Thèse soutenue

Modélisation de la conversion thermique de carburants verts de type bio-huiles
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Auteur / Autrice : Chourouk Nait Saidi
Direction : Patrice ParicaudJulian Garrec
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biologie et Chimie
Date : Soutenance le 14/12/2020
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau). Unité de Chimie et Procédés
Jury : Président / Présidente : Christophe Coquelet
Examinateurs / Examinatrices : Amparo Galindo, Pierre Millet
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Passarello, Christelle Miqueu

Résumé

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La production de bio-huiles par conversion thermochimique de la biomasse estun procédé prometteur pour le bio-raffinage. Alors que la cinétique en phase gazeuse de la conversion de la bio-huile est bien avancée, sa réactivité en phase liquide reste mal connue.L’objectif de cette thèse est de comprendre le mécanisme cinétique détaillé de la décomposition thermochimique de la biomasse à basse température en phase liquide. Comme indiqué par Basu et al. (June 2010) et Nakamura et al. (2007a,b)et Kawamoto (2017), une phase liquide est observée pendant la première étape de la pyrolyse de la biomasse. Dans cette étude, nous tenterons de modéliser le premier stade de la pyrolyse de la biomasse. A notre connaissance, aucune étude de modélisation de la réactivité en phase liquide n’a été proposée pour la pyrolyse de la biomasse. L’étude des réactions en phase liquide de ces systèmes complexes nécessite une bonne connaissance de l’influence du solvant sur la cinétique. Nous avons en premier temps comparé la prédiction des modèles COSMO-SAC avec celles du modèle de solvatation Abraham, en considérant la base de données COMPSOL de Moine et al. (2017) comme données de référence. Nous avons ensuite proposé une re-paramétrisation de ces modèles COSMO-SAC qui conduit à de bien meilleures prédictions et nous permets d’étendre ces modèles à l’utilisation des cavités CPCM (Nait Saidi et al. (2020)). Les méthodes prédictives basées sur des calculs ab initio peuvent être très précises pour prédire les propriétés thermochimiques en phase gazeuse et sont généralement plus polyvalentes que les méthodes de contribution de groupe. Une extension de la méthode ab initio de prédiction des enthalpies de formation de Paulechka et Kazakov (2017) a été proposée dans ce travail (Mielczarek et al. (2019)) et utilisée pour les composés de la biomasse. En troisième partie de cette étude, nous avons prédit les différents chemins réactionnels possibles de la décomposition des composés représentatifs de la partie lignine de la biomasse à l’aide du générateur de mécanismes réactionnels (RMG). Les composés choisis sont le créosol, le gaïacol et le méthoxy vinylphénol. Ce travail peut être considéré comme une extension du mécanisme en phase gazeuse de la pyrolyse proposé par Ranzi et al.(2017a,b) en considérant la recombinaison radicalaire et la polymérisation qui se produit à basse température entre100°C et 300°C. Pour modéliser la cinétique des réactions clés, nous les avons étudiés par l’approche des états de transition à l’aide de Gaussian09 et d’ORCA. L’estimation des paramètres cinétiques est ensuite déterminé par la théorie des états de transition à l'aide du Kisthelp tool (Canneaux et al. (2014)) pour la cinétique en phase gazeuse et cinétique en phase liquide à partir de l’approche Green (Jalan et al. July 2013).