomass behaviour under high solar heat flux
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Ahmed, Hared Idriss. "Optimisation d'un procédé de pyrolyse en four tournant : application à la production de charbons actifs". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/7716/1/ahmed_hared.pdf.
Abstract (sommario):
Les charbons actifs sont utilisés dans de nombreux procédés comme le traitement de l'eau, la séparation des gaz, la réfrigération par voie solaire ou encore le stockage de gaz comme l'hydrogène ou le méthane. Le four tournant est utilisé dans l'industrie pour produire des charbons actifs. Une étude d'optimisation de la production de charbons actifs en four tournant est présentée. La pyrolyse a d'abord été étudiée dans le domaine de température [30-800˚C]. Une identification des paramètres cinétiques a été effectuée sur la base des expériences réalisées en TG. Des expériences ont été conduites également en réacteur à lit traversé pour analyser la formation de la surface spécifique des charbons actifs. Il a été montré qu'une température de 450 ˚C et une durée de pyrolyse de 30 minutes permettent d'obtenir une surface spécifique maximale de 1477 m2/g. Un modèle 1D est proposé à l'échelle du four tournant. Il permet de calculer les évolutions des débits massiques des espèces, des températures du lit de particule, de la phase gaz et de la paroi du four tournant, ainsi que la surface spécifique des charbons actifs. Un code d'optimisation non-linéaire a été couplé au modèle de four tournant. Un profil de température de paroi non trivial qui maximise la surface spécifique des charbons actifs en sortie de four tournant a été déterminé par ce code.
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Chebil, Sami. "Étude des liants bitumineux modifiés par le noir de carbone et le charbon de bois pyrolytiques, sous-produits de la décomposition thermique sous vide des pneus et du bois hors d'usage". Sherbrooke : Université de Sherbrooke, 1997.
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Chen, Li. "Fast pyrolysis of millimetric wood particles between 800°C and 1000°C". Thesis, Lyon 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LYO10258.
Abstract (sommario):
Ces travaux de thèse s’intègrent au sein du projet Biocarb lancé par le Commissariat à l’Énergie Atomique dont l’objectif est de développer des procédés de production de carburants liquides ou gazeux à partir de gaz de synthèse riche en H2 et CO obtenu par gazéification de la biomasse lignocellulosique. L’objectif de cette étude est d’étudier le comportement de particules de biomasse millimétriques lors de la pyrolyse dans des conditions types de gazéifieurs industriels tels que les réacteurs à lit fluidisé ou à flux entraîné, qui fonctionnent pour des flux de chaleur élevés (105 – 106 W⋅m-2) et pour de hautes températures (>800°C). Tout d’abord, des expériences de pyrolyse sont menées à 800 et 950°C dans un four à chute de laboratoire sur des particules de bois entre 350 et 800 μm. Les résultats montrent que dans les conditions de l’étude, l’augmentation de la taille de la particule augmente seulement la durée de la pyrolyse mais ne modifie pas les rendements ou la composition du solide et du gaz au cours de la pyrolyse. Par ailleurs, des mesures basées sur la technique de PTV (Particle Tracking Velocimetry) sont réalisées à température ambiante pour caractériser la taille et la densité des particules de bois brut et de résidu, et valider une corrélation donnant le coefficient de traînée qui sert à calculer le temps de séjour des particules dans le réacteur. On constate à la fin de la pyrolyse une diminution de la densité comprise entre 70 et 80% ainsi qu’une diminution de la taille des particules entre 25 et 40%. Les résultats montrent également que la vitesse de glissement de la particule et l’évolution de ses propriétés doivent être prises en compte lors du calcul de sa vitesse. Enfin, à partir des résultats expérimentaux, un modèle unidimensionnel à coeur rétrécissant est développé pour décrire le comportement d’une particule de bois lors de sa pyrolyse. Le modèle est capable de prévoir l’évolution du rendement en solide, en gaz total et en goudrons au cours de la pyrolyse ainsi que la vitesse de glissement de la particule et son temps de séjour dans le réacteur.L’analyse de sensibilité du modèle montre que même pour des particules millimétriques, une connaissance précise de la chaleur de réaction associée à la pyrolyse, de la densité du bois et de la conductivité thermique du résidu solide est essentielleThe present work is part of a project of the French energy research centre Commissariat à l’Energie Atomique. The goal of the project is to develop processes of production of gaseous or liquid fuel from synthesis gas obtained by gasification of lignocellulosic biomass. The objective of the present work is to study the pyrolysis behaviour of millimetric biomass particles under the operating conditions encountered in fluidized bed or entrained flow gasifiers, namely high external heat flux (105 – 106 W⋅m-2) and high temperature (> 800°C). First, pyrolysis experiments are conducted at 800 and 950°C in a lab-scale drop tube reactor on wood particles between 350 and 800 μm. The results show that under the explored conditions, the increase of the particle size only increases the time required for pyrolysis but does not affect the product distribution during pyrolysis. Since in the pyrolysis experiments, the particle residence time cannot be directly measured, PTV (Particle Tracking Velocimetry) measurements are performed at room temperature to characterize the evolution of the particle size and density along pyrolysis and to validate a drag coefficient correlation for the particle residence time calculation. The optical measurements show that at the end of pyrolysis there is a decrease of particle density of 70 – 80% and of particle size of 25 – 40%. It is also proven that the particle slip velocity cannot be neglected and that the change of these particle properties must be taken into account for the calculation of the particle slip velocity and residence time. Finally, based on these experimental results, a 1D shrinking-core model is developed that is able to predict the solid/gas/tar yields and the residence time of a single particle along pyrolysis in the drop tube reactor. It is validated on both the pyrolysis and optical experiments. The model sensitivity analysis shows that even for millimetric particles, the accurate knowledge of the heat of pyrolysis, of the wood density and of the char thermal conductivity is essential
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Lorreyte, Clarisse. "Etudes numérique et expérimentale de la synthèse de biogaz : vers la transformation thermochimique solaire de copeaux de bois". Thesis, Reims, 2017. http://www.theses.fr/2017REIMS033.
Abstract (sommario):
La gazéification de biomasse lignocellulosique en biogaz fait partie des technologies attractives permettant de s’affranchir des énergies fossiles et de valoriser les déchets agricoles ou forestiers. Néanmoins, le développement de cette technologie est freiné par son rendement énergétique faible et la production de polluants (CO2, NOx…). La pyrolyse/gazéification par voie solaire permettrait alors de pallier certains de ces inconvénients (énergie propre et gratuite, process à haute température produisant moins de polluants). Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de développer une approche expérimentale et numérique afin de maîtriser les procédés de pyrolyse/gazéification de copeaux de bois pour mieux appréhender le développement de la gazéification solaire. D’abord, un travail détaillé de caractérisation des copeaux de bois a été réalisé, alliant diverses analyses des échantillons mais aussi des analyses basées sur l’utilisation d’images tomographiques au rayon X pour déterminer les propriétés morphologiques et, par simulation numérique, les propriétés effectives de transport des copeaux de bois. Ensuite, des essais avec un four-réacteur à échelle laboratoire ont été réalisés pour étudier le séchage, la pyrolyse et la gazéification des copeaux de bois. Ces essais nous ont permis d’étudier l’influence de paramètres comme la température en séchage et en pyrolyse ou le débit de vapeur d’eau en gazéification. En parallèle, un modèle multi-physique pour la simulation de la pyrolyse a été développé. Cet outil a permis une étude détaillé des phénomènes mis en jeu et, in fine, permettrait d’optimiser le système. Enfin, le design d’un gazéifieur solaire a été réaliséThermochemical conversion of lignocellulosic biomass belongs to attractive technologies which are viable routes to reduce reliance on fossil energy and to enhance carbon conversion efficiency. Nevertheless, classical gasification process via autothermal combustion of biomass presents severe drawbacks as bad yield and produced important pollutants. Solar concentrated energy enables high temperature reactions with reduced contaminating gas and higher yield. In this context, this thesis aims at developing experimental and numerical approaches to study detailed mechanism of pyrolysis and gasification processes of wood chips packed bed which are key step toward designing efficient solar gasifier. In a first time, inner properties of wood (initial composition and thermal decomposition) were studied via ultimate and proximate analyzes. Structural and morphological properties of wood chips were computed using image analysis. Effective mass and heat transport properties of the packed bed were assessed via direct numerical simulation combined with X-ray tomographic images. Then a laboratory scale device enabling to characterize pyrolysis and gasification kinetics and gas production was developed. The aim of this experimental work was to understand the impact of parameters such as drying and pyrolysis temperatures, and the steam flow rate during gasification. A multiphysical model of pyrolysis of wood chips packed bed was also developed. It allowed to perform detailed study of pyrolysis physics and in fine it will allow optimizing the pyrolysis/gasification process. Finally, a first design for a solar gasifier was reported and constitutes the basis of further studies
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Zeng, Kuo. "Solar pyrolysis of biomass at laboratory scale". Thesis, Perpignan, 2016. http://www.theses.fr/2016PERP0008/document.
Abstract (sommario):
L’énergie solaire concentrée est utilisée comme source de chaleur dans le but de mener des réactions de pyrolyse de la biomasse. Cela permet d’améliorer l’énergie contenue dans la matière première en stockant l’énergie solaire sous une forme chimique. Grâce à de hautes températures et à des vitesses de chauffe élevées, d’avantage de gaz pyrolytiques, avec un produit calorifique inférieur (PCI) élevé, peuvent être produit par la pyrolyse solaire directe.Les expériences effectuées dans ce travail montrent l’effet des paramètres de la pyrolyse solaire sur les quantités de produits, leur composition et leurs propriétés. Le PCI total des gaz augmente fortement (il est multiplié par 5) lorsque la température augmente (de 600°C à 1200°C), et lorsque la vitesse de chauffe augmente (de 5°C/s à 50°C/s. L’association de la température et de la vitesse de chauffe amplifie leurs effets lorsqu’ils sont tous deux à de hautes valeurs. Le charbon et le goudron collectés ont été analysés et caractérisés. Le facteur d’augmentation énergétique obtenu est d’environ 1.5 quelle que soit la température. Dans un second temps, un modèle non linéaire, en deux dimensions, et utilisant la CFD pour résoudre les bilans de masse et de chaleur, a été développé pour la pyrolyse solaire. Les coefficients stœchiométriques, déterminant la fraction massique du goudron primaire convertie par la réaction en gaz et en goudron secondaire, ont été déterminés à différentes températures et à différentes vitesses de chauffe. Les évolutions des produits finaux et des pertes de masse de la biomasse sont amplifiées par la température et par la vitesse de chauffeConcentrated solar energy provides heat to drive biomass pyrolysis reactions, which upgrades the feedstock energy by storing solar energy in chemical forms (bio-gas, bio-oil and bio-char). Thanks to high temperature and fast heating rate, more pyrolytic gas with high lower heating value (LHV) can be produced by direct solar pyrolysis. Experiments have highlighted the effect of solar pyrolysis parameters on products yields, composition and properties. The total gas LHV dramatically increases (5-fold) with increasing temperature (from 600°C to 1200°C) and sample heating rate (from 5°C/s to 50°C/s), which is mainly due to variations in the CO and H2 yields. The interaction between temperature and heating rate enhances at both high ranges. The maximum gas products LHV (14 589 kJ/kg of beech wood) was obtained at 2000°C and 450°C/s heating rate. The collected char and tar were analyzed and characterized, which emphasizes the temperature and heating rate effects. And the energy upgrade factor is determined as about 1.5 independent of temperature. At the same time, a 2D unsteady CFD particle model (simplified assumption using first-order Arrhenius type reactions) with heat and mass transfers was developed for solar pyrolysis. Numerical model predictions are in good agreement with experimental observations. Stoichiometric coefficients about the mass fraction of primary tar converted by the reaction to gas and secondary tar were determined at different temperatures and heating rates for the first time. The evolution of the final products and mass losses of biomass are enhanced with temperature and heating rate increase
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Dufourny, Adrien. "Identification et optimisation des paramètres influant sur la qualité du charbon de bois utilisé comme agent réducteur pour la production du silicium métallurgique". Thesis, Montpellier, SupAgro, 2018. http://www.theses.fr/2018NSAM0056.
Abstract (sommario):
Le silicium métallurgique est produit par réduction carbothermique du quartz dans des fours à arcs électriques à l’aide de réducteurs carbonés, le plus souvent d’origine fossile. L'utilisation de charbon de bois est une alternative pertinente pour réduire l'impact environnemental du procédé métallurgique. Le charbon permet par ailleurs de limiter la présence de certaines impuretés dans le silicium et de diminuer la consommation globale d’énergie du procédé. Les principaux freins à son utilisation sont sa faible résistance mécanique ainsi que son coût de production qui, dans certains contextes, le rendent difficilement compétitif avec les réducteurs fossiles. L’objectif de ce travail de thèse était de déterminer les propriétés d'intérêts d’un charbon réducteur, et d'étudier l'influence de la nature du bois et des conditions de la pyrolyse sur ces propriétés.Un réacteur pilote de pyrolyse en lit fixe, conçu spécifiquement dans le cadre de cette thèse, a permis de produire des charbons de bois dans des conditions proches de celles rencontrées dans l’industrie. Les charbons ont ensuite étaient caractérisés selon leurs rendements et leurs caractéristiques physico-chimiques. Des tests de caractérisation du comportement mécanique en lit du charbon – résistance à la compression et friabilité - ont été développés. Par ailleurs, la réactivité au CO2 des charbons a été mesurée au moyen d’un réacteur macro-thermogravimétrique. Les charbons ont été produits à partir de deux essences de bois de nature différente, pour trois températures finales de pyrolyse - 500, 650 et 800 °C- et deux temps de séjour à la température finale - 0 et 90 min –. L’influence de la nature de la matière première a également été étudiée à travers la production de charbon à partir de quatre essences supplémentaires à la température de 700 °C sans temps de séjour.Nos résultats montrent que la nature du bois a un impact beaucoup plus important sur ses propriétés comme agent réducteur que les conditions opératoires de la pyrolyse. La densité apparente du bois n'est pas toujours un bon indicateur du comportement mécanique du charbon, comme cela est souvent considéré. Lorsque la température de pyrolyse finale a été augmentée, la résistance mécanique a augmenté et la réactivité au CO2 a diminué. L'impact du temps de séjour à la température finale de pyrolyse sur les propriétés du charbon était négligeable, à l'exception du rendement en charbon et de la réactivité au CO2, qui diminuait avec l'augmentation du temps de séjour. Les travaux menés ont permis de déterminer les conditions opératoires de pyrolyse optimales ainsi que l’essence la plus adéquate pour la production d’un charbon de bois réducteur pour l’industrie du siliciumMetallurgical silicon is produced by carbothermic reduction of quartz in electric arc furnaces using carbon reducers, mostly of fossil origin. The use of charcoal is a relevant alternative to reduce the environmental impact of the metallurgical process. The coal also makes it possible to limit the presence of certain impurities in the silicon and to reduce the overall energy consumption of the process. The main obstacles to its use are its low mechanical strength as well as its cost of production which, in certain contexts, make it difficult to compete with fossil reducers. The aim of this work was to determine the interest properties of a reducing carbon, and to study the influence of the nature of the wood and the operating conditions of the pyrolysis on these properties.A fixed bed pyrolysis pilot reactor, designed specifically for this thesis, has produced charcoal in conditions similar to those encountered in industry. The coals were then characterized according to their yields and physicochemical characteristics. Characterization tests of the mechanical behavior in coal bed - resistance to compression and friability - have been developed. In addition, the CO2 reactivity of the coals was measured by means of a macro-thermogravimetric reactor. The coals were produced from two species of wood of different types, Eucalyptus globulus and Picea abies for three final pyrolysis temperatures - 500, 650 and 800 ° C - and two residence times at the final temperature - 0 and 90 min. -. The influence of the nature of the raw material was also studied through the production of charcoal with four additional species at the temperature of 700 ° C without residence time at the final pyrolysis temperature.Our results show that the nature of wood has a much greater impact on its properties as a reducing agent than the operating conditions of pyrolysis. The apparent density of wood is not a good indicator of the mechanical behavior of charcoal, as is often considered. When the final pyrolysis temperature was increased, the mechanical strength increased and the CO2 reactivity decreased. The impact of residence time at the final pyrolysis temperature on coal properties was negligible, with the exception of coal yield and CO2 reactivity, which decreased with increasing residence time. The work carried out made it possible to determine the optimal pyrolysis operating conditions as well as the most suitable gasoline for the production of a reducing charcoal for the silicon industry
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Weiland, Jean-Jacques. "Etude physico-chimique du traitement thermique du bois. Optimisation de paramètres du procédé de rétification". Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00820822.
Abstract (sommario):
Le bois est un bio polymère qui se distingue des autres matériaux industriels (polymères, métaux) par son origine végétale. Dérive d'un tissu cellulaire, il est hygroscopique, anisotrope, instable dimensionnellement et vulnérable aux attaques biologiques (insectes et champignons). Le procédé de rétification du bois consiste en une pyrolyse ménagée (entre 180 et 250°C) sous atmosphère contrôlée et réduit de façon notable l'hygroscopie, l'instabilité dimensionnelle et la biodégradabilité du matériau traité. Cette étude a mis en évidence des différences de sensibilité thermique entre les feuillus et les résineux. Ces derniers peuvent présenter des taux de résines plus ou moins importants qui influent sur le comportement du matériau au cours de la rétification. Les départs gazeux observes sont attribués à une destruction importante des hemicelluloses et une modification de la lignine. Le bois traité thermiquement est plus hydrophobe que le matériau de départ en raison d'une destruction de groupes hydroxyles des hemicelluloses. La présence d'acide acétique, issu de la dégradation des hemicelluloses à haute température, permet de catalyser les réactions de condensation de la lignine, mais pourrait également contribuer à la dégradation mécanique du matériau. Une étude menée sur le matériau massif a démontré que la structure cristalline de la cellulose n'est pratiquement pas affectée par le traitement thermique. L'augmentation de la résistance aux attaques fongiques semble être due à des réactions de condensation de la lignine. La quantité de composés extractibles (essentiellement des phénols) augmente suite au traitement thermique. Le paramètre fondamental du procédé de rétification est la température de traitement du matériau. Les analyses de la structure chimique du bois, avant et après traitement par spectrométrie drift, mettent en évidence un seuil pour une température de rétification de 240°C.
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Thi, Van Diem. "Modélisation du comportement au feu des structures en bois". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0363/document.
Abstract (sommario):
La modélisation numérique des structures bois dans des conditions d’incendie nécessite la connaissance : de la variation des propriétés physiques du bois telles que la conductivité thermique, la chaleur spécifique et la densité en fonction de la température ; de la dégradation thermique du bois au cours des phases de séchage, de pyrolyse et de combustion. En particulier, nous nous sommes intéressés à l’étude du comportement thermomécanique du matériau bois. La loi thermique est décrite par l’équation de la chaleur. Le modèle choisi intègre les trois modes du transfert de chaleur : la conduction, le rayonnement et la convection. La loi mécanique est modélisée dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles utilisant la notion des variables d’état. Elle tient compte du couplage entre le comportement élastique orthotrope, plastique anisotrope à écrouissage non linéaire isotrope et un endommagement isotrope. L’intégration numérique de la loi mécanique par un schéma implicite itératif combinant la technique du retour radial avec la réduction du nombre des équations est présentée. Le couplage thermomécanique est réalisé, selon l’approche réglementaire de l’Eurocode 5 relatif à la résistance au feu des structures en bois, en appliquant le facteur de réduction Kθ sur la résistance mécanique d’un résineux. Les aspects théoriques et les conditions aux limites associés au modèle thermomécanique sont abordés. L’identification des paramètres du modèle est réalisée sur des données expérimentales obtenues sur des tests réels d’incendie disponibles dans la littérature. À ce titre, plusieurs comparaisons avec différentes applications sont réalisées. Le modèle éléments finis reproduit avec précision la distribution du champ de température dans l’épaisseur des panneaux en bois, la formation du charbon ainsi que l’évolution de la résistance mécanique au cours de l’exposition au feuNumerical modelling of timber structures in fire conditions requires the knowledge of the variation with temperature of the physical properties of the wood material (the thermal conductivity, the specific heat and the density) in order to take into account the thermal degradation of wood under high temperatures during the drying, pyrolysis and combustion phases, as well as the temperature profiles in the thickness of the surfaces exposed to fire. In particular, this work focusses on the thermomechanical behaviour of timber. The heat transfer analysis is described by the standard equations of heat conduction. It includes the three modes of heat transfer: conduction, radiation and convection. The structural response is modelled within the framework of thermodynamics of irreversible processes using the notion of state variables. It takes into account the coupling between the orthotropic elastic behaviour, the anisotropic plastic behaviour with isotropic nonlinear hardening, and isotropic damage. The numerical integration of the equilibrium equations is carried out with an iterative implicit scheme combining the technique of radial re- turn with the reduction of the number of equations. The thermomechanical coupling is carried out according to the approach recommended by Eurocode 5 for the fire resistance of timber structures by applying the reduction factor Kθ to the strength of a softwood. The theoretical aspects and boundary conditions associated with the thermomechanical model are also discussed. The parameters of the model are identified with experimental data obtained from actual fire tests available in the literature. Several comparative applications are carried out. The finite element model accurately reproduces the distribution of the temperature profile in the thickness of timber planks, the formation of the charred layer, and the evolution of the mechanical resistance during exposure to fire
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Hentges, David Jean. "Caractérisation de la composition chimique du bois par pyrolyse flash couplée à la GC/MS : application à l'étude de la variabilité naturelle et aux modifications résultant de différents traitements". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0321.
Abstract (sommario):
La pyrolyse analytique est une méthode innovante qui permet l'analyse en chromatographie en phase gazeuse de polymères complexes en les réduisant en monomères volatils. La méthode ne nécessite que peu de matière, de l'ordre du mg, et s'effectue en quelques secondes. Le bois est un matériau renouvelable abondant qui est valorisé sous de nombreuses formes notamment dans la construction, dans les panneaux de fibres et par les extractibles qu'il contient. De nombreuses techniques de modifications chimiques et thermochimiques permettent d'améliorer les propriétés du bois, notamment l'acétylation, la furfurylation, le traitement thermique. La pyrolyse se place comme technique nouvelle pour caractériser les bois traités pour comprendre les modifications chimiques qui été engendrées. Les méthodes classiques employées tel que la RMN, l'IRTF ne permettent pas d'obtenir image complète du bois, plus spécifiquement sur des éléments tels que la régiosélectivité des modifications. Le but de nos travaux est de répondre à des questions fondamentales sur la variabilité naturelle du bois ainsi que sur les modifications chimiques engendrées par différentes méthodes. La polymérisation de l'alcool furfurylique dans le bois a pu être mis en évidence ainsi que la formation d'une liaison covalente avec la lignine. Le bois acylé avec différents anhydrides linéaires a révélé des nouvelles structures qui permettent d'identifier les sites réactionnels et d'estimer la réactivité des macromolécules. La méthode est capable de quantifier l'importance de la modification des différents biopolymères qui constituent le bois. À l'aide d'analyses en composantes principales (ACP), les variations naturelles du bois en fonction de la hauteur, des tissus et entre différents spécimens de la même essence ont pu être caractérisés. La Py-GC/MS a aussi permis de montrer les différences structurales après traitement thermique et fongique pour révéler comment ces dégradations affectent le boisAnalytical pyrolysis is an innovative method that allows gas chromatographic analysis of complex polymers by reducing them to volatile monomers. The method requires only a few milligrams of material and is performed in a few seconds. Wood is an abundant renewable material that is used in many forms, notably in construction, in fiberboard and in the extractives it containsNumerous chemical and thermochemical modification techniques are used to improve the properties of wood, including acetylation, furfurylation and heat treatment. Pyrolysis is a new technique to characterize treated wood to understand the chemical modifications that have been generated. The classical methods used such as NMR, FTIR do not allow for a complete picture of the wood, more specifically on elements such as the regioselectivity of the modifications. The aim of our work is to answer fundamental questions about the natural variability of wood as well as the chemical modifications generated by different methods. The polymerization of furfuryl alcohol in wood could be demonstrated as well as the formation of a covalent bond with lignin. The wood acylated with different linear anhydrides revealed new structures that allow to identify the reaction sites and to estimate the reactivity of macromolecules. The method is capable of quantifying the extent of modification of the different biopolymers that constitute the wood. Using principal component analyses (PCA), the natural variations of wood as a function of height, tissue and between different specimens of the same species could be characterized. Py-GC/MS was also used to show structural differences after heat and fungal treatment to reveal how these degradations affect the wood
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Margarido, Marta. "Etude sur la modélisation mathématique de la cuisson Kraft des espèces pures et mélanges de bois pour la production de pâte à papier". Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0138.
Abstract (sommario):
La cuisson Kraft d’un ensemble d’essences de bois, résineux et feuillus, a été caractérisée dans un objectif de compréhension et de différenciation des comportements, ainsi que de modélisation cinétique. Les différentes essences, cuites pures ou en mélanges, ont été caractérisés en cours de cuisson pour leurs propriétés chimiques (lignine résiduelle, polysaccharides, acides héxénuroniques, rendements, composition moléculaire par Py-GC-MS) ainsi que pour leurs propriétés de diffusion et évolutions morphologiques macroscopiques, complétées par des mesures microtomographiques par rayons X pour l’observation des évolutions internes de la structure du bois. Les résultats obtenus apportent à la connaissance générale et à la compréhension de la cuisson Kraft, et contribuent à l’élaboration d’un simulateur mathématique de cuissonThe behaviour during Kraft cooking of a vast series of wood species, including hardwoods and softwoods, have neen studied in a purpose of species comparison and kinetic modelling. The different species were cooked as pure species or mixtures. They were characterized in terms of chemical characteristics (lignin, polysaccharides, hexenuronic acids, pulp yield, molecular composition analysed by Py-GC-MS), and in terms of alkali diffusion properties and morphological evolution during cooking. Macroscopic measurements were completed by microtomographic images on wood chips by X-ray analysis. The results obtained contribute to a general knowledge of Kraft cooking, and also to the development of a mathematical simulator for Kraft cooking modelling
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Auber, Maud. "Effet catalytique de certains inorganiques sur la sélectivité des réactions de pyrolyse rapide de biomasses et de leurs constituants". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL041N/document.
Abstract (sommario):
La pyrolyse primaire rapide de cellulose, lignine, xylane et bois de bouleau (réel, reconstitué, lavé ou non) imprégnés par différents types de catalyseurs (KCl, MgCl2, NiCl2 et ZnCl2) est étudiée expérimentalement dans un four à image. De manière générale, l’effet résultant de l’ajout d’un catalyseur diffère selon le type de biopolymère. Il entraine cependant toujours la diminution de la vitesse de production des liquides et l’augmentation de celle des charbons (effets plus ou moins accentués selon la nature du catalyseur). La composition de phase gazeuse est également modifiée avec augmentation de la fraction volumique en H2. La nature et la morphologie des charbons dépendent également du type de catalyseur. Pour la cellulose, on montre que la quantité et la composition du composé intermédiaire liquide produit lors de la pyrolyse sont également modifiées. Des lois linéaires de comportement pyrolytique établies à partir de la simple superposition des observations faites avec les biopolymères pris isolément n’ont pu être établies avec précision, ce qui implique une phrase de modélisation. Le modèle repose sur l’écriture de bilans de matière et d’énergie au niveau des pastilles de biomasses soumises à une densité de flux de chaleur imposée. L’accord avec les résultats expérimentaux est satisfaisant mais souffre d’une mauvaise connaissance des propriétés physico-chimiques des biomasses. Les écarts proviennent également de la non prise en compte des interactions entre les biopolymères au sein des biomasses réelles. Des actions de recherche dans ces domaines pourraient être recommandéesThe fast primary pyrolysis of cellulose, lignin, xylan and birch wood (natural, reconstituted, washed or not) impregnated by different types of catalysts (KCl, MgCl2, NiCl2 and ZnCl2) is experimentally studied in an image furnace. The effect of a catalyst addition differs according to the type of biopolymer. However, the decrease of the liquids and the increase of the char production rates are always observed (the effects are more or less stressed according to the nature of the catalyst). The composition of the gaseous phase is also modified with an increase of the H2 volume fraction. The nature and morphology of chars depend on the type of catalyst. The quantity and composition of the intermediate liquid compound formed during the pyrolysis of cellulose are also modified. It’s difficult to establish linear laws describing the pyrolytic behavior of biomasses from the simple overlapping of the observations made with basic biopolymers, implying the need of a modelling study. The model is based on mass and energy balances written at the level of biomasses pellets subjected to a given heat flux density. The agreement with the experimental results is quite good but suffers from a bad knowledge of the physicochemical properties of the biomasses. It is anticipated that the model could give better results if the influence of the interactions between basic biopolymers within the natural biomasses could be estimated and taken into account. Some researches in these domains could be recommended
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Shah, Narendra. "Carbonisation discontinue du bois en four à combustion partielle : contribution à la connaissance des phénomènes et recherche d'une méthode de gestion". Compiègne, 1990. http://www.theses.fr/1990COMPD289.
Abstract (sommario):
La technique de carbonisation en four à combustion partielle dépend, aujoud'hui, des critères de contrôle subjectifs qui sont difficiles â normaliser, exige une surveillance continue et aboutit à un rendement de conversion aléatoire. Cette étude a été conduite dans le but d'améliorer les connaissances sur la carbonisation discontinue en four à combustion partielle. Partant d'une expérimentation sur un four pilote, ces travaux de recherche ont testé les différents capteurs et la validité des informations fournis pour mettre en évidence l'influence des paramètres portants sur les rendements de conversion, sur la qualité de charbon de bois, sur la composition des émissions, sur l'évolution des températures et sur l'évolution de perte de masse. Le suivi de la perte de masse apparaît comme un paramètre intéressant permettant une meilleure gestion du cycle de carbonisation.
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Flity, Hassan. "Modélisation de la dégradation et combustion du bois de construction". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2023. http://www.theses.fr/2023LORR0250.
Abstract (sommario):
L'utilisation du bois dans la construction présente de nombreux avantages, mais aussi des risques en termes de sécurité incendie. La littérature regorge d'études, qu'elles soient expérimentales ou numériques, sur le comportement au feu du bois. Cependant, les résultats, divers et variés, ne permettent pas d'identifier un comportement intrinsèque au bois, et le cadre réglementaire doit se résoudre à de nombreuses hypothèses simplificatrices. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier la dégradation thermique du bois à l'échelle du cône calorimètre. L'originalité de l'étude repose sur l'adoption d'une démarche à complexité croissante, l'utilisation d'une métrologie méticuleuse et sur une caractérisation la plus complète possible des propriétés des échantillons de bois étudiés. La dégradation implique de nombreux processus qui interagissent entre eux, tels que le séchage, la pyrolyse et la combustion avec ou sans flamme, entraînant des transferts de chaleur et de masse. Vu la complexité d'étudier tous ces phénomènes simultanément, la stratégie adoptée a consisté à séparer autant que faire se peut les différents phénomènes par le biais de modèles et d'expériences spécifiques. Pour s'affranchir du problème du séchage et des transferts hydriques, l'ensemble du travail a été réalisé sur du bois anhydre. Dans un premier temps, des méthodes de caractérisation spécifiques ont été utilisées afin de déterminer les propriétés thermiques du bois et du charbon. Ces expériences ont permis d'établir des lois de comportement pour certaines de ces propriétés, facilitant ainsi leur intégration dans un modèle. Ensuite, une campagne expérimentale a été réalisée sur le bois à l'échelle matière en utilisant des techniques telles que l'analyse thermogravimétrique et la calorimétrie différentielle de balayage, sous atmosphère inerte. À cette échelle, le bois est thermiquement mince, ce qui a permis de développer un modèle cinétique capable de prédire la perte en masse, la vitesse de perte en masse et la chaleur absorbée ou générée par le bois lors de la pyrolyse, en fonction de la température. Ensuite, une campagne expérimentale a été réalisée sur des échantillons de bois à l'échelle du cône calorimètre sous atmosphère inerte afin de valider le modèle de pyrolyse 3D développé pour la prédiction de la pyrolyse du bois, en l'absence de combustion, lorsque celle-ci est principalement pilotée par les transferts thermiques dans le matériau. Des essais sous air ont enfin été réalisés en vue d'une modélisation globale de la combustion du bois anhydre, nécessitant une caractérisation précise de la combustion du charbon et de l'apport de chaleur associé et du flux de chaleur apporté par la flammeThe use of wood in construction offers numerous advantages, but also poses fire safety risks. Several studies available in the literature, whether experimental or numerical, have investigated the fire behavior of wood. However, the diverse and varied results do not allow the identification of the intrinsic behavior of wood, and regulatory frameworks have to rely on numerous simplifying assumptions. The objective of this thesis is to study the thermal degradation of wood at the cone calorimeter scale. The uniqueness of the study lies in the adoption of an increasingly complex approach, the use of meticulous metrology, and the most comprehensive characterization of the properties of the wood samples under investigation. Degradation involves numerous interacting processes such as drying, pyrolysis, and combustion with or without flames, resulting in heat and mass transfer. Given the complexity of studying all these phenomena simultaneously, the strategy adopted was to separate the different phenomena as much as possible through models and specific experiments. In order to overcome the problem of drying and hydric transfer, all the work was carried out on dry wood. First, specific characterization methods were used to determine the thermal properties of wood and charcoal. These experiments helped to establish behavioral laws for some of these properties, facilitating their integration into a model. Subsequently, an experimental campaign was conducted at the material scale of wood using techniques such as thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry under an inert atmosphere. At this scale, wood is thermally thin, which allowed the development of a kinetic model capable of predicting mass loss, mass loss rate, and heat absorbed or generated by wood during pyrolysis as a function of temperature. Next, an experimental campaign was carried out on wood samples at the scale of the cone calorimeter in an inert atmosphere to validate the 3D pyrolysis model developed to predict wood pyrolysis in the absence of combustion, driven primarily by heat transfer within the material. Finally, tests in an air environment were conducted for a comprehensive modeling of dry wood combustion, which requires a precise characterization of char combustion, the associated heat generated, and the heat flux supplied by the flame
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Placet, Vincent. "Conception et exploitation d'un dispositif expérimental innovant pour la caractérisation du comportement viscoélastique et de la dégradation thermique du bois dans des conditions sévères". Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00116612.
Abstract (sommario):
D'origine biologique, le bois présente des propriétés fortement variables rendant sa caractérisation parfois complexe. Une meilleure connaissance du comportement rhéologique et en particulier des propriétés viscoélastiques du bois est nécessaire au développement ainsi qu'à l'amélioration des processus de transformation et de fabrication de matériaux à base de bois utilisant ces propriétés.Ainsi, l'objectif majeur de cette thèse est de caractériser le comportement différé du bois vert dans des conditions thermiques et hydriques contrôlées. Un dispositif expérimental parfaitement adapté aux spécificités du bois, et en particulier à son anisotropie et son hygroscopie, a été développé. Cet appareil, appelé WAVET (Environmental Vibration Analyser for Wood) assure la détermination des propriétés viscoélastiques du bois par des essais harmoniques en flexion simple encastrement pour des fréquences comprises entre 5.10-3 Hz et 10 Hz. Dimensionné pour fonctionner jusqu'à des pressions de l'ordre de 5 bars, il permet d'effectuer des essais en milieu anhydre ou saturé pour des températures variant de 0°C à 140°C.
Les résultats expérimentaux collectés à l'aide de cet appareil sur diverses essences tempérées permettent de mettre en évidence l'influence de nombreux paramètres sur les propriétés rhéologiques et notamment au niveau de la température de ramollissement, à savoir l'essence, la direction matérielle, le type de bois (normal/réaction), ou encore la structure anatomique et macromoléculaire.
L'étude de la dégradation thermique du bois saturé en eau dévoile des modifications biochimiques importantes au sein de ce biopolymère. Il apparaît clairement que les propriétés de rigidité et d'amortissement du bois traité thermiquement en milieu aqueux évoluent en fonction de la sévérité du traitement et de la structure native des macromolécules constitutives.
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Le, Dirach Jocelyn. "Contribution à l'industrialisation d'un procédé de gazéification". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2008. http://www.theses.fr/2008INPL024N.
Abstract (sommario):
La diversification des sources d’énergies s’appuyant sur les énergies renouvelables doit contribuer à réduire la part des énergies fossiles dans la production d’électricité, en accord avec les directives européennes qui prévoient, pour la France de produire 21% de notre énergie à partir d’EnR en 2010.Les travaux rapportés dans ce mémoire s’attachent à l’industrialisation d’un procédé de gazéification de bois en vue de la production de chaleur et d’électricité. Des expériences de pyrolyse rapide de bois ont été menées sous diverses conditions expérimentales (densité de flux entre 0.9 et 6.3 MW/m², humidité entre 0 et 60%) pour comprendre et analyser les phénomènes fondamentaux impliqués lors de la gazéification du bois. Les divers produits (char, vapeurs et gaz) sont récupérés et analysés. Les résultats permettent de déterminer les rendements en chacun des produits pour différentes conditions expérimentales.La modélisation numérique du phénomène de pyrolyse du bois a ainsi été réalisée en se basant sur les données cinétiques fournies par la littérature puis comparée aux résultats expérimentaux. Même s’il n’y a pas concordance parfaite, les ordres de grandeur sont respectés. Ces modèles servent de base à la modélisation d’un réacteur de gazéification basé sur le réacteur DFB de Güssing incorporant la description hydrodynamique, la pyrolyse du bois, la gazéification du char et les réactions des vapeurs et des gaz. Ce modèle permet ainsi de déterminer l’efficacité du réacteur et ses différents paramètres opératoires.Mots clés : bois, pyrolyse, gazéification, processus élémentaires, modélisation, Güssing, énergies renouvelables, lit fluidisé circulant, génie des procédésDiversification of energy sources based on renewable energies must contribute to reduce the share of fossil fuels in power generation, in agreement with the European directives which impose to France to generate 21% of its energy from renewable energies before 2010.The present work reported in this manuscript focus on the industrialization of a wood gasification process for the production of heat and electricity. Experiments of wood fast pyrolysis were performed under various experimental conditions (flux density between 0.9 and 6.3 MW/m2, moisture between 0 and 60%) for understanding and analysis of fundamental phenomena related to the gasification of wood. The various products (char, condensible vapours and gases) are recovered and analyzed. The results help to determine the yields of each of the products for various experimental conditions.The numerical modeling of wood pyrolysis phenomena has been achieved on the basis of kinetic data found through literature review and then compared to the experimental results. Even if there is no perfect agreement, orders of magnitude are respected. These models are used as a basis to develop a gasification reactor model for Güssing DFB reactor, including the hydrodynamics description, wood pyrolysis, char gasification, vapours and gases reactions. This model is used to determine the efficiency of the reactor and its various operating parameters
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Kohler, Stefanie. "Pyrolyse rapide de biomasses et de leurs constituants. Application à l'établissement de lois prévisionnelles". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL017N/document.
Abstract (sommario):
La pyrolyse rapide de différents types de celluloses, lignines, xylanes ainsi que de mélanges synthétiques obtenus à partir de ces composés modèles et aussi de deux biomasses réelles (bois de bouleau et paille de blé), est étudiée dans un four à image. Les vitesses de perte de masse pour les composés modèles étudiés sont très différentes, de manière générale la plus grande vitesse de perte de masse est observée pour la cellulose, suivie du xylane et de la lignine. La lignine se distingue par un temps de début de réaction plus petit que celui observé pour le xylane et la cellulose. Pour un temps donné, le rendement en charbon est plus grand pour la lignine que pour le xylane. La formation de charbon à partir de la cellulose est marginale. La cellulose microgranulaire produit en majorité des vapeurs et très peu de gaz. La cellulose extraite du bois de bouleau montre un comportement intermédiaire entre le comportement de la cellulose microgranulaire et les lignines. Le xylane se distingue par une vitesse de formation de gaz supérieure à celles des vapeurs. Les mélanges synthétiques à partir des trois composés modèles montrent un comportement intermédiaire. Le bois de bouleau est plus réactif que la paille de blé et son comportement peut être comparé à celui de la cellulose extraite du bois de bouleau en ce qui concerne les vitesses de perte de masse et de formation de vapeurs. Une corrélation simple se basant sur l’addition pondérée des vitesses de formation des produits est établie et les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Il s’avère que les inorganiques jouent un rôle important lors de la pyrolyse : le comportement de la paille de blé, une biomasse riche en inorganiques, ne peut pas être décrit par de telles corrélations. Des écarts moins significatifs entre les valeurs obtenues par les corrélations théoriques et celles provenant des résultats expérimentaux sont observés pour les mélanges synthétiques et le bois de bouleau. En conclusion, l’hypothèse d’une corrélation simple, appelée loi prévisionnelle, ne semble pas être justifiée sur les vitesses de formation de produits. Un modèle est alors développé qui permet de décrire le comportement pyrolytique à l’aide de courbes non linéaires pour la perte de masse et la production des produits. A l’exception de la paille de blé, de nouvelles lois prévisionnelles additives peuvent alors être déterminées de manière très satisfaisante au regard de la précision des mesures expérimentalesThe fast pyrolysis of different types of celluloses, lignins, xylanes as well as different mixtures of these basic compounds and two real biomasses (birch wood and wheat straw) has been studied in an image furnace. The mass loss rates of each of the studied model compounds are very different, but usually higher for cellulose than xylane and higher for xylane than lignins. Lignins begin to react before xylane and cellulose. For a given pyrolysis time, lignins produce more char than xylane. Char formation from cellulose remains insignificant, close to zero. Microgranular cellulose gives mainly rise to vapours and very little gas is formed. Cellulose extracted from birch wood shows an intermediate behaviour between microgranular cellulose and lignins. Production rates of gases are higher than those of vapours for xylan. Regarding the mixtures of these three compounds, an intermediate behaviour can be observed. Birch wood is more reactive than wheat straw. Its pyrolytic behaviour is similar with that of cellulose extracted from birch wood with regard to concerning mass loss rates and vapours formation. A simple additive correlation relying on mass loss rates and products formations rates is elaborated and the results compared to the experimental values. It appears that inorganics play an important role in biomass pyrolysis : the pyrolytic behaviour of wheat straw, a biomass which is rich in inorganics, cannot be described by simple additive correlations. Less significant gaps between expected rates obtained by the correlations and the observed rates obtained by the experiments are found for synthetic mixtures and birch wood. In conclusion, the hypothesis of linear correlations cannot be supported for representing the products formations rates. A complete mathematical model is then developed revealing a non-linear behaviour of the variations of mass losses and products formations. Except for wheat straw, new additive correlations are then determined. The agreement with the experimental results is very satisfying with regard to the measurements accuracies
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Haddad, Khouloud. "Etude de la pyrolyse de matériaux biosourcés chimiquement modifiés : Caractérisation des biochars et application agronomique". Thesis, Mulhouse, 2018. http://www.theses.fr/2018MULH2159.
Abstract (sommario):
La Tunisie dispose d'une multitude de biomasses sèches telles que la sciure de bois de cyprès (SBC) et humides telles que les margines générées par l'industrie oléicole. Ce travail vise en premier lieu à étudier la conversion thermochimique par pyrolyse lente du mélange de SBC/solutions chargées en métaux alcalins (K et Na) et alcalino-terreux (Mg et Ca) et de SBC/margines et par la suite à explorer la valorisation agronomique des biochars produits. Les analyses thermogravimétriques (ATG/TG) ont montré que l'imprégnation de la SBC avec les quatres minéraux (K, Na, Mg, Ca) induit des modifications significatives sur le processus de pyrolyse. En particulier, la dégradation de la cellulose est fortement influencée par la présence du potassium. De même, la température de pyrolyse ainsi que l'imprégnation avec les minéraux et les margines affectent d'une manière significative le rendement des biochars produits et leurs structures carbonés. Quant à la valorisation agronomique des biochars produits, nous avons démontré que les biochars issus de la sciure de bois imprégnée par les margines peut être utilisé comme un amendement efficace pour la fertilisation potassique de sols agricoles. En effet, une amélioration de la croissance du Ray Grass, en termes de matières fraîches, de l'ordre de 36 0/0 a été enregistrée. De plus, un taux relativement élevé d'exportation de K par la plante testée (37 g. Kg-1) a été estiméTunisia produces multitude of dry and wet biomass such as cypress sawdust (CS) and olive mill wastewaters (OMWW), respectively. The main aims of this research work are: i)to study the thermal conversion through slow pyrolysis of the CS impregnated With OMWW and various synthetic mineral solutions (K, Na, Mg and Ca), and ii) to explore the valorisation of the produced biochars as amendments for agricultural soils. The thermogravimetric analyzes (DTG/TG) showed that the impregnation of the CS with the four minerals (K, Na, Mg, Ca) and OMWW induced significant changes in the pyrolysis process. The highest impact was observed for the cellulose degradation in the presence of potassium. Moreover, the pyrolysis temperature as well as the nature of the impregnated mineral on the CS surface affect significantly the yield of the produced biochars and their structures. Regarding the valorisation of the produced biochars, experimental results showed that the biochars generated from the pyrolysis of CS impregnated with OMWW could be used as an efficient fertilizer for agricultural soils. Indeed, it improves by about 36 0/0 the growth of Rye Grass. Furthermore, a relatively high potassium rate was exported to Rye Grass ( (37g Kg-1 ) was registered
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Lamarche, Pierre. "Contribution à l'étude expérimentale et à la modélisation de la gazéification étagée de biomasse en lit fixe". Nantes, 2011. http://www.theses.fr/2011NANT2093.
Abstract (sommario):
Véritable alternative à la combustion, la valorisation énergétique de la biomasse par gazéification puis cogénération, répond à la double problématique de la production d’énergie et de l’élimination des résidus de bois. Le travail présenté dans cette thèse concerne le développement d’un outil dédié au dimensionnement des réacteurs de pyrolyse à lit fixe continu à chauffage externe, pour les procédés de gazéification étagée de petite et moyenne puissance (< 500 kWe). Cet outil permet la prédiction des champs de température et de concentration au sein du lit en fonction des conditions opératoires (dimensions du réacteur, débit massique de bois, température de paroi) et des propriétés du combustible (humidité et granulométrie). Dans le cadre de la mise au point de cet outil, une installation expérimentale étagée composée d’un réacteur de pyrolyse à lit fixe à chauffage externe, et d’un réacteur de gazéification batch, a été développée. Les profils de températures instationnaires obtenus sur le réacteur de pyrolyse ont permis la validation d’un modèle de pyrolyse batch, et la détermination d’un paramètre clé du modèle : la conductivité thermique effective. A l’issue de cette validation, le modèle a été extrapolé pour la modélisation de la pyrolyse continue, et une étude paramétrique a permis d’identifier les paramètres limitants lors de la pyrolyse à chauffage externe. On présente ensuite, les résultats expérimentaux obtenus sur le réacteur pilote de gazéification, et on propose des recommandations pour l’amélioration des étages d’oxydation partielle et de gazéification du charbonReal alternative with combustion, the energy valorization of the biomass by gasification and CHP answers to the double problem of energy production and wood residues elimination. The work presented in this thesis is related to the development of a dimensioning tool for the continuous fixed bed and external heating pyrolysis reactors integrated into staged gasification process for small and middle power plants (< 500 kWe). This tool allows the prediction of the temperature fields and species concentrations within the bed according to the operating conditions (reactor geometry, wood mass flowrate, wall temperature) and biomass properties (moisture, particle type). Within the framework of this tool development, a staged experimental device made up of a fixed bed and external heating pyrolysis reactor, and of a batch gasification reactor was developed. The obtained transient temperatures profiles on the pyrolysis reactor allowed the validation of a batch pyrolysis model and the determination of a key parameter of the model: the effective thermal conductivity. At the conclusion of this validation, the model was extrapolated for the modeling of continuous pyrolysis, and a parametric study made it possible the limiting parameters identification during pyrolysis with external heating. Lastly, experimental results obtained on the gasification reactor of the experimental device are presented, and recommendations for the improvement of partial oxidation and char reduction stages are given