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

2.2.1. Analyse des extractibles

Une masse Go de biomasse sèche est lessivée à température ambiante avec un mélange de toluène/éthanol (2 :1 en volume) pendant 3h et après séchage à l'air libre, est séchée à l'étuve à 105°C-110°C jusqu'à stabilisation de la masse. Elle est ensuite refroidit dans un dessiccateur puis pesée on obtient la masse G1. Le taux des extractibles est obtenu par :

~

)		~

2.2.2. Analyse des hémicelluloses

Une masse G1 du résidu des extractibles est introduite dans un flacon dans lequel on verse 150 ml d'une solution de NaOH de concentration 20g/l, le mélange est bouilli pendant 3.5h avec de l'eau distillée recyclée. Filtrer et laver jusqu'à élimination des ions Na⁺. Le filtrat est séché à l'étuve jusqu'à stabilisation de la masse. Il est refroidit dans un dessiccateur puis pesé, on obtient la masse G2. Le taux des hémicelluloses est obtenu par :

~

)		~

2.2.3. Analyse de la lignine

Environ 1g du résidu après extraction des extractibles, est introduit dans un flacon puis sécher à l'étuve jusqu'à stabilisation de la masse. Après refroidissement dans un dessiccateur, la masse est pesée, on obtient G3. Après introduction tout doucement de 30ml d'une solution d'acide sulfurique (72%) dans le flacon. Le mélange est conservé entre 8 et 15°C pendant 24h. il est ensuite introduit dans un flacon de 300ml d'eau distillée et bouilli pendant 1h avec un mélange d'eau distillée recyclée. Le mélange est refroidi et filtré jusqu'à disparition des ions sulfate (détection des ions sulfate par 10% de chlorure de baryum dans la solution). Le résidu est ensuite séché à l'étuve à 105°C jusqu'à stabilisation de la masse. Il est ensuite refroidi dans un dessiccateur et pesé. On obtient la masse G4. Le taux des lignines est donc obtenu par la formule :

) 1 -- WI.) x

2.2.4 Analyse de la cellulose

Le taux de la cellulose est calculé par la formule :

W4(%) = 1 00 -- (Ad + _WI. + W2 + W3) Où Ad est le taux des cendres.

2.3. Dispositif expérimental

2.3.1. Description et principe de fonctionnement

Pour notre, travail nous avons utilisé comme appareil l'analyseur thermogravimétrique du LBEB (voir Fig. 6), qui permet de suivre les étapes de décomposition de la biomasse lors de la pyrolyse, par la mesure directe de la variation de la masse en fonction de la température et (ou) du temps. Cette technique d'analyse est le plus souvent couplée avec d'autres méthodes d'analyse effectuées simultanément. Ces autres méthodes sont la Differential Scanning Calorimetry (DSC), l'analyse thermique différentielle (ATD) et des technologies de séparation tel que la chromatographie couplée à la spectrométrie de masse MS. L'appareil présent au 2IE est l'ATG Setsys évolution 16/18 de marque SETARAM ® couplé avec l'extension DSC et des possibilités d'extension pour les modules complémentaires. Pour notre étude nous avons utilisé le mode TG/DSC.

Figure 6:Analyseur thermogravimétrique (SETSYS SETARAM)

La thermobalance est dotée d'une enceinte étanche dans laquelle circule le gaz de protection ici l'argon qui permet de contrôler l'atmosphère dans le four où est chauffé notre échantillon. Un système de circulation d'eau non seulement agit sur la régulation de la température du four, mais sert aussi à refroidir l'appareil à la fin de la manipulation. La DSC est dotée :

- D'un plateau métallique usine comportant deux logements pour les creusets de mesure et de référence ;

- D'un thermocouple de régulation dans la partie centrale du plateau ;

- D'une hampe céramique quadrifilaire recevant les différents thermocouples (mesure, référence, régulation) ;

- De deux creusets en alumine _Al2O3 de référence : S08/GG.28204 pouvant supporter des températures de 1700°C.

Figure 7:Schéma de la thermobalance utiisée au laboratoire

Notre dispositif nous permet d'avoir au niveau de notre système d'acquisition trois signaux à savoir, le signal TG qui représente la perte de masse de l'échantillon en fonction de la température de l'échantillon, le signal du flux de chaleur (heat flow) qui représente la différence de flux de chaleur entre le creuset portant l'échantillon et le creuset de référence et le signal de la température de l'échantillon.

2.3.2 Mode opératoire de la pyrolyse

Toutes les expériences de pyrolyse d'eucalyptus et des constituants sont faites sur des échantillons de granulométrie 212 um<X <400um pour l'eucalyptus. Une masse comprise entre 18mg et 20mg est d'abord pesée sur une balance de grande précision et ensuite introduite dans notre four où elle suivra le régime de température défini pour chaque essai selon le protocole suivant :

- Une période de balayage d'argon à 200 ml/min de 10min pour permettre l'évacuation de l'oxygène résiduel du four, ensuite on fait le vide dans l'enceinte ;

- Un nouveau renvoi de l'argon à 200 ml/min dans l'enceinte jusqu'au remplissage pour s'assurer que nous sommes dans un milieu neutre ;

- Un balayage d'argon de 20ml/min pendant 3min permet de retrouver les conditions d'analyse après la période de balayage à 200 ml/min.

- Phase de séchage, le débit d'argon est de 20 ml/min pendant toute l'expérimentation, on part de la température ambiante à 105°C à 10°C/min avec un palier de 10min à 105°C pour nous assurer que l'humidité résiduelle est évacuée.

- Phase de la pyrolyse, nous partons de 105°C à 2°C/min jusqu'à une température T1 (température de changement de vitesse de chauffe) pour ce qui est des essais avec changement de vitesse de chauffe. Ensuite de T1 à 900°C avec une vitesse de chauffe de 100°C/min et à 900°C un palier de 10min. Dans le cas où nous ne faisons pas de changement de vitesse de chauffe, la vitesse de chauffe reste constante (2°C/min ou 100°C/min) de 105°C à 900°C ;

- Phase de refroidissement de 900°C à 200°C à 30°C/min et de 200°C à 50°C à 20°C/min.