Contribution à l'étude de la pyrolyse de la biomasse

Abstract

L’étude présentée dans ce mémoire concerne la résolution d’un problème couplé de transfert de masse et de chaleur pour une particule de biomasse soumise à un flux de chaleur dans un milieu inerte par une approche numérique afin d’étudier le comportement de la dégradation thermique de cette particule sous différentes conditions. La particule de biomasse est considérée avec trois géométries différentes: cylindrique, sphérique et plane. La dimension de la particule varie entre 10-2 et 20 mm environ. La température initiale est supposée égale à 303K, quant à la température finale, elle a été prise entre 643K et 1200K. Ces conditions finales sont équivalentes aux flux de 10 à 80 kW.m-2, (cet ordre de grandeur de flux représente la chaleur dégagée par un feu de végétation moyen). La modélisation mathématique du problème physique consiste en un système d’équations différentielles couplées et composé de quatre équations de conservation des espèces chimiques et une de transfert de chaleur. La résolution de ces équations nécessite l’application des méthodes numériques en commençant d’abord par la discrétisation des équations différentielles utilisant les différences finies. Les équations de conservation des espèces sont résolues par la méthode de Runge_Kutta d’ordre quatre et l’équation de transfert de chaleur est résolue par le schéma de résolution totalement implicite. Les résultats de simulation sont obtenus en fonction de la teneur en humidité. L’effet du rétrécissement de la particule lors du processus de dégradation, un paramètre déterminant, est pris en considération lors du développement du modèle de dégradation. Différents modèles cinétiques ont été aussi expérimentés numériquement pour étudier leurs impacts sur la précision des résultats. Pour la validation du code élaboré, les différents résultats obtenus ont été comparés à ceux expérimentaux et numériques de la littérature. Une bonne concordance est obtenue. L’étude de l’effet de l’humidité a montré une influence significative sur le temps de pyrolyse. L’étude sur les modèles cinétiques a montré que le modèle cinétique de premier ordre n’est valable que pour des températures inférieures à 700K, alors que celui du troisième ordre permet une meilleure précision pour des températures supérieures à 900K.