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Etude de la carbonisation-pyrolyse du bois
d'eucalyptus par méthode
thermogravimétrique
MEMOIRE POUR L'OBTENTION DU MASTER SPECIALISE Génie
électrique Option : Energétique et
énergies
renouvelables
Laboratoire Biomasse, Energie et Biocarburant
(LBEB)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique
pour
Le Développement (CIRAD)
Présenté et soutenu publiquement le 15 septembre
2010 par :
NGOLLO MATEKE jean-aimé
Travaux dirigés par :
Dr Khalid ElyounssiLe Centre de Recherche
Forestière de Rabat
Dr. Joël
BLIN
Enseignant chercheur, UTER, GEI, LBEE,
CiraéIng. François-xavier
Collard
Doctorant, LBEE
Jury d'évaluation du stage :
Président : Dr. Joël Blin
Membres et correcteurs : Dr. Yao AZOUMAH
Ing. François-Xavier Collard
Je dédie ce travail à :
JEHOVAH sans qui
rien n'est possible
Mes feus parents Eboulè Matekè
Véronique et Ngollo Mouandjo Victor,
tout le mérite leurs
revient
Pour leurs sacrifices, leur affection et leur amour.
Mes frères et Soeurs pour tout l'amour,
bienveillante attention et soutien
tout au long de cette année qu'ils
retrouvent ici tous autant qu'ils sont toute
ma reconnaissance.
A mon
Oncle NGANGUE Eyoum pour ses encouragements et soutien.
A
Jeanne-aimée qui a toujours cru en moi.
Soit A un succès dans la vie. Alors A = x + y + z, oft
x = travailler, y = s'amuser, z = croire.
Albert Einstein, Extrait du
Magazine : The Observer
REMERCIEMENTS
Le présent travail a été
réalisé au Laboratoire Biomasse, Energie et Biocarburants (LBEB)
du 2ie sous la direction du Dr Joël BLIN en collaboration avec le Dr
Khalid ELyounssi du Centre de Recherche Forestière de Rabat et
l'ingénieur François-Xavier Collard doctorant au LBEB.
Je tiens à remercier le Docteur Joël Blin pour
m'avoir accueilli dans son équipe et m'avoir fait confiance. Je lui suis
très reconnaissant du bien veillant encadrement qu'il m'a
apporté.
Je tiens également à remercier le Docteur Khalid
Elyounssi d'avoir accepté de diriger et d'examiner ce travail. Je salue
en lui sa minutie et sa diligence. Qu'il trouve ici le témoignage de ma
respectueuse gratitude.
Je remercie le Doctorant François-Xavier Collard pour sa
disponibilité, ses conseils et suggestions. Je remercie tous les
enseignants de l'UTER GEI du 2ie pour leur précieux encadrement et
conseils tout au long de notre si enrichissante formation.
Je remercie le personnel du Cirad et du Laboratoire des biomasses
Energies et Biocarburants pour l'accueil irréprochable au sein du
groupe.
Mes frères et soeur, Aurore, Emmanuel, David, Victorien,
Pascal, Grace, Martine, Urbain Rebecca, Emile, Nathalie et Rachel pour les
messages de soutien.
Je ne saurai finir sans toutefois remercier les
employés de planète jeunes je pense à Ky Munir, hamidou,
mariame, hortence, narcisse et steven pour les mots de soutient et
d'encouragement. Cette bonne humeur à chaque fois que je passais les
voir, me touche énormément.
Mes camarades de promotion, pour les moments de joie et de
dures épreuves que nous avons eu à partager, je pense à
déli, william melhyas, tim, lamine, éric, jacques, marcellin,
gado pour ne citer que ceux-là.
Je remercie Priso Moukate Corine pour ses messages
d'encouragement et de réconfort. Je remercie également tous mes
neveux et nieces pour la joie et la lumière qu'ils m'apportent quand je
les regarde.
Mes amis (es) au Cameroun et de part le monde pour les messages
d'encouragement, ils m'ont beaucoup aidé à surmonter les moments
de doute et de l'éloignement des miens.
Sommaire
REMERCIEMENTS i
LISTE DE TABLEAUX & FIGURES iv
TABLEAUX iv
FIGURES iv
SIGLES v
RESUME vi
ABSTRACT vii
INTRODUCTION GENERALE 1
Chapitre 1. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 3
1.1 Description de la matière première bois 3
1.1.1. Propriétés physiques du bois 4
1.1.2 Composition Elémentaire Du Bois 5
1.1.3 Composition Chimique Du Bois 5
1.2. La Pyrolyse Généralités et
Définition 6
1.2.1 La Pyrolyse De La Cellulose 9
1.2.2 La Pyrolyse des hémicelluloses 9
1.2.3 La pyrolyse de la lignine 10
1.3 Produits de la pyrolyse du bois 10
1.3.1 Le charbon 10
1.4 Facteurs influençant la pyrolyse 11
1.4.1 La vitesse de chauffe 11
1.4.2 La température final 11
1.4.5 La Pression 12
Conclusion 13
Chapitre 2. MATERIELS ET METHODES 15
2.1. Matières premières et opérations de
traitement 15
2.2. Caractérisation de la biomasse 15
2.2.1. Analyse des extractibles 16
2.2.2. Analyse des hémicelluloses 16
2.2.3. Analyse de la lignine 17
2.2.4 Analyse de la cellulose 17
2.3. Dispositif expérimental 17
2.3.2 Mode opératoire de la pyrolyse
19
Chapitre 3. RESULTATS ET DISCUSSION 22
3.1. Résultats des analyses immédiates et des
composés 22
3.2. Analyse thermogravimétrique de l'eucalyptus et de ses
constituants 22
3.2.1 Analyse TG de l'Eucalyptus 22
3.2.2. Analyse TG de la lignine 26
3.2.3. Analyse TG de l'hémicellulose (xylan) 29
3.2.4. Analyse TG de la cellulose 30
3.3. Effets du changement de la vitesse de chauffe sur les
rendements 32
3.3.1 Calculs de rendements 32
3.3.2. Rendement en charbon 33
3.3.3. Rendement en carbone fixe 33
CONCLUSION ET PERSPECTIVES 37
BIBLIOGRAPHIE 38
ANNEXES 40
LISTE DE TABLEAUX & FIGURES
TABLEAUX
TABLEAU 1: MODES DE PYROLYSE DANS LA LITTERATURE 13
TABLEAU 2: TEMPERATURE DE CHANGEMENT DE VITESSE DE CHAUFFE 20
TABLEAU 3: ANALYSE IMMEDIATE ET ANALYSE DES COMPOSES DE
L'EUCALYPTUS 22
TABLEAU 4: RESULTATS DE L'EUCALYPTUS 33
TABLEAU 5: RESULTATS DES HEMICELLULOSES (XYLAN) 34
TABLEAU 6: RESULTATS DE LA CELLULOSE 34
TABLEAU 7: RESULTATS DE LA LIGNINE 35
FIGURES
FIGURE 1:LA CELLULOSE 5
FIGURE 2:L'HEMICELLULOSE (XYLAN) 6
FIGURE 3:SCHEMA SIMPLIFIE DE LA PYROLYSE [6] 7
FIGURE 4: EVOLUTION DE LA MASSE NORMALISEE D'UN ECHANTILLON
D'EUCALYPTUS EN FONCTION DE LA TEMPERATURE [8] 8
FIGURE 5:EFFETS DE LA PRESSION SUR LE RENDEMENT EN CHARBON DE LA
CELLULOSE [21] 12
FIGURE 6:ANALYSEUR THERMOGRAVIMETRIQUE (SETSYS SETARAM) 18
FIGURE 7:SCHEMA DE LA THERMOBALANCE UTILISEE AU LABORATOIRE 19
FIGURE 8: PROTOCOLE EXPERIMENTALE DE PYROLYSE 21
FIGURE 9: PYROLYSE EUCALYPTUS 23
FIGURE 10: DTG DE LA PYROLYSE EUCALYPTUS 24
FIGURE 11:PYROLYSE EUCALYPTUS ET CONSTITUANTS A 2°C/MIN
25
FIGURE 12: DTG EUCALYPTUS ET CONSTITUANTS A 2°C/MIN 26
FIGURE 13:PYROLYSE DE LA LIGNINE 27
FIGURE 14:DTG DE LA PYROLYSE DE LA LIGNINE 28
FIGURE 15: PYROLYSE DE L'HEMICELLULOSE (XYLAN) 29
FIGURE 16: DTG DE LA PYROLYSE DE L'HEMICELLULOSE (XYLAN) 30
FIGURE 17: PYROLYSE DE LA CELLULOSE 31
FIGURE 18: DTG DE LA PYROLYSE DE LA CELLULOSE 32
FIGURE 19: EVOLUTION DES GRANDEURS EN FONCTION DU MODE DE CHAUFFE
35
SIGLES
2IE : Institut International d'Ingénierie
de l'Eau et de l'Environnement
CIRAD : Centre de Coopération
Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
CO2 : Dioxyde de Carbone
LBEB : Laboratoire de Biomasse Energies et
Biocarburants
DSC : Differential Scanning Calorimetry
ATG : Analyse ThermoGravimétrique
RESUME
Dans le travail proposé ici, nous déterminons
à l'aide de la thermogravimétrie le régime thermique
optimal pour la pyrolyse du bois d'eucalyptus, bois fréquemment
utilisé dans la fabrication du charbon de bois. Les thermogrammes de
l'eucalyptus sont comparés avec ceux des hémicelluloses (xylan),
de la cellulose et de la lignine. Les données
thermogravimétriques des différentes substances sont
traitées pour pouvoir obtenir les rendements en charbon et en carbone
fixe suivant chaque régime de chauffe. Les courbes de rendement en
fonction de la température des substances étudiées mettent
en évidence les différentes phases de la pyrolyse. Les courbes
dTG des différents constituants du bois font apparaitre chacune une
étape de décomposition maximale, pour un régime à
vitesse de chauffe faible et sans changement de phase et deux étapes
pour un régime avec changement de phase. Tandis que celle de
l'Eucalyptus en fait paraître trois étapes pour le régime
sans changement de phase dont deux assez visibles et une moins. Les
résultats des calculs de rendements obtenus montrent que les rendements
sont meilleurs lorsqu'on fait une pyrolyse avec changement de phase et pour
l'eucalyptus la meilleure température de changement de phase est
360°C, lorsqu'on a comme vitesse de chauffe faible 2°C/min et
100°C/min pour la grande vitesse de chauffe.
Mots Clés: Pyrolyse, Rendement,
Eucalyptus, ATG.
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