Etude méthodologique de la PYRolyse de la biomasse avec Analyses In-situ et Modélisation détaillée – PYRAIM

La biomasse est la ressource d’énergie renouvelable au plus fort potentiel. Les travaux de recherche actuels se concentrent principalement sur sa conversion, notamment thermochimique, en un autre vecteur énergétique plus facile à transporter et à valoriser (électricité, gaz ou liquide). La pyrolyse est le premier mécanisme dans tous les procédés de conversion thermochimique des solides (combustion, gazéification, pyrolyse). C’est également le plus important, car il contrôle, en grande partie, la répartition et la composition des 3 types de produits : gaz, charbon, goudrons. La prédiction des produits de pyrolyse est donc primordiale pour le développement de tout réacteur de conversions thermochimiques. L’augmentation des contraintes environnementales (réduction des rejets de polluants tels que les goudrons) entraine un fort besoin en modèles chimiques détaillés pour prédire les polluants formés (goudrons, CO, etc.) en vue de réduire leur formation. A notre connaissance, aucune méthodologie scientifique complète n’a été développée pour construire des modèles de pyrolyse de la biomasse qui permettent de prédire les vitesses de formation et la composition des produits (notamment des goudrons).

L’objectif de ce projet est de développer une nouvelle méthodologie, couplant expériences et modélisation, pour améliorer la compréhension des mécanismes de pyrolyse de la biomasse. Cette méthodologie permettra de construire un schéma cinétique (voies réactionnelles, constantes de vitesse et coefficients stœchiométriques des produits) plus robuste que ceux existants et ainsi de prédire la répartition et la composition des produits de pyrolyse sur une large gamme de conditions expérimentales. Cette méthodologie est développée pour la biomasse, puis elle sera utilisée à la suite de ce projet pour d’autres solides (charbons, matières plastiques, etc.).

Elle est basée sur des analyses des produits de pyrolyse par de nombreuses méthodes physico-chimiques (Résonnance Magnétique Nucléaire du proton, RMN du carbone, rhéologie, Infra-Rouge, Raman, GC et LC/MS, etc.). Ces analyses permettent de déterminer les bilans matière et la composition physico-chimique des produits de pyrolyse pour une large gamme de conditions thermiques et pour chaque constituant de la biomasse (cellulose, lignine et hémicelluloses). Les analyses in-situ permettent notamment d’identifier et de comprendre les interactions entre ces constituants lors de la pyrolyse dans la biomasse native. Les analyses (ex et in-situ) sont ensuite utilisées pour développer un modèle cinétique détaillé et original, qui tient notamment compte des interactions entre les polymères et les minéraux. Il sera utilisé (à la suite de ce projet) dans des modèles de réacteurs de combustion, de gazéification ou de pyrolyse, couplés aux transferts de chaleur, de matière et à l’hydrodynamique. Ce modèle permettra de mieux orienter la sélectivité des réacteurs, notamment pour réduire la production de goudrons ou pour produire (par pyrolyse) des composés à forte valeur ajoutée.