Les essais de gazéification effectués dans le cadre de cette étude ont été réalisés à l’aide d’une installation instrumentée et équipée d’un réacteur à lit fixe en utilisant du dioxyde de carbone d’une part, et de la vapeur d’eau d’autre part, comme réactifs. Dans cette étude, nous avons considéré le procédé de gazéification étagée. Par ailleurs, l’étude concernant la disponibilité de la ressource, effectuée sur dix ans, nous a permis de sélectionner deux résidus agricoles, en tenant compte de leur disponibilité dans le temps, l’absence de conflit nutritionnel ainsi que de leurs caractéristiques physicochimiques... A l’issue de cette étude, deux résidus agricoles ont été sélectionnés : les balles de riz et les rafles de maïs. L’étude de la pyrolyse de ces deux biomasses a été effectuée dans un four à moufle à une température de 450 °C pour un temps de séjour de 45 minutes. Un modèle mathématique basé sur la méthode de Newton a été proposé pour estimer le rendement en cokes des balles de riz et des rafles de maïs en fonction de la température, pour un temps de séjour fixé. Nous avons également procédé à une caractérisation physicochimique de ces deux résidus agricoles ainsi que de leurs cokes de pyrolyse. Plusieurs essais de pyrolyse ont également été réalisés en ATG afin de déterminer l’ordre réel des réactions de décomposition, par pyrolyse, de ces deux biomasses, en fonction de la température. Pour les essais de gazéification, ils ont été réalisés sur le coke de pyrolyse des deux biomasses retenues, à l’aide d’une installation équipée d’un réacteur à lit fixe d’une part, ainsi que par analyse thermogravimétrique d’autre part. Plusieurs modèles cinétiques (VRM, SCM et RPM) ont été utilisés pour modéliser la cinétique de gazéification des balles de riz et des rafles de maïs avec du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. Il ressort que le modèle RPM est le plus adapté des trois modèles étudiés pour simuler au mieux la gazéification du charbon de balles de riz et de rafles de maïs dans les conditions opératoires étudiées dans la présente étude. Ainsi, les énergies d’activation obtenues sont respectivement de 165,8 kJ/mol et de 152,9 kJ/mol avec le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau pour les balles de riz pendant que le facteur exponentiel varie de 2595.4 s-1 à 3473.4 s-1 avec des valeurs respectives du paramètre structural Ψ=3,8 pour la réaction de Boudouard et Ψ= 2.16 pour la vapogazéification. Cependant, les énergies d’activation obtenues pour les rafles de maïs sont respectivement de 114,4 kJ/mol et de 105,5 kJ/mol avec le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau pendant que le facteur exponentiel varie de 13,9 s-1 à 18,3 s-1avec des valeurs respectives du paramètre structural Ψ=12,3 pour la réaction de Boudouard et Ψ= 8,68 pour la vapogazéification. / The gasification tests in this study were carried out using an instrumented installation equipped with a fixed bed reactor using carbon dioxide and water steam, as reagents. In this study, we considered the stepped gasification process. In addition, the ten-year resource availability study allowed us to select two agricultural residues, taking into account their availability over time, the absence of nutritional conflict and their physicochemical characteristics… At the end of this study, two agricultural residues were selected: rice husks and corn cobs. The pyrolysis of these two biomasses was carried out in a muffle furnace at a temperature of 450 °C for a residence time of 45 minutes. A mathematical model based on the Newton method has been proposed to estimate the coke yield of rice husk and corn cobs as a function of temperature, for a fixed residence time. We also carried out a physicochemical characterization of these two agricultural residues as well as their pyrolysis cokes. Several pyrolysis tests have also been carried out in ATG in order to determine the real order of the decomposition reactions by pyrolysis, of these two biomasses, as a function of temperature. For the gasification tests, they were carried out on the pyrolysis coke of the two retained biomasses, using an installation equipped with a fixed-bed reactor on the one hand, and by thermogravimetric analysis of another hand. Several kinetic models (VRM, SCM and RPM) were used to model the gasification reaction kinetics of rice husk and corn cobs with carbon dioxide and water steam. It appears that the RPM model is the most suitable of the three models studied to best simulate the gasification reaction of char from rice husk and corn cobs under the operating conditions studied in this study. Thus, the activation energies obtained are respectively 165.8 kJ/mol and 152.9 kJ/mol with carbon dioxide and water steam for rice husk while the exponential factor varies from 2595.4 s-1 to 3473.4 s-1 with respective values of the structural parameter Ψ = 3.8 for the Boudouard reaction and Ψ = 2.16 for the water steam gasification. However, the activation energies obtained for corn cobs are 114.4 kJ/mol and 105.5kJ/mol respectively with carbon dioxide and water steam while the exponential factor varies from 13.9 s-1 to 18.3 s-1 with respective values of the structural parameter Ψ = 12.3 for the Boudouard reaction and Ψ = 8.68 for the water steam gasification.

Ce travail de recherche s'inscrit dans une dynamique de valorisation des sous-produits industriels locaux dans l'industrie cimentière. Il porte essentiellement sur la possibilité d'utiliser la poudre de mâchefer de charbon produit par la SONICHAR au Niger pour élaborer des ciments composés. Après une caractérisation physico-chimique et environnementale de la poudre de mâchefer, nous avons déterminé sa réactivité pouzzolanique et son indice d'activité mécanique. Les résultats montrent que la poudre de mâchefer présente une pouzzolanicité dont la cinétique relativement lente ne démarre pas avant 14 jours. D'autre part, ce mâchefer peut être considéré comme une addition minérale du type Il selon la norme EN 206-1 avec un indice d'activité de 0,76. C'est pourquoi nous l'avons utilisé pour élaborer trois ciments composés de type CEM 11/A avec une classe de résistance de 42,5 lorsque le taux de substitution est de 10% et une classe de résistance de 32,5 lorsque Je taux de substitution est de 15% et 20%. Des mortiers normaux ont été élaborés à partir de ces ciments et caractérisés sur les plans physiques et mécaniques. La durabilité des mortiers a également été étudiée notamment du point de vue de la cinétique de carbonatation et de lixiviation en présence de nitrate d'ammonium. Il ressort en définitive que la poudre de mâchefer peut bien être incorporée comme addition dans l’élaboration de ciments composés. Les caractéristiques mécaniques à long terme (90 jours) et la durabilité des mortiers confectionnés à partir de ces ciments sont conservées lorsque le taux de substitution n'excède pas 10%. / This research is part of a process of valorization of local industrial by-products in the cement industry. lt focuses on the possibility f using coal bottom ash powder produced by SONICHAR in Niger as cement partial addition. After a physicochemical and environmental characterization of the coal bottom ash powder, we determined its pozzolanic reactivity and it mechanical activity index. The results show that the coal bottom ash powder presents a pozzolanicity whose relatively slow kinetics do ne start before 14 days. On the other hand, this coal bottom ash can be considered as a mineral addition of type 11 according to the standard EN 206-1 with an activity index of 0.76. This is why we used it to develop three CEM 11/A composite cements with a strength class of 42.5 when the substitution rate is 10% and a strength class of 32.5 when the rate of substitution is 15% and 20%. Normal mortars have been formulated with these cements and are characterized physically and mechanically. The durability of the mortars has also been studied, in particular from the point of view of the kinetics of carbonation and leaching in the presence of ammonium nitrate. Finally, it appears that the coal bottom ash powder may indeed be incorporated as an addition in the preparation of composite cements. The long-term mechanical characteristics (90 days) and the durability of the mortars made from these cements are preserved when the substitution rate does not exceed 10%.

Des solutions modèles de lévodopa et de paracétamol, représentatives d'effluents pharmaceutiques, ont été traitées par adsorption et par des techniques non conventionnelles comme les ultrasons, l'oxydation en voie humide catalytique et le procédé séquentiel adsorption-oxydation ADOX, en utilisant des charbons actifs comme adsorbants et/ou catalyseurs. Les isothermes d'adsorption des deux composés sur trois charbons actifs ont été caractérisées, puis en oxydation, la puissance et la fréquence optimales des ultrasons ont été déterminées. Enfin, les études de cinétique d'oxydation catalytique en réacteur discontinu et du procédé séquentiel adsorption-oxydation en lit fixe ont montré que les propriétés morphologiques et les groupes superficiels présents sur le charbon actif jouent un rôle fondamental quand ce dernier est réutilisé pour plusieurs cycles d'oxydation. / The treatment of model aqueous solutions of paracetamol and levodopa, similar to those of pharmaceutical effluents, was studied. Adsorption and non conventional techniques, such as ultrasound, catalytic wet air oxidation and the sequential adsorption-oxidation AD-OX process, were evaluated. The activated carbons were used as adsorbents and catalysts. The adsorption isotherms of both products were experimentally determined on three activated carbons and then, the corresponding mathematical models were fitted. For oxidation under US, the optimal values of the ultrasonic power and frequency were determined. Finally, the kinetic study of CWAO of paracetamol and levodopa in a batch reactor and the sequential adsorption-oxidation of paracetamol in a fixed bed column showed that the morphological properties and the surface groups of activated carbons play an important role for the recycling of the carbons as catalysts.

Des hydrogels composites de chitosane et de charbon actif ont été préparés par séparation de phase induite par (i) contact de la solution de polymère avec une solution aqueuse de non-solvant (procédé par immersion) et (ii) pénétration de vapeurs de non-solvant dans la solution de polymère (procédé VIPS). La caractérisation multi-échelle (SAXS, WAXS, MEBE, module élastique, tests de diffusion) des gels a montré que le mode de contact n'avait pas d'influence sur les propriétés fonctionnelles des gels. Les structures obtenues sont homogènes, poreuses et amorphes. Elles conviennent pour constituer la couche de pansements cicatrisants en contact avec les plaies de type escarre. Un modèle original de gélification du chitosane, couplant transferts de matière, transferts de chaleur et réactions chimiques, a été élaboré. Il a permis de déterminer les temps caractéristiques de gélification, d'approcher les profils de concentration des espèces, et de corroborer la non-influence du procédé sur la structuration des matrices finales, par l'analyse des transferts mis en oeuvre. / Chitosan/Activated carbon composite hydrogels were prepared by phase separation induced by (i) immersing the polymeric solution in a non-solvent solution (wet process) and (ii) exposing the polymeric solution to non-solvent vapors (VIPS process). The multi-scale characterization approach (SAXS, WAXS, MEBE, storage modulus, diffusion tests) did not evidence any influence of the contact mode on the functional properties of the gels. Final structures are homogeneous, porous and amorphous. They are suitable to constitute the wound dressings layer in contact with eschar-like sores. An innovative chitosan gelation model was developed coupling mass transfers, heat transfers and chemical reactions. It permitted to forecast gelation times and concentration profiles. Simulation also corroborated the non-influence of the process on the final structuring of the matrices, analyzing transfers throughout the elaboration.

Malgré les préoccupations environnementales et climatiques, le charbon thermique reste la première source d'énergie utilisée dans la production d'électricité au monde. Face à une très forte demande mondiale, le marché maritime du charbon thermique se développe considérablement. Depuis les années 2000, ce dernier fait face à des changements structurels économiques importants. L'objectif de cette thèse est d'apporter une analyse structurelle du marché maritime du charbon thermique depuis les années 2000. À travers cette analyse, nous cherchons à expliquer l'évolution de ce marché et à déterminer les facteurs économiques et institutionnels permettant d'expliquer sa configuration. Cette thèse est constituée de trois chapitres. Dans le premier chapitre, nous définissons le marché selon les critères de produit. Nous décrivons par la suite la chaîne de valeur de l'industrie du charbon thermique afin de souligner les facteurs expliquant l'évolution de cette industrie, notamment depuis les chocs pétroliers des années 1970. Dans le deuxième chapitre, nous analysons de façon empirique la configuration du marché maritime du charbon thermique et son évolution entre 2000 et 2010. Cette analyse souligne la mesure selon laquelle les coûts du transport maritime et du fret sont susceptibles de représenter une barrière à l'entrée pertinente sur ce marché. Finalement, dans le troisième chapitre, nous déterminons le(s) facteur(s) permettant d'expliquer le schéma et la configuration du marché mondial du charbon thermique. Pour ce faire, nous modélisons théoriquement le comportement des exportateurs et leur stratégie d'entrée face à des coûts unitaires du fret et du transport maritime sur le marché mondial dans un cadre structurel prédéfini en amont. / Despite the environmental and climate concerns, steam coal is still the first thermal energy used in the electricity generation worldwide. Faced to an increasing global demand, the steam coal seaborne market is developing considerably. From the 2000s, the steam coal maritime market faces several economic structural changes. The aim of this PhD dissertation is to bring a structural analysis of the steam coal maritime market from the 2000s. Through this research, we want to determine the economic and institutional factors helping to explain the configuration of the market. This PhD thesis involves three chapters. In the first chapter, we define the market over product space. Then, we describe the value chain of the steam coal industry in order to highlight the factors explaining the evolution of the industry, particularly by the oil crisis in the 1970s. In the second chapter, we empirically analyze the configuration of the steam coal maritime market and its evolution from 2000 to 2010. This analysis emphasizes the degree by which the seaborne transport costs and freight costs may represent a relevant barrier to entry on the market. Finally, in the third chapter, we determine the factor(s) explaining the schema and the configuration of the world steam coal market. To do so, we model the exporters’ behavior and their entry strategy faced to unit freight and seaborne costs in a predefined market structure.

Ce travail de thèse a porté sur l'étude des perturbations hydrogéochimiques potentiellement induites par le CO2 dans un aquifère salin profond. Dans un premier temps, cet aspect a été étudié à partir de sources hydrothermales naturellement riches en CO2. Une étude de la composition chimique des eaux en fonction de l'augmentation de leur teneur en CO2 a montré une baisse de pH et un enrichissement systématique en cations majeurs et en alcalinité en fonction de la teneur en CO2. Les réactions en jeu ont été étudiées par une approche cinétique afin d'estimer la réactivité des minéraux en fonction de la perturbation en CO2, par le calcul des variations de surfaces réactives. Les résultats obtenus ont montré que la surface réactive des minéraux pouvait varier de 2 à 4 ordres de grandeur en fonction de la perturbation en CO2. Dans un second temps, une expérience d'injection d'eau saturée en CO2 a été effectuée. Une analyse de la variation de la composition chimique des eaux de l'aquifère, avant et après injection, a permis d'étudier l'impact d'une perturbation par le CO2 sur la composition de l'eau. Une attention particulière a été portée sur le comportement des métaux dissous. Les résultats ont montré une baisse du pH (de 7.3 à 5.7), accompagnée d'un enrichissement en alcalinité, cation majeurs et métaux dissous (Fe, Zn, Mn et As). Les calculs d'indice de saturation ont montré qu'une dissolution des oxydes métalliques type ferrihydrite était corrélée à l'enrichissement en métaux dissous. Une approche de cinétique chimique sur la base des résultats expérimentaux a été proposée. Cela a montré que la dissolution des oxydes métalliques obéissait à des cinétiques d'ordre complexe. Ces résultats montrent que l'effet de la perturbation par le Co2 dans les conditions choisies, engendre un enrichissement en éléments dissous, avec un effet plus significatif sur les métaux. Ces phénomènes devront être regardés de près dans l'éventualité du développement de la technologie de stockage géologique du CO2, an aquifère salin profond / The aim of this thesis was to investigate hydrogeochemical perturbation induced by CO2 in natural aquifers. In a first step, we used chemical data from natural CO2-rich hydrothermal water. We studied variation of fluid chemical composition as a function of CO2 content in order to evaluate reactivity of minerals composing the initial reservoir. Fluid chemical analyses showed decrease in pH, and systematic enrichment in alkalinity and major cations correlated to increase in CO2 content. Chemical reaction was studied by kinetic approach to estimate variation of mineral reactive surface area as function of CO2 perturbation. Results showed that mineral reactive surface area could varied by two to four orders of magnitude as a function of CO2 perturbation. In a second step a field experiment of injection of water saturated with CO2 in aquifer has been carried out. Analysis of groundwater composition before and after injection allowed to study the impact of CO2 perturbation on water-rock interaction processes. A particular focus was made on dissolved metals behavior. Results showed a decrease in pH (from 7.3 to 5.7), involved with enrichment in alkalinity by a factor two, and by approximately one order of magnitude for dissolved metals (Fe, Mn, Zn) and by a factor two for As. Saturation index showed that dissolution of metals oxide such as ferrihydrite was correlated to iron release. These results showed that, in our field experimental conditions, CO2 perturbation induced an enrichment in dissolved elements with more significant effect on dissolved metals. These results highlight the importance of proper physic-chemical characterization of fluid and reservoir rock and in-situ kinetic of reaction in the eventual option of Co2 geological storage

Cette thèse a consisté en la fabrication d’électrodes de charbon actif frittées par SPS destinées aux supercondensateurs à double couche électrochimique. L’influence des paramètres de frittage (température, pression, durée du palier isotherme et vitesses de chauffe et de refroidissement) sur les propriétés structurales et microstructurales des pastilles de charbon actif a été évaluée par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et en transmission, spectrométrie de photoélectrons X, mesures de surface spécifique et de volume microporeux et détermination des propriétés mécaniques. Les performances électrochimiques des pastilles de charbon actif frittées sélectionnées pour leurs bonnes propriétés de volume microporeux, de résistance mécanique à l’électrolyte et de masse volumique élevée ont été déterminées par mesures galvanostatiques et de spectrométrie d’impédance. Un gain en capacité volumique de 31% a été obtenu pour un supercondensateur composé d’électrodes de charbon actif pur de 200 μm d’épaisseur frittées à 1100°C – 50 MPa par rapport à un supercondensateur composé d’électrodes de production de Blue Solutions. Cependant sa résistance série est deux fois supérieure à celle d’un supercondensateur de production de volume identique. Des résultats prometteurs de frittage multi-pastilles, possédant des propriétés microstructurales proches, indiquent une voie possible d’industrialisation du procédé SPS pour la fabrication d’électrodes frittées de charbon actif destinées aux supercondensateurs. / This thesis has consisted in the manufacturing of activated carbon electrodes sintered by SPS for Electric Double-Layer Capacitors (EDLCs). The influence of sintering parameters (temperature, pressure, isothermal dwell duration, heating and cooling rates) on structural and microstructural properties of sintered activated carbon pellets has been evaluated by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectrometry, specific area and microporous volume measurements and determination of mechanical properties. The electrochemical performances of sintered activated carbon pellets selected for their good properties in terms of microporous volume, mechanical resistance in the electrolyte and high density were determined by galvanostatic and impedance spectrometry measurements. A 31% increase of the volumetric capacity was obtained for a supercapacitor composed of 200 μm thick electrodes of pure activated carbon sintered at 1100°C – 50 MPa, relative to a supercapacitor composed of industrial electrodes from Blue Solutions company. However, its serial resistance is twice larger than that of an industrial of identical volume. Promising results of multi-pellet sintering, possessing close microstructural properties, indicate a possible way of industrialization of SPS process for the manufacturing of sintered activated carbon electrodes for supercapacitors.

Cette étude porte sur la compréhension et l'amélioration de la réactivité des charbons pour la catalyse de la réaction du craquage du méthane. Pour ce projet, nous avons produit des charbons à partir de la gazéification de bois de peuplier à 750°C sous vapeur d'eau. Par la suite, deux traitements de fonctionnalisation ont été appliqués. D'une part, une oxygénation en phase gaz a été réalisée pour augmenter la concentration des sites oxygénés. D'autre part, une imprégnation en phase liquide dans différentes solutions de sel de nitrate (calcium et potassium) a permis d'accroître la quantité de minéraux. Les propriétés physico-chimiques (structure carbonée, sites oxygénés, minéraux et porosité/surface spécifique) des charbons bruts et fonctionnalisés ont été caractérisées. Les résultats ont montré que les deux traitements de fonctionnalisation ont augmenté la concentration des sites actifs visés. Par ailleurs, les évolutions des propriétés texturales et de la structure carbonée lors des deux fonctionnalisations ont été mises en évidence. Les tests catalytiques du craquage du méthane sur les différents charbons, à 700°C, ont montré que les minéraux sont les sites les plus réactifs vis-à-vis de cette réaction. Les fonctions oxygénées basiques et les défauts de structure sont également des sites actifs. Une diminution de l'efficacité lors du craquage a été observée due à la désactivation progressive de la surface des biochars. Le développement d'un modèle, à l'échelle du pore, a permis de montrer que la concentration initiale de sites actifs à la surface et leur différence de réactivité étaient deux paramètres importants dans la prédiction du comportement de désactivation de la surface. / This study is focused on the reactivity of biochar to catalyze the methane cracking reaction. Biochar was produced from steam gasification of poplar wood (750°C, 30 min, 20°C/min, 90%H2O/10%N2, fluidized bed) and then functionalized by an O2 gas-phase treatment and a wet impregnation into nitrate salts solutions to increase oxygen functions and minerals (calcium and potassium) concentrations at the biochar surface respectively. A set of characterization was performed on the raw and functionalized biochars to evaluate their surface physico-chemical properties. The oxygenated functions, the mineral particles, the carbonaceous structures and the textural properties (specific surface area and porosity) were analyzed. Results showed that the two functionalization treatments increased the concentration of the targeted functions and modified the carbon structures and the textural properties as well. Methane cracking tests were then performed on the biochars to compare their activities and correlate with their physico-chemical properties. It has been highlighted the minerals particles of potassium and calcium are the main active sites of the biochar surface. In fact, the reactivity of the impregnated biochars was twice to 4 times higher than the one of the raw biochar. The porosity of the biochar is the second most important criteria to notably obtain a good dispersion of the minerals particles. Basic oxygenated functions and disordered carbonaceous structures (defaults into the graphene sheets) are reactive as well. However, coke deposition progressively deactivated the biochars surface over the reaction in any case. A model at the pore scale has been proposed to better understand the surface deactivation.

La gazéification étagée de biomasse permet la production d'un gaz de synthèse propre, facilement valorisable en énergie électrique et/ou thermique. Néanmoins, l'optimisation de ces procédés en termes de rendement de conversion et de souplesse vis-à-vis de la nature de la biomasse constitue un enjeu industriel fort. Dans cette thèse, nous avons étudié spécifiquement une étape clef du procédé : la gazéification du charbon en lit fixe continu. La granulation est la solution proposée pour valoriser des biomasses de faible granulométrie ou densité. Ainsi les comportements de deux charbons de bois - issus de plaquettes forestières et de granulés - ont été étudiés en parallèle à partir d'outils expérimentaux et numériques.Dans un premier temps des expérimentations ont été menées sur un réacteur pilote, très largement instrumenté, reproduisant cette zone du procédé. Les profils mesurés de température, de composition des gaz, de densité du lit et de vitesse des particules constituent une base de données unique, révélatrice du comportement du réacteur. Nous avons ainsi pu localiser en haut du lit une zone très réactive d’épaisseur inférieure à 5 cm, ou encore un tassement significatif du lit entrainant une chute de la vitesse des particules dans un rapport de 8. La gazéification de charbons de granulés conduit aux mêmes taux de conversion finale et compositions du gaz de synthèse que celle de charbons issus de plaquettes forestières. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle numérique de la zone d'étude, basé sur la résolution des équations de conservation couplées aux cinétiques des réactions, à l'aide du logiciel COMSOL. La prise en compte du tassement du lit, et de la cinétique apparente des réactions hétérogènes à l'échelle particule dans les termes sources réactionnels, sont les deux spécificités du modèle. Ce dernier permet de reproduire de manière satisfaisante les profils des grandeurs physiques mesurés pour diverses conditions opératoires et pour les deux charbons de l'étude. L'exploitation de ce modèle apporte des informations nouvelles et complémentaires de l’expérience ; il permettra à terme d'optimiser le procédé industriel / Multi-stage gasification of biomass leads to the production of a clean synthetic gas that can easily be used for electrical and/or thermal energy. However, optimization of these processes in terms of conversion yield and flexibility regarding the type of biomass is a major industrial challenge. To that end, a key stage of the process was specifically studied in this thesis: char gasification in a continuous fixed bed reactor. Granulation is the solution proposed for making use of low density or small particle-size biomasses. The performance of two wood chars – made from wood chips and pellets – was studied at the same time using experimental and numerical tools. Experiments were first conducted in a very highly instrumented pilot reactor, reproducing this zone of the process. The profiles measured, namely temperature, gas composition, bed density and particle velocity formed a unique database revealing reactor performance. A very reactive zone under 5 cm thick was thus located at the top of the bed, or even significant compaction leading to a drop in particle velocity, in a ratio of 8. Granular char gasification led to the same final conversion rates and synthetic gas compositions as for the chars derived from wood chips. A numerical model of the study zone was then developed, based on solving conversion equations combined with reaction kinetics, using COMSOL software. Taking into account bed compaction and the apparent kinetics of the heterogeneous reactions on a particle scale in the reaction source terms were two specificities of the model. It enabled satisfactory reproduction of the profiles of the physical magnitudes measured, for various operating conditions and for the two charsstudied. Use of this model is already providing new and complementary experimental information; it will eventually make it possible to optimize the industrial process

Le charbon est l’une des ressources fossiles les plus économiques pour la production d’énergie. Cependant, il présente des inconvénients liés à l’impact environnemental lors de sa combustion qui produit CO2, principal gaz à effet de serre, ainsi que d’autres gaz et particules polluants et nocifs pour la santé. Afin de lutter contre ces effets, plusieurs procédés sont envisagés dont l’oxycombustion (possibilité de séquestrer CO2 en sortie du système de combustion) et la co-combustion charbon/biomasse sachant que le bilan carbone est neutre pour la biomasse. Pour caractériser ces procédés, un dispositif expérimental a été développé. Il s’agit d’un four à chute qui permet de reproduire en laboratoire les conditions expérimentales prévalant dans les chaudières industrielles dont une vitesse de chauffe des particules de l’ordre de 104 K s-1. Ce dispositif a permis d’étudier la réaction de dévolatilisation de différents solides pulvérisés (charbons, biomasse) à différentes températures (de 600 à 1400 °C). Pour comparer les procédés de combustion et d’oxycombustion, la dévolatilisation sous N2 (étape préliminaire à la combustion sous air) et sous CO2 (étape préliminaire à l’oxycombustion) a été étudiée pour différents charbons à différentes températures. Les résultats obtenus montrent que l’influence de l’atmosphère gazeuse sur la dévolatilisation du charbon n’est significative que pour des températures supérieures à 1200 °C. L’influence des différentes conditions opératoires sur les émissions de particules (PM2.5) issues de la combustion du charbon et de la biomasse a été évaluée et des corrélations sont mises en évidence entre l’intensité d’émission des particules et la nature du combustible, la température et l’atmosphère gazeuse. Une étude cinétique de la pyrolyse a été effectuée et les paramètres cinétiques correspondants déterminés par modélisation à partir de plusieurs schémas cinétiques réactionnels. / Coal is the most economically attractive fossil fuel and the main resource used for electricity production. However, the main issue with coal combustion is the greenhouse gas as well as other gases and particulates matter leading to environmental and human concerns. In order to reduce the environmental impact of coal utilization, researches are conducted to improve the combustion process and to use other carbon-based fuels. The first approach includes the oxy-fuel combustion that can be coupled with Carbon Capture and Storage process (CCS). The second approach promotes the partial substitution of coal by carbon-neutral fuels, such as biomasses, which are promising fuels.For the evaluation of the application of these technologies, an experimental device was developed. This device is a drop tube furnace (DTF) in which high particle heating rate (approximately 104–105 K s−1) has to be achieved in order to characterize solid fuels under conditions similar to those taking place in power plant furnaces. DTF allowed to investigate pyrolysis reaction involving coal and/or biomass particles at different temperatures (600-1400 °C). The comparison between the oxy-combustion and the conventional air combustion process starts with the investigation of the pyrolysis step. The impact of N2 (for conventional air combustion) and CO2 (for oxy-fuel combustion) atmospheres during pyrolysis of different coals at different temperatures was investigated. Results showed that the coal devolatilization is influenced by the gas under which the fuel devolatilization is carried out (N2 or CO2) only at high temperatures (>1200 °C). The influence of different operating conditions on PM2.5 emission were experimented for coals or biomass, including combustion atmosphere (air or oxy-fuel conditions), particle residence time and temperature. A kinetic study of the pyrolysis was carried out and the corresponding kinetic parameters were determined by modeling from several kinetic reaction schemes.