1.1.3.2 Les Hémicelluloses
L'hémicellulose est un polymère branché
avec différents types de sucres. Par rapport à la cellulose,
l'hémicellulose ne contient pas que des glucoses anhydres. Par exemple,
en plus du glucose, les monomères de l'hémicellulose peuvent
être du xylose, du mannose, du galactose, du rhamnose, ou de l'arabinose.
L'hémicellulose est faite majoritairement de D-pentoses, parfois de
petites quantités d'oses de configuration L. Le Xylose est toujours
l'ose le plus représenté mais les acides mannuronique et
galacturonique sont aussi souvent présents. Parmi les différentes
hémicelluloses, les xylanes (Fig.2) sont les plus réactifs et
très sensibles aux réactions de décomposition
thermique.
Figure 2:l'hémicellulose (xylan)
1.1.3.3 La Lignine
La lignine est le deuxième biopolymère
renouvelable le plus commun sur terre après la cellulose et à eux
deux, ils cumulent plus de 70% de la biomasse totale. Le mot lignine est en
fait un nom générique pour un ensemble de polymères
polyphénoliques, de masses molaires élevées, de
décompositions et de structure variables très complexes.
1.2. La Pyrolyse Généralités et
Définition
La pyrolyse est un procédé thermique qui
consiste en un traitement de matière organique en absence des produits
oxydants, et parfois en présence d'un gaz inerte qui est soit de
l'hélium de l'azote ou de l'argon. Il n'est pas rare que certaines
personnes distinguent souvent deux étapes dans la pyrolyse [6] :
- La pyrolyse primaire qui provoque la décomposition du
solide uniquement en gaz non condensables, en vapeurs condensables et en char
;
- La pyrolyse secondaire qui fait intervenir des
réactions homogènes (par exemple craquage et
repolymérisation des gaz et des vapeurs condensables de la pyrolyse
primaire), et hétérogènes (par exemple « gaz-char
»).
Dans la suite de notre étude le terme pyrolyse englobe ces
deux termes. La fig. 3 présente le schéma simplifié de la
pyrolyse.
Figure 3:Schéma simplifié de la pyrolyse
[6]
Nous avons trois types de pyrolyse à savoir [8] :
- La pyrolyse lente (0.1-1°C/min)
caractérisée par un temps de résidence
élevé, les températures faibles (250-600°C)
favorisent la formation du charbon. (Avec des taille des particules
utilisées de +/- de l'ordre de dizaine de millimetre) ;
- La pyrolyse rapide (entre 10 et
200°C/min) qui conduit a une plus grande quantité de produit
liquide. Les températures (500-1000°C). Ce processus donne de grand
rendement en lit fluidisé. (taille de particules utilisées +/- de
l'ordre du millimetre) ;
- La pyrolyse flash (supérieur
à 1000°C/min), les températures (800-1200°C) qui
conduit à des rendements en liquide très élevés (la
tailles des particules est de l'ordre de centaines de micromètre) ;
D'après Kifani-Sahban et al. A Khelfa et al [5,6] la
pyrolyse de la biomasse est constituée de trois réactions
primaires de dégradation à savoir :
- La dégradation des hémicelluloses (xylan)
entre 250 et 300°C précédé par la réaction de
déshydratation au cours de laquelle toute l'humidité
résiduelle du bois est évacuée ;
- La dégradation de la cellulose entre 300 et 350°C
;
- La fin de la dégradation des lignines entre 450 et
550°C, sa cinétique de dégradation est plus lente que celle
des hémicelluloses et de la cellulose.
Figure 4: Evolution de la masse normalisée d'un
échantillon d'eucalyptus en fonction de la
température
[8]
Même si l'analyse Thermogravimétrique (ATG) ne
donne qu'une information générale sur l'ensemble des
réactions qui ont lieu au cours de la pyrolyse de la biomasse, elle
permet de comparer le comportement thermique de substances de même
origine et de mettre en évidence l'influence de certains
paramètres (composition chimique, température, vitesse de
chauffe...) sur la cinétique de la réaction. Plusieurs approches
sont proposées quant à l'explication du processus de pyrolyse du
bois [5]. Pour la première, la pyrolyse de la biomasse est
considérée comme une réaction chimique pure alors que dans
une autre approche la pyrolyse résulte d'une compétition entre
une réaction chimique et un transfert diffusionnel thermique. Dans le
second cas, Maa p et bailie [11] ont noté que l'étape
déterminante de la transformation de la biomasse peut évoluer
d'un régime chimique à un régime thermique suivant la
taille de la particule et la température du milieu réactionnel.
Ainsi pour des particules de diamètre inférieur à 2mm la
décomposition du solide est contrô1ée par la
réaction chimique, et que pour des particules de diamètres
supérieurs 20 mm la transformation est limitée par la conduction
de la chaleur dans la couche de charbon formé. Et pour Patrick Rousset
et al [12] comprendre la pyrolyse du bois passe par l'identification des
mécanismes
réactionnels et la détermination des
paramètres cinétiques mis en jeu lors de la dégradation
thermique du bois et de ses constituants majeurs, c'est-à-dire
cellulose, hémicelluloses et lignines.
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