Soutenance de thèse "Torréfaction de biomasse lignocellulosique : effet catalytique du potassium sur les espèces condensables" par Lucélia Alves de Macedo

Lucélia Alves de Macedo a fait un exposé de 45 min, très clair et très pédagogique, de ses travaux de thèse intitulée "Torréfaction de biomasse lignocellulosique : effet catalytique du potassium sur les espèces condensables". Le jury a, à maintes reprises, félicité la candidate pour la qualité de son exposé et de son travail. La discussion fut riche et détaillée. Lucélia a montré avoir une bonne capacité d’écoute et a pu répondre de façon argumentée en justifiant ses choix méthodologiques. Elle a accepté les critiques, laissant apparaître une honnêteté scientifique et une attitude très professionnelle.

Patrick Rousset et Jean-Michel Commandré, qui ont encadré Lucélia durant sa thèse, n’ont pas manqué d’éloges sur ses qualités personnelles, professionnelles et pédagogiques. Sa motivation et sa persévérance furent soulignées également.

A l’issue de la délibération et à l’unanimité, le jury a admis Mme Lucélia Alves de Macedo au grade de Docteur de l’Université de Lorraine.

Résumé

La valorisation chimique des espèces condensables issues de la torréfaction de biomasse ainsi que l'utilisation d'un gaz vecteur à faible coût, tels que les gaz de combustion, peuvent constituer des étapes importantes pour le développement du procédé de torréfaction à l'échelle industrielle. Les rendements des espèces condensables varient selon la composition de la biomasse, notamment par la présence de certains minéraux, et varient aussi en fonction de conditions opératoires telles que le gaz vecteur utilisé. Afin d'étudier l'effet du potassium sur la perte de masse de la biomasse et sur le rendement des espèces condensables, trois biomasses déminéralisées ont été imprégnées avec différentes concentrations de K2CO3 puis torréfiées à 275°C jusqu'à l'obtention d'une perte de masse cible (25 ou 30%).

La torréfaction a été effectuée à la fois dans un instrument d'analyse thermogravimétrique (ATG) et dans un réacteur à l'échelle laboratoire sous azote et en présence de gaz de combustion. Des analyses ATG des biopolymères (cellulose, xylane et lignine) bruts et imprégnés avec du K ont été réalisées pour faciliter l'interprétation des résultats. La perte de masse augmente lorsque la teneur en K des biomasses augmente et, par conséquent, des temps de séjour plus courts sont suffisants pour obtenir la perte de masse cible. Cela semble être principalement le résultat du décalage de la décomposition de la cellulose vers des températures plus faibles. Les vitesses de réaction maximales sont bien plus élevées en présence de gaz de combustion car la biomasse subit des réactions d'oxydation en plus de la décomposition classique.

Quelle que soit l'atmosphère, K inhibe la production d’anhydrosaccharides (levoglucosan, LAC et DGP) et de furanes (à l'exception du 2-furanmethanol). En parallèle, une augmentation substantielle du rendement en acétol est constatée. La rupture du cycle pyranose de la cellulose qui entraine la formation des produits légers est favorisée en présence de K au détriment de la dépolymérisation qui produit du levoglucosan. Le K favorise la production de 2-furanmethanol, syringol et guaiacol surtout en présence de gaz de combustion. En revanche, la production de vanilline et de syringaldéhyde est défavorisée en présence de K tandis qu'elle est fortement favorisée en présence de gaz de combustion quand la biomasse est libre de K. L'effet du K sur les rendements des espèces condensables lors de la torréfaction de la biomasse est démontré quelle que soit la nature de l'atmosphère. De plus, dans les conditions testées, l'oxygène présent dans l'atmosphère intensifie, dans une mesure plus ou moins grande, la tendance imposée par le K.

Mots-clefs : biomasse, torréfaction, potassium, espèces condensables, ATG, composés à haute valeur ajoutée.

Composition du jury

Directeur de thèse

• Mathieu PETRISSANS, Professeur d'Université, Université de Lorraine

Rapporteurs

• Patricia ARLABOSSE, Professeur d'Université, École des Mines d'Albi-Carmaux, Université Paul Sabatier Toulouse III
• Carlos VACA GARCIA, Professeur d'Université, Institut National Polytechnique de Toulouse

Examinateur

• Sylvie VALIN, chercheur, CEA

Encadrants

• Patrick ROUSSET, chercheur HDR, Cirad
• Jean-Michel COMMANDRE, chercheur, Cirad