bouzarour.jpg, par jfages

Soutenance de thèse d'Amina BOUZAROUR

sur Auto-échauffement d'un lit ventilé de matériaux carbonés : cas du bois torréfié

Centre RAPSODEE

Mercredi 11 décembre à 14h

à Centrale Supélec - Université Paris Saclay

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

Composition du jury proposé

• M. Sylvain SALVADOR : IMT Mines Albi, Directeur de thèse
• Mme Xuan MEYER : INP-ENSIACET, Examinateur
• M. Marias FREDERIC : LaTEP-ENSGTI, Rapporteur
• M. Jean-Michel COMMANDRE : CIRAD, Examinateur
• Mme Capucine  DUPONT : IHE Delft Institute for Water Education, Rapporteur
• M. Victor POZZOBON : Chaire de Biotechnologie de Centralesupelec, Co-directeur de thèse

Mots-clés

Transferts de chaleur et de matière, Réactivité, Emballement thermique, Cinétique chimique,

Résumé

La torréfaction est l'un des procédés de prétraitement thermochimique de la biomasse lignocellulosique qui permet de faciliter le stockage et le transport du matériau, mais aussi d'augmenter la densité énergétique du produit. Néanmoins, le substrat torréfié étant plus réactif, il est plus sujet à des mécanismes exothermiques spontanés pouvant entraîner un auto-échauffement de la matière. Cette problématique est peu investiguée pour le cas du bois torréfié étant donné que son application industrielle est principalement en phase de test. C'est pourquoi cette problématique fait l'objet de cette thèse. En effet, il a été question de comprendre les phénomènes responsables de l'auto-échauffement d'un lit de biomasse ventilé par un gaz oxydant à basse température. Pour ce faire, des scenarii d'auto-échauffement de plaquettes de bois torréfié ont été créés sous une atmosphère oxydante. Des expérimentations ont été conduites à l'échelle pilote dans un réacteur à lit fixe de 12 L. Au cours de ces essais, nous avons démontré que l'auto-échauffement est intensifié lorsque le débit du gaz oxydant est faible et sous une fraction d'oxygène élevée. Par ailleurs, la chaleur produite au cours de l'auto-échauffement du lit de bois a été estimée sur la base d'un bilan de chaleur et des données thermiques. Ensuite, le terme source a été corrélé à la fraction d'oxygène et à la température dans un modèle simplifié. Des paramètres cinétiques apparents et une chaleur de réaction associés à l'auto-échauffement ont été déduits. D'autre part, dans le but d'appréhender les phénomènes exothermiques caractérisant l'auto-échauffement, des essais d'oxydation à basse température sont réalisés à petite échelle (en ATG/ATD). Sur la base de ces analyses, des modèles cinétiques ont été mis en œuvre pour distinguer et quantifier les mécanismes repérés expérimentalement. Ces deux approches ont permis de mettre en avant trois principaux mécanismes intervenant lors de l'oxydation à basse température : l'adsorption chimique de l'oxygène sur le réactif, la décomposition des complexes oxygénés formés à l'adsorption et une réaction d'oxydation directe. Dans une approche plus orientée vers des problématiques à l'échelle industrielle de l'auto-échauffement, un modèle numérique couplant cinétique chimique et transferts de matière et de chaleur a été conçu, à l'échelle du lit de particules. Ce modèle a permis de prédire de façon raisonnable la thermique du lit de bois torréfié à fort débit de ventilation. Il a été ensuite extrapolé à l'échelle industrielle pour simuler le comportement thermique d'un silo de stockage subissant un auto-échauffement. Les effets des paramètres ratio h/d pour un volume constant et débit d'air de ventilation ont été investigués. Des valeurs optimales de ces paramètres ont été déterminées pour le substrat étudié.