Description
Date depot: 1 janvier 1900
Titre: Étude et réalisation d'un système de mesure micro-ondes pour l'estimation de l'hygrométrie de la ressource bois-énergie.
Encadrant :
Jérôme LUCAS (LPEM (EDITE))
Directeur de thèse:
Yacine OUSSAR (LPEM (EDITE))
Domaine scientifique: Sciences et technologies de l'information et de la communication
Thématique CNRS : Non defini
Resumé:
{{Contexte}}
Le réchauffement de la planète est un problème majeur pour les années à venir. S’il ne peut plus être évité, on peut cependant limiter son importance en réduisant les émissions de dioxyde de carbone. Pour cela, une solution consiste à utiliser des énergies propres telle que l’énergie solaire ou les énergies à bilan de carbone nul. La biomasse lignocellulosique est une source d’énergie qui s’inscrit dans cette seconde catégorie. Les plaquettes forestières en sont un exemple. Celles-ci sont issues des déchets de l’exploitation forestière : le bois non directement exploitable est broyé pour former des plaquettes qui peuvent être brulées dans des chaudières. Le bilan carbone de cette source d‘énergie s’équilibre sur une période d’environ 20 ans puisque la quantité de dioxyde de carbone émise lors de la combustion des plaquettes dans une chaudière est la même que celle utilisée pour la croissance de la végétation lors du reboisement. En absence d’exploitation, cette quantité de dioxyde de carbone sera de toute façon libérée par la décomposition du bois.
La production de plaquettes forestières nécessite de l’énergie qui doit être prise en compte dans le bilan carbone. Le bois doit être broyé et transporté. Cependant, cette énergie ne représente que 2% de l’énergie que l’on peut récupérer des plaquettes. En France, la transformation des déchets de bois en plaquettes forestières pourrait représenter jusqu’à 10% des besoins énergétiques du pays. Finalement, cette énergie est abondante et très peu polluante. Elle mérite donc d’être étudiée comme une solution prometteuse.
Le bois fraichement coupé contient jusqu’à 60% de son poids en eau. D’un point de vue énergétique, il faut 3 tonnes de plaquettes à 20% d’hygrométrie pour obtenir 1 tonne d’équivalent pétrole quelque soit l’essence de bois. En revanche, lorsque l’hygrométrie est de 50%, il faut 5 tonnes de bois pour obtenir 1 tonne d’équivalent pétrole car, non seulement l’eau n’est pas la source d’énergie, mais en plus elle absorbe une fraction de l’énergie fournie pendant sa vaporisation. De ce fait, le développement d’une filière industrielle d’exploitation des plaquettes forestières nécessite de connaître précisément l’hygrométrie des plaquettes produites.
La mesure légale de l’hygrométrie est obtenue en chauffant le bois à 103°C puis en comparant la masse du bois avant et après séchage. C’est une méthode très précise mais très lente. Typiquement, le résultat est obtenu après 24 heures. Par ailleurs, l’estimation de l’hygrométrie d’un stock de plaquettes effectuée par échantillonnage de celui-ci n’est pas représentative de l’hygrométrie globale. En effet, celle-ci n’est pas homogène ni dans le cas de plaquettes stockées ni au cours de la production compte tenu de la diversité et de la provenance du bois injecté dans les broyeuses.
Actuellement, l’industrie des plaquettes s’oriente vers une mesure en continue en cours de production afin de maitriser le séchage et une mesure globale effectuée lors de la livraison.
{{Compétences et savoir faire antérieur du groupe Instrumentation du LPEM}}
Le groupe instrumentation du LPEM (UMR 8213) possède une grande expérience dans la mise en œuvre de méthodes de mesures dans des domaines variés : mesure de charges dans les isolants, mesures capacitives, mesures hyperfréquences et acoustiques. Le groupe accueille actuellement plusieurs doctorants dans les domaines de la RMN à bas champ, la localisation de véhicules sur route, la mesure de charges à hautes fréquences et la caractérisation acoustique de matériaux.
Récemment, le groupe a développé avec succès un sceau capacitif qui permet de mesurer l’hygrométrie d’un échantillon de plaquettes. Un système de mesure de l’hygrométrie en sortie de tuyère d’un broyeur, également développé au laboratoire, est en cours d’industrialisation.
Le groupe publie régulièrement dans des revues et des conférences internationales. Il est titulaire de nombreux brevets et est partenaire dans des collaborations industrielles.
{{Description du sujet et résultats attendus}}
Le groupe cherche à développer un système permettant de mesurer l’hygrométrie globale d’un lot de plaquettes à la livraison, typiquement dans une benne de camion. Ce type de système n’existe pas actuellement. Les méthodes envisagées reposent sur un dispositif utilisant des ondes électromagnétiques. La propagation de ces ondes dépend de la permittivité diélectrique des matériaux, et la permittivité moyenne des plaquettes dépend grandement de la quantité d’eau qu’elles contiennent. Ainsi, la permittivité relative du bois est de quelques unités alors que celle de l’eau est de 80 aux fréquences auxquelles on souhaite travailler. La réponse en fréquence dépend également de la granulométrie des plaquettes qui est très variable ainsi que de l’environnement et la forme du camion qui ne sont a priori pas connus. Il est ainsi nécessaire de compléter cette mesure par la connaissance du poids
Doctorant.e: Merlan Rodriguez Maria