Universiẗat, Diss., 2003--Kassel.

Th. 3e cycle--Econ. de l'environ.--Paris 1, 1984.

L’étude de la pyrolyse de composés lignocellulosiques s’avère importante pour une meilleure compréhension des procédés de conversion thermochimiques de la biomasse. L’étude expérimentale de la pyrolyse de cellulose révèle que le rendement en résidu solide carboné dépend aussi bien des paramètres opératoires utilisés que des caractéristiques géométriques de l’échantillon. Ces résultats expérimentaux sont élargis à des matériaux naturels, et notamment la lignine et l’hémicellulose. Cette étude est complétée en identifiant les phénomènes thermiques intervenant lors de ce processus par analyse thermique différentielle des constituants de la biomasse. L’ensemble de ces résultats permet d’effectuer une modélisation de ce processus prédisant le profil de température ainsi que la conversion de la réaction de pyrolyse d’un échantillon cylindrique de bois naturel (hêtre, chêne). Enfin, un exemple de valorisation du matériau pyrolysé, à savoir la production de charbons actifs est présentée. / A study of pyrolysis of lignocellulosic materials is of crucial interest in a better understanding of the thermochemical conversion process of biomass. Experimental study of the pyrolysis of cellulose reveals that the yield of the carbon solid residue depends as well as operating conditions than the geometric characteristics of the sample. These results have been widened to natural materials, such as lignin and hemicellulose. This study has been completed by identifying the different thermal phenomenas occurring during this process by differential thermal analysis of the main components of biomass. All these results allow us to carry out a mathematical model of the process predicting the temperature profile and the conversion of the pyrolysis of a cylindrical wood sample. Finally, a valorisation’s example of the pyrolysed material, in the form of the production of activated carbons is presented.

Le furfural s'obtient par la déshydratation de sucres réducteurs à cinq carbones, tel le xylose. Cette réaction se produit en phase aqueuse, en présence d'une catalyse acide homogène et sous une température élevée. Les principales sources des polymères et/ou oligomères servant à sa production proviennent de certaines parties de la biomasse végétale. La fraction hémicellulosique de cette biomasse est transformée en furfural par des procédés en une ou deux étapes. Dans le procédé à une étape, les polymères sont simultanément extraits de la matière végétale hydrolysée en sucres monomériques et transformés en furfural. Dans le procédé à deux étapes, les polymères, dans un premier temps, sont solubilisés, et les solutions obtenues sont par la suite traitées dans des conditions plus sévères pour produire le furfural. Les deux types de procédés donnent des rendements de l'ordre de 50 %. Ces faibles rendements sont dus à la présence de réactions secondaires indésirables ayant lieu dans le milieu réactionnel. Ce mémoire présente un nouveau procédé où la technologie du réacteur à jet est utilisée de façon à ce que le furfural produit dans la phase liquide soit rapidement transféré à la phase gaz en se servant de l'augmentation très considérable de l'aire interfaciale entre le liquide et le gaz grâce à la configuration du réacteur à jet utilisé. Ce mode d'opération éloigne efficacement le furfural du milieu liquide empêchant sa dégradation ultérieure. Dans notre travail, les paramètres d'opération du réacteur ont été étudiés et une modélisation du réacteur a aussi été essayée. Des rendements très élevées en furfural atteignant 85% du furfural potentiel ont été ainsi obtenus avec des sélectivités supérieures à 90%.

Ce projet s’insère dans la tendance qui veut souligner la pertinence des microalgues parmi les solutions prometteuses au niveau environnemental et économique pour la fabrication de biocarburants. Cette recherche souhaite répondre à la demande de l’industrie qui est toujours à la recherche de méthodes de traitement des eaux usées peu coûteuses. La faisabilité d’utiliser des eaux usées industrielles très contaminées en composés aromatiques divers comme substrat de culture a été évaluée avec des espèces de microalgues vertes d’eau douce. Afin de jauger la faisabilité, le projet a été divisé en plusieurs sous-objectifs qui ont permis de sélectionner une souche de microalgues prometteuse et d’estimer la toxicité du phénol présent dans l’eau sur les microorganismes. Après avoir sélectionné la souche la plus résistante à l’eau usée, soit Chlorella vulgaris (souche CPCC90), des essais de croissance dans différentes conditions ont été réalisés afin de pouvoir caractériser cette souche. Les conditions idéales de croissance pour CPCC90 sont à 20 °C et elle peut survivre jusqu’à des concentrations de 50 % d’eau usée dans le milieu. L’eau usée a toutefois un effet toxique important limitant l’utilisation dans le milieu à 30 % pour l’obtention de croissances comparables à ce qui est rapporté dans la littérature dans des conditions similaires. Dans ces conditions et avec un éclairage important, une concentration de biomasse de 0,84 g/L a pu être obtenu. Les souches de Chlorella testées ont présenté un potentiel de croissance prometteur dans ces eaux, mais la toxicité de ces dernières sur les microorganismes a grandement limité leur potentiel d’utilisation. Afin que l’eau usée puisse être utilisée comme substrat de culture, il faudrait veiller à réduire sa toxicité par un traitement préalable ou de travailler avec des microorganismes adaptés à ces types de contaminants. De plus, il serait essentiel de complémenter le milieu avec des sources de phosphore et d’azote à faibles coûts. Cette recherche vient complémenter la littérature sur l’utilisation de l’espèce Chlorella en eaux usées pour la production de biocarburants de 3e génération.

Ce travail présente l’étude d’un procédé de production de 5-hydroxymethylfurfural (HMF), une molécule plateforme prometteuse pour la production de carburants et de polymères biosourcés. La première partie de ce travail a consisté à développer la synthèse du HMF à partir d’hexoses lignocellulosiques dérivés de la biomasse, plus particulièrement du fructose, en milieu diphasique CO2-H2O haute pression, une technologie efficace et respectueuse de l’environnement pour le traitement de la biomasse. À partir d'expériences cinétiques et de leur modélisation, l'effet du CO2 comme catalyseur acide réversible a été évalué. Par ailleurs, le rendement en HMF s'est avéré limité en raison de réactions de dégradation. Un moyen pertinent d’augmenter le rendement en HMF en empêchant sa dégradation a consisté à coupler sa synthèse avec son extraction simultanée par le CO2 supercritique, ce qui a conduit à un procédé de réaction extractive. Dans ce contexte, des coefficients de partage de HMF entre le CO2 supercritique et l’eau ont été évalués expérimentalement, en supposant que l'équilibre soit atteint à tout moment dans le dispositif d'extraction. Les données expérimentales ont permis l’application de modèles thermodynamiques pour décrire le système ternaire CO2-HMF-H2O afin de trouver des conditions de fonctionnement favorables au procédé. Le couplage de la modélisation cinétique et du procédé d'extraction par le CO2, basé sur l'équilibre thermodynamique du mélange, a rendu possible la prédiction des meilleures conditions de fonctionnement du procédé de réaction extractive du HMF à partir de sucres issus de biomasse lignocellulosique. Ce mode de fonctionnement a permis d'exploiter tous les avantages de l'utilisation du CO2 pour les réactions de conversion de la biomasse : catalyseur acide réversible et solvant d'extraction

La déforestation effectuée dans l'optique d'une récolte de bois par l'industrie forestière ou afin d'augmenter la superficie des champs pour l'agriculture est en constante progression dans le monde et amène bien des problèmes environnementaux qui passent de la dégradation du sol, à la diminution de la biodiversité et aux changements climatiques. Il est donc urgent de prendre les mesures qui s'imposent pour contrer ce problème. Une des solutions préconisées actuellement est l'établissement de plantation d'arbres pour le bénéfice de la restauration du sol et de la production commerciale de bois. Ce type de plantation, en région tropicale, est principalement effectué en monoculture d'espèces d'arbres exotiques. Au Panama, en 2003, 89% des arbres en plantation provenaient de quelques genres exotiques seulement. Il y a donc à craindre quant à l'impact sur la biodiversité de ce type de reforestation en plus de ne pas toujours être bien adapté aux conditions du milieu. Il y a donc encore beaucoup de recherche à faire afin de trouver des solutions pertinentes à ces problématiques. Le projet PRORENA est une vaste étude cherchant, par la plantation d'espèces indigènes du Panama, à développer les connaissances touchant les espèces indigènes et leurs comportements en plantation. Le cadre de ce projet était particulièrement intéressant pour effectuer une étude portant sur la caractérisation de la croissance de ces espèces afin de mieux connaître leur autoécologie. L'apport de connaissances dans ce domaine permettra d'aider les propriétaires terriens à faire un choix plus éclairé des espèces les plus intéressantes pour la reforestation en fonction des objectifs visés. Ce projet de recherche visait donc à déterminer l'allométrie de l'allocation de la biomasse des arbres afin de mieux connaître l'autoécologie des espèces étudiées. Nous cherchions donc à mieux comprendre où se dirigent les ressources des arbres afin de faire un choix d'espèces éclairé lors de l'installation d'une nouvelle plantation et dans quelles proportions cette allocation change en fonction de la taille des individus, mais aussi en fonction de l'environnement (disponibilité des ressources, principalement l'eau) et en fonction des groupes fonctionnels. Pour ce faire, la récolte destructive de la biomasse aérienne des arbres a été effectuée pour 21 espèces d'arbres indigènes et 2 espèces exotiques. Cet échantillonnage nous a permis de comparer l'accumulation totale de biomasse aérienne entre les espèces, de même que de comparer la croissance entre deux sites présentant un gradient de précipitation et de richesse du sol. Ce projet a aussi permis de comparer la distribution de la biomasse entre les feuilles, les branches et le tronc en fonction des espèces et des sites et de déterminer si une relation allométrique simple peut être établie entre la biomasse totale et des mesures de taille comme le diamètre à la base de l'arbre et la hauteur. Par ailleurs, le manque d'informations sur les traits fonctionnels des espèces étudiées ne nous a pas permis d'aborder le sujet lors des analyses. Le taux de croissance des arbres varie grandement entre les espèces. Pour le tiers des espèces étudiées, l'accumulation de la biomasse aérienne est plus rapide au site plus humide et permet de penser que pour ces espèces, le choix du site semble important afin d'obtenir une croissance optimale. Certaines espèces indigènes performent aussi bien, sinon mieux que les espèces exotiques étudiées. Il est important de noter que l'allocation de la biomasse aux racines n'a pas été étudiée. Il est fort probable que la longueur de la saison sèche à Rio Hato influence positivement la croissance racinaire au détriment de la croissance aérienne et qu'il soit possible d'observer ces différences au niveau des traits étudiés. L'étude des relations entre les ratios longueur de la couronne:diamètre de la couronne et longueur de la couronne:hauteur totale et la taille soulignent l'importance de retirer cet effet afin de comparer les sites principalement à cause de la présence d'espèces aux tailles très variées. Lorsque ces ratios sont corrigés, nous observons un effet de l'espèce très prononcé. Par ailleurs, ces traits qui diffèrent entre les sites pour certaines espèces sont plus grands à Soberania. Finalement, il y a une relation importante entre le diamètre à la base de l'arbre, mesure simple de croissance, et la biomasse totale ce qui permet de déterminer l'accumulation de la biomasse aérienne pour n'importe quelle espèce d'arbre dans des conditions environnementales très différentes en termes de précipitation et de richesse du sol au Panama. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Biomasse aérienne, Plantation d'arbres, Gradient de précipitation, Tropiques, Transformation d'Aitchison.

Thèse de doctorat : Environnement et écosystèmes marins et continentaux : Lille 1 : 2001. / N° d'ordre (Lille) : 3089. Résumé et textes en français et en anglais. Bibliogr. p. 155-166. Notes bibliogr.

Thèse de doctorat : Génie des procédés : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Environnement et écosystèmes marins et continentaux : Lille 1 : 2001.