La demande en énergies renouvelables est en constante augmentation. Le maïs est le plus utilisé en Amérique du Nord pour la production de bioéthanol. Toutefois, sa culture est exigeante et son utilisation pour des fins énergétiques est controversée. De nouvelles plantes énergétiques comme le millet perlé et le sorgho sucrés ont alors été explorées. Ces plantes poussent très bien dans des sols de moindre qualité, requièrent peu d'amendements et tolèrent bien le manque d'eau. Par ailleurs, aucune technique n'a été mise au point pour extraire le jus de leur biomasse directement à la ferme. L'objectif principal de ce travail de recherche était de concevoir et fabriquer une presse commerciale permettant d'extraire efficacement le jus de la biomasse du sorgho et du millet perlé sucrés et aussi intégrer une chambre d'accumulation de blocs de bagasse pour former des balles d'ensilage dédiées à l'alimentation animale. Un cahier des charges a d'abord permis de spécifier les critères de conception à respecter. Un remue-méninge et une matrice de décision ont par la suite été utilisés pour déterminer la meilleure solution répondant aux besoins. Finalement, une conception et une optimisation par ordinateur ont permis de produire le concept final. La presse et la chambre d'accumulation de blocs de bagasse ont été fabriquées au Département des sols et de génie agroalimentaire de l'Université Laval. Aussi, un système d'attache des blocs de bagasse a été intégré à la presse afin d'évaluer la faisabilité d'une valorisation de la bagasse sous forme de balles d'ensilage rectangulaires. Plusieurs essais intensifs au champ ont permis de tester le système presse/chambre d'accumulation de blocs de bagasse et de se prononcer sur son efficacité. Ce système a été testé avec succès et les résultats obtenus indiquent que la presse est capable de traiter 1.75 m³ de biomasse à la fois (environ 700 kg). Des taux d'extraction de 45 L de jus par 100 kg de biomasse ont été atteints, ce qui dépasse de loin les taux obtenus antérieurement à l'aide de petits prototypes de presse. Parmi les méthodes d'attache testées, l'enrobage dans un tube de plastique s'est avéré le plus adéquat. L'instrumentation installée sur la presse a permis de maximiser l'information obtenue lors des essais, ce qui a permis de mieux optimiser les cycles de pressage. Les données recueillies grâce à l'instrumentation ont permis de développer un modèle prédictif de la quantité de jus recueillie suite au pressage de la biomasse. L'information supplémentaire a aussi permis de caractériser les efforts internes subis par la presse lors des essais, ce qui permettra de mieux optimiser la structure d'un prochain prototype afin de réduire sa masse et donc les coûts de fabrication. Il est par ailleurs recommandé de réaliser d'autres essais incluant la biomasse de millet perlé sucré afin d'améliorer le modèle proposé et en étendre les limites d'utilisation. Des modèles plus étendus et précis permettront de mieux évaluer les étendues de la rentabilité du processus de pressage. / Demand for renewable energy is on the rise now more than ever. Right now, corn is the most used crop for ethanol production. It is, however, the most demanding crop to grow and its use as an energy source is controversial. For that reason, new energy crops like sweet pearl millet and sweet sorghum have been explored. Those plants grow easily on low potential soils, require little fertilizers and resist drought. However, no method is currently available to extract the juice from the biomass directly on the farm. The main objective of this research work was to design, build, and test a commercial scale press that extracts efficiently the juice from the biomass of sweet sorghum and sweet pearl millet and to integrate an attachment system to wrap the bagasse as silage bales. A design specification sheet first regrouped the design criteria. A brainstorm and a decision matrix were then used to determine the most adequate solution that best suites our requirements. Finally, computer aided design and optimisation allowed to produce the final solution. The press and bale forming attachment were built at the Department of Soil and Agri-Food Engineering of Université Laval. Also, a bagasse attachment system was integrated to the press in order to assess the feasibility of valorising the bagasse as rectangular silage bales. Intensive field trials allowed testing the press/bale attachment system and determining its efficiency. The system has been used with success and the results showed that the press is able to process 1.75 m³ (approx. 700 kg) at a time. Extraction rates of up to 45 L of juice per 100 kg of biomass were obtained, which surpassed results from previous tests with small scale press prototypes. Among the attachment methods tested, wrapping the blocs in a plastic tube proved to be the most adequate option. The instrumentation installed on the press allowed maximising the data obtained during the tests, which made it possible to better optimise the pressing cycles. The data was also used to develop a predictive model of the juice extraction from the biomass. The additional data also allowed better characterising the internal mechanical forces experienced by the press. This will be useful in optimizing the structure of another eventual prototype to reduce its mass and consequently manufacturing costs. Further tests including the biomass of sweet pearl millet are however recommended to refine the extraction model and expand its limits. More extensive and precise models will allow better assessing the limits of the pressing process profitability.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/71176 |
| Date | 27 January 2024 |
| Creators | Lefebvre, Nicholas |
| Contributors | Khelifi, Mohamed |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xv, 239 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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