Contribution à l’étude de conversion de bioressources pour la production des biocarburants par un système à grande efficacité de conversion

Contribution to the study of bioresources conversion for the production of biofuels by a system with conversion efficiency

• Auteur / Autrice : Loubna Hadhoum
• Direction : Mohand Tazerout, Khaled Loubar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, Thermique, Combustion
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Valorisation Energie-matière des Résidus et Traitement des Emissions - Département Systèmes Energétiques et Environnement - Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Stouffs
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohand Tazerout, Khaled Loubar, Sid-Ahmed Rezzoug, Jean-Stéphane Condoret, Sary Awad, Maria Paraschiv, Dorothée Laurenti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sid-Ahmed Rezzoug, Jean-Stéphane Condoret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs diesel

Transestérification

Liquéfaction

Halophytes

Biocarburants

Mots clés libres

Halophytes

Liquéfaction supercritique

Transestérification

Biocarburant

Moteur diesel

Halophytes

Supercritical liquefaction

Transesterification

Biofuel

Diesel engine.

Résumé

Avec l'augmentation de la demande et la consommation mondiale des combustibles fossiles ainsi que les problèmes environnementaux liés aux émissions de gaz à effet de serre ; la recherche de sources d'énergie alternatives propres est nécessaire. Par ailleurs, les terres affectées par la salinité disposent d’un énorme potentiel de biomasse non exploité. De ce contexte, ce travail de thèse a pour objectif de produire un biocarburant à partir d’une source végétale très abondante, non alimentaire et cultivée sur les terres salines, en l’occurrence les graines d’halophytes, par le procédé de liquéfaction en conditions supercritiques. Une étude paramétrique a été menée par la méthode des plans d’expérience afin optimiser les paramètres opératoires du procédé pour produire un biocarburant avec une bonne quantité et qualité. Les conditions opératoires optimales obtenues sont examinés sur six espèces de graines d’halophytes afin d’étudier l’effet de la composition chimiques de la biomasse ainsi que le type d’alcool utilisé sur le rendement et la qualité de la bio-huile. Des caractéristiques physico-chimiques proches à celles du biodiesel ont été obtenues par liquéfaction des graines d’halophytes de type Cansolida regalis et Papaver rhoeas au méthanol supercritique. Une comparaison des propriétés physico-chimiques des bio-huiles avec celles du biodiesel produits par le procédé de transestérification classique a été déterminée. Une étude de la stabilité des bio-huiles à l’oxydation en fonction de la température de stockage a été effectuée dans le but d’étudier le changement des propriétés physico-chimiques (viscosité et composition chimique) au cours du temps. La stabilité des biocarburants a été améliorée pendant la période de stockage par l’ajout d’antioxydant tertbutyl hydroquinone. Les biocarburants produits ont fait l'objet d'essais sur banc moteur dans le but d’analyser les performances énergétiques et les émissions polluantes. Les résultats des essais moteurs ont été comparés aux valeurs obtenues avec le diesel conventionnel. Les biocarburants ont montré des résultats très satisfaisants.

With the increasing demand and global consumption of fossil fuels along with the increased environmental issues related to greenhouse gas emissions; the search for clean alternative energy sources is essential. Lands affected by salinity have a huge potential for biomass growth. In this context, this thesis aims to produce biofuels from a non-edible plant wich is available in saline soils, namely halophytes seeds, via supercritical liquefaction process. A parametric study was carried out using experimental design method in order to optimize the operating parameters. The objective is to produce a biofuel with a high yield and good quality. The obtained optimal operating conditions are then examined on six species of halophytes seeds by investigating the effect of the chemical composition of the biomass as well as the type of alcohol used on the yield and quality of the bio-oil. Physicochemical characteristics similar to those of biodiesel were obtained by the liquefaction of halophytes seeds of Cansolida regalis and Papaver rhoeas type in supercritical methanol. A comparison of bio-oils physicochemical properties with those of biodiesel produced by conventional transesterification process is carried out. A study of bio-oils stability as a function of storage temperature was carried out in order to study the change in physico-chemical properties (viscosity and chemical composition). The stability of biofuels was improved during the storage period by the addition of antioxidant tertbutyl hydroquinone. In order to test the biofuels used, engine tests were carried out to analyze combustion, engine performance and emissions, with different blends of biofuels type and compared with those of diesel fuel.