Thèse en cours

Expérimentation, modélisation et simulation du séchage de biomasse : application à la bagasse de canne à sucre et aux copeaux de bois

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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 18/06/2021. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Paul Guillou
Direction : Jean Castaing-LasvignottesLaëtitia Adelard
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Énergétique/Génie des Procédés
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2019
Soutenance le 18/06/2021
Etablissement(s) : La Réunion
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et d'Ingénierie mathématique pour l'énergie et l'environnement (Saint-Denis, Réunion)

Mots clés

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Résumé

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La biomasse représente une ressource renouvelable et abondante pouvant faire l’objet de différentes valorisation (énergétique, matériaux de construction, adsorbant). Une des caractéristiques principales de ces biomasses est leur teneur en eau importante qu’il est, dans certains cas, nécessaire d’éliminer avant toute application. Le séchage constitue l’une des voies possibles d’extraction d’eau avant utilisation de ces produits biosourcés. A La Réunion, la biomasse produite localement peut permettre de contribuer à diminuer la dépendance aux importations de combustibles ou de matériaux de construction. Dans ce contexte, deux biomasses locales ont été sélectionnées : la bagasse de canne à sucre et les copeaux de bois de Cryptomeria japonica. Devant la complexité des phénomènes physiques mis en jeux lors du processus du séchage, nous avons choisi une approche expérimentale, puis numérique pour finalement aboutir à la simulation du séchage de biomasse. Aussi, dans un premier temps, nous avons décidé de mettre au point deux dispositifs pour l’étude du séchage de ces biomasses en convection naturelle et pour des températures de consignes variant de 40°C à 70°C. Dans les deux cas, l’échantillon est conditionné dans une géométrie cylindrique et les bancs expérimentaux différents principalement dans les moyens de mesure utilisés. Le premier, relativement simple, dispose d’une seule sonde de température et d’humidité relative placée au centre d’un échantillon. Les résultats globaux qui en découlent font apparaitre la succession de différentes phases de séchage mettant en jeu les échanges couplés de masse et de chaleur. Afin d’appréhender le comportement local, nous avons mis en place un deuxième banc expérimental doté de 9 points de mesure pour la température et d’un suivi continu de la masse de l’échantillon. Les données recueillies permettent d’observer une distribution spatiale dans l’échantillon et les dynamiques obtenues viennent compléter celles rencontrées lors du premier dispositif. La deuxième approche concerne le développement d’un modèle numérique local et dynamique du séchage de biomasse. Afin de s’affranchir de la résolution explicite du milieu poreux, celui-ci est considéré comme continu et composé de trois phases : solide, liquide et gazeuse. Sur chacune d’entre elles sont établies les équations de conservation, de transfert, d’état et d’équilibre. Le système d’équations est résolu selon la méthode des volumes finis et appliqué à notre géométrie cylindrique en deux dimensions. Le modèle développé fait intervenir 4 coefficients de transferts de masse et de chaleur (2 internes et 2 externes) qui seront identifiés dans le chapitre suivant. Parallèlement, et pour les besoins du modèle, nous avons également procédé à la détermination des isothermes de sorption de nos deux biomasses. La dernière partie est consacrée à la simulation du processus de séchage grâce aux données expérimentales recueillies et au modèle développé. Pour ce faire, les 4 coefficients de transferts sont identifiés. Les dynamiques simulées présentent des comportements correctement reproduits par le modèle. Ce dernier validé permet d’avoir accès aux flux de chaleur et de masse pour les différentes positions afin de mieux appréhender les comportements observés expérimentalement. Fort des résultats numériques obtenus nous utilisons le modèle développé pour la simulation du séchage de Donut de biomasses assez répandus en Afrique du Sud et la simulation des transferts de masse et de chaleur à travers une paroi composé de copeaux de bois, et soumis à des sollicitations thermiques et hydriques journalières.