Soutenance de thèse de Manon Mathieu

Composition du jury

• M. Sylvain SALVADOR : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Directeur de thèse
• M. Victor POZZOBON : Centrale Supélec - Rapporteur
• M. Laurent VAN DE STEENE : CIRAD - Rapporteur
• Mme Sylvie VALIN : CEA - Examinatrice
• M. Guillain MAUVIEL : Université de Lorraine - Examinateur
• M. Jean-Henry FERRASSE : Université Aix-Marseille - Examinateur

Résumé

Pour répondre aux enjeux de la transition énergétique, il est communément admis qu’il est nécessaire de changer notre façon de produire de l’énergie. Parmi les sources renouvelables, la biomasse est la plus prometteuse de part sa grande disponibilité partout dans le monde, ainsi que ses usages multiples (production de chaleur, de biogaz et de bioproduits). La gazéification de biomasse est une voie de valorisation thermochimique qui permet de convertir les biomasses non fermentes en un gaz de synthèse appelé syngaz. Ce syngaz est majoritairement composé d’hydrogène, de monoxyde de carbone, de méthane, de dioxyde de carbone et d’eau. De nombreux gisements de biomasse sont de taille restreinte. Pour les valoriser, il est important de développer des technologies de petite échelle (production <1MW) qui restent énergétiquement intéressantes. Le procédé de gazéification à lit fixe autotherme est la technologie la plus pertinente pour répondre à ce besoin. En effet, l’autothermicité garantit le déroulement des réactions chimiques sans apport d’énergie extérieur. Pour assurer cette autothermicité, il est nécessaire d’apporter de l’oxygène dans le réacteur via l’agent gazéifiant. L’air est l’agent de gazéification principalement utilisé à ce jour. L’azote de l’air utilisé, inerte dans le procédé, devient alors l’espèce majoritaire du syngaz produit. Ceci rend la valorisation du syngaz en biocarburant particulièrement difficile. Pour pallier ce problème tout en conservant l’autothermicité, l’utilisation de nouveaux agents de gazéification peut être envisagée : mélange vapeur d’eau - oxygène, dioxyde de carbone - oxygène, air enrichi (> 21 %vol d’oxygène). Le but de cette thèse est d’anticiper les changements induits par l’utilisation de nouvelles atmosphères sur le procédé de gazéification de biomasse en lit-fixe co-courant. Pour cela, une étude numérique a été menée à l’aide de modèles thermodynamique et cinétique. Nous avons voulu comprendre plus en détail certains phénomènes du processus de gazéification à lit fixe co-courant. L’impact de l’atmosphère sur la vitesse de pyrolyse oxydante, avec ces nouvelles atmosphères, a été étudiée expérimentalement par des études thermogravimétriques à l’échelle de la particule. Une seconde étude expérimentale s’est focalisée sur l’évolution de la taille de particules lors de leur gazéification en lit fixe co-courant et leur influence sur les pertes de charge au sein du lit dans le réacteur. Celles-ci permettent en effet de piloter correctement le procédé et rendent compte de son efficacité.

Mots-clés

Syngaz sans azote, biomasse, gazéification, lit fixe co-courant, atmosphères variées.