Thèse soutenue

Valorisation chimique de bio-huile issue de la biomasse pour la synthèse de polymères verts

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Jie Xu
Direction : Bechara Taouk
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance le 28/04/2022
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 : Jack Legrand
Examinateurs / Examinatrices : Bechara Taouk, Sophie Duquesne, Guillain Mauviel, Nicolas Brodu, Boulos Youssef
Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Duquesne, Guillain Mauviel

Résumé

FR  |  
EN

La biomasse, en particulier le bois et ses résidus, est la forme de source renouvelable la plus courante. La bio-huile, principal produit de la pyrolyse de la biomasse, contient plus de 400 composés chimiques différents. La complexité de la composition des bio-huiles rend très difficile leur utilisation directe. Dans cette étude, le couplage de deux méthodes respectueuses de l'environnement a été étudiée avec succès pour séparer les produits chimiques cibles de la bio-huile pyrolytique issue du bois de hêtre. Dans un premier temps, la condensation fractionnée de l'huile de pyrolyse a été réalisée à l'aide d'un système à trois condenseurs à trois températures différentes. Ensuite, l'extraction à l'eau a été effectuée pour améliorer la séparation des produits des différents condenseurs. La stabilité pendant le stockage de la bio-huile a également été examinée. Chaque composé chimique des fractions de bio-huile avant et après stockage a été identifié et quantifié à l'aide de GC-MS et GC-FID et le rendement des produits cibles a été calculé. Les composés phénoliques et les sucres sont recueillis principalement dans le premier condenseur. La séparation à l'eau a permis de récupérer les composés phénoliques dans la fraction des produits insolubles dans l'eau (70,6 % en poids) avec une bonne stabilité. La polymérisation du phénol, d’un mélange modèle de bio-huile et de la fraction de bio-huile riche en phénols obtenue avec certains aldéhydes réactifs a été étudiée pour produire de la résine novolaque. L'objectif était de démontrer la faisabilité de l’utilisation de la bio-huile à la place du phénol dérivé du pétrole lors de la fabrication de ces résines. Les résines novolaques préparées ont été durcies avec une résine époxy pour préparer des polymères verts biosourcés. Le biochar a également été appliqué comme additif du processus de durcissement. Les paramètres cinétiques de la réaction de durcissement ont été obtenus à l’aide de différentes méthodes (Kissinger, Flynn – Wall – Ozawa (FWO), Crane) en utilisant les données de calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Les valeurs de l’énergie d'activation du durcissement de la résine bio-huile et de la résine phénol sont très proches (95,5 et 94,9 kJ/mol). L'évaluation du risque de la réaction a finalement été abordée. Les résultats ont montré que l'utilisation de résine bio-huile -glyoxal, de résine bio-huile-époxy et de biochar pour la réaction de durcissement de la résine peut réduire de manière significative le risque d'emballement.