Biomasse

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Biomasse

  1. 1. Les sources d'énergie issues de la biomasse<br />Date<br />Alexis MATYNIA<br />
  2. 2. Le laboratoire ICARE<br />Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement<br />Les thématiques de recherche<br /> - Etude des aspects physiques et chimiques de la combustion<br /> - Le secteur spatial <br /> - Réactions chimiques dans l'atmosphère<br />Formation des polluants<br />Reformulation des carburants<br />Nouveaux modes de combustion<br />Propulsion spatiale pour les satellites et les sondes interplanétaires<br />propagations des explosions<br />Rentrées atmosphériques<br />Propulsion hypersonique<br />Formation des espèces polluantes dans l'atmosphère<br />Mesure d'espèces chimiques dans l'atmosphère<br />2<br />
  3. 3. Le laboratoire ICARE<br />Personnel<br /> - 13 chercheurs<br /> - 13 enseignants chercheurs<br /> - 21 Ingénieurs et techniciens<br /> - 23 doctorants<br /> - 15 CDD<br />3<br />
  4. 4. Plan de la présentation<br />I. La problématique climat/énergie<br /> a) Le climat : effet de serre<br /> b) L'énergie : les principales sources d'énergie en 2006<br />II. La biomasse<br />a) Le bois-énergie<br /> b) Les biocarburants de première génération<br /> c) Les biocarburants de deuxième génération<br /> d) Le biogaz<br />III. Expériences de combustion<br /> a) Mise en place du digesteur de démonstration<br /> b) expériences<br />IV. Mon travail de recherche<br />4<br />
  5. 5. 5<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />I. La problématique climat/énergie <br />a) Le climat : Effet de serre<br />Soleil<br />30 %<br />Énergie réfléchie<br />Énergie renvoyée<br />espace<br />15 °C<br />atmosphère <br />terrestre<br />Gaz à effet de serre (H2O, CO2, CH4, N2O etc.)<br />70 %<br />Énergie solaire absorbée par l'atmosphère et le sol<br />Énergie renvoyée <br />Énergie réémise (chaleur piégée)<br />Réchauffement du sol<br />océans<br />sol<br />
  6. 6. 6<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />I. La problématique climat/énergie <br />a) Le climat : Effet de serre<br />Soleil<br />30 %<br />Énergie réfléchie<br />Énergie renvoyée<br />espace<br />15 °C<br />atmosphère <br />terrestre<br />Gaz à effet de serre (H2O, CO2, CH4, N2O etc.)<br />70 %<br />Énergie solaire absorbée par l'atmosphère et le sol<br />Énergie renvoyée <br />Énergie réémise (chaleur piégée)<br />Température moyenne à la surface du globe<br />Réchauffement du sol<br />océans<br />sol<br />
  7. 7. 7<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />I. La problématique climat/énergie <br />a) Le climat : Effet de serre<br />CO2 : dioxyde de carbone<br />CH4 : méthane<br />N2O : protoxyde d'azote<br />Parts respectives des différents GES anthropiques dans les émissions totales de 2004<br />
  8. 8. 8<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />I. La problématique climat/énergie <br />b) Les principales sources d'énergie dans le monde en 2006<br />Autres (0,6%) : <br /><ul><li>Energie solaire
  9. 9. Géothermie
  10. 10. Eolien
  11. 11. Energie des marées...</li></li></ul><li>9<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />a) Présentation<br />Biomasse : (écologie) masse totale des organismes vivants (animaux/végétaux) mesurée dans un environnement<br />(énergie) ensemble des matières organiques pouvant devenir des sources d'énergie<br />Production d'énergie issue de <br />la biomasse en France (2008)<br />
  12. 12. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />a) Présentation<br />CO2<br />Croissance<br />Extraction <br />Combustion<br />Combustion<br />Energie<br />CO2<br />Energie<br />CO2<br />Bilan CO2 positif<br />10<br />Bilan CO2 neutre<br />
  13. 13. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />b) Le Bois-Energie<br />75%<br />Avantages :<br /><ul><li> abondant
  14. 14. économique
  15. 15. respectueux de l'environnement</li></ul>Domaine d'utilisation :<br /><ul><li> chauffage individuel ou collectif
  16. 16. applications industrielles (production de vapeur, procédés de séchage, etc.)</li></ul>Bûches<br />L'utilisation du bois pour le chauffage ne détruit pas les forêts car il provient essentiellement d'éclaircies, de déchets forestiers et de déchets de l'industrie du bois. La surface boisée en France et en Europe augmente d'année en année.<br />Plaquettes<br />En région Centre, la ressource disponible pour le bois-énergie est très importante (3 millions de m3 par ans non utilisés). La structure Arbocentre encadre le développement de cette filière.<br />Granulés<br />11<br />
  17. 17. 12<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />c) Les biocarburants de première génération<br />16%<br /><ul><li>Le biodiesel</li></ul>≈ 5 %<br />transestérification<br />tournesol<br />biodiesel<br />huiles<br />mélangé au gazole<br />colza<br />650 000 tonnes de biodiesel produite en France en 2006<br /><ul><li>Le bioéthanol</li></ul>betterave<br />canne à sucre<br />≈ 5 %<br />fermentation<br />Mélangé à l'essence<br />distillation<br />sucre<br />pomme de terre, blé, mais<br />bioéthanol<br />amidon<br />≈ 15 %<br />ETBE<br />234 000 tonnes de bioéthanol produite en France en 2006<br />
  18. 18. 13<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />c) Les biocarburants de première génération<br />16%<br /><ul><li> Réduction des émissions de CO2 "fossile"
  19. 19. Bilan environnemental médiocre du fait de la production agricole intensive</li></ul> - augmentation de la pollution des eaux (pesticides, engrais ...) <br /> - déforestation dans certaines zones du globe (Brésil, Malaisie ...)<br /> - augmentation des émissions de N2O, un gaz à effet de serre 296 fois plus puissant que le CO2 (!)<br /><ul><li> L’utilisation des terres pour les biocarburants entre en compétition avec les terres pour la production d’aliments et fait monter les prix des produits agricoles  pénuries alimentaires !</li></ul><br /><br />Avec plus de 150 000 ha destinés à la culture des agro-carburants, la région centre est une des premières région productrice de colza diester.<br />
  20. 20. 14<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />d) Les biocarburants de deuxième génération<br />Voie thermochimique<br />Résidus agricoles (pailles) <br />et forestiers<br />synthèse<br />Mélangé au gazole<br />(gazéification)<br />hydrocarbures<br />gaz de synthèse<br />fermentation<br />Cultures dédiées à croissance rapide<br />Voie biochimique<br />Mélangé à l'essence<br />(hydrolyse enzymatique)<br />bioéthanol<br />sucre<br /><ul><li> Production à base de végétaux non comestibles, non concurrence avec les cultures alimentaires
  21. 21. Meilleur bilan énergétique que la première génération
  22. 22. Meilleur bilan environnemental que la première génération (consommation en eau et engrais réduite) </li></ul>La région Centre conduit des études sur la voie thermochimique de la transformation de la biomasse. Dans ce but, une unité-pilote de biocarburants 2e génération formés par voie thermochimique devrait être implantée à Artenay <br />
  23. 23. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />1%<br />e) Le biogaz<br />Mélange méthane/dioxyde de carbone issu de la fermentation anaérobie (sans oxygène) de matière organique pendant une à trois semaines<br />Matière organique : <br /><ul><li>déchets organiques d'origine agricole (fumiers, lisiers…)
  24. 24. urbains (déchets verts, boues d'épuration, etc.)
  25. 25. déchets alimentaires </li></ul>Quelques jours <br />plus tard...<br /><br /><br />chauffage<br />production d'électricité <br />carburant automobile<br />injection dans le réseau GDF<br />Biogaz<br /> CO2<br />Fermentation sans oxygène<br />Digestat<br />Fertilisant pour l'agriculture<br /><ul><li>CH4
  26. 26. N2O</li></ul>Digesteur<br />15<br />
  27. 27. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />e) Le biogaz<br />Installation à Migneville en Lorraine<br />Production d'eau chaude <br /><ul><li> besoins de l'installation
  28. 28. chauffage de l'habitation,
  29. 29. eau chaude sanitaire</li></ul>(+ chauffage habitations voisines)<br />54%<br />Cogénérateur<br />46%<br />Production d'électricité<br /><ul><li> vendue au réseau électrique</li></ul>16<br />Electricité<br />Eau chaude<br />Biogaz<br />Digestat<br />- Fertilisation des terres agricoles<br />Fosse de réception des matières<br />Digesteur<br />Cuve de stockage<br />
  30. 30. 17<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />e) Le biogaz<br />Station d'épuration de Marquette (Lille)<br />Station d'épuration<br />Biogaz<br />Eaux usées<br />Digesteur<br />Boues<br />120000 m3/jour<br />12000 m3/jour<br />240 m3/jour<br />Biogaz épuré (sans CO2) puis valorisé en tant que carburant pour véhicules<br />Production d'électricité et de chaleur pour la station<br />
  31. 31. 18<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />II.La Biomasse<br />e) Le biogaz<br />Station d'épuration de Marquette (Lille)<br />Station d'épuration<br />Digestat<br />Eaux usées<br />Digesteur<br />Boues<br />120000 m3/jour<br />240 m3/jour<br />Fertilisation des terres agricoles<br />
  32. 32. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />a) Mise en place du digesteur de démonstration<br />Bec bunsen<br />Stockage du gaz : <br />Chambre à air de voiture<br />Digesteur : <br />Bidon 30L<br />Schéma du montage disponible sur le site de l'EDEN<br />http://www.eden-enr.org/IMG/pdf/Fiche_Biogaz_Digesteur_Demo_EDEN.pdf<br />19<br />
  33. 33. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />a) Mise en place du digesteur de démonstration<br />Restes de cantine<br />Mirabelles<br />Pommes<br />Eau<br />20<br />
  34. 34. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />a) Mise en place du digesteur de démonstration<br />+ ajout de bactéries méthanogènes<br />… naturellement présentes dans les excréments<br />Poney-Club de La Source<br />21<br />
  35. 35. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />a) Mise en place du digesteur de démonstration<br />Bec bunsen<br />24 heures<br />Stockage du gaz : <br />Chambre à air de voiture<br />Digesteur : <br />Bidon 30L<br />22<br />
  36. 36. 23<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />b) La flamme de prémélange<br />Flamme de gazinière<br />Flamme "plate" <br />Étudiée en laboratoire<br />Produits<br />CO2 , H2O <br />polluants : CO, NOx ...<br />Espèces intermédiaires<br />Zone de réaction : Front de flamme<br />mélange<br />H, O, CH ...<br />Réactifs<br />CH4 , O2<br />air<br />Brûleur<br />Flamme de bec Bunsen<br />biogaz<br />
  37. 37. 24<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />c) La flamme de diffusion<br />Combustible<br />Oxygène<br />Couleur jaune/orange <br /> Zone riche en combustible<br />Couleur bleue<br /> Zone riche en oxygène<br />
  38. 38. 25<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />c) La formation de suies<br />Contribuent à la salissure des bâtiments<br />Croissance des particules de suies<br />formation des premières particules mécanisme inconnu<br />- Réduction de la photosynthèse<br />- Risques de contamination de la chaine alimentaire<br />Croissance des cycles<br />Véhiculent des produits cancérigènes susceptibles d'être inhalés.<br />Formation du premier cycle<br />Altération du taux de précipitation <br />Rôle catalytique dans la destruction de la couche d'ozone<br />
  39. 39. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />d) Les couleurs des flammes<br /><ul><li> Couleur bleue  présence de CH
  40. 40. Couleur jaune/orange  présence de suies (combustion avec un excès de combustible)</li></ul>Flamme prémélangée<br />Flamme prémélangée suitée <br />(avec un excès de combustible)<br />Flamme de diffusion <br /><ul><li> Toutes les couleurs possibles… ou presque  émissions d'autres espèces (H2O en rouge, C2 en vert) ou avec ajouts de d'espèces chimiques dans la flamme (métaux par exemple)</li></ul>26<br />
  41. 41. I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />III. Quelques expériences de combustion<br />e) Les arrête flammes<br />2 phénomènes : <br /><ul><li> physique : pertes de chaleur aux parois
  42. 42. chimique : réactions catalytiques aux parois </li></ul>flamme<br />Lampe de Davy (1815)<br />Arrête flamme en ligne<br />Côté protégé<br />27<br />
  43. 43. IV. Mon travail<br /> Etude de la formation de NO dans les flammes méthane/air et biogaz/air à haute pression<br />NO <br />28<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />Affections respiratoires, irritations oculaires, dégradation des matériaux (notamment plastiques), impact sur les végétaux<br />Formation d'ozone troposphérique<br />Formation de pluies acides<br />Dégradation des bâtiments, mort biologique de lacs, dépérissement des forêts<br />
  44. 44. 20/10/2009<br />29<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />IV. Mon travail<br />Etude de la formation de NO dans les flammes méthane/air et biogaz/air à haute pression<br />expérience<br />Simulation<br />Simulation améliorée<br />1ère étape : Obtenir des données expérimentales sur un grand nombre de flammes (différentes compositions, différentes pressions)<br />2ème étape : Comparer les résultats expérimentaux aux résultats simulés<br />3ème étape : Améliorer la modélisation, notamment en jouant sur les vitesses des réactions chimiques impliquées dans la flamme.<br />NO<br />Objectif : Améliorer les connaissances en combustion pour permettre, par la suite, l'élaboration de systèmes plus efficaces et moins polluants.<br />
  45. 45. 30<br />I. Climat/énergie<br />II. La Biomasse<br />III. Quelques expériences<br />IV. Mon travail<br />IV. Mon travail<br />P=1 bar<br />P=5 bars<br />Analyse de l'émission rouge présente dans les gaz brûlés à haute pression<br /> Émission attribuée à H2O<br /> Nouveau moyen de mesurer la température de flamme ?<br />
  46. 46. 31<br />Merci de votre attention<br />Des questions?<br />

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