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Description

Niveau: Supérieur

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THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Spécialité : ENERGETIQUE ET TRANSFERTS par Floriane MERMOUD Gazéification de charbon de bois à la vapeur d'eau : de la particule isolée au lit fixe continu Soutenue le 2 juin 2006 à 10 heures devant le jury composé de : Rapporteurs M. G. FLAMANT M. J. LEDE Examinateurs M. C. BELLOT M. S. SALVADOR (Directeur de thèse) M. J.-M. SEILER M. L. VAN DE STEENE (Encadrant) Ces travaux ont été effectués au Laboratoire Biomasse Energie (UPR 42) du CIRAD (Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement TA 10/16, 73 rue JF Breton, 34398 MONTPELLIER Cedex 5)

  • surtout jean-paul

  • équipe du caf é

  • coopération internationale en recherche agronomique pour le développement

  • arrivée dans l'équipe

  • charbon de bois…


Sujets

Informations

Publié par
Publié le 01 juin 2006
Nombre de lectures 38
Langue Français
Poids de l'ouvrage 4 Mo

Extrait






THESE


présentée pour obtenir le titre de


DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



Spécialité : ENERGETIQUE ET TRANSFERTS



par

Floriane MERMOUD




Gazéification de charbon de bois à la vapeur d'eau :

de la particule isolée au lit fixe continu




Soutenue le 2 juin 2006 à 10 heures devant le jury composé de :



Rapporteurs M. G. FLAMANT
M. J. LEDE
Examinateurs M. C. BELLOT
M. S. SALVADOR (Directeur de thèse)
M. J.-M. SEILER
M. L. VAN DE STEENE (Encadrant)






Ces travaux ont été effectués au Laboratoire Biomasse Energie (UPR 42) du CIRAD
(Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
TA 10/16, 73 rue JF Breton, 34398 MONTPELLIER Cedex 5) Remerciements
Ce travail a été réalisé au sein de l'équipe "Biomasse Energie" du Cirad à Montpellier. Je
souhaite remercier Philippe Girard et tous les membres de l'UPR 42 de m'avoir accueillie et
intégrée dans l'équipe il y a trois ans.
Je remercie Messieurs Gilles Flamant et Jacques Lédé pour l'honneur qu'ils m'ont fait en
acceptant d'être rapporteurs de ce travail. J'associe à ces remerciements Christophe Bellot et
Jean-Marie Seiler, qui ont bien voulu prendre part au jury.
Sylvain, grâce à toi, j'ai pu mener à bien ce travail dans les meilleures conditions. Ton
enthousiasme et tes remarques constructives ont rendu ton encadrement des plus
enrichissants : j'ai adoré travailler avec toi. Merci de tout cœur.
Je te suis infiniment reconnaissante, Laurent, pour ton implication quotidienne dans
l'encadrement de ma thèse. Je n'oublierai pas ton dévouement à corriger et recorriger ce
manuscrit ! Merci de savoir être aussi sérieux au travail que détendu en dehors…
Je te remercie, Fabrice, pour notre collaboration, que j'ai trouvée instructive et fructueuse. Tu
as su me donner les clés du langage numéricien, et il faut reconnaître que tu m'as largement
mâché le travail…
Eric, grâce à toi, j'ai enfin pu faire autre chose que de la mécanique : ma vie a changé à ton
arrivée dans l'équipe ! Je t'adresse mes plus chaleureux remerciements pour ta bonne humeur
et le temps passé avec moi à essayer de faire décoller la fusée à charbon de bois…
J'exprime toute ma reconnaissance à Bernard, pour sa disponibilité et sa bonne humeur
chaque fois que je suis venu à Albi : tu as rendu par ta seule compagnie mes séjours Tarnais
agréables.
Merci du fond du cœur à Jean-Philippe bien sûr, pour son aide précieuse sur la fin (pour les
manips et les analyses), et ça y est… je te passe le flambeau !
Mes sincères remerciements vont à Francois et tout particulièrement à Ghislaine, qui m'ont
successivement supporté dans leur bureau et avec qui j'ai partagé quelques crises de rires… et de nerfs. Je n'oublie pas non plus les autres membres de l'UPR : Alfredo, Patrick, Najate, Joël,
Annie, Philippe, Abigaïl, Gilles et Alain.
J'en profite pour saluer toute l'équipe du café (ils se reconnaîtront) pour les discussions
hautement intellectuelles qu'on a pu avoir en trois ans de pauses café !
Toute mon amitié va à l'ensemble des personnes que j'ai côtoyées au Cirad pendant ces trois
années. J'ai une pensée particulière pour Denis et surtout Jean-Paul, pour leur disponibilité et
les services rendus dans les (nombreux) moments de crise…
Un grand merci à toute la troupe de Duo Danses, Mari, Sophie, Martine, Laurent, Alan et
Soisic, Seb, Benjamin, Aline et Olivier, pour toutes les folles soirées passées ensemble ces
deux dernières années.
Merci à tous pour cette tranche de vie partagée avec vous et qui restera en ma mémoire
comme un moment inoubliable.

Enfin, je dédie ce mémoire à ma famille, mes deux sœurs Séverine et Gaëlle et surtout mes
parents, sans qui je n'en serais pas là aujourd'hui. Merci d'avoir toujours été présents pour
moi, j'espère que vous le serez encore longtemps…













Table des matières





Table des matières
INTRODUCTION GENERALE................................................................................ 9
CHAPITRE I : PRODUCTION D'ENERGIE A PARTIR DE BIOMASSE
I.1 INTRODUCTION............................................................................................................... 17
I.2 CONTEXTE ET ENJEUX.................................................................................................... 17
I.2.1 Enjeux environnementaux..................................................................................... 17
I.2.1.a Historique des engagements de réduction de gaz à effet de serre
I.2.1.b La biomasse et les gaz à effet de serre
I.2.2 Enjeux énergétiques.............................................................................................. 19
I.2.2.a Situation actuelle
I.2.2.b La place de la biomasse
I.2.2.c Le potentiel biomasse
I.2.3 Enjeux économiques et de développement ........................................................... 23
I.2.4 Enjeux industriels : la gazéification ...................................................................... 24
I.2.4.a Production d'électricité décentralisée
I.2.4.b Pile à combustible
I.2.4.c Synthèse de biocarburants
I.3 LES PROCEDES DE GAZEIFICATION................................................................................ 29
I.3.1 Historique de la gazéification 29
I.3.2 Puissances installées.............................................................................................. 30
I.3.3 Mécanismes mis en jeu.......................................................................................... 31
I.3.4 Les grands types de procédés 33
I.3.4.a Procédés à lit fixe
I.3.4.b Procédés à lit fluidisé
I.3.4.c Installations de référence
I.3.5 Conclusion............................................................................................................. 39
I.4 POSITIONNEMENT DE L'ETUDE : LE PROJET EUROPEEN LIFT OFF................................ 40
I.4.1 Enjeux industriels.................................................................................................. 40
I.4.2 Enjeux scientifiques.............................................................................................. 42
I.4.3 Délimitation de la thèse......................................................................................... 44
I.5 CONCLUSION .................................................................................................................. 46 CHAPITRE II : THERMOCHIMIE DE LA GAZEIFICATION
A LA VAPEUR D'EAU D'UNE PARTICULE DE CHARBON DE BOIS :
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
II.1 INTRODUCTION............................................................................................................... 51
II.2 LE CHARBON DE BOIS ..................................................................................................... 52
II.2.1 Le bois : un matériau hétérogène et anisotrope..................................................... 52
II.2.1.a Anatomie du bois
II.2.1.b Composition du bois
II.2.1.c Propriétés du bois
II.2.2 La pyrolyse............................................................................................................ 56
II.2.2.a Mécanismes mis en jeu
II.2.2.b Pyrolyse lente et pyrolyse flash
II.3 LA GAZEIFICATION DE CHARBON DE BOIS A LA VAPEUR D'EAU.................................... 60
II.3.1 La réaction de gazéification à la vapeur d'eau....................................................... 61
II.3.1.a Mécanisme de la réaction hétérogène
II.3.1.b Cinétique chimique
II.3.1.c Surface réactive
II.3.2 Mécanismes mis en jeu.......................................................................................... 66
II.3.2.a Limitation par la cinétique chimique
II.3.2.b Limitation par les transferts internes
II.3.2.c Limitation par les transferts externes
II.3.2.d Régimes de transition
II.3.3 Evolution morphologique du char pendant sa gazéification ................................. 73
II.3.3.a Evolution de la surface réactive
II.3.3.b Dislocation de la matrice poreuse
II.4 CONCLUSION .......................................................................................

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