Thèse soutenue

Développement d'un procédé de pyrolyse sous micro-ondes appliqué aux anas de lin et aux sargasses : caractérisation des produits et interaction onde-matière

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Auteur / Autrice : Lilivet Aracelis Ubiera Ruiz
Direction : Isabelle Polaert
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergétique
Date : Soutenance le 08/12/2021
Etablissement(s) : Normandie
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
Laboratoire : Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....)
Jury : Président / Présidente : Bechara Taouk
Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Polaert, Ulises Javier Jauregui Haza, Gabriel Wild
Rapporteurs / Rapporteuses : Ulises Javier Jauregui Haza, Gabriel Wild

Mots clés

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Résumé

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La pyrolyse par micro-ondes est une option relativement nouvelle et intéressante pour le traitement des résidus de biomasse en termes d'efficacité énergétique et de produits de haute qualité. Au cours de cette thèse, deux types de biomasse, les sargasses et les anas de lin ont été étudiés dans des conditions de pyrolyse micro-ondes. Des études préliminaires ont été menées afin de mieux comprendre l'influence de la température, de l'humidité, des propriétés diélectriques et de la composition de la biomasse et de ses produits de pyrolyse sur le procédé en général. Il a été constaté que la dégradation thermochimique des sargasses se produit à une plage de température inférieure à celle des anas de lin. En outre, l'amélioration de l'absorption des micro-ondes par la teneur en humidité a été étudiée, où une augmentation de la teneur en humidité a augmenté la capacité de la biomasse à convertir les micro-ondes en chaleur. La bio-huile d'anas du lin et le biochar de Sargasses se sont avérés avoir des propriétés diélectriques intéressantes. La puissance incidente, le temps d'irradiation, le débit et la charge de biomasse ont été les principaux paramètres considérés afin d'évaluer l'effet des conditions opératoires sur les produits de pyrolyse micro-ondes. Les échantillons de bio-huile liquide ainsi que les échantillons de gaz non condensables ont été récupérés de chaque expérience et analysés par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS) et chromatographie en phase gazeuse par détection par ionisation de flamme (GC-FID) pour identifier et quantifier les différentes molécules présentes. Les trois phases de pyrolyse, déshydratation, dévolatilisation primaire et dégradation passive lignine/résidus, ont été identifiées lors de l'irradiation micro-ondes. La production de bio-huile s'est clairement avérée dépendre de deux paramètres principaux qui sont l'énergie absorbée et le taux de chauffage interne du système. Des vitesses de chauffe élevées d'au moins 120 °C/min et jusqu'à 200 °C/min ont fourni les meilleurs rendements en bio-huile et de telles vitesses ne peuvent être atteintes que par la technologie micro-ondes par chauffage interne. La qualité du bio-huile et du gaz en termes de familles chimiques ont également été discutée en utilisant une analyse en composantes principales (ACP) afin de visualiser la tendance globale des données et de détecter les principaux facteurs qui favorisent la formation ou la dégradation de familles chimiques spécifiques dans les échantillons de bio-huile ou de gaz non condensables. En outre, un schéma de mise à l'échelle d'un procédé de pyrolyse micro-ondes est proposé. Divers facteurs tels que la conception de la cavité, les propriétés diélectriques du matériau traité, la compatibilité électromagnétique du système et la circulation de la biomasse sont discutées en triant les conditions souhaitables pour les réacteurs micro-ondes fonctionnant en continu.