Résumé/Abstract
La conversion thermochimique de la biomasse joue un rôle clé dans le développement de filières énergétiques durables et la valorisation de ressources lignocellulosiques renouvelables. Parmi les différentes étapes de ce processus, la pyrolyse constitue une phase essentielle, au cours de laquelle la matière subit des transformations physiques, chimiques et mécaniques fortement couplées. La compréhension et la modélisation de ces phénomènes multiphysiques sont déterminantes pour prédire le comportement des matériaux, optimiser les procédés et concevoir des systèmes performants.
Ce travail de thèse vise à développer un modèle pyromécanique anisotrope homogénéisé, spécifiquement appliqué au bois en tant que matériau représentatif de la biomasse lignocellulosique. Le terme pyromécanique désigne l’intégration conjointe des déformations mécaniques, thermiques et induites par la pyrolyse dans un modèle couplé de cinétique chimique, de transfert de masse et de chaleur. Ce modèle macroscopique est développé par une approche de prise de moyenne volumique, conduisant à un système d’équations homogénéisées, résolu numériquement par la méthode des volumes finis. Le modèle complet est implémenté en open-source dans PATO (Porous material Analysis Toolbox based on OpenFOAM). L’ensemble de ces développements est guidé et validé à la fois par des observations en microtomographie aux rayons X réalisées au synchrotron SOLEIL et par des comparaisons avec des données issues de la littérature sur la pyrolyse de biomasse.
Abstract :
The thermochemical conversion of biomass plays a key role in the development of sustainable energy pathways and the valorization of renewable lignocellulosic resources. Among the various steps of this process, pyrolysis represents a key phase during which the material undergoes strongly coupled physical, chemical, and mechanical transformations. Understanding and modeling these multi-physical phenomena are essential for predicting material behavior, optimizing processes, and designing efficient systems.
This thesis aims to develop a homogenized anisotropic pyromechanics model, specifically applied to wood as a representative material of lignocellulosic biomass. The term pyromechanics refers to the integrated modeling of mechanical, thermal, and pyrolysis-induced deformations within a framework that couples chemical kinetics, mass, and heat transfer. A macroscopic model is formulated using the volume averaging approach, leading to a system of homogenized equations solved numerically by the finite volume method. The complete model is implemented in the open-source software PATO (Porous material Analysis Toolbox based on OpenFOAM). Model development and validation are supported by X-ray microtomography experiments conducted at the SOLEIL synchrotron, as well as by comparisons with reference data from the literature on biomass pyrolysis.
Membres du jury :
| Hervé JEANMART | Professeur, École polytechnique de Louvain | Rapporteur |
| M. Gérald DEBENEST | Professeur, Institut National Polytechnique de Toulouse | Rapporteur |
| M. Jean-Christophe MINDEGUIA | Maître de conférences, Université de Bordeaux | Examinateur |
| M. Antonio COSCULLUELA | Ingénieur de recherche, CEA CESTA | Examinateur |
| M. Michaël MEYER | Maître de conférences, Université de la Nouvelle Calédonie | Examinateur |
| M. Nicolas DELLINGER | Ingénieur de recherche, ONERA | Examinateur |
| M. Jean LACHAUD | Professeur, Université de Bordeaux | Directeur |
| M. Wahbi JOMAA | Professeur, Université de Bordeaux | Codirecteur |
| M. Olivier CATY | Maître de conférence, Institut National Polytechnique de Bordeaux | Invité |
| Mme Thanh-Ha NGUYEN-BUI | Directrice de recherche, CEA CESTA | Invitée |
Amphithéâtre 2 du bâtiment A9 de l'Université de Bordeaux (campus Peixotto à Talence)