Valorisation de l’energie de la biomasse

Actuellement à Madagascar, le bois constitue la principale source d’énergie domestique. Il est exploité sous forme de bois de chauffe et de charbon de bois. Ce qui est à l’origine de graves problèmes environnementaux tels que la déforestation, la pollution et le changement climatique qui sont causées par les émissions croissantes de gaz à effet de serre. Maintenant, les émissions mondiales de CO2 représentent 75 % des émissions de gaz à effet de serre, augmenteront de 55 % d’ici 2030 [6]. L’utilisation des énergies fossiles contribue à la démolition de notre planète et empêche les pays en voie de développement d’évoluer à cause de leur dépendance énergétique. De plus, ces énergies ne sont pas renouvelables et leurs prix ne cessent d’augmenter.

Pour faire face à cette situation, l’Inde se lance dans les nouvelles technologies de gazéification pour maîtriser la production d’énergies durables et renouvelables au niveau mondial. La gazéification de la biomasse se révèle la solution aux problèmes énergétiques que nous rencontrons [9]. La valorisation de ce gaz se fait aujourd’hui principalement dans des unités de cogénération, mais les possibilités de couplage avec les piles à combustibles ou les réacteurs de synthèse de biocarburants liquides laissent envisager un bel avenir à cette filière [3]. La gazéification a été développée significativement depuis l’entre deux guerres mondiales.

Généralités et description de la biomasse 

Définition de la biomasse 

Au sens le plus large, le terme biomasse désigne toute matière organique directement produite à partir de processus biologiques (en grec, le mot bios signifie vie). On appelle biomasse tout ce qui pousse sur terre et qui peut produire de l’énergie. Les combustibles fossiles telles que le charbon, le pétrole et le gaz naturel qui ont, comme on l’a vu plus haut, aussi une origine biologique, mais très éloignée dans le passé, ne sont pas selon cette définition (ou plus) de la biomasse [S1]. Sont également exclus les plastiques et autres matériaux organiques que l’on peut obtenir à partir de ces mêmes combustibles et plus particulièrement du pétrole (pétrochimie).

L’origine de la biomasse 

L’énergie de la biomasse, ou bioénergie, est l’énergie qui provient des matières organiques non fossiles telles que le bois, la paille, les huiles et les déchets végétaux des secteurs forestier, agricole et animale.

On appelle biomasse l’ensemble des végétaux et des animaux ainsi que les déchets organiques qui leur sont associés. Les végétaux englobent les cultures énergétiques comprenant des plantes très diverses telles que les oléagineux, les graminées proches du maïs et de la canne à sucre, etc. Les déchets peuvent être solides (industriels, agricoles ou ménagers) ou liquides (eaux usées, déjections animales).

Description de la biomasse 

La biomasse est une source d’énergie renouvelable qui présente bien des vertus dès lors qu’elle est produite ou exploitée de manière durable. La biomasse, cultivée ou élevée par l’homme, est censée se renouveler après chaque utilisation. Elle est donc une source d’énergie renouvelable et durable. La biomasse est une source d’énergie renouvelable qui présente bien des vertus dès lors qu’elle est produite où exploitée de manière durable. En particulier, celle de pouvoir être gazéifiée pour produire de l’électricité, de la chaleur ou en bio-méthane qui s’intéresse vivement à cette nouvelle forme d’énergie et travaille à la mise en place d’installations de démonstration.

Constituants de la biomasse 

On distingue trois constituants principaux, auxquels correspondent des procédés de valorisation spécifiques : la biomasse lignocellulosique ou lignine ; la biomasse à glucide et la biomasse oléagineuse, riche en lipides.

La biomasse lignocellulosique, ou lignine 

La biomasse lignocellulosique désigne l’ensemble des énergies produites à partir de bois ou de produits dérivés du bois; Les ressources ligneuses sont constituées par :
– Le bois et les résidus verts,
– La paille
– La bagasse de la canne à sucre
– Le fourrage.

La valorisation se fait plutôt par des procédés par voie sèche, dits conversions thermochimiques [S8].

La biomasse à glucide ou alcooligène 

La biomasse à glucide est riche en substance glucidique facilement hydrolysable :
– Les céréales
– Les betteraves sucrières
– Les cannes à sucre .

La valorisation se fait plutôt par fermentation ou par distillation dite conversion biologique.

La biomasse oléagineuse, riche en lipides 

Elle peut être utilisée comme carburant. Il y a deux familles de biocarburants: les esters d’huiles végétales (colza) et l’éthanol, produit à partir du blé et de la betterave, qu’on peut incorporer dans le super sans plomb sous forme d’Ethyl Tertio Butyl Ether (ETBE, voir bioéthanol) [S8].

– Colza
– Palmier à huile, etc.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : VALORISATION DE L’ENERGIE DE LA BIOMASSE
Introduction
I. Généralités et description de la biomasse
I.1. Définition de la biomasse
I.2. L’origine de la biomasse
I.3. Description de la biomasse
II. Constituants de la biomasse
II.1. La biomasse lignocellulosique, ou lignine
II.2. La biomasse à glucide ou alcooligène
II.3. La biomasse oléagineuse, riche en lipides
III. Composition élémentaire de la biomasse
IV. Différentes conversions de la biomasse
IV.1. La voie biochimique (biomasse humide)
IV.1.1. La fermentation méthanique
IV.1.2. La digestion anaérobie
IV.1.3. L’extraction d’huile végétale
IV.2. La voie thermochimique
IV.2.1. La combustion
IV.2.2. La pyrolyse
IV.2.3. La gazéification
IV.3. Schéma général de la conversion de la biomasse
Conclusion partielle
CHAPITRE 2 : GAZEIFICATION DE LA BIOMASSE
Introduction
I. Généralités sur la gazéification
I.1. Définitions
I.2. Les déchets végétaux utilisables
I.3. Les conditions de température et de pression
I.4. Principes généraux
I.5. Equations de gazéification
II. Etapes du processus de gazéification
II.1. Le séchage
II.2. La pyrolyse
II.3. La combustion
II.4. Le reformage
II.5. Réduction : La gazéification proprement dite
II.6. Compositions de gaz
III. Les procédés de la gazéification
III.1. La gazéification en lit fixe
III.1.1. Le procédé à lit fixe Co-courant ou « downdraft »
III.1.2. Le procédé à lit fixe contre-courant ou « updraft »
III.2. La gazéification à lit fluidifié
III.2.1. Le procédé à lit fluidisé circulant ou « Circulating Fluidised Bed »
III.2.2. Le procédé à lit fluidisé dense ou « Bubbling Fluidised Bed »
III.2.3. Procédé à lit fluidisé sous pression
III.3.La gazéification à lit entrainé
III.4. Données comparatives entre les diverses technologies de gazéification
IV. Influence des paramètres opératoires sur les produits de la gazéification
IV.1. Influence de la température
IV.2. Influence du rapport vapeur / biomasse
V. Unité de la gazéification Ankur
V.1. Les différents types de conception de base
V.1.1. La série de WBG
V.1.2. La série de FBG
V.1.3. La série de combinaison ou série Combo
V.2. Rendement des chaines énergétiques théoriques
Conclusion partielle
CHAPITRE 3 : SPECIFICATION TECHNIQUE DE LA GAZEIFICATION A BALLE DE RIZ, ACOUPLAGE A MOTEUR DIESEL, PRODUCTION D’ELECTRICITE
Introduction
I. Présentation de combustible
I.1. Définition
I.2. Analyse immédiate de quelques combustibles
I.2.1. Humidité
I.2.2. Les matières volatiles
I.2.3. Taux de cendres
I.2.4. Taux de carbone fixe
I.3. Analyse élémentaire de quelques combustibles
I.3.1. Pouvoir calorifique supérieur (PCS)
II. Description de la technologie de gazéification à balle de riz
II.1. Schéma de principe de la gazéification à balle de riz avec un moteur diesel
II.2. Description détaillée du gazéificateur de modèle de série FBG-50
II.3. Réaction de gazéification pour différents combustibles
II.3.1. Pour la balle de riz
II.3.2. Pour le rafle de mais
II.3.3. Pour la savane herbeuse
II.4. Résultats et données à Marodaza Amparafaravola Alaotra Mangoro
II.4.1. Résultats de consommation de combustible
II.4.2. Consommation spécifique
II.4.3. Résultat Température de gazéification
II.4.4. Composition du gaz de synthèse
III. Influence des paramètres mise en jeu
III.1. Humidité
III.2. Influence des taux de carbone sur le pouvoir calorifique supérieure
IV. Calcul rendement de gazéification
IV.1. Energie fournie
IV.2. Energie récupérée
IV.3. Rendement
V. Utilisation du gaz pauvre obtenu
V.1.Dimensionnement de moteur diesel-gaz
V.2. Tableau comparatif des consommations de moteur diesel 100% gasoil et diesel+gaz
V.2.1. Calcul de l’équivalence énergétique
V.2.2. Impacts économiques
Conclusion partielle
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES

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