Study and realization of a microwaves system to estimate the moisture content in wood biomass

par Maria Merlan

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Thierry Ditchi et de Yacine Oussar.

Soutenue le 18-02-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (laboratoire) .

Le jury était composé de Catherine Algani, Frédéric Rouger, Hamid Kokabi, Pierre Ducray.

  • Titre traduit

    Étude et réalisation d'un système de mesure micro-ondes pour l'estimation de l'hygrométrie de la ressource bois-énergie


  • Résumé

    Le réchauffement climatique est l'un des principaux problèmes de ce siècle. Les politiques européennes soutiennent le développement des énergies renouvelables afin d'atteindre, d'ici 2020, l'objectif fixé par l'Union Européenne (UE). Ce dernier stipule que 20% de l'énergie produite devra provenir d'une source renouvelable. La combustion de la biomasse sous forme de bois est la plus importante des ressources renouvelables. Par conséquent, le développement de celle-ci est fondamental pour atteindre l'objectif de l'UE. Les plaquettes forestières sont des morceaux de bois déchiquetés. Elles présentent de nombreux avantages pour la production d'énergie thermique, en particulier, elles possèdent un bilan carbone neutre. Lors de la combustion, la présence d'eau dans le bois ne produit pas d'énergie mais provoque une perte de chaleur dans le processus de l'évaporation de l'eau. Par ailleurs, plus il y a d'eau moins il y a de bois pour une masse donnée de combustible. De ce fait, la connaissance de la teneur en eau dans le bois permet de déterminer son pouvoir calorifique et donc son prix. Dans cette thèse, plusieurs techniques fondées sur l'étude de la permittivité ont été proposées afin de prédire la teneur en eau des plaquettes forestières à grande échelle. Les systèmes externes fondés sur la réflectivité électromagnétique du matériau sont peu fiables en raison de leur dépendance à l'état de surface du combustible. Celui-ci est très variable en fonction des conditions d'utilisation et climatiques. Les dispositifs internes sont plus performants. Des systèmes internes capacitifs et à base de résonateurs ouverts ont été étudiés. Un prototype de dispositif à résonateur a été réalisé et testé en conditions réelles de production.


  • Résumé

    Global warming is one of the major problems of this century. Thus, European policies support the development of renewable energies in order to reach the target set by the European Union by 2020: 20% of the energy consumption must come from renewable resources. The combustion of wood biomass is the larger of the renewable energies and thus the increase of it is a key factor to get the expected target. Wood chips are shredded wood that present many advantages for the production of thermal energy. In particular, they are considered a carbon neutral fuel. During combustion, the water content does not produce energy but causes a heat loss in the process of the evaporation of the water. Moreover, for a given mass of biofuel, the larger water content, the smaller the wood available. Therefore knowing the moisture content (MC) allows to determine the calorific value of the biofuel and then its price. In this thesis several techniques based upon the study of the permittivity of large samples of wood chips have been proposed to predict the MC. External systems based on measurements of the reflected energy by the material are not reliable because of their dependence on the surface of the fuel, which can be very changeable under rough industrial and weather conditions. Internal devices are more efficient. They are based on either a capacitive technology or on open resonator technology. Due to promising results, a prototype of a resonator device was implemented and tested in real operating conditions.


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