Etude du traitement de la biomasse par voie hydrothermale pour la récupération de molécules et de minéraux à haute valeur ajoutée

par Marie Guillot

Thèse de doctorat en Chimie et physicochimie des matériaux

Sous la direction de Stéphane Pellet-Rostaing.

Soutenue le 18-12-2014

à Montpellier 2 , dans le cadre de Sciences Chimiques (Montpellier ; École Doctorale ; ...-2014) , en partenariat avec Institut de Chimie Séparative de Marcoule (laboratoire) .


  • Résumé

    La croissance démographique mondiale, associée à une augmentation générale du niveau de vie, se traduit par l'explosion des besoins en matières premières et énergie. Afin de relever ce défi, une attention accrue est accordée aux énergies et ressources naturelles renouvelables. Parmi elles, la biomasse est particulièrement prometteuse. Elle présente des avantages certains (abondance, répartition homogène) mais aussi plusieurs inconvénients (faible densité énergétique, humidité élevée,…). Pour surmonter ces difficultés, la torréfaction est la méthode la plus connue, mais elle induit une augmentation des taux de cendres et une perte de matière. La carbonisation hydrothermale (HTC) est une alternative possible. L'objet de cette thèse est l'étude de la HTC comme moyen de bonifier la biomasse lignocellulosique. Trois axes principaux ont été considérés: augmentation de la densité énergétique, récupération de molécules, et minéraux d'intérêt. L'étude porte d'abord sur la HTC de systèmes moléculaires représentatifs de ceux présents dans le bois. Le hêtre a été étudié comme biomasse modèle, permettant de déterminer des conditions expérimentales optimales, appliquées ensuite à diverses biomasses. Enfin d'autres méthodes d'activation ont été testées telles que les micro-ondes et les fluides supercritiques. Les hydrochars obtenus après HTC présentent une diminution concomitante des ratios atomiques H/C et O/C. La phase liquide contient différentes molécules d'intérêt (furfural,…). Enfin, les teneurs en cendres diminuent après HTC du fait d'une lixiviation partielle de certains éléments (alcalins et alcalino-terreux). En conclusion, la HTC semble être une alternative intéressante à la torréfaction ; elle permet la production d'hydrochars avec des teneurs élémentaires adaptées à une utilisation en gazéification et la récupération de molécules et minéraux. L'intérêt et la faisabilité technique ont été démontrés en particulier sur des biomasses humides (plantes agricoles) ou polluées (broyats de déchetterie).

  • Titre traduit

    Study of the hydrothermal pretreatment of biomass for the recovery of high added value minerals and molecules


  • Résumé

    Population growth, coupled with a general increase in standard of living, result in a booming demand for raw material and energy. To face this challenge, an increased attention is paid to the use of renewable energies and natural resources. Among them, biomass is especially promising. Its advantages (abundance, distribution all over the Earth) are balanced by several drawbacks (low energy density, high moisture content,…). To overcome these problems, torrefaction is the most traditional way, but it has some inconveniences (increased ash content, loss of material). Hydrothermal carbonisation (HTC) is a possible alternative. The purpose of this thesis is the study of HTC a means to beneficiate the lignocellulosic biomass. Three main aims were identified: increase of the energy density, recover molecules and minerals of interest. The study initially focused on HTC of molecular model systems present in wood. Beech wood was also studied, as a model biomass. This study allowed determining optimal experimental conditions for treatment of further biomasses. Finally, other activation methods have been tested, such as microwaves, and supercritical fluids. Hydrochars obtained after HTC feature a concomitant decrease of the atomic H/C and O/C ratios. Liquid phase contains different molecules of interest (furfural,…). Finally, ash content decreases after HTC owing to a partial leaching of some elements (alkali and alkaline earth metals). In conclusion, HTC seems to be an interesting alternative to torrefaction as it allows for the production of hydrochars suitable for gasification, and the recovery of molecules and minerals of interest. The interest and technical feasibility have been demonstrated in particular for biomasses with high moisture (agricultural crops) or with high pollutant contents (grounds of waste disposal).


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