eau, énergie et environnement

Photo prise lors de la visite du département systèmes énergétiques et environnement par Antoine Frérot, Président Directeur Général de Veolia Environnement vendredi 12 octobre dernier.

Photo prise lors de la visite du département systèmes énergétiques et environnement par Antoine Frérot, Président Directeur Général de Veolia Environnement vendredi 12 octobre dernier.

Beaucoup d’industriels sont devenus des gestionnaires de déchets. C’est particulièrement le cas dans l’industrie agroalimentaire de l’ouest de la France où l’on dispose de quantités très importantes de déchets d’élevage et de transformation de produits. La majeure partie de ce potentiel, souvent pollué, n’a actuellement que très peu de possibilité de valorisation.

 

Ces déchets ont un contenu énergétique faible. Il faut donc éviter de transporter cette « biomasse » qui doit être valorisée localement, en mettant en oeuvre des installations de petite puissance. Les travaux de recherche, dans ce domaine, ont pour objectif, d’une part, la formulation ou la production de biocarburants/biocombustibles et, d’autre part, l’optimisation des rendements des installations de valorisation énergétique des déchets. Elle est centrée sur la valorisation énergétique des résidus solides ou liquides. Les technologies les plus prometteuses, qui sont explorées au sein du laboratoire de l’EMN, sont la pyrolyse, la solvolyse et la gazéification.

La pyrolyse est une technologie simple et peu coûteuse, capable de traiter une grande variété de matières premières, produisant des gaz, des liquides (hydrocarbures et autres produits chimiques), et du charbon. Une approche prometteuse est la production d’un produit liquide qui peut être utilisé dans les installations énergétiques existantes. L’intérêt majeur de cette technique est que ces produits sont hautement valorisables. L’association par exemple de la pyrolyse en four tournant et de la gazéification permet d’obtenir du gaz de synthèse, mélange de CO et H2, pouvant servir de matière première à un très large éventail de synthèses de chimie organique. D’autres gaz issus de la pyrolyse peuvent servir de combustible pour alimenter en énergie le système, ou fabriquer de la vapeur pour la production d’électricité. Les déchets huileux sont valorisables en combustibles pouvant alimenter les moteurs stationnaires. Les études menées portent sur l’optimisation des conditions opératoires de pyrolyse au regard de la composition des matériaux précurseurs (les déchets), de la composition des gaz émis et des résidus solides de la pyrolyse. Dans ce cadre, la valorisation des déchets graisseux en biocombustibles pour moteur diesel a été effectué dans le cadre d’une thèse de doctorat. Pour cela, nous avons utilisé le craquage catalytique comme procédé thermochimique de valorisation de ces déchets en biocarburant. Les propriétés physico-chimiques du biocarburant produit sont conformes aux normes européennes et américaines relatives au diesel.

La solvolyse est la décomposition d’un déchet solide en présence d’un solvant. Elle s’effectue dans un réacteur sous pression et température variant en fonction du déchet à valoriser et des caractéristiques des coproduits souhaitées. Les recherches menées concernent surtout l’identification des cinétiques de dégradation mises en jeu afin d’accéder à l’optimisation de ces procédés vis-à-vis des propriétés recherchées pour les produits obtenus (tant solides que liquides), et ainsi maîtriser à terme la nature des produits de dégradation.
Pour le cas des déchets composites, l’objectif est de rechercher les meilleurs paramètres de décomposition de la matière première pour l’obtention des phases solide, liquide et gaz réutilisables.

La gazéification, quant à elle, paraît être une alternative intéressante à l’utilisation de l’énergie fossile. Elle permet la transformation thermochimique de la biomasse solide directement en gaz combustible valorisable dans les moteurs à combustion interne. L’installation de petites unités locales et même déplaçables pour valoriser le résidu à l’endroit où il est produit permet l’optimisation du bilan énergétique. Le résidu est une ressource dont le contenu énergétique est faible. Il ne faut donc pas envisager de le transporter. Il doit être valorisé localement par des installations de faibles puissances pour lesquelles le gazogène couplé à un moteur se prête bien.
L’activité scientifique consiste en une connaissance fine des caractéristiques thermiques du processus de gazéification et en une meilleure compréhension du processus thermochimique afin de limiter la production des goudrons. Actuellement, des études de modélisation des différentes étapes du procédé sont en cours, d’une part pour optimiser les paramètres physicochimiques des phénomènes mis en jeu et d’autre part optimiser les paramètres géométriques des procédés en fonction de la puissance désirée et de la qualité de la biomasse en entrée.

 

Par Mohand Tazerout, enseignant chercheur à l’Ecole des Mines de Nantes