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Soutenance de thèse de Benit Bouesso

doctorant au Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302

Génie des Procédés et de l'Environnement

sur "Substitution de combustibles fossiles par des combustibles biosourcés dans les fours à chaux : comportement thermique et impact environnemental"

mardi 10 décembre à 9h00

Thèse confidentielle

sous réserve de la validation du processus d'autorisation de soutenance

Composition du jury

• M. Ange NZIHOU : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Directeur de thèse
• Mme Maria GONZALEZ MARTINEZ : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Co-encadrante de thèse
• Mme Claire COURSON : Université de Strasbourg - Rapporteure
• M. Marco CASTALDI : City College New York - Rapporteur
• Mme Bruna REGO DE VASCONCELOS : Université de Sherbrooke - Examinatrice
• Mme Catherine AZZARO-PANTEL : Toulouse INPT- ENSIACET - Examinatrice

Résumé

Ce travail examine la faisabilité de l'utilisation du biocarbone comme combustible alternatif dans les fours à chaux pour remplacer le charbon fossile dans le procédé soda ash. Les biocarbones ont été produits à partir de combustible solide de récupération (BC) et de bois (WBC). L'anthracite a été sélectionné comme combustible fossile de référence à remplacer et le biocoke issu de la coque de noix de coco a également été analysé pour comparaison. Deux types de calcaire ont été utilisés dans les essais reproduisant les conditions du four à chaux. Les échantillons ont été caractérisés en termes de composition chimique et de propriétés physiques et thermiques. La stabilité thermique des combustibles et les performances de combustion ont été évaluées par analyse thermogravimétrique. La cinétique d’ignition a été modélisée à l'aide de la calorimétrie différentielle à balayage en utilisant la free-méthode. L'évaluation des émissions a été réalisée en pyrolyse et en combustion, de l'échelle laboratoire (macro-TG) à
l'échelle pilote, de manière à reproduire les conditions extrêmes du four à chaux. Les résultats obtenus ont montré que la dévolatilisation a augmenté la stabilité thermique du biocarbone, rendant son comportement proche de celui de l'anthracite. Le biocoke et les biocarbones ont montré des températures d'ignition plus basses mais un taux de combustion plus élevé par rapport à l'anthracite, le combustible le plus stable. Concernant la ressource, les cinétiques de pyrolyse/combustion du biocoke et du biocarbone ont été similaires. La constante de vitesse d'oxydation du WBC ainsi que ses émissions en CO2 ont été plus élevées que celles des échantillons BC. Des effets synergiques ont été observés lorsque le calcaire a été mélangé aux combustibles, principalement en raison de la présence des métaux alcalins et alcalino-terreux dans les échantillons. En ce qui concerne les composés organiques volatils, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ont été identifiés et quantifiés. Même si le biocarbone produit
des HAP avec moins de cycles (<5) lors de la pyrolyse/combustion, ses émissions ont été plus élevées que celles de l’anthracite. Pour atténuer la réactivité du biocarbone, une co-combustion de 50/50 biocarbone/anthracite a été proposée, offrant ainsi les avantages d'une température d'ignition plus élevée et d'émissions plus faibles.

Mots clés

Biocarbone, Anthracite, Four à chaux, Pyrolyse, Combustion, HAP.