proposition_thèse_ Valorisation énergétique de sous-produits ...

De
Publié par




Thèse de doctorat en Co tutelle entre
École Doctorale Internationale et Interuniversitaire "Sciences et Techniques de l'Eau et de
l'Environnement" du 2IE
Ecole doctorale de l’Université technologique de Compiègne; champs disciplinaire : Génie des
Procédés Industriels et développement durable

Valorisation énergétique de sous-produits agricoles de zone sub-
Sujet de la thèse :
saharienne : pré-conditionnement des biomasses par pyrolyse flash.
Directeur(s) de
Dr Blin Joël, Cirad/2IE et Pr. Ammar Bensakhria, UTC
thèse :
1. Institut International de l'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE),
Rue de la Science, 01 BP 594, Ouagadougou 01, Burkina-Faso.
www.2ie-edu.org
Lieu de travail
2. Stages de recherche de quatre à six mois au CIRAD -UPR Biomasse
Energie, TA B-42 / 16 Département PERSYST ;73, rue Jean-François
Breton - 34398 Montpellier Cedex. France. http://www.cirad.fr
Durée de la thèse : 3 ans
Durée
Début : Octobre 2009
Nature du
Bourse de 300.000FCFA/mois (+560.000 FCFA pour les mois à l’international)
financement
Le candidat doit être issu d’une formation d’ingénieur ou de Master, ou posséder
un diplôme jugé équivalent dans les domaines du traitement de l’eau et/ou de la
chimie/biochimie de l’eau.

Bon niveau de culture scientifique, pratique de l’anglais obligatoire. Bonne
Pré-requis capacité d’analyse et de synthèse. Qualités d’adaptation et de créativité. Capacités
d’innovation, de communication et qualités ...
Voir plus Voir moins
Cette publication est accessible gratuitement
Thèse de doctorat en Co tutelle entre
École Doctorale Internationale et Interuniversitaire "Sciences et Techniques de l'Eau et de
l'Environnement" du 2IE
Ecole doctorale de l’Université technologique de Compiègne; champs disciplinaire : Génie des
Procédés Industriels et développement durable
Sujet de la thèse :
Valorisation énergétique de sous-produits agricoles de zone sub-
saharienne : pré-conditionnement des biomasses par pyrolyse flash.
Directeur(s) de
thèse :
Dr Blin Joël, Cirad/2IE et Pr. Ammar Bensakhria, UTC
Lieu de travail
1.
Institut International de l'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE),
Rue de la Science, 01 BP 594,
Ouagadougou 01, Burkina-Faso
.
www.2ie-edu.org
2.
Stages de recherche de quatre à six mois au CIRAD -UPR Biomasse
Energie, TA B-42 / 16 Département PERSYST ;73, rue Jean-François
Breton - 34398
Montpellier
Cedex.
France.
http://www.cirad.fr
Durée
Durée de la thèse : 3 ans
Début : Octobre 2009
Nature du
financement
Bourse de 300.000FCFA/mois (+560.000 FCFA pour les mois à l’international)
Pré-requis
Le candidat doit être issu d’une formation d’ingénieur ou de Master, ou posséder
un diplôme jugé équivalent dans les domaines du traitement de l’eau et/ou de la
chimie/biochimie de l’eau.
Bon niveau de culture scientifique, pratique de l’anglais obligatoire. Bonne
capacité d’analyse et de synthèse. Qualités d’adaptation et de créativité. Capacités
d’innovation, de communication et qualités pédagogiques. Motivation pour
l’activité de recherche. Projet professionnel cohérent.
La connaissance des outils de simulation tels que Femlab, Mathematica, Matlab et
des langages de programmation sont des atouts.
Présentation
détaillée de la
thèse
1)
Résumé du travail proposé :
Contexte, position du sujet dans la littérature
L’enjeu de la thèse consiste à proposer une voie durable de valorisation
énergétique de résidus agricoles non exploités en Afrique de l’Ouest.
Alors que les besoins en énergie sont de plus en plus croissant dans cette région
(notamment en zone rurale), il existe aujourd’hui un certains nombre de cultures
générant des
residus non valorisée qui peuvent etre utilisée comme ressources
energetique :
- Des dizaines de millier d’ha de jatropha ont été plantés ces dernières années au
Burkina Faso (Laarle Nabba a plus de 60 000 ha). Ces plantations vont
être
matures dans deux ou trois ans et de grandes quantités de sous produits issus de
l’extraction d’huiles vont être générées (tourteau , coques de fruits ..). Le jatropha
étant une plante toxique le tourteau ne peut pas être utilisé comme aliment pour le
bétail et difficilement utilisé comme fertilisant.
- Le Burkina Faso est le premier pays producteur de coton en Afrique. Une fois la
fleur de coton récoltée, la tige reste sur le champ. Pour éviter des problèmes de
développement de maladie phytosanitaire (champignons…), le gouvernement
oblige les cotonculteurs à brûler les tiges de coton rapidement après la récolte. Ces
ressources pourraient être valorisées à meilleur escient à des fins énergétiques.
Cependant cette biomasse est très peu dense et encombrante (difficile de remplir
des bennes de camions avec de grandes masses). Un pré-conditionnement pourrait
permettre d’optimiser et de rendre économiquement viable la filière de
valorisation énergétique des tiges de coton.
- Le pays producteurs de cacao et de café ( sur le littoral) envisagent d’utiliser les
résidus issus de ces plantation (cabosses, coques …) pour produire de l’énergie.
De volume de biomasse ( plus ou moins humide) sont valorisable.
Ces différents sous-produits sont des sources potentielles d’énergie. Quelle voie
de valorisation serait la plus adaptée 1- aux particularités de ces ressources 2- au
contexte local ?
Les besoins locaux en énergie
A petite échelle en zone rurale ou pour des procédés industriels les besoins en
énergies sont principalement de la chaleur ( opérations de séchage en agro-
alimentaire) et de force motrice pour faire tournées les unités de transformations
agroalimentaires. L’intégration de chaudière à vapeur dans les systèmes de
production permet de subvenir a ce type de demande, la vapeur pouvant également
permettre de faire tourner un moteur ou une turbine pour fournir de l’électricité.
Cependant de part leur saisonnalité, leur caractéristiques Physico chimiques
variables (granulométrie, humidité, teneur en cendre..) il est important de pouvoir
pre-conditionner les biomasses disponibles
pour obtenir un combustible de qualité
homogène et stockable pour une alimentation toute au long de l’année.
La pyrolyse rapide
Parmi les voies possibles de valorisation énergétique, la pyrolyse rapide est un
procédé thermochimique permettant de convertir la biomasse lignocellulosique en
une fraction majoritaire de liquides : les bio-huiles. Elle a l’avantage de densifier
le contenu énergétique de la biomasse (facteur 2 à 10 selon la ressource), tout en
nivelant sa variabilité avec de bons rendements (masse/énergie) de transformation.
Elle constitue une voie intéressante de pré-conditionnement de la biomasse,
facilitant son transport (liquide) vers une unité de valorisation qui, dans le
contexte de cette étude, serait préférentiellement des chaudières ou des groupes
électrogènes.
Les bio-huiles forment des dispersions liquides pseudo-homogènes dont les
principales caractéristiques physico-chimiques (teneur en eau, PCI, composition
élémentaire moyenne, viscosité dynamique, teneur en particules solides et en
cendres, homogénéité, stabilité) sont très variables suivant la nature de la
ressource. Ainsi il est d’ores et déjà établi que les biomasses naturellement peu
cendreuses telles que le bois donnent des huiles plus stables et de meilleure qualité
que la paille ou les écorces, plus riches en inorganiques. Pour ces dernières, les
processus de vieillissement des bio-huiles se manifestent par une augmentation de
la viscosité, une tendance accrue à la démixtion qui sont des points
potentiellement bloquants en vue leur stockage et de leur transport sans phase
préalable de formulation. Ces instabilités, difficiles à prévenir, peuvent être
limitées par formulation adéquate des huiles.
Si de nombreuses études ont été publiées sur la pyrolyse rapide, il n’en existe pas
encore à notre connaissance sur les ressources envisagées dans cette étude. De
même, la stabilité des huiles n’a jamais été étudiée dans les conditions difficiles
représentatives des pays de zone chaude.
L’objectif de la thèse sera donc d’évaluer la faisabilité de la pyrolyse sur les
ressources identifiées. Elle visera plus particulièrement à répondre aux questions
suivantes :
- Quels sont les rendements et les qualités des huiles de pyrolyse
- Comment se comportent les huiles lorsqu’elles sont stockées dans les conditions
et quels moyens faut-il mettre en oeuvre pour maintenir une stabilité suffisante ?
- Sont-elles des combustibles de bonne qualité
et quelles sont les applications
viables localement ?
Méthodologie
1) Choix des ressources à étudier dans le cadre de la thèse et évaluation de leur
qualité (2IE)
-
Identification des ressources et des fournisseurs.
-
Caractérisation physico-chimiques des biomasses : granulométrie, masse
volumique, humidité, pouvoir calorifique, analyse immédiate (taux de
cendres,
matières
volatiles,
carbone
fixe),
analyse
élémentaire,
composition des cendres (métaux, alcalins). Ces analyses permettront
d’évaluer la qualité des ressources.
-
Caractérisation
thermique
des
ressources
par
analyse
thermo-
gravimétrique.
Cette
étude
permettra
d’évaluer
et
comparer
le
comportement de ces biomasses dans des conditions de pyrolyse.
2) Essais de pyrolyse flash (CIRAD, Montpellier, UR Biomasse Energie)
Les essais seront conduits sur un pilote opérationnel de pyrolyse rapide d’une
capacité de 1-1,5 kg/h, à partir de ressources collectées.
Les essais permettront de déterminer les conditions opératoires (température, débit
et granulométrie de la biomasse) permettant de maximiser les rendements en bio-
huiles pour chacune des ressources identifiées. En vue des essais prévus dans les
phases ultérieures, les huiles feront l’objet des caractérisations physico-chimiques
les plus importantes : teneur en eau, cendres, solides, viscosité, PCI.
3) Essais de stabilité (2IE, UTC)
L’objectif sera d’évaluer la stabilité des huiles dans des conditions de stockage
représentatives. En fonction de la qualité des huiles brutes obtenues, l’ajout
d’additifs stabilisants sera envisagé avec la collaboration de l’UTC qui possède
une expérience déjà développée dans le cadre du projet Précond en partenariat
avec le CIRAD.
4) Essais de combustion des huiles produits (2IE)
Après une étude préalable identifiant le type de valorisation qui semble la plus
adéquate selon les essais répertoriés dans la littérature et les besoins/disponibilités
locaux (moteur, chaudière), les essais seront conduits à partir des huiles produites
au CIRAD dans les trois configurations suivantes : huiles brutes, avec additif
stabilisant éventuel, et en mélange avec du diesel.
Les essais auront pour objectif d’évaluer le comportement des huiles en
combustion : analyse des effluents, stabilité de la combustion, encrassement...
5) Analyse des itinéraires techniques/ faisabilité
A partir des essais menés, des recommandations seront formulées sur les
perspectives de la pyrolyse flash, en comparaison avec des schémas de
valorisation plus classiques tels que la combustion directe en chaudière, selon des
critères technico-économiques, environnementaux et sociétaux.
2)
Liste de quelques publications de l’équipe
o
F.
Broust
Le
cyclone,
un
réacteur
multifonctionnel.
Application
à
la
pyrogazéification et à la pyroliquéfaction de la biomasse
. Thèse INPL, Nancy,
2003
o
J. Blin, P. Girard
Assessment of bio-oil toxicity for safe handling and
transportation
- Environment, Health and Safety PyNe working group - Pyrolysis
and Gasification of Biomass and Waste - Expert meeting Strasbourg - France -
Sept. 2002.
o
S. Baumlin, F. Broust, F. Bazer-Bachi, T. Bourdeaux, O. Herbinet, F. T. N’Diaye,
M. Ferrer and J. Lédé.
Production of hydrogen by lignins fast pyrolysis.
International Journal of Hydrogen Energy, Volume 31, Issue 15 (2006) Pages
2179-2192
o
J Lédé, F. Broust, F.T. NDiaye and M. Ferrer
Properties of bio-oils produced by
biomass fast
o
pyrolysis in a cyclone reactor
Fuel, Volume 86, Issues 12-13 (2007) Pages 1800-
1810
o
J. Blin, G.Volle, P. Girard, T. Bridgwater, D. Meier
Biodegradability of biomass
pyrolysis oils: Comparison to conventional petroleum fuels and alternatives fuels
in current use
, Fuel, Volume 86, Issues 17-18, December 2007, Pages 2679-2686
3)
Terrains et partenaires
La thèse sera basée au 2IE à Ouagadougou, Burkina Faso.
Des séjour de 3 a 4 mois par ans seront prévus au CIRAD Montpellier pour mener
les essais de pyrolyse flash et la caractérisation des huiles en Chromatographie en
GC-MS .
L’étude se fera en partenariat avec l’UTC
Pour postuler
Merci de bien préciser le sujet de la thèse lors de la candidature.
Lettre de motivation+CV détaillé+2 contacts de personnes références à envoyer au
plus tard le
30 septembre 2009
à : Joel Blin,
joel.blin@cirad.fr
Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Des milliers d’ebooks à tout instant,
sur tous vos écrans
30 jours d’essai offert Découvrir

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi