thevenon_florent.jpg, par jfages

Soutenance de thèse de Florent THEVENON

Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302
Génie des Procédés et de l'Environnement

sur "Étude de la rhéologie de poudres de bois en vue de leur valorisation énergétique"

Mardi 30 novembre 2021 à 10h00

à INP Grenoble - Ense3

 

LIEN DE CONNEXION

Meeting ID: 851 0680 0162
Passcode: 058303

Composition du jury

• M. Alain DE RYCK : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Directeur de thèse
• Mme Véronique FALK : LRGP - CNRS UMR7274 - Université de Lorraine - Rapporteure
• M. François PUEL : Centrale Supélec/LGPM - Université Paris Saclay - Rapporteur
• Mme Capucine DUPONT : IHE Delft Institute for Water Education - Examinatrice
• M. Olivier BONNEFOY : École des Mines de Saint-Etienne/Centre Spin - Examinateur
• Mme Muriel MARCHAND : CEA Liten - Examinatrice
• M. Thierry MELKIOR : CEA Liten - Examinateur

Résumé

La biomasse peut être valorisée en énergie via de nombreux procédés. En particulier, la gazéification est un procédé de conversion thermochimique de la biomasse en un gaz de synthèse qui peut être ensuite transformé en biocarburants. La gazéification en réacteur à flux entraîné impose de broyer finement la ressource (quelques centaines de microns) afin d’assurer sa conversion totale dans le réacteur. Cependant, les poudres de biomasse sont composées de particules fines et allongées, ce qui induit une cohésion importante. Il en résulte des problèmes récurrents lors des opérations de stockage, de convoyage et d’injection de la matière. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à étudier la rhéologie des poudres de bois. L’approche expérimentale suivie est menée de l’échelle de la particule à l’échelle pilote. La première partie de la thèse présente l’étude de plusieurs chaines de préparation de poudres de bois à l’échelle pilote. Elles incluent soit une étape de torréfaction à 250 °C, soit un broyage additionnel à l’aide d’un broyeur vibrant. Le coût énergétique de production des poudres et leur coulabilité, mesurée à l’échelle laboratoire, sont comparés. Bien que la torréfaction réduise l’énergie nécessaire au broyage, le coût énergétique total de la chaîne incluant la torréfaction est très élevé par rapport à celui de la chaîne employant le broyeur vibrant. Cela est principalement dû au traitement des gaz de torréfaction dans la postcombustion. La valorisation de l’énergie des gaz de postcombustion dans les étapes de séchage et de torréfaction diminue de moitié les besoins en énergie et d’un quart les besoins en matière première. La torréfaction douce diminue d’un facteur deux le diamètre médian des particules mais ne modifie par leur forme. Le broyage dans le broyeur vibrant améliore la circularité des particules. Enfin, ces deux traitements améliorent significativement la coulabilité de la poudre dans des proportions similaires. Dans une deuxième partie de la thèse, la relaxation sous contrainte des poudres de bois est étudiée à l’échelle laboratoire avec une grande et une petite cellule de cisaillement. La lente relaxation de l’échantillon est interrompue par des variations soudaines et conséquentes, expliquées par un réarrangement collectif de grains. Ce phénomène est observé uniquement dans la plus grande cellule. Les réarrangements importants du milieu sont relativement indépendants de la contrainte normale appliquée et apparaissent à déformation constante du lit. L’amplitude de ces réarrangements ainsi que la déformation du lit entre deux réarrangements augmentent avec la taille des grosses particules. La présence des réarrangements est plus importante lorsque la porosité initiale du lit est élevée. La dernière partie de la thèse étudie l’injection de poudres de bois avec une vis sans fin à échelle pilote. Les essais sont réalisés en grande partie à pression atmosphérique. L’influence de la morphologie des particules sur l’énergie requise par la vis d’injection et sur le débit massique de poudre est mise en évidence. L’injection de particules grossières et allongées nécessite plus d’énergie que celle de particules fines et sphériques. Le remplissage de la vis est d’autant plus important que la distribution granulométrique est étendue. La longueur de cohésion est le rapport des forces de cohésion sur la force de pesanteur. Cet indicateur prédit correctement la capacité des poudres étudiées à s’écouler sans former de voûte. Enfin, une poudre de bois torréfiée est gazéifiée avec succès dans un réacteur à flux entraîné pilote sous une pression de 7 bars, à un débit d’entrée de 15 kg/h.

Mots-clés

Biomasse, Poudres, Prétraitement, Rhéologie, Coulabilité, Injection.