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Dissertations / Theses on the topic 'Biomasse énergie'
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Pelletier, Chloé. "Analyse environnementale et économique des filières bois-énergie." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0331/document.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est de conduire l’analyse environnementale et économique de plusieurs filières bois-énergie basée sur des technologies de combustion variées. Les bilans matière et énergie des filières s’appuient sur des modèles de croissance de la forêt, et sur des modèles de combustion basés sur les émissions de poêles et chaudières en conditions réelles. La croissance de la forêt est simulée pour le pin des Landes et le hêtre de Lorraine selon plusieurs itinéraires de gestion sylvicole. Les étapes de récolte, transformation, et transport, ainsi que les données économiques sont basées sur des données de la littérature L’analyse environnementale compare les impacts calculés selon deux méthodes : ReCiPe et CML 2001. Une analyse dynamique de l’impact « Changement Climatique » complète la discussion sur les impacts environnementaux du bois-énergie. Enfin, une perspective plus large est ouverte avec une modélisation de l’usage des terres et des coûts de production de biomasse-énergie à l’échelle globale. Les résultats de l’Analyse de Cycle de Vie montrent l’importance à la fois de la qualité de la combustion (et donc de la technologie) et des étapes de transformation et de transport de la biomasse. Par exemple, les poêles et chaudières à granulés bénéficient de très bons rendements énergétiques mais sont handicapés par l’étape de séchage de la biomasse, qui consomme des énergies fossiles. Ces équipements sont également beaucoup plus onéreux à installer que les poêles et chaudières à bûches. L’analyse dynamique montre que l’intensification des itinéraires forestiers par raccourcissement des cycles de croissance entraîne un impact supplémentaire qui n’est pas tout à fait compensé par l’augmentation de production des plantations<br>The objective of this thesis is to conduct the environmental and economic analysis of several wood-to-energy production chains based on various wood combustion technologies. The material and energy balances of the production chains are determined with modeling of forest growth and of wood combustion. The wood combustion models use the emission factors from real-scale experimental tests on stoves and boilers. Forest growth is modeled for maritime pine and beech plantations, according to several forest management schemes. The data on the harvest, transformation, and transport steps, as well as the economic data, were taken from the literature. The environmental analysis compares the impacts calculated by two methods: ReCiPe and CML 2001. A dynamic analysis of the “climate change” impact complements the discussion on the environmental impacts of energy wood. Finally, we open a broader perspective with modeling of land use and production costs of bioenergy on a global scale. The results of the Life Cycle Analysis show the importance of both combustion quality (linked to combustion technology), and the transformation and transport steps. For instance, pellet stoves and boilers have excellent efficiencies, but suffer from the consumption of fossil fuels to dry the biomass. These technologies are also much more expensive to buy than log stoves or boilers. The dynamic analysis shows that the intensification of wood production via the shortening of growth cycles leads to higher impacts that are not completely offset by the higher production rate
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Le, Brech Yann. "Analyse des mécanismes primaires de pyrolyse de la biomasse." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0106/document.
Full textAbstract:
La pyrolyse est le premier mécanisme intervenant dans tous les procédés de conversion thermochimique des solides (combustion, gazéification, pyrolyse). C’est également le plus important, car il contrôle la répartition et la composition des trois types de produits : gaz, charbon, goudrons. La prédiction des produits de pyrolyse et est primordiale pour le développement de procédés de conversion thermochimique. De nombreuses études analytiques ont été réalisées mais la grande hétérogénéité des biomasses étudiées et des conditions de pyrolyse utilisées rend actuellement difficile une approche globale des mécanismes. L’objectif de cette étude a été de réaliser des analyses complémentaires de produits de pyrolyse formés pour une large gamme de températures (200°C à 500°C) en pyrolyse lente (5 K/min) pour différentes biomasses (miscanthus, chêne et douglas) à l’aide d’un lit fixe permettant un contrôle optimal des phénomènes de transfert de chaleur et de matière. De nombreuses méthodes physico-chimiques ont été utilisées pour caractériser les produits formés afin de réaliser un bilan global des mécanismes chimiques de dégradation : Résonance magnétique nucléaire (RMN) du proton 1H et du carbone 13C ; Calorimétrie (DSC) ; Thermogravimétrie ; GC/MS (Gas Chromatography and Mass spectrometry), LC/MS (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry) et spectrométrie de masse à ionisation douce (Single Photo Ionisation SPI). Des techniques originales d’analyses dites ex-situ telles que l’analyse 2D RMN par la méthode HETCOR (Heteronuclear correlation) 1H-13C ainsi que des analyses in-situ en RMN 1H Haute Température ont été mises en place<br>Current research studies focus on biomass thermochemical conversion to produce other energetic vectors more appropriate to be conveyed, such as electricity, gas or liquid products. Pyrolysis is the first mechanism occurring in all thermochemical processes for solid fuels conversion (combustion, gasification, pyrolysis). It controls in a large extent products (gas, condensables and char) distribution and composition. The prediction of pyrolysis products and the understanding of the chemical mechanisms are thus pivotal for developing thermochemical reactors. Extensive work has been conducted for more than one century but the important heterogeneity of biomasses and pyrolysis conditions make it difficult to encompass a global chemical mechanism. The aim of this study is to develop complementary analyses of pyrolysis products. Pyrolysis is conducted in a fixed bed reactor under slow pyrolysis conditions (5 K/min), for a wide range of final temperature (200°C and 500°C) and for different biomasses (miscanthus, douglas and oak). Various analytical methods have been used in order to characterise the pyrolysis products: nuclear magnetic resonance (carbon 13C and proton 1H NMR), Calorimetry, Thermogravimetry, GC/MS (Gas Chromatography and Mass spectrometry), LC/MS (Liquid Chromatography and Mass Spectrometry) and soft ionization mass spectrometry (Single Photo Ionisation SPI). Original analytical methods such as 2D NMR HETCOR 1H-13C (for the analysis of chemical moieties in char) and high temperature 1H NMR (for in-situ analysis of mobile protons) have been used. The latter allowed a novel characterization of the interaction between biomass and minerals during pyrolysis
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Ruiz, Bailon Miguel. "Traitement physique et catalytique des vapeurs de pyrolyse flash : vers la double valorisation matière-énergie." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTG025/document.
Full textAbstract:
La pyrolyse flash (PF) en un procédé thermochimique qui permet de convertir la biomasse en bio-huiles. Ces dernières sont des vecteurs énergétiques-matériaux avec un haut potentiel pour la substitution du pétrole. Néanmoins, l’acidité et la forte teneur en particules de charbon et en oxygène des bio-huiles issues d’un procédé de PF conventionnel limitent leurs utilisations à l’échelle industrielle.L’objectif principal de ce travail était d’améliorer la qualité des bio-huiles par le biais d’une unité de post-traitement ex-situ des vapeurs de PF couplant un filtre à particules à haute température (FHT) et un réacteur catalytique.Dans un premier temps, une campagne d’essais dédiée au FHT a permis de valider son efficacité et de mieux comprendre : (i) l’impact de trois paramètres (température de filtration, épaisseur de la couche de charbon déposée et teneur en matières inorganiques de la biomasse), sur la nature et l’avancement des réactions secondaires et, (ii) ses limites opérationnelles vis-à-vis de cycles de régénération.Dans un deuxième temps, différents matériaux catalytiques ont été testés sous forme d’extrudés. La zéolite microporeuse HMFI-90 s’illustre par une forte activité sur les molécules légères oxygénées (acides, aldéhydes, cétones). Une étude paramétrique a permis d’identifier un bon compromis entre gain de PCI et pertes de rendement, puis de tester sa stabilité.Finalement, nous avons testé une nouvelle gamme de catalyseur par imprégnation de nanoparticules de fer sur un support d’alumine gamma de porosité bimodale afin d’améliorer la performance du traitement catalytique vis-à-vis de la composition complexe (multicomposante et multi phasique) des vapeurs de PF. A titre exploratoire, ce deux catalyseur ont été associés en cascade et ouvrent des perspectives prometteuses pour améliorer la performance du traitement catalytique de vapeurs de PF<br>Flash pyrolysis (FP) is an efficient thermochemical route to convert biomass in bio-oils. Bio-oils are energetic and material renewable vectors with a high potential to replace fossil fuel. Nevertheless, bio-oils are high oxygenated and acidic liquids with a high content of solid particles. These particular physico-chemical properties are the main drawbacks that hinder the development of industrials bio-oil applications. The main goal of this work has been to upgrade the quality of flash pyrolysis oils. To reach this goal, we developed an ex-situ post-treatment unit composed of: a hot has filter unit (HGF) and a fixed bed catalytic reactor.Firstly, several experimental campaigns, conducted at laboratory and pilot scale, shown the impact of three HGF parameters (HGF temperature, HGF char thickness, and inorganic content of raw biomass) in the nature and extension of secondary reactions inside the HGF unit. In addition, limitations concerning to long-term process operation of HGF units were identified. Secondly, the catalytic activity of several materials in the form of pellets was investigated. Micro porous zeolite HMFI-90 showed a high activity on the conversion of light oxygenated molecules such as: acids, aldehydes and ketones. A parametric study allowed us to identify a compromise between the rise in the energy content of catalytic bio-oils and the loss in the organic yield. Lastly, taking into consideration the complex (multicomponent and multiphase) composition of FP vapors we explored a new cascade catalytic strategy. For that, we first tested a new catalyst formulation based on iron nanoparticles supported on hierarchical porous gamma-alumina pellets (Fe/bi-Al2O3). Then, we used both catalyst (zeolite HMFI90 and Fe/bi-Al2O3) in a cascade configuration. Our results suggested that this new cascade strategy could enhance the overall catalyst treatment performance
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Lê, Ngọc Huyền Trân. "Transformation de la biomasse aérienne de Miscanthus giganteus : aptitude à la dégradation enzymatique et valorisation des coproduits en agro-matériaux." Amiens, 2011. http://www.theses.fr/2011AMIE0100.
Full textAbstract:
L’utilisation de la biomasse végétale pour produire des matériaux durables ou encore de l’énergie suscite un intérêt croissant. Le miscanthus (Miscanthus giganteus) est une graminée à fort potentiel dans le domaine des biocarburants. La biomasse peut être récoltée « en vert » à l’automne pour un maximum de biomasse ou « en sec » en hiver. L’objectif de cette étude est d’une part préciser l’impact des modalités de récolte du miscanthus (précoce, tardif) sur la composition chimique et l’aptitude à la saccharification enzymatique de la biomasse aérienne pour produire du bioéthanol de seconde génération et d’autre part évaluer une possible valorisation des résidus de cette saccharification en agro-matériaux. La date de récolte influence la qualité chimique de la biomasse au niveau de la proportion de la fraction soluble et dans une moindre mesure la qualité intrinsèque des parois. L’hétérogénéité chimique des organes s’accompagne d’une susceptibilité variable aux enzymes de saccharification. Le miscanthus est très récalcitrant à la dégradation enzymatique et nécessite un prétraitement. Le prétraitement à l’ammoniaque est plus efficace que le prétraitement à l’acide et permet de révéler l’impact de la date de la récolte sur la saccharification enzymatique : le taux de conversion de la biomasse précoce est supérieur au rendement obtenu pour la récolte tardive. Cette étude a ensuite été consacrée à la valorisation des coproduits solides dans l’élaboration de matériaux cimentaires ou composites autoliés par thermocompression. Les matériaux cimentaires possèdent une bonne ouvrabilité et des résistances mécaniques intéressantes. Le traitement enzymatique des lignocelluloses ne permet pas de lever le retard de prise important des bétons lignocellulosiques. Contrairement au miscanthus non traité, les coproduits de la saccharification de la biomasse prétraitée par l’acide ou l’ammoniaque permettent l’obtention de composites autoliés. Une utilisation à des fins industrielles de ces composites nécessite toutefois une amélioration de leurs propriétés d’usages<br>The use of plant resources in renewable materials and energy is receiving increased interest. In this respect, Miscanthus (Miscanthus giganteus) is a perennial grass showing great potential as a raw material for bioethanol production. The plant biomass can be harvested at different dates, in autumn (early harvest) in order to maximize yield, and in winter (delayed harvest). The main objectives were first to evaluate the impact of harvesting date (early, late) on the chemical composition susceptibility to enzymatic saccharification of miscanthus aiming at production second generation bioethanol, second to explore the use of lignocellulosic byproduct into agromaterials. The proportion of soluble fraction is mainly affected by the harvesting date while few change occurred in the cell wall composition. Chemical heterogeneity according to the type of organ leads to variation in susceptibility to saccharification. Owing to its high recalcitrance towards enzymatic conversion, a chemical pretreatment is required. Ammonia pretreated biomass is more prone to saccharification compared to acid treated samples. Following ammonia treatment, early harvested biomass is shown to be more efficiently converted by enzymes than a diluted acid pretreatment. Then the use of solid byproducts into cementitious material and self-binding fiberboards is explored. The obtained cementitious material had a great workability and interesting mechanical properties. Enzymatic treatment does not improve the delay in the setting time of the lignocellulosic composite. In contrast to the raw miscanthus, fiberboards are obtained by hot-pressing of byproducts from the saccharified biomass. Nevertheless, industrial applications would still require further improvements of the composites properties
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Lobos, Buschmann Jorge Alejandro. "Dynamique de populations épuratives en réacteur ferme et en bioréacteur à membranes continu et séquencé : influence du critère "substrat/biomasse"." Montpellier 2, 2006. http://www.theses.fr/2006MON20098.
Full textAbstract:
L’objectif principal de ce mémoire a été ciblé sur la compréhension des voies métaboliques et processus bactériens en bioréacteur à membranes (BAM), travaillant avec des ages de boues élevés, et sur leur possible action et influence sur la perméabilité membranaire. L’étude expérimentale a tout d’abord consistait à étudier voie métaboliques et processus bactériens en réacteur fermé afin d’accéder à des paramètres cinétiques et à des informations utiles à la gestion du BAM. L’étude en batch a montré l’importance du ratio S0/X0 (substrat/biomasse) sur les voies de métabolisation suivies par le substrat. Suivant la destination du substrat, synthèse cellulaire ou stockage de produits de réserve, les paramètres cinétiques en phase exogène et le comportement de la culture en phase endogène sont différents. Les essais en bioréacteur à membranes en fonctionnement continu ont été menés sans aucune extraction de biomasse, assurant ainsi des ages de boues élevés, et à partir d’un effluent synthétique à base d’acétate et de Viandox®. Les performances obtenues sont très satisfaisantes en terme de dépollution et de séparation. Un faible taux de conversion, 0. 058 gDCOP. GDCOT-1, a été obtenu et supposé associé à une intensification des processus de maintenance cellulaire, lyse de la biomasse et prédation. Dans l’objectif de favoriser spécifiquement ces processus, identifiés en réacteur fermé, les performances d’un BAM alimenté séquentiellement, mais dans des conditions de charge et age de boues identiques, ont été étudiées. Les performances ont été moins satisfaisantes en terme de dépollution et de filtration que pour le BAM en continu et un taux de conversion plus élevé, 0. 092 gDCOP. GDCOT-1, a été obtenu. La très forte charge volumique et le très fort ratio substrat/biomasse pendant la phase d’alimentation en substrat semblent favoriser une multiplication cellulaire et des processus particuliers (découplage métabolique, par exemple), non favorables à un abaissement du taux de conversion. Les hypothèses du comportement biologique ont été validées avec les modèles classiques de Pirt et ASM3. La modélisation du système montre une stabilisation de la concentration en biomasse active et une accumulation continue de matériels inertes (issus de la respiration endogène de la biomasse). L’intérêt de pouvoir estimer cette fraction de biomasse active, inférieure à 20% dans nos systèmes, est souligné<br>The aim of this memory is to provide a fundamental understanding of the metabolic ways and bacterial processes in submerged membranes bioreactors (MBR) operated at high solid retention times. The intensification of the membrane separation was studied as well. In a first experimental batch study, the role of the ratio S0/X0 (substrat/biomasse) was clarified. A cellular multiplication process is favoured at high ratios S0/X0 while a storage compound synthesis process is dominant at low ratios. The membranes bioreactors operation was carried on under continuous and sequencing feeds, with a synthetic effluent based on acetate and Viandox®. Comparatively, the performances of the MBR operated in continuous way were more satisfactory with respect to organic matter removal, sludge production and separation. The lower conversion yields substrate to biomass obtained, were associated to the intensification of maintenance cells functions, lysis process and predation activity. The modelling of the system, with the models of Pirt and ASM3, shows a stabilisation of the active biomass concentration and a constant inert materials accumulation (resulting from endogenous respiration). The interest of estimate this fraction of active biomass (lower than 20% in our operational conditions) is underlined. With regard to membrane separation, the biomass accumulated around the fibres seems not play a crucial role in the fouling process. The influence of the macromolecular compounds has been also studied
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Cabanne, Serge. "De la fabrication à l'utilisation d'un combustible composite nouveau : le biofuel." Pau, 1990. http://www.theses.fr/1990PAUU3007.
Full textAbstract:
Le sujet de la thèse a pour objectif de constituer une contribution à la valorisation énergétique de la biomasse. Il propose par voie originale consistant à transformer la biomasse en l'associant à une matière d'origine pétrolière pour obtenir un combustible composite nouveau : le biofuel. Dans la première partie de l'étude, sont présentées les matières premières potentielles, leurs caractéristiques et leur disponibilité. Les travaux ont été axés sur la rafle de maïs, co-produit de la culture dominante dans la région du sud-ouest. La deuxième partie est consacrée à la description des techniques de fabrication du biofuel à partir de fractions pétrolières lourdes et de rafles de maïs. Les procédés ont été également appliqués à d'autres types de biomasse. L'étude complete des caractéristiques physico-chimiques du combustible et de son comportement en combustion fait l'objet de la troisième partie du mémoire. L'ensemble de ces données, correlées aux résultats obtenus lors des essais de combustion en couche fixe et en lit fluidisé permet d'appréhender les conditions d'utilisation du biofuel. La description de ces essais, réalisés sur des unités pilotes, mais aussi en grandeur réelle, constitue le quatrième thème de l'exposé. Enfin, dans une dernière partie, une évaluation économique du projet de fabrication est esquissée, afin de conforter le volet technique d'un projet à finalité industrielle. Par une démarche multi-directionnelle, l'auteur s'attache à étudier les différents aspects du concept biofuel. Il résulte des travaux que la combinaison d'un matériau organique avec un résidu pétrolier lourd est susceptible d'éliminer certains des inconvenients des deux constituants pris séparement et de leur offrir ainsi une voie de valorisation par l'obtention d'un produit solide, stable, dense, stockable, doué d'un pouvoir énergétique important et d'une image attractive.
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Zinkone, Téné Rosine. "Broyage à billes de microalgues : étude et modélisation par classe de taille, application au bioraffinage." Thesis, Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018NANT4084/document.
Full textAbstract:
Les microalgues constituent une source durable de produits de haute valeur ajoutée et pour la production de biocarburants de 3ème génération. Cependant, afin que la production massive de microalgues soit économiquement viable, il faut considérer une approche de bioraffinage qui inclut la valorisation complète de la biomasse. La voie humide de bioraffinage nécessite la destruction des parois et membranes cellulaires afin de libérer les biomolécules. La méthode de destruction est cruciale puisqu’elle détermine les coûts, les rendements et la complexité des étapes de fractionnement et de purification. Le broyage à billes est une méthode mécanique de destruction cellulaire efficace, utilisable à grande échelle et qui permet une libération douce voire sélective des molécules intracellulaires. Les mécanismes de broyage sont complexes et le grand nombre de paramètres multiplie les coûts d’optimisation des conditions opératoires. L’étude présentée consiste à développer un modèle prédictif de la cinétique de destruction cellulaire qui tient compte des spécificités des microalgues. Le modèle inclut l’effet de la taille des cellules, l’hydrodynamique dans le broyeur à billes et l’effet des paramètres opératoires. Le modèle est utilisé pour minimiser la consommation énergétique et transposer les résultats expérimentaux à grande échelle<br>Microalgae are a sustainable feedstock for high value products and to produce 3rd generation biofuels. However, for a bulk production of microalgae it is necessary to consider a "biorefinery" approach which includes the complete valorization of the biomass. The wet route of microalgae biorefinery requires the disruption of cell walls and cell membranes to release the biomolecules. The disruption method is crucial since it determines the costs, the yields and the complexity of the fractionation and purification steps. Bead milling is an efficient mechanical cell disruption method that can be used at large scale and allows a mild or even selective release of intracellular molecules. The disruption mechanisms are complex and the large number of parameters increases the costs of the optimization of the operating conditions. The current study is focused on developing a predictive model for the cell disruption kinetics that takes into account the specificities of microalgae. The model includes the effect of cell size, hydrodynamics in the equipment, and the effect of the operating parameters. The model is usedto minimize energy consumption and for transposition of experimental results at large scale
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Rivera, Tinoco Rodrigo. "Etude technico-économique de la production d'hydrogène à partir de l'électrolyse haute température pour différentes sources d'énergie thermique." Paris, ENMP, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005346.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est d'étudier les différents éléments techniques et économiques pour la production massive d'hydrogène par le procédé d'Electrolyse Haute Température (EHT) et la possibilité d'utiliser différentes sources d'énergie thermique pour évaporer l'eau nécessaire au procédé. Parmi les sources d'énergie thermique envisagées, nous avons retenu les unités d'incinération de biomasse et de déchets ménagers, les réacteurs nucléaires à « Eau Pressurisée » (European Pressurised Reactor - EPR) et au sodium liquide (Sodium Fast Reactor - SFR). Pour chacune de ces sources, nous avons développé une étude technique concernant la production de la vapeur et ses caractéristiques. Ensuite, nous présentons la description du formalisme permettant le dimensionnement, l'évaluation économique et la modélisation des équipements constituant le procédé EHT, en particulier l'électrolyseur constitué par les cellules d'électrolyse à oxydes solides (anglais - SOEC). Finalement, le couplage des sources d'énergie thermiques avec le procédé EHT est réalisé et le coût de production d'hydrogène est déterminé pour chacune de ces sources. Ensuite, sont examinées successivement les influences du débit d'hydrogène produit, de la densité de courant imposée aux cellules, leur coût de production et leur durée de vie, du coût de l'électricité et des coûts de maintenance sur la compétitivité du procédé. Notre étude montre que le coût de production du kilogramme d'hydrogène est principalement influencé par le coût d'énergie thermique inhérent aux sources d'énergie, alors qu'il est moins influencé par la température de la vapeur produite. Il s'avère que le coût de l'électricité nécessaire au fonctionnement du procédé et la durée de vie des électrolyseurs constituent des paramètres clés pour rendre le procédé compétitif. En effet, l'électricité représente une contribution de plus de 70% dans le coût total de production d'hydrogène. La durée de vie maximale de l'électrolyseur de 3 ans au lieu de 1 an actuellement, permettrait de diminuer de 34% le coût de production d'hydrogène, mais des améliorations sur la durée de vie de 5 ans voire 10 ans ne permettraient que des réductions sur le coût de production d'environ 8%<br>This work focus on the techno-economic study of massive hydrogen production by the High Temperature Electrolysis (HTE) process and also deals with the possibility of producing the steam needed in the process by using different thermal energy sources. Among several sources, those retained in this study are the biomass and domestic waste incineration units, as well as two nuclear reactors (European Pressurised water Reactor – EPR and Sodium Fast Reactor – SFR). Firstly, the technical evaluation of the steam production by each of these sources was carried out. Then, the design and modelling of the equipments composing the process, specially the electrolysers (Solid Oxides Electrolysis Cells), are presented. Finally, the hydrogen production cost for each energy sources coupled with the HTE process is calculated. Moreover, several sensibility studies were performed in order to determine the process key parameter and to evaluate the influence of the unit size effect, the electric energy cost, maintenance, the cells current density, their investment cost and their lifespan on the hydrogen production cost. Our results show that the thermal energy cost is much more influent on the hydrogen production cost than the steam temperature at the outlet stream of the thermal source. It seems also that the key parameters for this process are the electric energy cost and the cells lifespan. The first one contributes for more than 70% of the hydrogen production cost. From several cell lifespan values, it seems that a 3 year value, rather than 1 year, could lead to a hydrogen production cost reduced on 34%. However, longer lifespan values going from 5 to 10 years would only lead to a 8% reduction on the hydrogen production cost
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Merlan, Maria. "Study and realization of a microwaves system to estimate the moisture content in wood biomass." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066154/document.
Full textAbstract:
Le réchauffement climatique est l'un des principaux problèmes de ce siècle. Les politiques européennes soutiennent le développement des énergies renouvelables afin d'atteindre, d'ici 2020, l'objectif fixé par l'Union Européenne (UE). Ce dernier stipule que 20% de l'énergie produite devra provenir d'une source renouvelable. La combustion de la biomasse sous forme de bois est la plus importante des ressources renouvelables. Par conséquent, le développement de celle-ci est fondamental pour atteindre l'objectif de l'UE. Les plaquettes forestières sont des morceaux de bois déchiquetés. Elles présentent de nombreux avantages pour la production d'énergie thermique, en particulier, elles possèdent un bilan carbone neutre. Lors de la combustion, la présence d'eau dans le bois ne produit pas d'énergie mais provoque une perte de chaleur dans le processus de l'évaporation de l'eau. Par ailleurs, plus il y a d'eau moins il y a de bois pour une masse donnée de combustible. De ce fait, la connaissance de la teneur en eau dans le bois permet de déterminer son pouvoir calorifique et donc son prix. Dans cette thèse, plusieurs techniques fondées sur l'étude de la permittivité ont été proposées afin de prédire la teneur en eau des plaquettes forestières à grande échelle. Les systèmes externes fondés sur la réflectivité électromagnétique du matériau sont peu fiables en raison de leur dépendance à l'état de surface du combustible. Celui-ci est très variable en fonction des conditions d'utilisation et climatiques. Les dispositifs internes sont plus performants. Des systèmes internes capacitifs et à base de résonateurs ouverts ont été étudiés. Un prototype de dispositif à résonateur a été réalisé et testé en conditions réelles de production<br>Global warming is one of the major problems of this century. Thus, European policies support the development of renewable energies in order to reach the target set by the European Union by 2020: 20% of the energy consumption must come from renewable resources. The combustion of wood biomass is the larger of the renewable energies and thus the increase of it is a key factor to get the expected target. Wood chips are shredded wood that present many advantages for the production of thermal energy. In particular, they are considered a carbon neutral fuel. During combustion, the water content does not produce energy but causes a heat loss in the process of the evaporation of the water. Moreover, for a given mass of biofuel, the larger water content, the smaller the wood available. Therefore knowing the moisture content (MC) allows to determine the calorific value of the biofuel and then its price. In this thesis several techniques based upon the study of the permittivity of large samples of wood chips have been proposed to predict the MC. External systems based on measurements of the reflected energy by the material are not reliable because of their dependence on the surface of the fuel, which can be very changeable under rough industrial and weather conditions. Internal devices are more efficient. They are based on either a capacitive technology or on open resonator technology. Due to promising results, a prototype of a resonator device was implemented and tested in real operating conditions
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Jackowiak, David. "Prétraitement de biomasses lignocellulosiques par microondes pour l'amélioration du procédé de biométhanisation." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1921.
Full textAbstract:
La structure de la biomasse lignocellulosique ainsi que sa composition par la présence de lignine sont connues comme étant des facteurs limitant la digestion anaérobie. En effet, la lignine forme une barrière physique et limite l’adhésion et l’activité des enzymes. C’est pourquoi cette thèse vise à étudier les effets d’un chauffage de la matière lignocellulosique par traitement microonde, sur la solubilisation de la matière via la DCO soluble, et sur la digestibilité anaérobie via des BMP. Les études expérimentales ont été menées sur de la paille de blé et sur le panic érigé, et ont révélé que leurs prétraitements par microondes menaient à une solubilisation accrue de la matière et une amélioration de leur digestibilité anaérobie. Les paramètres optimaux de prétraitements déterminés sont une température de consigne d’environ 150°C qu’il est préférable d’atteindre rapidement et sans pour autant maintenir cette valeur de température de consigne. Une augmentation de température au-delà de 150°C induit une augmentation de la solubilisation de la matière mais diminue la biodégradabilité de celle-ci. Ce travail a également étudié la balance énergétique. L’énergie calculée issue de la différence de production en méthane entre un échantillon traité et non traité ne compense pas l’énergie consommée par le prétraitement par microonde pour les appareils utilisés. Il apparaît donc nécessaire d’étudier le développement d’un appareil industriel adapté<br>The structure and composition of lignocellulosic biomass are known to be critical points to use this material in anaerobic digestion. Indeed, the presence of lignin forms a physical barrier and induces a non-productive adsorption and activity of enzymes. Therefore, this thesis aims at to study the effects of microwave heating of lignocellulosic material, especially on matter solubilisation through soluble COD, and on anaerobic digestion through BMP assays. Experimental studies were carried out on wheat straw and switchgrass, and revealed that their microwave pretreatments led to increase of matter solubilisation and an improvement of their anaerobic digestibility. The best conditions found are the highest heating rate for a final temperature 150°C without any holding time. A temperature beyond 150°C induces an increase of matter solubilisation but decreases the biodegradability of lignocellulosic material. This work studied also the energy balance. The energy calculated from the difference of methane production between treated and untreated sample does not compensate the energy consumed by the microwave pretreatment, at least with the microwave devices used. It therefore appears necessary to study the development of adapted industrial apparatus
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Le, Borgne François. "Développement d'un photobioréacteur solaire intensifié en vue de la production à grande échelle de biomasse microalgale." Nantes, 2011. http://www.theses.fr/2011NANT2025.
Full text
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Zandi, Atashbar Nasim. "Modeling and Optimization of Biomass Supply Chains for Several Bio-refineries." Thesis, Troyes, 2017. http://www.theses.fr/2017TROY0038.
Full textAbstract:
La biomasse peut jouer un rôle crucial comme source d'énergie renouvelable. La logistique représentant une part importante du coût, des chaînes d'approvisionnement efficaces doivent être conçues pour fournir aux bio-raffineries les quantités demandées, à des prix raisonnables et à des moments adéquats. Cette thèse porte sur la modélisation et l'optimisation de chaînes logistiques de biomasse pour plusieurs raffineries. Un modèle de données est élaboré pour structurer les informations nécessaires à une base de données alimentant les modèles mathématiques. Ensuite, un modèle linéaire multi-période à variables mixtes est proposé pour optimiser au niveau tactique et stratégique une chaîne logistique multi-biomasse. Les emplacements des raffineries peuvent être prédéfinis ou déterminés par le modèle. L'objectif est de minimiser un coût total incluant la production de biomasse, le stockage, la manutention, la création des raffineries et le transport, tout en satisfaisant les besoins des raffineries dans chaque période. Une version multi-objective est développée pour optimiser simultanément des critères économiques et environnementaux. Elle est résolue par une méthode de type ε-contrainte. Des grandes instances avec des données réelles pour deux régions de France (Picardie et Champagne Ardenne) sont préparées pour évaluer des modèles proposés. Enfin, des approches en deux phases sont appliquées pour résoudre les grands cas en un temps raisonnable, tout en évaluant l’écart à l’optimum fourni par la méthode exacte<br>Biomass can play a crucial role as one of the main sources of renewable energies. As logistics holds a significant share of biomass cost, efficient biomass supply chains must be designed to provide bio-refineries with adequate quantities of biomass at reasonable prices and appropriate times. This thesis focuses on modeling and optimization of multi-biomass supply chains for several bio-refineries. A data model is developed to list, analyze and structure the set of required data, in a logical way. The result is a set of tables that can be loaded into mathematical models for solving optimization problems. Then, a multi-period mixed integer linear programming model is proposed to optimize a multi-biomass supply chains for several bio-refineries, at the tactical and strategic level. Refineries can be already placed or located by the model. The aim is to minimize the total costs, including biomass production, storage, handling, refineries setup and transportation costs, while satisfying the demand of refineries in each period. Additionally, a multi-objective model is developed to optimize simultaneously the economic and environmental performance of biomass supply chains. The model is solved by using the ε-constraint method. Furthermore, large-scale tests on real data for two regions of France (Picardie & Champagne-Ardenne) are prepared to evaluate the proposed models. Finally, two-phase approaches are proposed to solve large-scale instances in reasonable running times, while evaluating the loss of optimality compared to the exact model
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Hassan, El Sayed Rabie El Sayed. "Use of Ionic Liquids for the Treatment of Biomass Materials and Biofuel Production." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0043/document.
Full textAbstract:
Le remplacement des solvants organiques classiques par une nouvelle génération de solvants moins toxiques et moins polluants est un défi majeur pour l'industrie chimique. Les liquides ioniques (LIs) ont été largement identifiés comme substituts intéressants aux solvants traditionnels. Le but de ce travail est d'étudier la solubilité des sucres ou des constituants issus de la biomasse dans les liquides ioniques afin de pallier au manque de données expérimentales sur les équilibres de phases de systèmes {sucres + LIs} ou {biomasse + LIs}. Les données de solubilité ont été corrélées avec succès en utilisant les modèles thermodynamiques NRTL et UNIQUAC. Cette étude démontre que la méthode de l'antisolvant est une bonne technique pour l'extraction des sucres des LIs. Par conséquent, les liquides ioniques peuvent être facilement recyclés pour être réutilisés. Les natures fondamentales des interactions entre les sucres et les liquides ioniques ont été définies en utilisant le calcul ab initio. Les résultats obtenus par simulation sont en accord avec les données expérimentales et indiquent que les liquides ioniques interagissent avec les sucres par liaisons hydrogène. La seconde partie de ce travail met en évidence que le prétraitement du miscanthus avec les liquides ioniques permet d'obtenir une bonne production d'éthanol (jusqu'à 150 g d'éthanol par kg de miscanthus). Les résultats montrent que les liquides ioniques sont des solvants performants dans le domaine de la conversion des matières premières issues de la biomasse en biocarburant. Ainsi, l'application à l'échelle industrielle de ces procédés d'extraction de la cellulose pourrait être d'un grand intérêt<br>The replacement of conventional organic solvents by a new generation of solvents less toxic, less flammable and less polluting is a major challenge for the chemical industry. Ionic liquids have been widely promoted as interesting substitutes for traditional solvents. The purpose of this work is to study the solubility of carbohydrates or biomass based materials in ionic liquids in order to overcome the lack of experimental data on phase equilibria of {biomass or carbohydrate-ILs} mixtures. Solubility data were successfully correlated using NRTL and UNIQUAC thermodynamic models. It was found that the antisolvent method is a good technique for the extraction of carbohydrates from ILs. Ionic liquids could be then recycled successfully for reuse. The fundamental natures of the interaction between carbohydrates and ionic liquids were investigated using ab initio calculations. The theoretical results are in good agreement with experimental data. It was concluded that ionic liquids mainly interact with carbohydrates via hydrogen bonding formation. This confirms that the process of dissolution and regeneration of cellulose in ionic liquids is accompanied only with a physical change. The preatreatment of miscanthus with ionic liquids resulted in the regeneration of amorphous, porous cellulose almost free of lignin, which is suitable for enzymatic hydrolysis and fermentation processes. A successful ethanol production was obtained with an overall ethanol yield reached up to 150 g ethanol kg-1 miscanthus. This indicates the high performance of ionic liquids in converting biomass feedstocks into biofuel. Indeed, applying the cellulose extraction processes on the industrial scale could be of great interest
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Becker, Jean-Jacques. "Étude des débouchés énergétiques de l'agriculture en complément des débouchés agricoles traditionnels." Paris 9, 1985. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=1985PA090109.
Full textAbstract:
La crise de débouchés de ses produits agricoles traditionnels sur les marchés mondiaux et le souci d'indépendance énergétique de la CEE ont conduit à imaginer des stratégies de diversification de l'agriculture et plus précisément une agriculture à vocation énergétique. Il est présenté ici de quelles superficies pourrait disposer cette activité nouvelle et dans quelles conditions économiques s'effectueraient sa mise en place et son développement. Parallèlement l'aptitude des pays tropicaux a une production massive de biomasse a été évaluée en vue d'une production énergétique, et une estimation des coûts de production d' énergie ex biomasse a permis d'apprécier le bien fondé d'une telle orientation d'une partie de l'agriculture de ces pays.
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Tabka, Mohamed Ghazi. "Mise en oeuvre d'oxydo-réductases et d'hydrolases fongiques pour la destructuration orientée de matériaux ligno-cellulosiques en vue de produire du bioéthanol." Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11037.
Full textAbstract:
L’objectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est de mettre au point un procédé enzymatique performant pour la biotranformation de la ligno-cellulose végétale, afin de produire à partir de paille de blé du glucose pour l’obtention de bioéthanol. Dans ce contexte, les champignons filamenteux représentent un potentiel exceptionnel comme source d’enzymes originales et/ou comme moyen de production à l’échelle pilote d’enzymes ayant les propriétés de biotransformer et de valoriser la paille de blé. La complexité structurale des parois ligno-cellulosiques et l’hétérogénéité des polysaccharides qui les composent font que de multiples enzymes, de spécificité différente, sont synthétisées par les micro-organismes lignocellulolytiques qui les dégradent. Les champignons basidiomycètes sont reconnus pour être les micro-organismes les mieux adaptés pour la dégradation de la lignine pariétale jusqu'au stade CO2 et H2O. Pycnoporus cinnabarinus sécrète des enzymes telle que la laccase qui a la particularité de s’attaqué à la lignine. D’autres enzymes comme les estérases produites par Aspergillus niger (féruloyl estérase) participent à l’hydrolyse des liaisons esters entre les groupements phénoliques des acides cinnamiques (liés de façon covalente à la lignine) et les polysaccharides des parois (cellulose, hémicellulose et pectine). L’action de ces deux catégories d’enzymes dites «accessoires» faciliterait ainsi l’accès des glycosyl-hydrolases sécrétés par Trichoderma reesei à leurs substrats naturels qui est la cellulose. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés à la Production en fermenteur d’enzymes « libres » que sont les laccases de Pycnoporus cinnabarinus BRFM 137, la féruloyl estérase d’ Aspergillus niger BRFM 451, la manganése peroxydase de Phanerochaete chrysosporium I-1512, les xylanases et les cellulases de Trichoderma reesei CL847. Nos travaux se sont ensuite orientés vers l’étude de l’effet des enzymes fongiques « libres » sur l’hydrolyse de la paille. Nous avons pu mettre en évidence les conditions optimales permettant de libérer un maximum d’oses fermentescibles tel que le glucose. Ces résultats ont été obtenus en présence d’une combinaison enzymatique optimale à base de cellulase, de xylanase et de FAE. Une deuxième combinaison enzymatique potentielle mettant en jeu l’utilisation en séquentiel de la laccase et une cellulase à été mise au point. Enfin des essais d’hydrolyse sont réalisés en présence d’enzymes recombinantes bifonctionnelles: FLXLC et FLX. L’enzyme bifonctionnelle FLXLC s’est montrée bien plus efficace. La présence du CBM représente une stratégie capable d’améliorer nettement les rendements de saccharification. L’utilisation de surfactant lors des hydrolyses enzymatiques de la paille de blé permet d’améliorer nettement les rendements en glucose libéré.
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Bessaad, Abdelwahab. "Les récoltes intensives de bois-énergie : risque environnemental et gain économique." Thesis, Orléans, 2020. http://intranet.univ-orleans.fr/bibliotheques/theses/103711_BESSAAD_2020_archivage.pdf.
Full textAbstract:
La filière forêt-bois est un secteur stratégique pour l’atténuation des changements climatiques, notamment grâce à la production du bois-énergie. Toutefois, les récoltes intensives de biomasse peuvent induire à une perte de fertilité des sols forestiers sur le long terme. Le travail de thèse s’articule autour de la durabilité de la récolte de bois-énergie avec (1) un volet environnemental, qui concerne la quantification des retours d’éléments minéraux via la lixiviation pendant la phase de réessuyage, la caractérisation de la biomasse exportée ainsi que l’évaluation des bois morts au sol (2) un volet économique avec une évaluation des impacts économiques d’une potentielle baisse de productivité et leur mise en relief avec les choix possibles de coupe et de traitement sylvicoles.Le réessuyage des arbres s'est avéré insatisfaisant pour un retour optimal de nutriments contenus dans les feuilles et brindilles. Plus de la moitié de nutriments reste exportée de la forêt après trois mois de réessuyage. Les volumes de bois morts permettant de maintenir la fertilité des forêts et leur biodiversité étaient faibles (<10 %) et en deçà des recommandations actuelles. Le risque de baisse de productivité sur le long terme est donc très élevé par rapport aux pratiques étudiées.D’un point de vue économique, la récolte par arbres entiers améliore la rentabilité de la forêt de 40 % en moyenne par rapport à une récolte conventionnelle, tandis qu’une baisse potentielle de croissance annuelle des arbres de 3 % en moyenne a conduit à une rentabilité équivalente au système de récolte conventionnelle. Le maintien de niveaux recommandés de résidus au sol (30%) n’affecte pas beaucoup la rentabilité espérée par la récolte totale de bois, -10 % en moyenne.Les propriétaires forestiers doivent être sensibilisés au rôle des résidus de récolte, accompagnés techniquement et financièrement par les gestionnaires et les politiques forestières afin d'assoir durabilité environnemental et économique de l’exploitation de bois sur le long terme<br>Forest-wood sector is a strategic sector for the mitigation of climate change, in particular through the production of fuelwood. However, the intensive harvesting of biomass can lead to a loss of forest soil fertility in the long term. The thesis work focuses on the sustainability of energy wood harvesting with (1) an environmental component, which concerns the assessment of nutrient returns by leaching during the pre-drying period, the characterization of exported biomass as well as the evaluation of dead wood on the ground (2) an economic component with an assessment of the economic impacts of a potential drop in productivity and their highlighting with the possible choices of cutting and silvicultural treatments.The Pre-drying operation of the trees proved to be unsatisfactory for an optimal return of nutrients contained in leaves and twigs. More than half of the nutrients remain exported from the forest after three months of pre-drying. The volumes of dead wood left on forests to maintain soil fertility and biodiversity were low (<10%) and below current recommendations. The risk of reduced productivity in the long term is therefore very high for the studied practices. From an economic side, whole-tree harvesting improves forest profitability on average by 40% compared to conventional harvesting, while a potential decrease in annual tree growth of 3% on average led to equivalent profitability as for conventional harvesting system. Maintaining recommended levels of ground residue (30%) does not significantly affect the expected profitability of the total wood harvest, -10% on average. Forest owners need to be aware of the role of harvest residues, supported technically and financially by forest managers and policies in order to ensure the environmental and economic sustainability of wood harvesting in the long term
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Collard, François-Xavier. "Nouvelles stratégies catalytiques pour la gazéification de la biomasse : influence de métaux imprégnés sur les mécanismes de pyrolyse." Compiègne, 2012. http://www.theses.fr/2012COMP2022.
Full textAbstract:
Le développement des voies de valorisation de la biomasse par gazéification, très prometteuses pour la production de biocarburants, est ralenti à cause de la concentration trop élevée de goudrons dans le gaz produit par ce procédé. Des travaux récents ont montré que les métaux, lorsqu’ils sont imprégnés dans la biomasse, limitent la génération des goudrons primaires, produits lors de l’étape de pyrolyse qui précède les réactions d’oxydation. L’objectif principal de ce travail est d’étudier l’influence des métaux imprégnés sur les mécanismes de pyrolyse et sur les rendements en goudrons de cette étape. La réactivité du char formé, qui est dopé en métal, par rapport aux réactions d’oxydation a également été évaluée. L’étude de l’influence du fer et du nickel sur la pyrolyse des principaux polymères qui constituent la biomasse (cellulose, xylane, lignine) et d’échantillons de biomasses a permis de mettre en évidence que les métaux favorisent principalement les mécanismes de formation du char, ce qui inhibe les réactions de dépolymérisation et de fragmentation, responsables de la production des goudrons. Imprégné dans les phases amorphes des polysaccharides, le nickel catalyse aussi des réactions de dépolymérisation. Ce résultat explique que la réduction des rendements en goudrons soit plus forte avec le fer qu’avec le nickel. Par contre, le nickel est plus efficace pour limiter la production des molécules contenant un noyau benzénique et pour catalyser des réactions secondaires des matières volatiles, comme le reformage à la vapeur. Lors des expériences de gazéification de char dopé en fer, des problèmes de désactivation du catalyseur métallique, qui conduisent à un ralentissement de la cinétique de la réaction d’oxydation, sont observés. Au contraire, l’activité catalytique du nickel est stable et rend possible les réactions d’oxydation du char au CO2 à 600 °C et à la vapeur d’eau à 500 °C. Ces résultats indiquent que l’approche, qui consiste à imprégner des métaux dans la biomasse, permet d’envisager la mise en oeuvre de procédés de gazéification à basse température ; ce qui limiterait le problème des goudrons et permettrait d’améliorer l’efficacité énergétique des procédés<br>The very promising development of the use of biomass for biofuel production by gasification is slowed down owing to too high tar concentration in the gas produced by this process. Recent works showed that, when impregnated in biomass, metals display catalytic activity that results in a significant decrease in the production of the primary tars, during the pyrolysis step, which precedes the oxidation reactions. The main aim of this work was to assess the effect of impregnated metals on pyrolysis mechanisms and on the tar yield of this step. The reactivity of the metal-doped char produced, during the oxidation reactions, was also evaluated. The study of the influence of iron and nickel on the pyrolysis conversion of the main polymers that form biomass (i. E. Cellulose, xylan and lignin) and of biomass samples showed that impregnated metals mainly catalyzed the mechanisms of char formation. This phenomenon inhibited the depolymerization and fragmentation reactions, which are responsible for most tar formation. When impregnated in the amorphous phase of the polysaccharides, nickel also promoted some depolymerization reactions. This result explains the bigger decrease in tar production obtained with iron than with nickel. However, nickel was more efficient in limiting the production of molecules containing a benzene ring and to catalyze the secondary reactions of volatile compounds. During gasification tests, the conversion of the iron-doped char revealed problems of deactivation of the metal catalyst, which led to a decrease in the reaction rate of the oxidation reaction. On the contrary, the catalytic activity of nickel was stable and made possible the oxidation reactions of char at 600 °C with CO2 and at 500 °C with steam. These findings show that the approach which consists in impregnating biomass with metals, allows considering the implementation of gasification processes at low temperature, which could limit the tar problem and could improve the energy conversion efficiency of these processes
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Fadlalla, Mohamed Elyaman. "Rétention, transport de matière et conversion dans un réacteur transpaille." Montpellier 2, 1989. http://www.theses.fr/1989MON20124.
Full textAbstract:
Les resultats des experimentations destinees a caracteriser le systeme transpaille sont presentes apres une synthese bibliographique sur les methodes de valorisation energetique de la biomasse agricole. Tous les essais ont ete realises dans un pilote de 120 litres. Les resultats ont permis d'etablir des relations entre la retention de solide et la concentration injectee ainsi que l'influence de la variation de la concentration injectee sur le regime permanent dans le reacteur. Le regime d'ecoulement de la phase solide, le temps de passage et les principes qui le gouvernent, le melange de la phase liquide ont ete egalement definis. Quant aux principales variables operatoires, des valeurs optimales du temps de passage et de la charge volumique ont ete determinees
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Alayoubi, Ranim. "Production de bioéthanol à partir d'hydrolysats enzymatiques de substrats (ligno)cellulosiques prétraités par des liquides ioniques." Thesis, Amiens, 2019. http://www.theses.fr/2019AMIE0009.
Full textAbstract:
La biomasse lignocellulosique (BLC), composée des déchets végétaux agricoles et/ou forestiers, représente une ressource renouvelable prometteuse pour la production de bioéthanol de deuxième génération et faire face à l'épuisement des énergies fossiles. Le procédé de valorisation de la BLC appliqué ici comprend une étape de prétraitement par deux liquides ioniques (LI) hydrophiles dérivés d'imidazolium, le 1-éthyl-3-méthylimidazolium acétate [Emim][OAc] et le 1-éthyl-3-méthylimidazolium méthylphosphonate [Emim][MeO(H)PO2], puis une hydrolyse enzymatique par des cellulases de Trichoderma reesei et des xylanases de Trichoderma longibrachiatum, suivie d'une étape de fermentation éthanolique microbienne testée sur quatre espèces de levures: Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Scheffersomyces shehatae et Scheffersomyces stipitis. Deux BLC réelles ont été étudiées : le saule blanc (résidu forestier) et le son de blé désamidonné (résidu agricole). Les résultats ont montré que le prétraitement des BLC aux LI à 35°C permet une augmentation de la digestibilité enzymatique des polysaccharides (rendements en glucose jusqu'à +56,7% et rendements en xylose jusqu'à +31,1%) par rapport au contrôle sans prétraitement. De plus, la performance des procédés de fermentation éthanolique est améliorée d'un facteur 1,3 à 4,6 en fonction du substrat étudié et de l'espèce de levure utilisée. Ainsi, les LI sont des solvants prometteurs pour le prétraitement de la (ligno)cellulose à basse température permettant une hausse des rendements d'hydrolyse enzymatique et de production éthanolique<br>The lignocellulosic biomass (LCB), derived from forest and/or agricultural residues, represents a promising and renewable feedstook to produce second generation bioethanol and to handle the depletion of fossil fuels. The bioethanol production process applied in this study starts with a LCB pretreatment using two hydrophilic imidazolium-based ionic liquids (ILs), the 1-éthyl-3-méthylimidazolium acétate [Emim][OAc] and the 1-éthyl-3-méthylimidazolium méthylphosphonate [Emim][MeO(H)PO2], followed by an enzymatic hydrolysis by cellulases from Trichoderma reesei and xylanases from Trichoderma longibrachiatum and a microbial ethanolic fermentation tested with four yeast species: Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, Scheffersomyces shehatae and Scheffersomyces stipitis. Two real LCBs were studied : the white willow (forest residue) and the destarched wheat bran (agricultural residue). The results showed that IL-pretreatment of LCBs at 35°C improves the polysaccharides enzymatic digestibility (up to +56.7% for glucose yields and up to +31.1% for xylose yields) in comparison with the control without pretreatment. In addition, the performance of ethanolic fermentation processes is enhanced by a factor of 1.3 to 4.6 depending on the substrate studied and the yeast species used. Thus, ILs are promising solvents for the pretreatment of (ligno)cellulose at low temperatures allowing an improvement in enzymatic hydrolysis and ethanolic production yields
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Crampon, Cédric. "Conception d'un procédé innovant d'hydrolyse thermique et validation de ses performances." Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAC031.
Full textAbstract:
Un procédé d’hydrolyse thermique des boues fonctionnant en continu a été conçu permettant plus de flexibilité et de simplicité que les procédés existants. Ce procédé a été testé dans une nouvelle configuration dite Digestion Lyse Digestion. La première partie de l’étude a consisté à étudier l’injection vapeur de manière à trouver la meilleure géométrie d’injecteur permettant la condensation rapide de la vapeur dans le réacteur et de garantir l’homogénéité de la température dans le réacteur. Ces travaux, compléter par les mesures et expériences de terrain, ont abouti à la mise en place d’un mélangeur dynamique pour injecter la vapeur. Les performances du procédé ont été validées par la mesure de l’homogénéité des températures du réacteur ainsi que par la mesure de temps de séjour. L’intérêt de la mise en oeuvre d’un tel procédé d’hydrolyse entre deux digesteurs a été prouvé de même que les performances d’hygiénisation<br>A continuous thermal sludge hydrolysis process has been conceived allowing more flexibility and simplicitythan existing processes. This process was tested in a new configuration called Digestion Lyse Digestion. The first part of the study consisted of studying the steam injection in order to find the best injectorgeometry allowing the rapid condensation of the vapor in the reactor and to guarantee the homogeneity of the reactor’s temperatures. This work, supplemented by measurements and experiments, resulted in the use of a dynamic mixer to inject steam. Performances of the process were validated by measuring thehomogeneity of the reactor temperatures and the hydraulic retention time . The advantage of the use of such a process between two digesters has been proved as well as the hygienisation performance
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Mughal, Arshad Saleem. "Valorisation industrielle intégrée d'agro-ressources non alimentaires : contribution au développement d'une méthodologie d'analyse énergétique et environnementale basée sur le génie des procédés." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT042G.
Full textAbstract:
Les secteurs agro-energie et agro-industrie sont consideres simultanement. Un interface conceptuel permettant de mieux comprendre l'exploitation rationelle de cultures non alimentaires telles que le ble, le sorgho, la canne a sucre etc, en vue de la production simultanee de divers produits et sous produits: papier, sucre, biocarburants, electricite, est propose et ceci dans la perspective de l'adaptation a l'environnement et a sa sauvegarde. Le travail permet de combiner puis de synthetiser des informations disponibles issues de sources diverses, sur l'environnement, l'energie, la technologie et la science relatives a des cultures non alimentaires et de leur valorisation industrielle. L'etude est basee sur le genie des procedes et conduit a des estimations quantitatives utilisables comme aides a la decision. Le systeme considere va de la culture aux produits finis. La mise en uvre de la methodologie utilise la programmation lineaire. Trois niveaux sont consideres. L'integration des procedes repose sur la possibilite de productions agricoles diverses suivies de transformations et raffinages varies. L'integration energetique est basee sur la technologie de la cogeneration, et l'integration environnementale est developpee a partir d'une approche systeme basees sur des bilans entree-sortie. Le systeme global d'analyse est organise en modules, par exemple: analyse meso-energetique, analyse meso-environnementale, strategie de couplage industriel, evaluation pour l'exploitation de terrains en jacheres, etc chacun de ces modules est constitue par divers modeles lies entre eux. La methodologie permet de discerner diverses options de couplage d'unites industrielles en fonction des produits: papier, sucre, biocarburants, electricite, des types de cultures possibles et de la situation geographique
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Epane, Géraldine. "Oxydation des sucres via la technologie des micro-ondes, en vue d’obtenir des acides carboxyliques." Amiens, 2010. http://www.theses.fr/2010AMIE0123.
Full textAbstract:
Ces travaux ont pour finalité, la préparation des acides carboxyliques à partir de la dégradation de ressources glucidiques. Des synthèses assistées par micro-ondes et dans des conditions sans solvants combinées à l’utilisation de supports solides ont été privilégiées dans un souci environnemental et énergétique. Dans un premier temps, la dégradation alcaline de glucides simples tels que le glucose, le fructose, le mannose et le saccharose sur support alumine (Al2O3) a été investiguée. Par la suite, une deuxième voie de synthèse utilisant des oxydants forts également supportés sur alumine a été étudiée. Puis, la dégradation acide du glucose ou du fructose à partir d’un acide jouant le rôle à la fois de support solide et de catalyseur a été réalisée. Dans ces travaux, les plans d’expériences ont été utilisés dans le but de minimiser les essais d’une part, mais également pour étudier les effets des différents paramètres opératoires en vue d’une optimisation des procédés<br>This work aims, the preparation of carboxylic acids starting from glucidic resources degradation. Microwaves organic syntheses under solventless conditions combined with the use of solid supports were privileged in an environmental and energy concern. Initially, the alkaline degradation of simple carbohydrates such as glucose, fructose, mannose and saccharide on support alumina (Al2O3) was investigated. Thereafter, a second way of synthesizing carboxylic acids using strong oxidants also supported on alumina was studied. Finally, the acid degradation of glucose or fructose starting from an acid with both a catalytic and a solid support properties was carried out. In this work, the experimental designs were often used with an aim of minimizing the experiments on the one hand, but also to study the effects of the various operational parameters for an optimization of the processes
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Bernardon, Guillaume. "Hydrodésoxygénation de molécules modèles sur catalyseur sulfures de nickel et de molybdène déposés sur alumine." Poitiers, 1996. http://www.theses.fr/1996POIT2331.
Full textAbstract:
L'objectif general de ce travail etait d'examiner la possibilite d'introduire les huiles de pyrolyse de la biomasse dans les charges des unites d'hydrotraitement. Il fallait donc savoir s'il etait possible de convertir des molecules oxygenees dans les conditions de l'hydrotraitement sur le meme type de catalyseur et en presence de molecules caracteristiques des charges a hydrotraiter, notamment les molecules azotees. Cette etude a donc porte sur la transformation de molecules oxygenees modeles, et plus particulierement le benzofuranne, dans des conditions proches de la realite industrielle (reacteur dynamique, 350c, pression d'hydrogene: 50 bar, catalyseur nimo/al#2o#3). La transformation du benzofuranne se produit par l'intermediaire du 2-ethyl phenol qui s'hydrogene ensuite pour conduire au 2-ethyl cyclohexanol. Ce dernier se deshydrate tres rapidement en ethylcyclohexene, lui meme s'hydrogenant tres vite en ethylcyclohexane. Une reaction parallele d'hydrogenolyse, minoritaire, permet d'obtenir l'ethylbenzene directement a partir du 2-ethyl phenol. Le benzofuranne exerce un effet inhibiteur important sur la transformation de son intermediaire: le 2-ethyl phenol, ce qui explique la faible hydrodesoxygenation obtenue meme a conversion elevee du benzofuranne alors que l'hydrodesoxygenation du 2-ethyl phenol dans les memes conditions de reaction est importante. La comparaison des differentes reactions d'hydrotraitement a montre que l'hydrodesulfuration etait la plus facile des reactions d'hydrotraitement tandis que l'hydrodesazotation etait la plus difficile. Le schema reactionnel de l'hydrodesulfuration est different de celui de l'hydrodesoxygenation puisque le benzothiophene conduit directement a l'ethylbenzene sans passer par le 2-ethylcyclohexanethiol. Le produit final de l'hydrodesazotation est l'ethylcyclohexane comme dans le cas de l'hydrodesoxygenation. Enfin, il existe un effet inhibiteur tres important mais totalement reversible de la n-butyl amine sur la decomposition du benzofuranne, du a une competition a l'adsorption sur les sites actifs
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Birot, Anne. "Caractérisation de catalyseurs Rhodium et Nickel/ CexZr1-xO2 pour la production d'hydrogène par vaporeformage de l'éthanol." Poitiers, 2005. http://www.theses.fr/2005POIT2304.
Full textAbstract:
Ce travail avait pour objectif d'étudier le comportement catalytique des catalyseurs métalliques (Rh ou Ni) supportés sur des oxydes de terres rares CexZr1-xO2 dans la réaction de vaporeformage de l'éthanol ex-biomasse. Le catalyseur 1%Rh/Ce0,50Zr0,50O2 a montré une bonne activité avec un bon rendement en hydrogène. Par la suite les travaux se sont orientés d'une part vers la compréhension des réactions d'inter-conversion entre H2, CO et CO2 qui conduisent à la formation de CH4 et d'autre part vers la caractérisation des propriétés intrinsèques des catalyseurs. Ces études nous ont confirmé le caractère basique des catalyseurs ainsi que leur activité en hydrogénation. Par ailleurs, la grande activité des catalyseurs dans la réaction d'hydrogénation de CO a permis de mettre en évidence la nécessité d'utiliser un catalyseur qui soit moins actif en hydrogénation et qu'il possède un caractère basique afin d'améliorer le rendement en hydrogène<br>This work concerned a study on catalytic behaviour of metallic catalysts (Rh or Ni) supported on earth rare oxides CexZr1-xO2 in ethanol steam reforming in order to hydrogen production. Catalyst 1%Rh/Ce0,50Zr0,50O2 showed a good activity with a good hydrogen yield. We turned a study onto understanding inter-conversion reaction between H2, CO and CO2 which lead to CH4 formation. We can also study intrinsic properties of catalysts. We can confirm basic character of catalysts and a good hydrogenation activity. A good activity in CO hydrogenation allowed to evidence a necessity to use a catalyst which less active in hydrogenation reaction and with a basic character in order to improve hydrogen yield
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Schaetzle, Olivier. "Développement et étude d’une pile à combustible microbienne en vue d’une application dans le traitement des eaux." Rennes 1, 2010. http://www.theses.fr/2010REN1S222.
Full text
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Fula, Rojas Manuel Alejandro. "Modélisation thermique, thermodynamique et expérimentation d'un moteur ericsson a air chaud a cycle de joule." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3055/document.
Full textAbstract:
Avec l'épuisement des ressources naturelles, notamment les sources d’énergies fossiles, les énergies renouvelables sont à nouveau considérées comme une alternative réelle pour la transition énergétique des pays industrialisés.Les moteurs à apport de chaleur externe comme le Stirling et son « cousin » le moteur Ericsson peuvent valoriser de multiples sources -renouvelables ou non- d'énergie thermique. Le moteur Ericsson est ainsi particulièrement bien adapté pour la conversion de l’énergie solaire ou de la biomasse en électricité dans des applications de microcogénération.Cette thèse s’inscrit dans la continuation des travaux théoriques et expérimentaux sur le moteur Ericsson réalisés au LaTEP de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour. Dans ce travail, nous nous sommes principalement intéressés auxtransferts thermiques entre le fluide de travail et les parois des cylindres de compression et de détente du moteur. Un premier modèle, global, a permis de déterminer dans quelles conditions ces transferts thermiques peuvent améliorer les performances du système énergétique considéré. Un second modèle, ‘intracycle’, a permis d’évaluer les transfertsthermiques instantanés dans les cylindres à partir des corrélations habituellement utilisées dans les moteurs à combustion interne. Le prototype de moteur Ericsson a alors été équipé de différents capteurs de pression et de températures, ces derniers étant constitués de micro-thermocouples. Les relevés de température instantanée dans lecylindre de compression sont présentés commentés et comparés aux résultats obtenus par le modèle « intracycle »<br>With exhaustion of natural resources, in particular the fossil energy sources, renewable energies are again regarded as a real alternative for the needed energy transition of the industrialized countries. The "hot air engines" like the Stirling engine and his “cousin” the Ericsson engine, can use multiple thermal sources - renewable or not -. The Ericsson engine is thus particularly well adapted for solar or biomass energy conversion in electricity or for microcogeneration purposes. This thesis is a continuation of the theoretical and experimental work on the Ericsson engine realized in the LaTEP of theUniversity of Pau (France). In this work, we are mainly interested in the - in-cylinder - heat transfer between the working gas and the walls of the compression and expansion cylinders of the Ericsson engine. A first original model made possible to determine under which conditions these heat transfers can improve the performances of the energy system considered. A second model, “intracycle”, allowed to evaluate the instantaneous heat transfers in the cylinders starting from the correlations usually used in the internal combustion engines, reciprocating compressors and pneumatic springs. The Ericsson prototype was then equipped with various pressure and temperature gauges, the latter consisting of K-type microthermocouples of 25 and 12,5μm wires. The results of instantaneous temperature measurements in the compression cylinder are presented, commented and compared with the results obtained by the “intracycle” model
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Sialve, Bruno. "Couplage des cultures de microalgues avec la méthanisation : Traitement et valorisation de la matière et de l’énergie dans le cadre de la bioraffinerie environnementale." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0062.
Full textAbstract:
L’utilisation des microalgues dans les filières bioénergies est une thématique qui connait un développement remarquable ces dernières années. Si dans une perspective d’exploitation de masse, elles permettent de répondre plus favorablement aux contraintes qui pèsent sur l’exploitation des biocarburants de première et de deuxième génération, elles se heurtent également à la question de la demande en éléments nutritifs mais aussi à un bilan énergétique défavorable. En conséquence, il apparait difficile de répondre à une exigence de durabilité attendue pour ce nouveau gisement. Ce travail de thèse s’est intéressé à une solution permettant à la fois de recycler les éléments nutritifs présents dans la biomasse et de fournir de l’énergie au système de production voire de transformation : la digestion anaérobie. Les travaux se sont particulièrement focalisés sur l’intégration de la production de microalgues et de la méthanisation au travers de la conversion énergétique de cette biomasse et de la mobilisation des éléments nutritifs vers la culture à l’échelle du laboratoire et à l’échelle pilote. Après avoir identifié les contraintes associées à la biodégradabilité anaérobie des microalgues et les stratégies d’optimisation, nous avons mis en évidence que le potentiel énergétique est contraint par la qualité propre des cellules et une capacité de résistance à la dégradation biologique. L’application de stratégies d’optimisation de cette étape de conversion via l’utilisation de prétraitement thermique a montré qu’il est possible d’augmenter les rendements de production d’énergie et d’éléments minéraux mobilisables vers la culture. L’utilisation d’un écosystème naturel microalgue-bactérie destiné à la production en milieu ouvert et qui utilise un digestat synthétique comme milieu de culture a révélé le rôle déterminant de la flore bactérienne associée en interaction avec les microalgues. Ces résultats ont été évalués dans un système de production à l’échelle pilote préindustrielle en conditions extérieures, conçu et opéré spécifiquement pour répondre à cette problématique. Les caractéristiques propres du bassin de culture déterminent le comportement hydrodynamique du milieu et le comportement physique et écologique de la population phytoplanctonique mobilisée. L’étude de la dynamique des communautés microbiennes, eucaryotes et procaryotes, confirme le potentiel de résilience et de production d’un écosystème complexe soumis aux contraintes de son environnement. Les résultats de ces travaux ouvrent des perspectives de gestion et d’optimisation des procédés intégrant l’algoculture et la méthanisation qui peuvent répondre plus largement à des problématiques environnementales et de production de molécules d’intérêt au-delà des filières énergétiques<br>In recent years, there has been an explosion of interest in the use of microalgae as a source of bioenergy. Mass cultivation of microalgae for bioenergy production promises several advantages compared to first and second generation biofuels. However, similar difficulties in terms of nutrient requirements and an unfavourable energy balance are faced. As a consequence, achieving the sustainable levels of microalgal culture required to implement this strategy in the longer term appears problematic. The work presented in this thesis focuses on anaerobic digestion; a solution which allows both recycling of nutrients and supply of energy to the production and downstream processes. In particular, the studies presented here have been directed towards the integration of microalgal culture and methanisation, at both the laboratory and pilot scale. The guiding principle used is conversion of biomass and provision of nutrients to the culture. We first identified the constraints and potential strategies associated with the aerobic biodegradability of microalgae. Next, we demonstrated that the energetic potential of cells is limited by their quality as well as their level of resistance to biological degradation. We have shown that it is possible to optimise the conversion step, increasing energy yields and nutrient mineralisation via a strategy of thermal pretreatment The use of a natural microalgae-bacteria ecosystem which uses a synthetic digestate as culture media, revealed a key role for bacterial flora interacting with microalgae. These results were further tested in a pilot-level production system specifically designed to address these questions. The evidence suggests that the characteristics of the culture pond determine both the hydrodynamic behaviour of the culture and the physical and ecological behaviour of the phytoplanktonic population. A study of the dynamics of the microbial, eukaryotic and prokaryotic communities suggests the presence of a resilient and complex ecosystem, which is influenced by variations in its environment. The results of this work provide opportunities for management and optimisation of processes integrating microalgae cultivation and methanisation beyond bioenergy production, for example liquid wastes treatment and production of high-value byproducts
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Daragon, Guillaume. "Etude des voies de valorisation de la vinasse par combustion en mélange avec des biomasses." Thesis, Mulhouse, 2015. http://www.theses.fr/2015MULH7972.
Full textAbstract:
L’industrie, quel que soit son domaine d’activité, produit une quantité importante d’effluents chargés, couramment appelés coproduits. La gestion et le traitement de ces eaux usées sont aujourd’hui strictement encadrés car leurs propriétés physiques et leurs compositions chimiques interdisent leurs rejets directs vers le milieu naturel. Cependant, la présence en forte concentration de certains éléments valorisables tels que les sels minéraux ou des composés organiques dans certains de ces effluents, leurs confèrent alors de nouvelles propriétés qui trouvent échos dans diverses applications (fertilisation des sols, alimentation animale, méthanisation, co-compostage, etc.). Le carbone étant le constituant majoritaire de tout combustible, une valorisation thermique par combustion en chaudière biomasse des effluents organiques semble être une alternative envisageable. L’objet de cette thèse est l’étude de cette voie de valorisation énergétique et de la faisabilité de cette application. Du fait de leur état liquide, les effluents seuls sont de mauvais combustibles comparés aux biomasses standards (plaquettes forestières, paille, etc.). Les travaux de recherche se concentrent donc sur l’étude et la caractérisation de biomasses en tant que support d’imprégnation, puis sur la formulation d’un co-combustible homogène imprégné d’un effluent organique industriel. Les biomasses sont en effet connues dans la littérature pour avoir des propriétés d’adsorption et d’absorption intéressantes. Une étude paramétrique à l’échelle du laboratoire a été menée afin de quantifier la capacité d’imprégnation et la sélectivité de différents types de biomasse vis-à-vis de l’effluent choisi. Le but était également de déterminer les paramètres qui influençaient l’imprégnation afin de modéliser les phénomènes. Suite à cela, des essais à l’échelle pilote sur une installation de combustion de 40 kW ont été effectués en vue de vérifier la conformité des combustibles imprégnés en termes d’émissions à la cheminée et dans l’optique de préparer le changement d’échelle pour une potentielle application industrielle<br>Important amounts of organic effluents, also called wastewaters or byproducts, are produced whatever the type of industry which is considered. Nowadays, the wastewaters management and treatment are strictly controlled since the physical properties and the chemical composition of these byproducts disallow the direct reject through natural media. However, the presence of some specific compounds confers to effluents new advantages and opens the door to several applications (such as soil fertilization, cattle feed, methanization, co-composting, etc.). Carbon being the main component of every fuel, the thermal valorization of these organic effluents by combustion in a standard biomass boiler seems to be possible. The study of this recovery method and its feasibility are the subjects of the thesis here. Due to their liquid state, effluents alone cannot be considered as fuels compared to standard biomass (woodchips, straw, etc.). Therefore research works are focused on study and characterization of biomasses as impregnation base, then formulation of fuels impregnated with an industrial organic effluent. Indeed, the adsorptive and absorptive properties of biomasses are well-known in the literature. A parametric study at laboratory scale was carried out in order to quantify the impregnation capacity of different types of biomass regarding the effluent. The main goal was also to highlight the parameters which influence the impregnation in order to modeling the phenomenon. Then impregnation and combustion tests were performed at pilot scale using a biomass boiler of 40 kW to ensure the conformity of impregnated fuels in terms of stack emissions. This part of the work was conducted with the perspective of preparing the process scale-up for a potential industrial utilization
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De, Masi Deborah. "Nanoparticules bimétalliques combinant propriétés catalytiques et physiques pour la valorisation du CO2 et de la biomasse." Thesis, Toulouse, INSA, 2019. http://www.theses.fr/2019ISAT0024.
Full textAbstract:
Les réactions réalisées en catalyse hétérogène nécessitent des températures et pressions élevées. Une façon originale pour améliorer ces conditions de réaction est de générer des températures élevées directement à la surface des catalyseurs par des stimuli physiques (magnétiques ou plasmoniques). L’objectif de cette thèse a été la mise en place de la synthèse de nanoparticules complexes combinant des propriétés physiques et des propriétés catalytiques. Ainsi, deux types de nanoparticules ont été synthétisées, des nanoparticules de fer-nickel pour le chauffage magnétique et des nanoparticules bimétalliques or-ruthénium pour le chauffage plasmonique. Dans le contexte actuel de développement durable et de stockage des énergies renouvelables, nous avons étudié deux réactions catalytiques : la réaction de Sabatier et l’hydrodésoxygénation de molécules plateformes issues de la biomasse lignocellulosique. Sous champ magnétique, la génération au voisinage des nanoparticules de fer-nickel de très hautes températures a permis de créer un environnement hétérogène à la surface des nanoparticules. Ainsi, la conversion totale du furfural et de l’hydroxyméthylfurfural en biocarburants (le méthylfurane et le diméthylfurane) a pu être réalisée en solution dans des conditions très douces. Les propriétés de chauffe et les propriétés catalytiques des nanoparticules de fer-nickel ont permis d’activer la réaction de Sabatier, et d’atteindre pour la première fois des rendements en méthane de 100 %. Dans la même optique, les propriétés plasmoniques et catalytiques des nanoparticules d’or-ruthénium ont été étudiées pour la réaction de Sabatier. Un couplage entre chauffage classique et irradiation lumineuse a permis de mettre en évidence un effet synergique entre le ruthénium et l’or pour l’activation de la réaction<br>Heterogeneous catalytic reactions require often very harsh conditions, i.e. high temperature and high pressure in the overall system. An original way to lower these reaction conditions consists in generating a local heating directly at the surface of the catalysts by the means of physical stimuli (magnetic or plasmonics). However, up to now, the catalytic sites and the heating agents were spatially separated, reducing the efficiency of the heat transfer. The aim of this thesis is thus to elaborate complex bimetallic nanoparticles combining physical properties and catalytic properties in the very same object. Two types of nanoparticles have been synthesized, iron-nickel nanoparticles for magnetic heating and gold-ruthenium nanoparticles for plasmonic heating. In the current context of sustainable development and storage of renewable energies, we studied two catalytic reactions: the Sabatier reaction, to valorize CO2 gas and the hydrodeoxygenation of platforms molecules from lignocellulosic biomass to yield biofuel. Under alternating magnetic field, iron-nickel nanoparticles generate high temperatures creating a heterogeneous environment at their surface. Thanks to these peculiar conditions, the furfural and the hydroxymethylfurfural could be totally converted, in liquid phase, into biofuels (methylfurane and dimethylfurane) under mild conditions. Moreover, heat properties of iron-nickel nanoparticles combining with their catalytic properties have made possible the total conversion of carbon dioxide into methane. Similarly, plasmonic and catalytic properties of gold-ruthenium nanoparticles were studied for the Sabatier reaction. By coupling classical heating and light irradiation a synergetic effect between ruthenium and gold was observed leading to the efficient activation of the reaction
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Parlatore, Lancha Julia. "A multiscale approach to understand and predict the effects of hydrothermal treatment on lignocellulosic biomass In situ measurements of viscoelastic properties of biomass during hydrothermal treatment to assess the kinetics of chemical alterations." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC023.
Full textAbstract:
La biomasse lignocellulosique est une matière première prometteuse pour la production de biocarburants et de produits chimiques renouvelables. Cependant, en raison de la structure macromoléculaire récalcitrante des tiges de plantes, un prétraitement est nécessaire pour rendre les glucides suffisamment accessibles pour l'hydrolyse enzymatique. Parmi la vaste gamme de prétraitements disponibles, l'explosion à la vapeur se distingue car elle ne nécessite pas de solvant et peut être appliquée à diverses matières premières. Elle se déroule en deux étapes : une cuisson acide suivie d'une décompression brutale.Les modifications subies par la biomasse lors de la cuisson acide ont un impact important sur la phase explosive et les étapes ultérieures de la production de bioéthanol. Elles affectent ainsi largement la rentabilité de l'ensemble de la chaîne de production. Ayant pour origine des altérations chimiques, ces modifications sont observables à de multiples échelles.C'est pourquoi une approche multi-échelle est proposée dans ce travail, avec pour objectif ultime de fournir des indicateurs mécaniques macroscopiques de la cinétique du traitement, susceptibles de donner des règles pour optimiser le temps de séjour et la température de la cuisson acide. Pour comprendre comment le comportement mécanique à l'échelle macroscopique est affecté par les changements de propriétés à l'échelle moléculaire et microscopique au cours du traitement, trois disciplines – mécanique, chimie et imagerie – ont été combinées. En raison de sa croissance rapide et de son faible besoin en engrais, le peuplier (Populus euro-americana 'Koster') a été utilisé comme biomasse modèle pour cette étude.Au niveau microscopique, la microscopie confocale Raman a révélé que les altérations chimiques dépendent de l'organisation des différents composants à l'intérieur de la paroi cellulaire et de leurs interactions entre eux. La combinaison unique de cette technique avec la nano-tomographie à rayons X a permis d'obtenir une vision globale de la dégradation de la paroi cellulaire après la cuisson acide, avec des informations précieuses sur les modifications topochimiques et anatomiques des échantillons. Des analyses chimiques complémentaires ont permis la quantification de l'hydrolyse concomitante de la biomasse.Au niveau macroscopique, un dispositif développé préalablement au sein du laboratoire a été amélioré pour effectuer avec précision des essais mécaniques continus de la biomasse (diverses combinaisons de contraintes et de déformations) dans des conditions de saturation en eau jusqu'à 190 °C. L'effet du temps de séjour est donc suivi en continu. Grâce à des mesures d'élasticité et de relaxation, les propriétés viscoélastiques ont été utilisées pour comparer différentes conditions de traitement (température et acidité). Enfin, ce dispositif a permis de mesurer pour la première fois la cinétique du retrait de l'échantillon lors de ce type de traitement, à partir de laquelle un modèle DAEM a été identifié. Le degré de conversion de la biomasse, calculé à partir de ce modèle, est capable de prédire l'évolution des caractéristiques physiques et chimiques en fonction des conditions de traitement. Ces résultats prouvent que le retrait est un excellent indicateur de la dégradation chimique de la biomasse lignocellulosique lors de la cuisson acide<br>Lignocellulosic biomass is a promising feedstock for the production of renewable fuels and bio-based chemicals. However, due to the recalcitrant macromolecular structure of plant stems, a pretreatment is required to make carbohydrates sufficiently accessible for enzymatic hydrolysis. Among the large range of available processes, steam explosion stands out, as it requires no additional solvent and can be applied to a variety of raw materials. It consists of two steps: a hydrothermal treatment followed by a sudden decompression.Biomass alterations during hydrothermal treatment have a great impact on the explosion and the subsequent steps of bioethanol production. Caused by chemical alterations, these modifications are reflected at multiple spatial levels. For this reason, a multiscale approach is proposed in the present work, with the ultimate goal of providing macroscopic mechanical indicators of the treatment kinetics likely to give rules to optimize the residence time and treatment temperature during hydrothermal treatment. To understand how the mechanical behavior at the macroscopic scale is affected by the changes in the properties at molecular and microscopic scales during treatment, three disciplines – mechanics, chemistry and imaging techniques – were combined. Because of its fast growth and low need of fertilizers, poplar (Populus euro-americana ‘Koster’) was used as model biomass for this study.At the microscopic level, the use of Raman confocal microscopy revealed that chemical alterations depend on the organization of the different components within the cell wall and their interactions with each other. The unique combination of this technique with X-ray nano-tomography provided a global vision of the degradation of the cell wall after hydrothermal treatment, with valuable information on both topochemical and anatomical changes of the samples. Complimentary wet chemistry analysis allowed to quantify the concomitant hydrolysis and degradation of biomass.At a macroscopic level, an in-house developed device was improved to accurately perform continuous mechanical tests on macroscopic solid samples (various combinations of strain and stress) under water-saturated conditions up to 190 °C. The effect of residence time is therefore continuously monitored. Through elasticity and stress relaxation measurements, viscoelastic properties were used to compare different treatment conditions (temperature levels and acidity). Finally, this device allowed the kinetics of sample shrinkage to be measured. From these results a DAEM model was identified. The degree of conversion of the biomass, as calculated from this model, is able to predict the change of physical and chemical characteristics for any time-temperature pathway. These findings prove that shrinkage is an excellent indicator of the chemical degradation of lignocellulosic biomass during the hydrothermal treatment
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Sadeghin, Bahareh. "Effect of light supply on the hydrocarbon enriched microalga, Botryococcus braunii BOT-22." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4033/document.
Full textAbstract:
Botryococcus braunii Bot-22 a été cultivée dans un photobioréacteur plat dans des conditions photoautotrophiques continues. Deux densités de flux de photons (PFD) de 50 et 500 μmol quanta m-2 s-1, deux taux de dilution de 0.178 et 0.357 d-1, trois concentrations différentes d'oxygène dissous et deux périodes de exposition à la lumière ont été appliquées pour produire de différentes productions de biomasse et 'd'hydrocarbures et de profil d’acides gras. L'augmentation de dix fois du PAR-PFD appliqué sur la surface du photobioréacteur induit une augmentation transitoire du rEX, avant d'atteindre un nouvel état stationnaire correspondant à une productivité de la biomasse de 21.34 g m-2 d-1, qui représente une augmentation de 360 % par rapport à la productivité obtenu sous 50 μmol quanta m-2 s-1. En revanche, aucun changement apparent de rEX n'a été observé après avoir doublé le taux de dilution à PFD constant et cela malgré une double augmentation de la productivité de la biomasse jusqu'à 47.8 g m-2 d-1. La productivité des hydrocarbures extracellulaires a suivi la même tendance que les celle de biomasse, atteignant une valeur maximale de 12.4 g m-2 d-1 pour un rendement estimé de la biomasse sur l'apport lumineux de 1.1 g mol de photons-1. La productivité d'hydrocarbures la plus élevée correspondait aux photons continus, une dilution de 0.357 d-1, 500 μmol quanta m-2 s-1 et à 4 % de la concentration d'oxygène dissous. Les principaux acides gras du «B. braunii race B strain BOT-22 fatty acids » étaient l'acide oléique, l'acide palmitique, l'acide a-linoléique, et l'acide stéarique<br>Botryococcus braunii Bot-22 was cultivated in a flat-panel photobioreactor under continuous photoautotrophic conditions. Two photon flux densities (PFD) of 50 and 500 μmol photons m-2 s-1, two dilution rates of 0.178 and 0.357 d-1, three different dissolved oxygen concentration and two light periods were applied to provide different biomass and hydrocarbon production and fatty acids profile. The tenfold increase of the PAR-PFD applied on the photobioreactor surface induced a transient increase of rEX, before reaching a new steady state corresponding to a biomass productivity of 21.34 g m-2 d-1, a 360 % increase as compared to the productivity obtained under 50 μmol photons m-2 s-1. By contrast, no apparent change of rEX was observed after doubling the dilution rate at constant PFD, despite a twofold increase of the biomass productivity, up to 47.8 g m-2 d-1. The extracellular hydrocarbons productivity followed the same trend as the biomass data, reaching a maximal value of 12.4 g m-2 d-1 for an estimated biomass yield on light supply of 1.1 g mol photons-1. The highest hydrocarbon productivity was corresponding to continuous light, dilution rate of 0.357d-1, 500 μmol photons m-2 s-1 and 4 % of dissolved oxygen concentration. The main fatty acids of B. braunii race B strain BOT-22 fatty acids were, oleic acid, palmitic acid, a-linoleic acid, and stearic acid
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Rengel, Ana. "Energy and environmental analyses of a bioreactor for microalgae culture for energy production." Paris, ENMP, 2010. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00631067.
Full textAbstract:
Les microalgues sont des organismes photosynthétiques considérés pour la production d'énergie. Les photobioréacteurs sont des systèmes fermés avec des productivités plus importantes que les bassins ouverts. Cette étude concerne l'expérimentation et la modélisation d'un réacteur du type « airlift à circulation interne». Des microparticules sont ajoutées pour modéliser les concentrations d'algues dans le réacteur. Les fractions du gaz et les vitesses du liquide ne sont pas affectées par la présence de microparticules. La distribution de la lumière dans le réacteur est calculée en considérant les concentrations de la biomasse et les propriétés optiques des algues. La lumière est atténuée de la paroi jusqu'au centre du réacteur et cette atténuation augmente avec la concentration de la biomasse. Les productivités de biomasse, estimées en utilisant deux modèles biologiques, montrent que celles obtenues dans les photobioréacteurs sont plus élevées que celles obtenues dans les bassins ouverts. La capacité du réacteur pour absorber du CO2 et produire de l'O2 est évaluée selon les productivités obtenues. A intensités lumineuses modérées, l'O2 dissout n'atteint pas le niveau d'intoxication, même pour de faibles débits d'air. Le CO2 et le CIT deviennent limitant si de l'air naturel est injecté dans le bioréacteur. Il est donc nécessaire d'injecter de l'air enrichi en CO2. L'hydrodynamique d'un réacteur airlift hélicoïdal est également présentée. Deux diamètres de tuyaux sont testés dans la section hélicoïdale. Une corrélation est proposée pour estimer le coefficient de frottement en fonction du Reynolds et le rapport entre le diamètre d'enroulement et le diamètre de tuyau. Pour réaliser la culture de microalgues à l'échelle industrielle, il est indispensable d'obtenir un bilan énergétique positif et de faibles émissions de GES. Pour cela, il faudra intégrer la culture dans des procédés de transformation tels que la production de biodiesel et la digestion anaérobique<br>Microalgae are photosynthetic organisms considered today for energy production. Photobioreactors are closed systems that present higher productivities than open ponds. In this study, a hydrodynamic model is developed for an internal airlift reactor and validated experimentally. Microparticles are added to the reactor at concentrations found in current microalgae cultures. Results show that gas hold-up and liquid velocities are not affected by the presence of particles. Light distribution and availability in the internal airlift reactor is calculated, taking into account biomass concentrations and algae optical properties. Light is attenuated from the wall to the reactor center while this attenuation increases with biomass concentrations. Based on two biological models, biomass productivities achieved in photobioreactors are higher than in open ponds. From biomass productivities, the reactor capacity to absorb CO2 and to release O2 is estimated. Results show that at moderate irradiances, dissolved O2 levels do not reach intoxication at low air flow rates. If natural air is injected into the reactor, CO2 and TIC become limiting therefore, it is necessary to inject CO2-enriched air. The hydrodynamics of a helical airlift reactor is also presented. Two pipe diameters are tested in the helical section. A mathematical correlation is proposed to estimate the friction factor as a function of the Reynolds number and curvature ratios. To perform microalgae culture at large scale, it is necessary to obtain a positive energy and GHGs balance. Therefore, microalgae culture has to be integrated in a system where conversion processes such as biodiesel production and anaerobic digestion are performed
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Demuez, Marie. "Etude des relations structure-fonctions de l’hydrogénase à fer de Clostridium acetobutylicum avec ses partenaires d’oxydo-réduction." Toulouse, INSA, 2007. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000191/.
Full textAbstract:
Source d’énergie renouvelable et non polluante, le biohydrogène connaît un intérêt croissant. En culture continue sur glucose, la productivité d’hydrogène la plus élevée est réalisée par la bactérie anaérobie Clostridium acetobutylicum avec 2,4 litres d’hydrogène produit l-1 h-1. Cette production d’hydrogène est catalysée par la [FeFe]-hydrogénase HydA. Pour comprendre et améliorer les capacités de ce micro-organisme pour la production d’hydrogène, nous avons voulu caractériser les relations structure-fonctions de HydA avec ses partenaires d’oxydo-réduction. Par homologie avec l’hydrogénase à fer I de Clostridium pasteurianum, les centres [4Fe-4S] FS4C et [2Fe-2S] FS2, situés en surface de la protéine, pourraient être impliqués dans le transfert inter-moléculaire d’électrons entre HydA et ses partenaires d’oxydo-réduction. Notre objectif a alors été de déterminer l’implication de FS4C et FS2 dans ce transfert. Pour cela, des mutations par substitutions d’acides aminés et par délétions de domaines ont été effectuées au niveau de FS4C et FS2. Pour palier des problèmes d’instabilité des hydrogénases à fer native et modifiées, le protocole de purification a été amélioré. L’hydrogénase native a nettement été stabilisée, mais l’instabilité persistante des hydrogénases modifiées est restée une limitation importante pour leur caractérisation catalytique. La perte d’activité des hydrogénases modifiées a pu être corrélée à une perte importante de fonctionnalité de leur site actif et à un nombre d’atomes de fer incorporés inférieur à la valeur théorique. Les partenaires physiologiques d’oxydo-réduction de HydA chez C. Acetobutylicum, la ferrédoxine CAC0303 et la flavodoxine, ont été purifiés. Le profil catalytique complet et les paramètres cinétiques des activités de consommation et de production d’hydrogène de HydA native avec différents partenaires d’oxydo-réduction ont été déterminés. L’amélioration du protocole de purification a permis d’augmenter significativement les activités de consommation et production d’hydrogène. Nous avons confirmé la préférence in vitro de HydA à catalyser la consommation de l’hydrogène par rapport à la production. Une valeur très élevée de kcat a été obtenue avec le substrat artificiel, méthyl viologène, en consommation d’hydrogène. Cela semble indiquer que le méthyl viologène pourrait interagir plus ou moins directement avec le site actif de l’enzyme, en évitant le transfert intra-moléculaire d’électrons. Des efficacités catalytiques élevées de consommation et de production de l’hydrogène ont été obtenues avec le méthyl viologène (sauf sous sa forme réduite), la ferrédoxine et la flavodoxine. Ce résultat reflète le haut potentiel de HydA pour les réactions liées à l’hydrogène, potentiel conservé aussi bien pour ses partenaires redox physiologiques qu’artificiel. Ainsi, en condition de croissance en carence en fer, la substitution de la ferrédoxine par la flavodoxine ne serait pas une limitation pour l'activité hydrogénase in vivo<br>The biological production of hydrogen, a "clean" energy carrier, has recently aroused a great interest. The most efficient reported micro-organism for hydrogen production from hexose is the anaerobic bacterium Clostridium acetobutylicum with a chemostat production of 2. 4 l H2 l-1 h-1, catalyzed by the HydA [FeFe]-hydrogenase. In order to understand and improve C. Acetobutylicum hydrogen potentialities, we have attempted to characterize the structure-function relationships of HydA with its redox partners. By homology with the [FeFe]-hydrogenase of Clostridium pasteurianum, the [4Fe-4S] FS4C and [2Fe-2S] FS2 clusters located on the protein surface were predicted to be involved in the inter-molecular electron transfer between HydA and its redox partners. Our goal was to determine the implication of the FS4C and FS2 clusters in this transfer. To do so, mutagenesis by amino acid substitutions and domain deletions was performed on FS4C and FS2. In order to stabilize native and modified hydrogenases, the purification protocol was improved. Native hydrogenase was successfully stabilized, while the persisting instability of modified hydrogenase was an obstacle of their catalytic characterization. Decreased activity of modified hydrogenases was due to a loss of active site functionality and to a lower iron content than the theoretical value. The physiological redox partners of HydA, ferredoxine CAC0303 and flavodoxin, were purified. The complete catalytic profile of HydA and its kinetic parameter with different redox partners for hydrogen uptake and hydrogen production were determined. The optimized purification protocol led to a significant increase of both hydrogen uptake and hydrogen production activities. We confirmed that the in vitro hydrogen uptake was more favourable than the hydrogen production. A very high kcat was determined with the artificial substrate methyl viologen for the hydrogen uptake activity. This result might indicate that methyl viologen could be prone to interact more or less directly with the active site, shunting the intra-molecular electron transfer chain. High catalytic efficiencies for both H2 uptake and H2 production activities were observed with either artificial (except for reduced methyl viologen) and physiological redox partners. This result reflects the high potential of HydA for hydrogen-related activities which is conserved with three different electron carriers. Hence, in iron-limited growth conditions, the in vivo substitution of ferredoxin by flavodoxin might not be a limitation for in vivo hydrogenase activity
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Joubert-Garnaud, Carole. "Les énergies renouvelables dans l'agriculture de la Charente-Maritime : l'émergence en milieu rural d'un nouveau moteur du développement économique et social non dépourvu d'incidences sur l'environnement local." Phd thesis, Université de La Rochelle, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00576083.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la place nouvellement attribuée aux énergies renouvelables dans un département français encore largement rural, la Charente-Maritime, alors que commence à se poser, ici comme ailleurs, la question du changement climatique et celle de l'épuisement des énergies fossiles dans un contexte privilégiant de plus en plus la mise en place de mesures de protection de l'environnement. La thèse passe en revue les différentes énergies renouvelables d'ores et déjà produites et utilisées en Charente-Maritime ou dont la mise en œuvre est envisagée (hydroélectricité, solaire, éolien, énergie issue de la biomasse). Plusieurs exemples précis d'exploitations agricoles impliquées dans la production et la consommation de ces nouvelles énergies sont longuement présentés. La thèse s'intéresse également au potentiel de développement de ces énergies, à leurs retombées sur l'environnement et à la façon dont elles sont perçues, tant par les agriculteurs que les élus locaux, les responsables d'associations ou les habitants en général. Il apparaît clairement que la politique de développement des énergies renouvelables actuellement menée en Charente-Maritime est incitative, tout particulièrement en ce qui concerne l'énergie solaire et la biomasse énergie au profit desquelles les aides régionales et départementales sont importantes (mise en œuvre d'une filière locale bois - énergie dans le pays Saintonge Romane). Par contre, l'édification de parcs éoliens est freinée par les pouvoirs publics en raison de leur trop fort impact paysager dans un département à vocation touristique affirmée. La thèse montre, en fin de compte, que le bilan environnemental que l'on peut tirer de toutes ces innovations apparaît mitigé : le recours aux énergies renouvelables réduit un peu la dépendance des campagnes charentaises à l'égard des énergies fossiles, mais l'impact environnemental direct de ces nouvelles sources d'énergie apparaît ambigu et pour le moins contrasté. L'étude, quoique conduite dans un cadre territorial relativement restreint, est néanmoins largement représentative des transformations en cours dans les campagnes françaises, voire européennes, les particularités locales et nationales ayant été clairement soulignées.
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Melzer, Michael. "Valorisation énergétique des sous-produits agricoles en zone sub-saharienne : pré-conditionnement de la biomasse par pyrolyse flash." Thesis, Compiègne, 2013. http://www.theses.fr/2013COMP2098/document.
Full textAbstract:
L’Afrique de l'Ouest manque de ressources naturelles pour la production d'énergie. Les sous-produits agro-industriels comme les coques d’anacarde (CNS), les tourteaux de jatropha et de karité ont été identifiés comme des ressources disponibles et facilement mobilisables à des fins énergétiques. Ces biomasses se caractérisent par de fortes teneurs en extractibles (baume de cajou=CNSL ou triglycérides), sources de fumées toxiques en combustion. La thèse visait à évaluer la pertinence de la pyrolyse rapide comme procédé alternatif pour ces ressources, etplus particulièrement à établir l'impact des extractibles sur les rendements, la composition et la stabilité des bio-huiles. Les biomasses ont été dérivées en échantillons couvrant la gamme entière des teneurs en extractibles (tourteau déshuilé ~0% ; extractible purs 100%), lesquels ont été caractérisés et pyrolysés dans 2 dispositifs laboratoires (ATG et four tubulaire), puis en conditions réelles sur un pilote de pyrolyse rapide à lit fluidisé. On ne constate pas d'interaction significative entre la matrice solide et les extractibles lors de leur décomposition, mais des produits différents ont été identifiés. Le CNSL se volatilise entre 250 et 320°C ; plusieurs composés phénoliques ou typiques du CNSL brut se retrouvent dans l'huile de pyrolyse. En revanche, les triglycérides se décomposent entièrement entre 380 et 420°C en chaînes d’hydrocarbures linéaires. Quelques produits d'interaction avec les triglycérides et les protéines ont été identifiés. Par ailleurs, les essais sur pilote ont mis en évidence des difficultés opérationnelles dans le lit fluidisé liées aux spécificités des tourteaux, suggérant une optimisation des conditions opératoires. Pour pallier la séparation de phases constatée sur les bio-huiles, des formulations avec d'autres biocarburants ont été testées. Les émulsions obtenues sont plus homogènes, mais leur stabilité physique est encore insuffisante malgré l'ajout<br>Sub-Saharan West Africa lacks of natural resources, especially for energy production. By-products of agro-industry as cashew nut shells (CNS), jatropha (Jc) and shea (Sc) press cakes were identified as available resources for energetic valorisation. These biomasses are characterized by high extractive contents (cashew nut shell liquid/CNSL or triglycerides) which are the reason for toxic fumes during combustion. The thesis investigated the feasibility of flash pyrolysis as alternative process for these resources, more specifically the impact of the extractives on yields, the composition and the stability of flash pyrolysis oils. The feedstock were derived into samples covering the whole range of extractive contents (from de-oiled press cakes, ~0 wt%; to pure extractives, 100 wt%) which were characterized and pyrolysed in two laboratory devices (TGA and tubular furnace), then by applying flash pyrolysis conditions in a fluidized bed reactor. No significant interaction in-between the solid matrix and the extractives during pyrolysis were observed but different products were identified. CNSL volatises between 250 and 320°C, several phenolic compounds and typical compounds of crude CNSL were found to be present in the pyrolysis oil. In contrast, triglycerides are entirely decomposed at 380 to 420°C to give linear hydro-carbon chains. Some interaction products of the triglycerides with proteins were identified. Additionally, the experiments with the pilot plant have shown operational difficulties in the fluidized bed, which are linked to specific properties of the press cakes. Thus, further optimisations of process conditions are suggested. To overcome the observed phase separation of the pyrolysis oils mixtures with other biofuels were studied. The obtained emulsions are more homogeneous but the physical stability is still insufficient despite the addition of surfactants
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Sampaio, Mergulhão Carolina. "Étude expérimentale de la cinétique de combustion de biocarburants issus de la biomasse lignocellulosique à hautes pressions." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1R045.
Full textAbstract:
En 2019, environ 30% des émissions de CO2 dans l'UE provenaient du secteur des transports. L'électrification est l'une des alternatives possibles pour réduire les émissions de CO2 liées à la mobilité ; néanmoins, sa démocratisation coûterait un budget énorme et des décennies pour remplacer plus de 300 millions de voitures particulières propulsées par des moteurs à combustion interne. De plus, certains domaines tels que l'aviation et le transport maritime sont encore loin de pouvoir adopter l'électrification en raison de la densité énergétique des batteries et de l’approvisionnement d'énergie suffisamment décarboné. Compte tenu de cette situation et de ces limitations, les biocarburants renouvelables apparaissent comme un moyen prometteur de décarboner rapidement le secteur des transports. Les biocarburants sont actuellement mélangés comme additifs, et ils peuvent être produits par transformation de la biomasse lignocellulosique ; matière première non comestible et renouvelable utilisée pour la production de biocarburants de deuxième génération. Les biocarburants nouvellement introduits présenteraient des caractéristiques de combustion différentes de celles des combustibles fossiles conventionnels, qui doivent être étudiées en détail. La mise en œuvre de telles substances nécessite une modification appropriée de la cartographie de fonctionnement du moteur pour éviter le phénomène de cliquetis dans les moteurs à allumage commandé, qui est un obstacle majeur à l'augmentation de l'efficacité thermique des moteurs fortement turbocompressés. Compte tenu du fait que ces phénomènes et l'auto-allumage des gaz imbrûlés dans des conditions de température plus basse est régi par la chimie d'auto-inflammation du carburant, il est nécessaire d'assurer leur compatibilité avec les nouveaux moteurs en examinant leurs voies de réaction en conditions "moteur". Cette étude vise donc à présenter un benchmark des potentiels nouveaux biocarburants et/ou additifs à utiliser dans les moteurs à essence, ainsi qu'à fournir des discussions utiles d'un point de vue cinétique sur la co-oxydation de ces composés avec les carburants conventionnels. Quatre composés dérivés de la lignocellulose (LDC) ont été étudiés ; l'anisole, l'o-crésol, le prénol et la cyclopentanone, qui sont soit des carburants automobiles potentiels, soit des additifs. L'isooctane, qui a souvent été utilisé comme substitut de l'essence de référence, a également été testé pour comparer les données acquises avec la littérature et valider la méthodologie utilisée dans cette étude. Les délais d’auto-inflammation (IDT) ont été mesurés à l'aide de la machine à compression rapide d'ULille, et les mélanges d'isooctane/LDC/O2 /inerte ont été évalués dans des conditions stœchiométriques de carburant dans l'air. L'effet de la composition a été étudié, en faisant varier la quantité de LDC dans les mélanges d'isooctane et en faisant également varier la pression de compression de 14 à 25 bar. L'effet de la température sur l'IDT a été étudié à 20 bar et les températures de 665 à 870 K. Les carburants de substitution ont été formulés dans des conditions stœchiométriques et préparés jusqu'à ce que la fraction LDC atteigne la valeur maximale autorisée vis-à-vis de leur volatilité. Les limites étaient de 20% pour l'o-crésol, 40% pour l'anisole et le CPN et 50% pour le prénol. Dans l'ensemble, l'ajout de LDC inhibe la réactivité à l'isooctane, qui peut être classée par ordre décroissant de réactivité : isooctane pur, o-crésol, anisole et cyclopentanone. En revanche, le carburant de substitution contenant le prénol était le seul à présenter une réactivité limitée à basse température et à favoriser la réactivité à l'isooctane à haute température, c'est-à-dire de 800 à 870 K<br>In 2019, nearly 30% of the CO2 emissions in the EU come from the transport sector. Electrification is one of the possible and stringent alternatives towards reducing CO2 emissions from the mobility; nevertheless, its wide availability would cost an enormous budget and decades to replace more than 300 million passenger cars powered by internal combustion engines. Moreover, some domains such as aviation and marine transport are still far from adopting electrification due to the comparably lower energy density of the batteries and carbon-free energy provision. Considering these situations and limitations, renewable biofuels emerge as a promising way to decarbonize the transport sector promptly. Biofuels are currently blended as additives, and can be produced by transformation of lignocellulosic biomass; inedible and renewable feedstock utilized for second-generation biofuel production. The newly introduced biofuels would demonstrate different combustion characteristics than the conventional fossil-based fuels, which need to be investigated in detail. The implementation of such substances requires precise operation strategy to avoid engine knock from spark-ignition (SI) engines, which is a major obstacle against increasing the thermal efficiency in highly turbocharged engines. Taking into account that the engine knock, or in general the autoignition of the unburned end-gas under low temperature conditions, is governed by the autoignition chemistry of fuel, it is, necessary to ensure their compatibility with the new engines by looking into their reaction pathways in engine-relevant conditions. This study aims to present a benchmark of potential new biofuels and/or additives to be used in (SI) engines, as well as provide useful discussions from a kinetics perspective on the co-oxidation of these compounds along with conventional fuels. Four oxygenated lignocellulosic derived compounds (LDCs) were investigated; anisole, o-cresol, prenol, and cyclopentanone (CPN), which are either potential automotive fuels or additives. Isooctane, which has often been used as the reference gasoline surrogate, was also tested to compare the acquired data with literature and validate the methodology used in this study. Ignition delay times (IDTs) were measured using ULille Rapid Compression Machine (RCM), and the mixtures of isooctane/LDC/O2/inert were evaluated at stoichiometric fuel-in-air conditions. The composition effect was investigated, varying the amount of LDC within isooctane mixtures and also varying the compression pressure from 14 to 25 bar. The effect of temperature on the IDT was investigated at 20 bar, and core gas temperatures from 665 to 870 K. The surrogates were formulated at stoichiometric conditions and prepared until the LDC fraction reached the maximum reasonable value given their volatility. The limits were 20% for o-cresol, 40% for anisole and CPN, and 50% for prenol. Overall, the LDC addition inhibits the isooctane reactivity, which can be ranked in descending order for reactivity: pure isooctane, o-cresol, anisole, and cyclopentanone. On the other hand, prenol surrogate was the only one to show limited reactivity at low temperatures and promote the isooctane reactivity at high temperatures, i.e., from 800 to 870 K
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Li, Rui. "Solar pyrolysis of agricultural, forest and metal-contaminated biomass." Thesis, Perpignan, 2020. http://www.theses.fr/2020PERP0026.
Full textAbstract:
La biomasse est une source d'énergie renouvelable qui peut contribuer à résoudre la crise énergétique et les problèmes environnementaux. La pyrolyse est un procédé thermochimique de conversion la biomasse en biocarburants. L'énergie solaire permet d’améliorer le bilan matière et énergie de la pyrolyse de la biomasse pour produire des carburants, des produits chimiques et des biomatériaux transportables. Dans cette étude, nous avons étudié expérimentalement la pyrolyse solaire de sous-produits agricoles, forestiers et de bois contaminé par des métaux lourds. Dans le cas de la biomasse de sous-produits agricoles et forestiers, la sciure de pin, les noyaux de pêche, les tiges et marcs de raisin, a été utilisée comme matières premières dans un réacteur de laboratoire. Nous avons étudié l'influence des conditions opératoires (c.-à-d. la température de 800 à 2000°C, la vitesse de chauffage de 10 à 150°C/s et la composition de lignocellulose) sur les rendements de production des produits de la réaction (c.-à-d. gaz, tar (liquide) et char (solide)) et la composition du gaz de synthèse. Généralement le rendement en gaz augmente avec la température et la vitesse de chauffe pour les divers types de résidus de biomasse, tandis que le rendement en liquide progresse de façon opposée. Les teneurs en lignine, hémicellulose et cellulose, ainsi que la taille des pastilles d’échantillon, des sous-produits étudiés ont un impact sur la distribution des produits de pyrolyse solaire rapide. La teneur en lignine est associée à des rendements plus élevés en char et en liquide, mais moins en gaz. La pyrolyse de l'hémicellulose produit plus de composés volatils, mais moins de char et de tar que la pyrolyse de la cellulose.La pyrolyse solaire des déchets de litière de poulet et des pailles de riz de différentes tailles de particules (280 et 500 µm) a été effectuée dans différentes conditions solaires afin d'étudier les paramètres de fonctionnement optimaux, tels que la température, la taille des particules et la vitesse de chauffe, pour produire des gaz de pyrolyse à haute valeur calorifique. La température a l'effet le plus important sur le rendement en gaz pendant la pyrolyse. Les produits gazeux à partir de la pyrolyse de la biomasse assistée par l'énergie solaire contiennent une forte concentration de produits combustibles.La biomasse peut être contaminée par des métaux lourds. Des expériences ont été conçues pour étudier les effets des métaux lourds (cuivre et nickel) sur les produits de pyrolyse solaire du saule imprégné. Les résultats de cette étude indiquent que la pyrolyse solaire de la biomasse contaminée par des métaux lourds permet de produire du gaz de synthèse riche en hydrogène et monoxyde de carbone. De plus, les effets de ces métaux lourds sur la composition chimique, la structure et la morphologie du charbon de pyrolyse du saule imprégné ont été étudiés. Les résultats prouvent que la température de pyrolyse affecte les propriétés du charbon.Un modèle de conduction a été développé pour décrire le phénomène de pyrolyse à partir de l’évolution du profil de température à l'intérieur des pastilles. Un schéma cinétique de la littérature impliquant les réactions primaires et secondaires est adopté pour effectuer les simulations des transferts couplés. Une méthode aux différences finies est utilisée pour résoudre l'équation de transfert de chaleur avec un schéma explicite. Le modèle est résolu pour deux dimensions (c'est-à-dire le temps et la position axiale) afin de le rendre plus simple et de gagner du temps de calcul<br>Biomass, as a renewable energy source, can contribute to relieving the energy crisis and environmental pollutions. Pyrolysis is an attractive thermochemical process to convert biomass into biofuels. Solar energy processes improve the heat and mass balance of the biomass pyrolysis to produce transportable fuels, chemicals, and biomaterials. In the present study, solar pyrolysis of agricultural and forestry by-product biomass and metal-polluted wood has been examined. Pine sawdust, peach pit, grape stalk, and grape marc, were used as the raw materials as the agricultural and forestry by-products in a series of solar pyrolysis experiments in a lab-scale reactor. We studied the impacts of operating conditions (i.e., temperature from 800 to 2000°C, heating rate from 10 to 150°C/s, and lignocellulose composition) on the product yields (i.e., gas, tar, and char) and syngas composition. The gas yield of different biomass residues generally increases with the temperature and heating rate, while the liquid yield shows an opposite trend. Lignin, hemicellulose, and cellulose contents, as well as pellet size, of the by-products studied have an impact on the product profile under fast solar pyrolysis. Lignin content is associated with greater char and tar yields, but less gas yields. Hemicellulose pyrolysis produces more volatiles, but less char and tar yields than cellulose pyrolysis.Solar pyrolysis of chicken-litter waste and rice husk of different particle sizes (280 and 500 µm) was performed at different solar conditions aiming at investigating optimal operating parameters, such as temperature, particle size, and heating rate, to produce pyrolysis gasses with high calorific value. Temperature was found to have the highest effect on the gas yield during pyrolysis. Gases produced from solar assisted biomass pyrolysis have high concentration of combustible products which can be directly used as fuels.Biomass can be contaminated by heavy metals. Experiments were carried out to study the effects of heavy metals (copper and nickel), in combination with heating temperature and heating rate, on solar pyrolysis products of impregnated willow. Results of the investigation indicate that solar pyrolysis of heavy metal contaminated biomass is promising to produce valuable syngas such as hydrogen and carbon monoxide. Additionally, the effects of these heavy metals on the chemical composition, structure, and morphology of pyrolysis char from the impregnated willow were studied. Results prove that heavy metal and solar pyrolysis temperature affect the char properties. A conduction model was developed to describe the behavior of temperature inside the pellets. A kinetic scheme from literature involving the primary and the secondary reactions is adopted to carry out the simulations of temperature. A finite difference method was used for solving the heat transfer equation with an explicit scheme. The model is solved for two dimensions (i.e., time and axial position) in order to make it simpler and save computational time
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Renaudie, Marie. "Intensification du procédé de production d’hydrogène par fermentation obscure en bioréacteur membranaire : valorisation énergétique de biomasses." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAF033.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur l’intensification de la production d’hydrogène par fermentation obscure en bioréacteur membranaire liquide/gaz (BRM L/G) à fibres creuses et la valorisation de coproduits agricoles et agroalimentaires. A partir d’une solution modèle, sans réensemencement bactérien, des productions d’hydrogène stables (2,6±0,2 LH2/Lréacteur/j et 1,0±0,1 molH2/molglucose) ont été obtenues pendant plus d’un an, en favorisant l’émergence répétée de bactéries productrices d’hydrogène (Clostridium, Enterobacter), ayant colonisé le module membranaire. L’extraction efficace de l’hydrogène via la lumière des fibres creuses a été montrée et un optimum de concentration en glucides a été atteint (14 g/L). En bioréacteur semibatch, des biomasses variées ont généré par fermentation endogène (0,7-55 LH2/kgbiomasse), caractérisées par une identité métabolique et microbiologique et parfois l’inhibition de bactéries productrices d’hydrogène. Enfin, la mise en œuvre de la fermentation obscure endogène en BRM L/G utilisant des biomasses diversifiées a été démontrée, avec des performances de production élevées (4,1 LH2/L/j, 86,8 mLH2/gDCO)<br>This work focuses on the intensification of hydrogen production by dark fermentation in a liquid/gas hollow fiber membrane bioreactor (MBR L/G) and the valorization of coproducts from the agriculture and the food industry. Using a model substrate, without bacterial reseeding, stable hydrogen productions (2.6±0,2 LH2/Lreactor/d et 1.0±0.1 molH2/molglucose) were achieved during more than a year, selecting repeatedly hydrogen producing bacteria (Clostridium, Enterobacter), which have colonized the membrane module. The efficient extraction of hydrogen via the hollow fiber lumen was performed and an optimum of the concentration of sugars in the MBR was achieved (14 g/L). In a semibatch bioreactor, hydrogen production from various biomasses (0.7 and 55 LH2/kgbiomass) was possible and was characterized by a metabolic and microbiologic identity and, for some of the tests, the inhibition of hydrogen producing bacteria. Finally, the endogenous dark fermentation in the MBR L/G, using biomasses, was implemented, with high hydrogen production (4,1 LH2/L/d, 86,8 mLH2/gDCO)
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Corcodel, Laurent. "Influence de l’augmentation du taux de fibre de la canne à sucre sur les performances du complexe sucrerie – centrale thermique." Thesis, Paris, AgroParisTech, 2011. http://www.theses.fr/2011AGPT0055.
Full textAbstract:
La canne à sucre est cultivée pour la production de sucre et d’électricité exportée sur le réseau. Actuellement, les taux de fibre de la canne dans les chargements livrés à l’usine augmente. L’objectif est de définir les conséquences de la réception de chargements contenant plus de fibres (lié aux variétés et au non canne) sur l’analyse de la canne et la performance du complexe sucrerie centrale thermique (production de sucre, de mélasse et d’électricité).La comparaison des méthodes d’analyses de la canne a permis de sélectionner la méthode Berding et Pollock comme méthode de référence pour l’analyse du sucre, de la matière sèche soluble et de la fibre.Une méthodologie d’analyse de la canne au laboratoire utilisant un broyeur et une presse est proposée Des relations sont établies pour calculer, en fonction des analyses effectuées sur le jus de presse et la bagasse, le débit horaire de canne, l’énergie nécessaire au broyage de la canne, le taux d’extraction du sucre dans le jus et le pouvoir calorifique de la bagasse. Ces mesures sont ensuite utilisées dans des bilans massique et énergétique de la sucrerie et de la centrale thermique. Ce bilan aboutit à la production de sucre cristallisable, de mélasse et d’électricité sur le réseau.Les résultats indiquent que par rapport à la R579, la variété fibreuse R585 produit 8% de sucre en moins et 51% d’électricité en plus alors que la R570 produit 3,9% de sucre en plus et 27% d’électricité supplémentaire. Par rapport à de la canne propre, une coupe de la canne entière entraine une diminution de la production de sucre de 16% et une augmentation de la production d’électricité de 21%. La coupe de canne avec feuilles entraine une baisse de 4% de la production de sucre et une augmentation de 12% de la production d’électricité<br>Sugarcane is cultivated to produce sugar en electricity to the grind. Recently, the fibre content of cane delivered to the mill increase. Objective of this works is to determine the influence of cane delivered to the mill with more fibre (due to variety and trash) on cane analysis, sugar mills and energy plant complex performance (sugar, molasses and electricity production).Cane analysis method comparison show that Berding and Pollock method was the most appropriate for sugar, soluble dry matter and fibre in cane measurement.A laboratory cane analysis methodology using a grinder and a press is proposed. Relations are established to calculate according to juice and bagasse analysis, the cane capacity, energy for shredding cane, sugar extraction in juice and bagasse calorific value. Those analysis are used in mass and energy balance through the sugar and cogeneration plant. That balance conduct to crystallisable sugar, molasses and electricity exported.Results shows that compared to R579, the fibre variety R585 produce -8% of sugar and +51% of electricity, the R570 variety produce +3.9% of sugar and +27% of electricity. Compared to clean cane, whole crops harvesting decreased sugar (-16%) and electrical (-21%) production. Cane harvest with leaves conduct to a decrease of sugar (-4%) and increase of electrical (+12%) production
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Colin, Julien. "Séchage en continu du bois énergie comme moyen de préconditionnement en vue de sa conservation thermochimique : approches expérimentale et numérique." Phd thesis, AgroParisTech, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00861231.
Full textAbstract:
Les voies sèches de valorisation du bois énergie sont de plus en plus exigeantes vis-à-vis de la qualité de la matière première et notamment quant à sa teneur en eau. Ainsi, une étape intermédiaire de préconditionnement, sur site industriel, tend à se développer. La mise en œuvre de séchoirs en continu est alors séduisante de par son faible coût et sa parfaite intégration dans la ligne de production. Cependant, elle n'est pas sans écueil : la variabilité de la biomasse et l'hétérogénéité des conditions climatiques au sein du séchoir rendent fastidieux le dimensionnement du séchoir et de la source de chaleur associée d'une part et la maximisation du flux matière d'autre part.Notre étude a pour ambition de développer un outil informatique d'aide à la conception et à l'optimisation de séchoirs en continu traversés par un lit condensé de particules de bois. Pour y parvenir, nous associons une approche expérimentale et une approche numérique du procédé. La démarche scientifique s'articule autour de deux échelles représentatives :- A l'échelle de la particule de bois, le modèle de Van Meel, reposant sur le concept de courbe caractéristique de séchage, est étendu : le couplage entre transferts de chaleur et de masse est rendu explicite. Nous disposons dès lors d'un modèle réactif et prédictif en conditions climatiques variables. Parallèlement, un premier dispositif expérimental original est conçu et construit pour l'étude du séchage de particules de bois isolées. Les données recueillies sont alors analysées en vue d'alimenter en paramètres et de valider le modèle semi-analytique ;- A l'échelle du séchoir, une modélisation double-échelle est adoptée pour tenir compte de l'évolution des conditions climatiques. Un soin particulier est apporté à la modélisation, se voulant être la plus proche possible des installations existantes : à ce titre, les transferts au niveau de la paroi du séchoir sont pris en compte, ainsi que la variabilité des particules de bois. Parallèlement, un second dispositif expérimental original est conçu et construit pour l'étude du séchage de particules disposées en lit. Les données recueillies sont alors confrontées aux simulations du modèle double-échelle.La validation du modèle s'étant révélée probante tant à l'échelle de la particule qu'à celle du séchoir, une utilisation du code pour l'aide à la conception et à l'optimisation d'installations industrielles a pu être envisagée. Ainsi, ce travail s'achève-t-il par deux études de cas à travers lesquelles nous explorons le potentiel du modèle pour maximiser le flux matière tout en garantissant la qualité du produit et l'efficacité énergétique du séchoir.
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Periyasamy, Karthik. "Production de bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique en utilisant des enzymes cellulolytiques immobilisées." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI024/document.
Full textAbstract:
L'objectif global de cette étude était de produire du bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique en utilisant des enzymes libres ou immobilisées de type xylanase, cellulase et β-1,3-glucanase. L'isolement de la souche AUKAR04 de Trichoderma citrinoviride a permis de produire par fermentation solide ces trois enzymes à un taux de 55 000, 385 et 695 UI / gd, respectivement. L’activité biochimique des enzymes libres a été caractérisée en faisant varier différents paramètres : pH, température et concentration en cations métalliques, et les paramètres cinétiques correspondants ont été identifiés. Par la suite, les enzymes ont été immobilisées en phase solide, soit sous forme d’agrégats sans support de type (combi-CLEA), soit par association avec des nanoparticules magnétiques bifonctionnalisées (ISN-CLEA). Ces dernières ont fourni de meilleures performances en termes de stabilité thermique, d’activité et d’aptitude à réutilisation après un temps de conservation prolongé. Le substrat végétal utilisé (SCB : bagasse de canne à sucre) a été prétraité chimiquement par cuisson à l'ammoniac, permettant d’éliminer 40% de la lignine initiale tout en préservant 95% de glucane, 65% de xylane et 41% d'arabinane. L’hydrolyse enzymatique du substrat prétraité a permis une conversion de la cellulose en 87% de glucose, et une conversion des hémicelluloses (arabinoxylanes) en 74% de xylose et 64% d'arabinose, chiffres notoirement supérieurs à l'activité des enzymes libres. L'analyse chimique et structurale du substrat a été faite par spectrométrie ATR-FTIR et DRX, et par analyse TGA. L’étude FTIR a prouvé l’efficacité du traitement enzymatique en montrant que les hémicelluloses et la cellulose subissent une dépolymérisation partielle par l’action simultanée des trois enzymes immobilisées dans les ISN-CLEA. L’étude TGA a montré que la stabilité thermique des échantillons prétraités à l'ammoniac puis traités par des enzymes est notoirement améliorée. L’analyse DRX a montré que l'indice de cristallinité du substrat prétraité à l’ammoniac puis traité par l'ISN-CLEA a augmenté de 61,3 ± 1%, par rapport au substrat avant traitement enzymatique. La fermentation par la levure Saccharomyces cerevisiae LGP2Y1 utilisée en monoculture, à partir d’un hydrolysat enzymatique contenant 103,8 g / L de glucose, a produit 42 g / L d'éthanol en 36 h de fermentation. Le rendement métabolique global atteint ainsi environ 79% du rendement théorique. La fermentation en co-culture avec Saccharomyces cerevisiae LGP2Y1 et Candida utilis ATCC 22023 d’un hydrolysat à 107,6 g / L de glucose et 41,5 g / L de xylose a produit 65 g / L d'éthanol en 42 h de fermentation. Ainsi, en co-culture fermentaire, le rendement métabolique global atteint environ 88 % du rendement théorique<br>The overall objective of the study was to produce bioethanol from lignocellulosic biomass by using free and immobilized xylanase, cellulase and β-1, 3-glucanase. Specifically, this study was focused on the isolation of Trichoderma citrinoviride strain AUKAR04 and it produces xylanase (55,000 IU/gds), Cellulase (385 IU/gds) and β-1, 3-glucanase (695 IU/gds) in solid state fermentation. Then the free enzymes were biochemically characterized such as effect of pH, temperature and metal ion concentration and kinetics parameters. Then the enzymes were subjected to two types of immobilization using carrier-free co-immobilization (combi-CLEAs) method and immobilized on bifunctionalized magnetic nanoparticles (ISN-CLEAs) with higher thermal stability, extended reusability and good storage stability. Liquid ammonia pretreatment removed 40% lignin from the biomass and retained 95% of glucan, 65% of xylan and 41% of arabinan in sugarcane bagasse (SCB). SCB was enzymatically hydrolyzed and converted to 87% glucose from cellulose and 74% of xylose, 64% of arabinose from the hemicelluloses which is remarkably higher than the activity of the free enzymes. Chemical and structural analysis of SCB was done by ATR-FTIR, TGA and XRD. FTIR result showed a successful pretreatment of the SCB raw material. It showed that hemicelluloses and cellulose are partially depolymerized by the action of xylanase, cellulase and β-1,3-glucanase in ISN-CLEAs. TGA studies showed that the thermal stability of the ammonia pretreated and enzymatically treated samples have improved remarkably. XRD results showed that the crystallinity index of the ISN-CLEAs treated SCB increased to 61.3±1% when compared to the ammonia-treated SCB. Mono-culture fermentation using Saccharomyces cerevisiae LGP2Y1 utilized SCB hydrolysate containing 103.8 g/L of glucose and produced 42 g/L ethanol in 36 h of fermentation. The overall metabolic yield achieved was about 79% of theoretical yield. Co-culture fermentation using Saccharomyces cerevisiae LGP2Y1 and Candida utilis ATCC 22023 utilized SCB hydrolysate containing 107.6 g/L of glucose and 41.5 g/L xylose and produced 65 g/L ethanol in 42 h of fermentation. The overall metabolic yield in co-culture fermentation achieved was about 88 % of the theoretical yield
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Girard, Philippe. "Utilisation énergétique par voies thermochimiques des déchets lignocellulosiques : outils méthodologiques d'aide à la décision cas des pays d'Asie du Sud-Est." Compiègne, 1995. http://www.theses.fr/1995COMPD788.
Full textAbstract:
Les pays tropicaux ont une économie fortement dépendante des agro-industries et des industries du bois. Ces industries génèrent des volumes importants de déchets mal valorisés avec des conséquences sur l'environnement non négligeables. Parallèlement, leurs besoins énergétiques sont souvent mal satisfaits par les énergies et procédés conventionnels. L'utilisation rationnelle de ces déchets par l'intermédiaire de technologies existantes devrait permettre aux pays tropicaux et à leurs industries de se garantir un approvisionnement compétitif. Le travail poursuivi a consiste à mettre au point une procédure rapide de choix technologiques pour la production d'énergie à partir de déchets lignocellulosiques dans le contexte d'innovation technologique des pays tropicaux. Le premier chapitre a permis de situer ce travail dans son contexte. Il a montré que ces industries sont à l'origine d'un gisement d'énergie primaire renouvelable important. Il a également mis en évidence que du fait d'une croissance économique très soutenue, le secteur énergétique est très déséquilibré. Le chapitre 2 présente les voies de conversion thermochimique de la biomasse. Elles sont susceptibles à la fois de satisfaire la demande en énergie finale des utilisateurs et de s'adapter aux spécifications imposées par les matières premières. La diversité des techniques développées met l'utilisateur face à un problème de choix, à réaliser parmi des solutions concurrentes et alternatives. Ce choix constitue un verrou important au développement des technologies de conversion de la biomasse. Le chapitre 3 propose un outil d'aide à la décision adapté au contexte des pays tropicaux. Des critères d'ordre technique et micro-économique, mais aussi macro-économique, ont été retenus. La mise en application informatique de cette méthode a été réalisée sur tableur. Les résultats obtenus sont discutés et validés à partir projets mis en place et audités dans le cadre des opérations de démonstration soutenus par l'Union Européenne en ASEAN.
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Abi, Chahla Gisèle. "Procédés de conversion matière/énergie et méthodologie de leur intégration optimale dans un territoire." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM082.
Full textAbstract:
L'objectif principal de ce travail de thèse est d'aider les industries géographiquement voisines à évoluer vers un éco-parc industriel. En effet, l'économie circulaire, qui est régénératrice par conception par opposition au modèle linéaire extractif dominant, prend de l'ampleur comme un des moyens pour la migration vers un paradigme de développement durable. De nombreux travaux ont été menés pour évaluer la faisabilité des réseaux de chauffage basés sur la récupération de chaleur industrielle et de manière similaire pour la réutilisation et le recyclage de la matière afin de proposer des options techniques pour une meilleure efficacité énergétique et de gestion de ressources que ce soit à l'échelle de procédé ou au niveau territorial. Cependant, les procédés de conversion créent de nouvelles opportunités de valorisation pour les flux d'énergie ou de matière, jugés non-utilisables, tel qu’ils existent, par les techniques actuelles d'intégration de procédé. En effet, en les transformant en nouveaux produits récupérables ils peuvent être réintroduits dans le cycle de production. Dans cette perspective, deux nouveaux cadres méthodologiques, pour intégrer les procédés de conversion aux problèmes d'intégration matière et énergie dans des territoires à gouvernance coopératives et non coopératives, ont été proposés dans cette thèse. L'application des méthodologies proposées conduit sur un parc industriel réaliste à démontrer des économies substantielles de coûts d'exploitation tout en améliorant l'économie circulaire du parc. Le flux non-utilisable du parc étudié est le bois déchet pour lequel trois voies de conversion ont été mis en compétition: la conversion du bois en hydrogène, en méthane et la cogénération<br>The prime objective of this doctoral work is to assist geographically neighboring industries to evolve towards becoming an eco-industrial park (EIP). Indeed, circular economy, which is regenerative by design as opposed to the prevailing extractive linear model, is gaining momentum as an answer for migrating towards a sustainable paradigm. Many literature studies were conducted to assess the feasibility of heating networks based on industrial heat recovery and similarly for material reuse and recycling aiming to propose technical options for better energy efficiency and resource use whether on the process scale or on a larger inter-sites level. However reacting conversion systems create new valorization opportunities for the energy or material streams, adjudicated as non-usable by conventional process integration techniques, through converting them into new recoverable products and thus reintroducing them back into the production cycle. In this perspective, two novel conceptual frameworks, for incorporating reacting thermodynamic conversion systems to the material and energy integration problems in both cooperative and non-cooperative schemes, were proposed in this doctoral dissertation. The application of the proposed methodological frameworks on a realistic industrial park demonstrated how to implement conversion processes in a territory that reinsert streams judged to be non-recoverable by conventional on-site and inter-site energy and material integration techniques ensuing substantial operating costs savings and enhancing the park's circular economy. The non-usable stream in the investigated park is woody biomass for which three conversion routes were challenged being the wood to hydrogen, methane production and cogeneration
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Freysz, Valerian. "Contribution à la modélisation d’un gazeifieur de biomasse : application à un gazeifieur allothermique solaire pour la production de gaz de synthèse." Thesis, La Rochelle, 2016. http://www.theses.fr/2016LAROS009/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la modélisation de gazéification de la biomasse dans un réacteur solaire à lit fixe. Nous avons développé et validé différents modules pour la résolution des problèmes physiques associés à de tels gazéifieurs (volumes finis, équilibre thermodynamique, facteur de forme, radiosité, évolution du maillage, etc.). Le réacteur est ensuite modélisé et confronté à des mesures expérimentales pour sa validation. Ces résultats nous laissent supposer que, pour les conditions opératoires rencontrées dans ce réacteur, l’évolution de la vitesse de chauffage et du taux de centre sont des facteurs d’influence importants de la cinétique pour le bois de hêtre. Une étude du réacteur en supposant que la réaction atteint l’équilibre thermodynamique est ensuite conduite et montre que cette approche doit être employée avec précaution pour le domaine de température étudié. Une étude paramétrique concernant la mise en place d’un échangeur air-air entre le gaz de sortie et le gaz d’entrée est proposée. Elle nous montre que l’ajout d’un gaz inerte peut être intéressant d’un point de vue énergétique dans de telles conditions. Enfin, un absorbeur solaire adapté au gazéifieur est ensuite modélisé et validé afin de pouvoir évaluer la sensibilité du système complet<br>This work focuses on the modeling of biomass gasification in a solar fixed bed reactor. We developed and validated different modules to compute physical problems associated with such gasifier (finite volume, thermodynamic equilibrium, view factor, radiosity, evolution of the mesh, etc.). The reactor is then modeled, and results are compared to experimental measurements for its validation. These results suggest that for the operating conditions encountered in this reactor, the evolution of the heating rate and the ash concentration may influence the kinetics of the beech wood gasification. A study of the reactor by assuming thermodynamic equilibrium is conducted and shows that this approach should be used with caution for the studied temperature range. Parametric study of an air-air exchanger between the output and input gas is proposed. It shows that the addition of an inert gas can be interesting from an energy point of view in such conditions. Finally, a solar absorber suited to the reactor is modeled and validated in order to assess the sensitivity of the complete system
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Fourcault, Alice. "Modélisation d’un étage haute température alimenté par une torche à plasma pour la dégradation des goudrons présents dans les gaz de synthèse." Pau, 2010. http://www.theses.fr/2010PAUU3015.
Full textAbstract:
La gazéification de biomasse et/ou des déchets produit un biogaz combustible composé de CO, H2, CH4, mais qui est aussi ensemencé d’impuretés telles que les goudrons. La société Europlasma propose un procédé de craquage des goudrons par plasma : le TurboPlasma®. Le biogaz combustible issu d’un gazéifieur est surchauffé par une torche à plasma dans un réacteur haute température. La torche à plasma produit un gaz plasmagène à 4000 K. Cela permet de porter localement le gaz combustible au-dessus de 1400 K, conduisant à une dégradation efficace des goudrons, même des plus lourds. Ce procédé est modélisé par deux études numériques. La première repose sur un modèle de réacteur parfaitement agité, la seconde utilise le code de calcul Fluent V6. Cette dernière étude permet de comprendre l’aérodynamique interne du réacteur et de préciser son design pour atteindre les objectifs d’abattement des polluants goudronnés. Le gaz obtenu répond aux critères d'utilisation des moteurs à combustion interne<br>Biomass and/or waste gasification produces a fuel biogas mainly composed by CO, H2, CH4, but it also includes by-products like tars. Europlasma company advises a process for tar removal assisted by plasma : the TurboPlasma®. The fuel biogas originally from a gasification unit is overheating by a plasma torch in a high temperature stage reactor. The plasma torch produces a plasma gas with a temperature higher than 4. 000 K. So the fuel gas is locally heated up to 1. 400 K, which allows an efficient degradation of almost tars, even of the heaviest. This process is modelized thanks to two numerical studies. The first one relies on a completely stirred tank reactor model, the second one uses the Fluent code. This last study allows to understand the internal aerodynamics of the reactor and to specify its design to reach the tar removal objectives. The gas that is obtained is suitable for a use in gas engine
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Joubert-Garnaud, Carole. "Les énergies renouvelables dans l’agriculture de la Charente-Maritime : l’émergence en milieu rural d’un nouveau moteur du développement économique et social non dépourvu d’incidences sur l’environnement local." Thesis, La Rochelle, 2010. http://www.theses.fr/2010LAROF035/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la place nouvellement attribuée aux énergies renouvelables dans un département français encore largement rural, la Charente-Maritime, alors que commence à se poser, ici comme ailleurs, la question du changement climatique et celle de l’épuisement des énergies fossiles dans un contexte privilégiant de plus en plus la mise en place de mesures de protection de l’environnement. La thèse passe en revue les différentes énergies renouvelables d’ores et déjà produites et utilisées en Charente-Maritime ou dont la mise en œuvre est envisagée (hydroélectricité, solaire, éolien, énergie issue de la biomasse). Plusieurs exemples précis d’exploitations agricoles impliquées dans la production et la consommation de ces nouvelles énergies sont longuement présentés. La thèse s’intéresse également au potentiel de développement de ces énergies, à leurs retombées sur l’environnement et à la façon dont elles sont perçues, tant par les agriculteurs que les élus locaux, les responsables d’associations ou les habitants en général. Il apparaît clairement que la politique de développement des énergies renouvelables actuellement menée en Charente-Maritime est incitative, tout particulièrement en ce qui concerne l’énergie solaire et la biomasse énergie au profit desquelles les aides régionales et départementales sont importantes (mise en œuvre d’une filière locale bois – énergie dans le pays Saintonge Romane). Par contre, l’édification de parcs éoliens est freinée par les pouvoirs publics en raison de leur trop fort impact paysager dans un département à vocation touristique affirmée. La thèse montre, en fin de compte, que le bilan environnemental que l’on peut tirer de toutes ces innovations apparaît mitigé : le recours aux énergies renouvelables réduit un peu la dépendance des campagnes charentaises à l’égard des énergies fossiles, mais l’impact environnemental direct de ces nouvelles sources d’énergie apparaît ambigu et pour le moins contrasté. L’étude, quoique conduite dans un cadre territorial relativement restreint, est néanmoins largement représentative des transformations en cours dans les campagnes françaises, voire européennes, les particularités locales et nationales ayant été clairement soulignées<br>This thesis deals with the newly role given to the renewable energies in a still rural French area, The Charente Maritime, while here and there, two issues are at stake : the question of climate change as well as the dramatic decrease of fossil energy stocks, in a period more and more turning towards the implementation of environment protection measures.Our research makes a review of the different renewable energies. Firstly the ones already produced and used in Charente Maritime, secondly the ones whose implementation is planned and eventually those which are in a state of project. (hydroelectric, solar, wind and biomass energies). The thesis is also about the potential of these energies expansion, about their consequences on environment, and in the way farmers, local representatives, association leaders and inhabitants view them.As a conclusion the thesis shows that environment results that we can draw from all these innovations is mixed : while the use of renewable energies reduce a little the dependence of Charentaises countries from fossil energies, the direct environment impact of these new energy sources appears ambiguous and especially contrasted. The study has been made in a quite little geographical area. It is all the same representative of the current changes in the French as well as the European countryside, the local and national specificities having been clearly underlined
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Dahmani, Manel. "Analyse 4E (Energétique, Exergétique, Environnementale et Economique) de systèmes de valorisation énergétique de biomasses." Thesis, Paris, CNAM, 2017. http://www.theses.fr/2017CNAM1165/document.
Full textAbstract:
L’épuisement des ressources fossiles et la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre incitent à rechercher de nouvelles sources d’énergie à la fois renouvelables et moins polluantes. La biomasse, par son abondance, apparaît comme une filière intéressante de remplacement des énergies fossiles et notamment du pétrole. L’objectif de ce travail est d’effectuer une analyse 4E (Energétique, Exergétique, Environnementale et Economique) d’un système de production de l’électricité via la gazéification des déchets de palmiers. Ces derniers constituent l’une des richesses végétales les plus abondantes en Tunisie et qui de nos jours, restent très peu exploitées. Un gazéifieur à lit fixe couplé à un moteur à combustion interne est considéré pour produire 330kW d’électricité. Le rendement de gazéification « Cold Gaz Efficiency » du procédé est de 58,58%. Les résultats montrent que les rendements énergétique et exergétique du système étudié sont de 22,6% et 19,22%, respectivement. Les performances environnementales du système sont évaluées à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). L’évaluation économique est réalisée dans le but d’évaluer le coût de production de l’électricité par l’installation de gazéification. Les résultats donnent un coût de 3,88ct€ pour 1kWh<br>The fossil fuels depletion and the need to reduce greenhouse gas emissions encourage the search for new energy sources that are renewable and less polluting. Thanks to its abundance, biomass appears as an interesting sector of replacement of fossil fuels. The objective of this work is to perform a 4E analysis (Energy, Exergy, Environmental and Economic) of an electricity production system via the gasification of palm waste. Palm watse constitutes one of the most abundant vegetable wealth in Tunisia and which today, remain very little exploited. A fixed bed gasifier coupled to an internal combustion engine is considered to produce330 kW of electricity. The Cold Gas Efficiency of the process is 58.58%. The results show that the energy and exergy yields of the system are 22.6% and 19.22%, respectively. The environmental performance of the system is evaluated using a Life Cycle Assessment (LCA). The economic evaluation is carried out in order to evaluate the cost of electricity production by the gasification plant. The results give a cost of 3.88 ct€ for 1kWh
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Hohwiller, Carole. "La production de carburants liquides par thermoconversion de biomasse lignocellulosique : évaluation pour le système énergétique français futur." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00620639.
Full textAbstract:
La biomasse est appelée à représenter une part croissante de la consommation mondiale d'énergie primaire et la recherche de l'optimisation de l'usage d'une telle ressource, abondante mais pas pléthorique, s'impose. Cette thèse pose la question de la place, dans cette optimisation, des biocarburants de deuxième génération, en se focalisant sur la voie thermochimique, et plus particulièrement sur la synthèse de carburants liquides par le procédé Fischer-Tropsch qui permet d'obtenir des hydrocarbures du type naphta, kérosène et gazole. Pour traiter cette question, une démarche d'évaluation est proposée, qui comporte : - une évaluation à l'échelle des procédés, appliquée à une famille comportant au départ une centaine d'options, - une approche systémique pour évaluer l'insertion des procédés dans le système énergétique français futur. La mise en œuvre de cette démarche d'évaluation montre comment : - les procédés thermochimiques de production de biocarburants de deuxième génération permettent d'associer la biomasse et d'autres énergies primaires moins limitées pour maximiser le transfert de carbone renouvelable de la biomasse dans des carburants liquides, mais à des coûts qui restent élevés ; - la réponse à la question de l'optimisation de l'usage de la biomasse et de la place à donner aux biocarburants dépend fortement de l'évolution globale du système énergétique et de la faisabilité du stockage du CO2.
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Passicousset, Joël. "Descripteurs physico-chimiques de la biomasse lignocellulosique en hydrolyse enzymatique : vers une caractérisation in-situ." Thesis, Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France, 2019. http://www.theses.fr/2019IAVF0004.
Full textAbstract:
Une des pistes envisagées pour réduire l’impact environnemental des activités humaines dans le secteur des transports est la production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique. Parmi les différentes technologies envisagées pour ces substrats constitués majoritairement de cellulose, d’hémicelluloses, et de lignine, le procédé de conversion biochimique en éthanol représente une voie prometteuse, par la maturité relative de la filière, et la faisabilité immédiate de l’incorporation d’éthanol dans l’essence pour le parc automobile actuel. L’étape de prétraitement qui a pour but de rendre la cellulose plus accessible et plus digeste à l’étape d’hydrolyse enzymatique doit encore être optimisée afin de rendre économiquement viable ce procédé. Afin d’étudier les liens entre les conditions opératoires de prétraitement, les modifications physicochimiques apportées, et leurs effets sur la digestibilité des substrats, une palette d’échantillons avec une forte variabilité de paramètres physicochimiques était nécessaire. Ils ont été produits à partir d’une paille de blé prétraitée par cuisson acide et explosion vapeur avec une large gamme de paramètres opératoires. Une caractérisation multi-échelle et multi-technique a permis de connaître précisément les modifications physicochimiques opérées par le prétraitement. Ces résultats ont permis d’identifier les descripteurs pertinents permettant d’expliquer la réactivité d’un substrat en hydrolyse enzymatique. Un modèle empirique a ainsi pu être proposé pour traduire la réactivité de ces substrats prétraités en fonction des paramètres clés identifiés. Enfin, le suivi in situ au cours de l’hydrolyse enzymatique de la dégradation de la matrice et de l’adsorption des enzymes sur les tissus par microscopie à autofluorescence UV a permis de mieux appréhender les mécanismes d’hydrolyse de la biomasse prétraitée, dépendamment des conditions opératoires de prétraitement<br>One of the paths that are envisioned to reduce the environmental footprint of human’s activities in the field of the transportation is about ethanol production from lignocellulosic biomass. Amongst all the different processes that are projected to convert such substrates made of cellulose, hemicelluloses, and lignin, the bioconversion process into ethanol represents a promising option since it is quite mature, and ethanol is readily usable in the current gas-cars fleet. The pretreatment step that aims at making cellulose more accessible and more digestible to the enzymatic hydrolysis still needs improvements in order to make this process economically viable. To study the relations between operating conditions, physicochemical modifications, and their effects on substrates’ digestibility, a wide range of samples with a high variability of their physicochemical parameters was needed. Samples were produced from a wheat straw that was dilute-acid and steam exploded with a wide range of operating conditions. Multi-technique and multi-scale analyses led to a precise characterisation of the physicochemical effects provoked by the pretreatment. These results also allowed identifying key substrate parameters that are responsible for the substrate enzymatic digestibility. Based on the observations, an empirical model was proposed to express the substrate digestibility as a function of these critical parameters. Finally, in situ monitoring of tissue degradation and enzyme adsorption-desorption on plant tissues during saccharification was carried using UV-autofluorescence microscopy. Thanks tothese experiments, hydrolysis mechanisms on pretreated matrices are now better understood, and depend upon pretreatment operating conditions
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Shah, Narendra. "Carbonisation discontinue du bois en four à combustion partielle : contribution à la connaissance des phénomènes et recherche d'une méthode de gestion." Compiègne, 1990. http://www.theses.fr/1990COMPD289.
Full textAbstract:
La technique de carbonisation en four à combustion partielle dépend, aujoud'hui, des critères de contrôle subjectifs qui sont difficiles â normaliser, exige une surveillance continue et aboutit à un rendement de conversion aléatoire. Cette étude a été conduite dans le but d'améliorer les connaissances sur la carbonisation discontinue en four à combustion partielle. Partant d'une expérimentation sur un four pilote, ces travaux de recherche ont testé les différents capteurs et la validité des informations fournis pour mettre en évidence l'influence des paramètres portants sur les rendements de conversion, sur la qualité de charbon de bois, sur la composition des émissions, sur l'évolution des températures et sur l'évolution de perte de masse. Le suivi de la perte de masse apparaît comme un paramètre intéressant permettant une meilleure gestion du cycle de carbonisation.