Les propriétés du bois torréfié

Les propriétés du bois torréfié

Les mécanismes de torréfaction ayant été décrits, leur impact sur les propriétés de la biomasse va être évalué.

Affinité avec l’eau et résistance à la biodégradation

L’effet du traitement thermique sur l’affinité de la biomasse avec l’eau a été discuté précédemment. Cependant, dans une optique de recherche de conditions optimales de torréfaction, il est nécessaire de quantifier cet effet. Dans la littérature, deux méthodes ont été utilisées :  L’immersion : l’humidité des biomasses est mesurée après 2 heures d’immersion dans l’eau [85,86]. Les résultats obtenus montrent que la reprise d’humidité diminue lorsque la perte de masse lors de la torréfaction augmente. Cette méthode est cependant assez peu représentative d’une utilisation réelle de la biomasse, qui est généralement stockée à l’abri de l’eau liquide.  La méthode par adsorption de vapeur d’eau, connue également sous le nom de « méthode des solutions salines »: la biomasse est placée dans des bocaux étanches ; l’humidité relative de l’air contenu dans ces bocaux est contrôlée à l’aide d’une solution saline saturée en sel. L’humidité d’équilibre des échantillons est déterminée lorsque leur masse est stabilisée. Comme l’humidité d’équilibre est fortement dépendante de la température ambiante [87], il est nécessaire de contrôler la température durant la stabilisation. L’évolution de l’humidité d’équilibre de la biomasse en fonction de l’humidité relative de l’air est alors appelée isotherme de sorption. L’influence de la torréfaction a été étudiée par plusieurs auteurs [88–91]. Les résultats obtenus pour du pin sylvestre brut et traité à 200 °C sont présentés Figure 11. Le phénomène d’hystérésis est visible sur l’ensemble des courbes : les humidités d’équilibre lors de la désorption sont plus élevées que celles lors de l’adsorption. Il est également possible de constater que pour une humidité relative donnée, l’humidité d’équilibre du bois torréfié est plus faible que celle du bois brut. Cependant, il faut noter que d’après certains auteurs [88,91], les courbes de sorption de biomasses torréfiées à des températures supérieures à 200 °C sont confondues. Ceci traduirait donc qu’un minimum d’hygroscopicité serait atteint dès les basses températures de torréfaction.La reprise d’humidité limitée après traitement thermique serait une des raisons de la résistance des bois torréfiés aux attaques fongiques [91]. En effet, une certaine teneur en eau est nécessaire au développement des moisissures. Les autres causes de la résistance aux dégradations fongiques seraient :  Les modifications chimiques de l’hémicellulose et de la lignine qui les rendraient non dégradables par les champignons [93],  L’action fongicide d’une partie des extractibles produits .

Broyabilité

Comme mentionné précédemment, les hémicelluloses permettent de relier les fibres de cellulose aux lignines. Elles sont donc un composé essentiel à la cohésion de la biomasse. C’est pourquoi leur destruction fragilise le matériau. Ceci présente un intérêt particulier lorsque la biomasse doit être broyée. Un nombre important d’études se sont donc attachées à quantifier le gain sur la broyabilité du matériau. Ces études, présentées dans le Tableau 4, peuvent être classées dans trois catégories, suivant le protocole utilisé :  Protocole adapté du domaine du charbon : pour estimer la broyabilité du charbon, le Hardgrove Grindability Index (HGI) a été développé. Le charbon subit une phase de pré-broyage puis la fraction la plus grossière (> 600 µm) est broyée dans un broyeur à boulets (pendant 60 tours). La valeur de l’index est ensuite calculée à partir de la fraction massique passant à travers un tamis de 75 µm d’ouverture. Le HGI évalue donc la broyabilité de la partie la moins fragile du charbon. rapportent que, dans le cas de la biomasse torréfiée, une grande partie est broyée finement dès la phase de pré-broyage. Utiliser le HGI dans le cas de la biomasse mènerait ainsi à des résultats défavorables et non représentatifs du matériau dans son ensemble. Le principal avantage de cette méthode est donc qu’elle permet une comparaison rapide avec le charbon. Le HWI (Hybrid Work Index) est une version dérivée du HGI.  Protocole basé sur une mesure de l’énergie nécessaire au broyage : la puissance consommée par un broyeur est mesurée en continu. Par intégration de cette puissance au cours du temps, il est possible de calculer l’énergie nécessaire au broyage d’une quantité de biomasse donnée. L’utilisation de cette méthode nécessite de soustraire la consommation du broyeur à vide. Le principal inconvénient de cette méthode est que les valeurs obtenues sont fortement dépendantes du type de broyeur utilisé [95]. Les résultats ne peuvent donc être utilisés qu’à titre comparatif. Enfin, il faut noter que les résultats d’énergie de broyage ne prennent pas en compte la granulométrie du broyat. C’est pourquoi la répartition granulométrique est souvent présentée à part. Repellin et al. [96] proposent donc de diviser l’énergie de broyage par la fraction volumique de broyat ayant une taille de particules inférieure à 200 μm. Cependant, l’étendue de la dispersion granulométrique n’est pas prise en compte par cette méthode.  Protocole par comparaison de la répartition granulométrique : les biomasses sont broyées dans des conditions fixées (durée du broyage, vitesse de rotation) et les répartitions granulométriques des broyats sont comparées. C’est la méthode la plus utilisée car la plus facile à mettre en œuvre mais les résultats restent qualitatifs. Ces méthodes présentent chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Elles ont tout de même permis de montrer que la torréfaction diminue fortement l’énergie de broyage, et ce pour de nombreuses biomasses.