Valorisation des algues Sargasses en matériaux carbonés par pyrolyse classique et carbonisa-tion hydrothermale en vue d’une application en électrochimie, comparaison avec la Turbinaria et des précurseurs lignocellulosiquesydrothermale en vue d'une application en électrochimie, comparaison avec la Turbinaria et avec des précurseurs lignocellulosiques.

Valorization of Sargassum algae into carbonaceous materials by classical pyrolysis and hydrothermal carbonization with a view to an application in electrochemistry, comparison with Turbinaria and lignocellulosic precursors.

• Auteur / Autrice : Sandra Roche
• Direction : Sarra Gaspard, Pierre-Louis Taberna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/11/2023
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Dynamique des environnements dans l'espace Caraïbes-Amériques (Pointe-à-Pitre ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Connaissance et Valorisation : Chimie des Matériaux, Environnement, Énergie (EA 3592) (Pointe-à-Pitre)
• Jury : Président / Présidente : Ted Soubdhan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sarra Gaspard, Pierre-Louis Taberna, Ted Soubdhan, Roger Gadiou, Encarnación Raymundo-Pinero, Marie-Ange Arsène, Nicolas Roche, Patrice Simon, Henry Joseph
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roger Gadiou, Encarnación Raymundo-Pinero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algues

Charbon actif

Pyrolyse

Mots clés libres

Supercondensateur

Stockage d’énergie électrique

Carbonisation hydrother-mal

Biochar

Sargasse natans biomasse lignocellulosique

Efficacité coulombique

Sargasse natans biomasse lignocellulosique

Capacitance

Graine de goyave, gousse de haricot

Supercapacitor

Energy storage

Hydrothermal carbonization

Pyrolysis

Sargassum

Turbinaria

Boucoussou peapod

Campeche wood

Sargassum natans

Résumé

Les échouements d’algues sargasses sur les côtes des Antilles deviennent de plus en plus préoccu-pants d’année en année depuis 2011. Ce phénomène périodique cause de sérieux préjudices d’un point de vue économique, environnemental et sanitaire.L’objectif principal de cette thèse est l’étude d’une voie de valorisation de ces algues sargasses en charbon actif pour une application en électrochimie pour le stockage de l’énergie électrique. A côté de cela d’autres biodéchets issus des activités agro-pharmaceutiques de Guadeloupe ont eux-aussi fait l’objet de la même étude (l’algue Turbinaria, les graines de goyave, les gousses de haricot et le bois de campêche). Plusieurs voies de synthèses ont été envisagées telles que la pyrolyse classique, la carbonisation hydrothermale (HTC) combinée à l’activation physique (CO2) ou chimique (KOH). Avant de réaliser les tests de stockage d’énergie électrique les échantillons ont été caractérisés en terme de propriété de chimie de surface et texturales par différentes techniques d’analyses dont, l’analyse thermogravimétrique, la microscopie électronique à balayage, la spectroscopie Infra-rouge, la spectroscopie de résonance Raman et l’adsorption-désorption de diazote entre autres. Cer-tains matériaux carbonés obtenus par pyrolyse classique (biochars) ont des surfaces spécifiques de l’ordre de 1600 m2/g et des pourcentages d’oxygène d’environ 30% d’après la spectroscopie pho-toélectronique à rayon X. Concernant les échantillons préparés par HTC et activés chimiquement (charbons actifs) les surfaces spécifiques varient entre 1500-2300 m2/g.Les propriétés électrochimiques de ces échantillons ont été déterminées par voltamétrie cyclique et cyclage galvanostatique avec limite de potentiel (GCPL). Des capacités massiques très encoura-geantes ont été obtenues : 100 F/g à 180 F/g pour les biochars et 260-280 F/g pour les charbons actifs. Une étude de vieillissement a aussi été réalisée sur environ un millier de cycles de charge-décharge. Ces résultats sont très prometteurs, en effet 50% de la capacité serait perdu au bout de 25 000-50 000 de charge-décharge, pour les meilleurs candidats.

The washi up of Sargassum seaweed on the coasts of the Antilles has become more and more wor-rying from year to year since 2011. This periodic phenomenon causes serious harm from an eco-nomic, environmental and health point of view.The main objective of this thesis is the study of a way of valorisation of these Sargassum algae in activated carbon for an application in electrochemistry for electrical energy storage. Alongside this, other bio-waste from Guadeloupe has also been the subject of study (Turbinaria algae, guava seeds, bean pods and logwood). Several synthetic routes have been provided such as classical pyrolysis, hydrothermal carbonization (HTC) combined with physical (CO2) or chemical (KOH) activation. Before carrying out the electrical energy storage tests, the samples were characterized by different analysis techniques including; thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, infrared spectroscopy, Raman resonance spectroscopy and nitrogen adsorption desorption among others. Some carbonaceous materials obtained by conventional pyrolysis (biochars) have specific surface areas around 1600 m2/g and oxygen percentages of about 30% according to X-ray photoelectron spectroscopy. Concerning the samples prepared by HTC and chemically activated (activated car-bons) the specific surfaces vary between 1500-2300 m2/g.Electrochemical properties were studied by cyclic voltammetry and galvanostatic cycling with po-tential limit (GCPL). Highly encouraged massive abilities have been raised; 100 F/g to 180 F/g for biochars and 260-280 F/g for activated carbons. An aging study was also carried out over approxi-mately one thousand charge-discharge cycles. These results are quite promising capacity decreases to 50% in 25 000-50 000 charge-discharge cycles.