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Etude de la carbonisation-pyrolyse du bois d'eucalyptus par méthode thermogravimétrique


par Jean-aimé NGOLLO MATEKE
Institut International d'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement - Master Génie électrique Option : Energétique et énergies renouvelables 2009
  

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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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