Traitement thermique du bois en vue de sa valorisation énergétique : effet de l'intensité de traitement sur la composition chimique, les propriétés énergétiques et la résilience mécanique

Heat treatment of wood for energy recovery purpose : effect of the treatment intensity on the chemical composition, energy properties and mechanical resilience

• Auteur / Autrice : Floran Pierre
• Direction : Patrick Perré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois
• Date : Soutenance le 09/12/2011
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes des Ressources Forêt-Bois - Laboratoire d'Etudes des Ressources Forêt-Bois
• Jury : Président / Présidente : Yann Rogaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Perré, José Otavio Brito, Elena Sanz Garcia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Thibaut, Patricia Arlabosse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois -- Conservation

Énergie de la biomasse

Bois -- Chimie

Mots clés libres

Biomasse

Préconditionnement

Torréfaction

Broyabilité

Test d\'impact

Rendement énergétique

Biomass

Preconditioning

Torefaction

Grindability

Impact test

Energy yield

Résumé

Le contexte global de réchauffement climatique et de fin programmée des carburants d'origine fossile a conduit depuis quelques décennies au développement des biocarburants. Les nombreux inconvénients liés à la première génération de biocarburants ont peu à peu donné naissance aux biocarburants de seconde génération dont l'avantage notable est d'utiliser la partie ligno-cellulosique des plantes. La principale voie de conversion envisagée consiste en une gazeification suivie d'une synthèse Fisher-Tropsch. Mais la dispersion énergétique et géographique de la biomasse ainsi que les nombreuses contraintes liées au processus de fabrication nécessitent la mise au point d'un préconditionnement adéquat. Le matériau utilisé devra en effet être homogène, concentré énergétiquement, stockable et facilement transportable. Il devra aussi être facilement broyable en vue de son injection sous pression dans les gazéifieurs. Une voie de prétraitement possible consiste à torréfier la biomasse. Le présent travail s'inscrit dans cette thématique puisqu'il a permis une caractérisation chimique, énergétique et mécanique du bois (Pinus pinaster et Quercus robur) traité thermiquement (T°C<300°C). Dans une première partie du travail, des analyses chimiques et énergétiques de bois traités thermiquement à différentes intensités ont été réalisées. Les résultats ont permis de quantifier la dégradation chimique et la densification énergétique lorsque l'intensité du traitement augmente. Il s'avère que la perte de masse est un excellent indicateur de ces modifications : des relations de prédiction de l'évolution de ces propriétés ont été établies. Un dispositif d'impact original a été développé dans la seconde partie du travail. Les résultats obtenus montrent une augmentation de la broyabilité du bois lorsque l'intensité de son traitement thermique augmente. Avec l'intensité du traitement, le bois perd d'abord sa résilience, puis son comportement fibreux.Cela permet la formation de fines particules particulièrement adaptées aux processus de fabrication des biocarburants de seconde génération.

Biofuels are developed worldwide since the few last decades to face two major problems of our societies: global warming and peak oil. Due to many disadvantages of the first generation of biofuel, a second generation is developed, whose major advantage is to use the lignocellulosic part of plants. One interesting way to produce this kind of biofuel is a gasification followed by a Fisher-Tropsch synthesis. However, a pretreatment is needed because raw biomass is not suitable for a direct use in gasifier. The role of the pretreatment is to homogenize product properties, to ease storage and transport, to concentrate the energy content. Moreover, its grindability has also to be improved since fine particles are required to supply the gasifier. The present work proposes a comprehensive chemical, energetic and mechanical characterization of wood (Pinus pinaster and Quercus robur) with different treatment intensities (T°C<300°C). The first part proposes a full set of chemical and energy analysis on heat-treated woods. The mass loss was confirmed as a synthetic indicator of the effect of treatment intensity on the degree of chemical degradation and energy concentration. Therefore, analytical expressions allowing the prediction of energy and chemical properties as a function of the overall mass loss are provided. The second part of the work consists in the development and use of a novel impact device. Results obtained in radial and tangential directions show that the heat treatment improves the wood grindability. As the treatment intensity increases, wood first losses its resilience first, followed by a loss of its fibrous behavior. The later eases its transformation into small particles suitable for gasification process.