Effet du mode de défibrage sur les propriétés des granules énergétiques et des...

Laboratoire de biomatériaux de l’Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue

Présenté par : Fedi Boukhris Directeur : Pr. Ahmed Koubaa

Codirecteur : Pr. Sébastien Migneault

Effet du mode de défibrage sur les propriétés des granules énergétiques

et des composites bois-polymère

Novembre 2017

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

2001 18 254 448*

m3

Chute de 53 % * Service canadien des forêts

Consommation intérieure en bois pour les industries des pâtes et

papiers au Canada

2015 8 566 391*

m3

2

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Nouvelles alternatives de valorisation de bois de bouleau blanc

Les composites bois-polymère Les granules énergétiques

Bouleau blanc - 10,8% du territoire québécois - Destiné principalement pour l’industrie papetière - Désormais peu exploitée

3

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Le défibrage ?

L’opération qui permet de mettre le bois sous forme de fibres, employées dans la fabrication des produits à base de bois

4

- Composites bois-polymère

- Granules

énergétiques

- Pâte mécanique

- Pâte thermomécanique TMP

- Pâte chimico-thermomécanique CTMP

Propriétés

mécaniques et

physiques

limitées

Pâte explosée à la vapeur

Amélioration des

propriétés

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature 5

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Objectif général :

• Evaluer le potentiel du bouleau blanc pour la production des granules

énergétiques et des composites bois-polymères,

Objectifs spécifiques :

• Concevoir des CBP avec des propriétés physico-mécaniques améliorées,

• Produire des granules énergétiques ayant de meilleures propriétés

calorifiques et mécaniques,

6

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Cop

eaux

de

boul

eau

blan

c Thermomécanique

Chimique

Vapeur

Centre de recherche des matériaux lignocellulosique (CRML)

Laboratoire Biomatériaux de l’UQAT selon le brevet de Kokta (1992)

• [150 μm; 710 μm]

• >710 μm

Granulométrie Tamisage

7

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Matériel

Plastique (PEHD)

Fibres de bois

MAPE (Agent de couplage)

Extrusion Bi-vis

Les composites bois polymères

Extrusion Bi-vis Eprouvettes des essais mécaniques et physiques

Moulage par injection

8

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Matériel

Granules énergétiques

Fibres de bouleau blanc

- Thermomécanique

- Chimique - vapeur

Granuleuse Pilote Granules énergétiques

9

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Méthodes Propriétés des fibres de bois

Anatomique Chimie de surface Thermique TGA

Propriétés des CBP

Mécaniques

Flexion trois-points

Traction

Impact

Physiques

Thermique DSC

Stabilité dimensionnelle

Propriétés des granules énergétiques

Durabilité Pouvoir Calorifique supérieur Masse volumique

10

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation des fibres de bouleau blanc

Propriétés morphologiques : Analyse de la qualité des fibres (Metso)

Longueur moyenne arithmétique des fibres selon le mode de défibrage

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

CTMP TMP SEP

Longueur

moye

nne

arith

métique (m

m)

Type des fibres

Pâte à vapeur

11

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation des fibres de bouleau blanc

Différences entre les courbes de FTIR, des fibres SEP par rapport les fibres de bouleau blanc non traitées, TMP et CTMP

[VALEUR X] 3 359,09

1 103,30

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Nombre d’onde

Ab

sorb

ance

Bouleau blanc non traitéBouleau blanc TMPBouleau blanc CTMPBouleau blanc SEP

-C-O- Esters et acides

-C=O Ester aliphatiques

et aromatiques

-O-H- Alcools et phénols

Chimie de surface : FTIR

13

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation des fibres de bouleau blanc

Propriétés thermiques : Analyse thermogravimétrique

Courbes thermogravimétriques et des dérivées thermogravimétriques (DTG) des fibres de bois de bouleau blanc; CTMP, TMP et SEP et des échantillons en polyéthylène haute densité (HDPE).

(a) : dégradation des hémicelluloses, (b) : dégradation de la cellulose

Dégradation des hémicelluloses

Evaporation

Dégradation des celluloses

Début de dégradation des Fibres TMP

et CTMP 188 °C

Début de dégradation des Fibres SEP

237 °C Début de dégradation

du PEHD 330 °C

14

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation mécanique des composites bois-polymères

Essai de flexion trois points

30 40 50

0

25

50

75

Pourcentage des fibres dans le mélange (%)

MO

R (

GP

a)

CTMP TMP SEP

30 40 50

1

2

3

Pourcentage des fibres dans le mélange (%)

MO

E (G

Pa)

CTMP TMP SEP

Variation du MOE et MOR en flexion des CBP en fonction de la teneur en fibres

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Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation physique des composites bois-polymères

Stabilité dimensionnelle

Variation du gonflement en épaisseur en fonction de la teneur en fibres et le mode de défibrage

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

30 40 50

Gain

en é

paisse

ur (%

)

Teneur en fibres (%)

TMP CTMP SEP

Variation du gonflement massique en fonction de la teneur en fibres et le mode de défibrage

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

30 40 50

Gain

en m

ass

e (%

)

Teneur en fibres (%)

TMP CTMP SEP

16

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation mécanique des granules énergétiques

Durabilité des granules énergétiques en fonction de l’humidité

Chimique

(50 Hz)

Thermo-

mécanique

(50 Hz)

Vapeur

(50 Hz)

Durabilité (%) 98,20 96,06 98,69

Humidité base humide (%) 8,60 6,77 14,01

17

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation thermique des granules énergétiques

Pouvoir calorifique supérieur PCS

15000,00

17000,00

19000,00

21000,00

Type de fibres

PCS b

ase

hum

ide (kJ/

kg) Bouleau non traité

CTMP

TMP

SEP

Granules du marché - Trebio

PCS base humide des granules énergétiques en fonction du type de fibres utilisées

Pate à vapeur

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Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Caractérisation physique des granules énergétiques

Masse volumique

Type de fibres Masse volumique (kg/m3)

Thermomécanique 1451,55

Chimique 1459,37

Vapeur 1460,58

≅

19

Objectifs Résultats et discussions Conclusions

Matériel et méthodes Contexte Revue de

littérature

Conclusions

• Ce projet permet de développer une expertise sur l’effet des propriétés

des fibres sur les caractéristiques des CBP et la qualité des granules

énergétiques,

• Les CBP à base de la pate à vapeur montrent une meilleure résistance à

l’absorption d’eau, cependant, leurs propriétés mécaniques restent

inférieurs aux CBP à base des fibres Thermomécaniques et Chimique,

• Le procédé de la pate à vapeur permet la production des granules

énergétiques avec des meilleures caractéristiques calorifiques et

mécaniques.

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Remerciements

MERCI DE VOTRE ATTENTION