Valorisation énergétique de la biomasse par procédés hydrothermaux : cas des déchets oléicoles au Maroc

Energy recovery from biomass via hydrothermal processes : the case of olive oil mill waste in Morocco

• Auteur / Autrice : Akram Dahdouh
• Direction : Anthony Dufour, Mohamed Bakhouya, Ismail Khay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 06/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Internationale de Rabat (@Université Internationale de Rabat)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Andreea Pasc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anthony Dufour, Mohamed Bakhouya, Capucine Dupont, Stéphane Bostyn, Elsa Weiss-Hortala, Alain Degiovanni
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Capucine Dupont, Stéphane Bostyn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs chimiques

Déchets -- Élimination

Synthèse hydrothermale

Biomasse -- Conversion

Maroc

Industrie

Huile d'olive

Mots clés libres

Maroc

Biomasse

Procédés hydrothermaux

Déchets oléicoles

Hydrothermal processes

Morocco

Biomass

Olive oil mill waste

Résumé

La production d'huile d'olive est une activité agricole importante et largement pratiquée au Maroc et dans les pays méditerranéens, couvrant une superficie de 11 millions d'hectares. Cependant, cette industrie génère d'énormes quantités de déchets solides, liquides et semi-solides. L'absence d'une technique de gestion appropriée de ces effluents peut causer de graves problèmes environnementaux pour les pays producteurs. Les déchets d'extraction biphasée proviennent la production d'huile d'olive par la méthode d'extraction par centrifugation à deux phases. Ils consistent en un mélange d'eaux de végétation, eaux de lavages, et des résidus d'olive. Compte tenu de ses caractéristiques (charge organique et teneur en eau élevées, propriétés acides, richesse en polyphénols), ce résidu a un effet très polluant et doit être bien géré pour éviter son impact négatif. En effet, les procédés hydrothermaux sont des techniques de conversion prometteuses qui permet de traiter la biomasse humide sans étape de séchage. La biomasse peut être convertie en matériaux riches en carbone pour des applications énergétiques, environnementales ou agricoles. L'objectif principal de ce travail est d'étudier la conversion hydrothermale de déchets d'extraction biphasée produits localement au Maroc. Par conséquent, plusieurs études expérimentales ont été menées à l'aide d'un réacteur autoclave de 300 ml. L'effet de la recirculation de la phase aqueuse sur la carbonisation hydrothermale déchets marocains d'extraction biphasée a été examiné. La recirculation de la phase aqueuse a eu des effets positifs sur les rendements et les propriétés des hydrochars, ce qui peut contribuer de manière significative à l'amélioration de l'efficacité de la carbonisation hydrothermale et à la réduction de son impact sur l'environnement. La liquéfaction hydrothermale des déchets de moulin à huile en deux phases a également été étudiée dans différentes conditions de température (260-300 °C), de temps de réaction (0-60 min) et de rapports matière sèche/eau (0,05-0,15). Les déchets d'extraction biphasée semblent convenir à la liquéfaction hydrothermale et ont produit des bio-huiles et des hydrochars à haute teneur énergétique. Toutefois, la vitesse de chauffage lente (5 °C/min) a permis d'obtenir des rendements plus élevés en hydrochar et a limité l'effet du temps de réaction en raison des périodes de chauffage prolongées. Par conséquent, une liquéfaction hydrothermale utilisant une vitesse de chauffage rapide (60 °C/min) a été réalisée afin de comparer l'effet de la vitesse de chauffage, de la température (260-300 °C) et du temps de réaction (0-30 min). Les expériences réalisées avec une vitesse de chauffage rapide ont donné des rendements en hydrochar inférieurs à ceux obtenus avec une vitesse de chauffage lente. Il est intéressant de noter que l'effet de la température et du temps de réaction a également été influencé par l'augmentation de la vitesse de chauffage. Sur la base des résultats obtenus, la conversion hydrothermale des déchets d'extraction biphasée peut représenter une solution intéressante pour l'utilisation de ce sous-produit de l'industrie de l'huile d'olive à des fins de production d'énergie.

Olive oil production is a significant and widely practiced agricultural activity in Morocco and Mediterranean countries, covering an area of 11 million hectares. However, this industry is associated with the generation of huge amount of solid, liquid and semi-solid waste. The lack of a suitable management technique of these waste effluents can result in serious environmental problems for the producing countries. Two-phase olive mill waste is generated from the olive oil production via the 2-phases extraction method and consists of a mixture of waste waters and olive cake. Given its characteristics (high organic load and moisture content, acidic properties, rich in polyphenols) this residue has a highly polluting effect and needs to be well managed to avoid its negative impacts. Indeed, hydrothermal processing is a promising conversion technique that enables to process wet biomass, without a drying step, into carbon-rich materials (e.g. hydrochars) for energy, environmental, or agricultural applications. The primary objective of this work is to investigate the hydrothermal conversion of two-phase olive mill waste produced locally in Morocco. Therefore, several experimental studies were conducted using a 300 mL autoclave batch reactor. The effect of aqueous phase recirculation on hydrothermal carbonization of Moroccan two-phase olive mill waste was examined. The aqueous phase recirculation exhibited positive effects on the hydrochars yields and properties which can significantly contribute to the improvement of the hydrothermal carbonization efficiency and reduce it environmental impact. Hydrothermal liquefaction of two-phase olive mill waste was also studied at different operating conditions of temperature (260-300 °C), reaction time (0-60 min) and dry-matter/water ratios (0.05-0.15). The two-phase olive mill waste appears to be suitable for hydrothermal liquefaction and results in bio-oils and hydrochar with high energy contents. However, the slow heating rate (5 °C/min) resulted in higher hydrochar yields and limited the effect of reaction time due to the extended heating periods. Consequently, hydrothermal liquefaction using fast heating rate (60 °C/min) was performed in order to compare the effect of heating rate, temperature (260-300 °C) and reaction time (0-30 min). As expected, the experiments with fast heating rate resulted in lower hydrochar yields compared to slow heating. Interestingly, the effect of temperature and reaction time was also influenced by the increase in heating rate. Based on the obtained results, hydrothermal conversion of two-phase olive mill waste can represent an interesting solution for the use of this olive oil industry by-product for energy production purposes.