BOIS ÉNERGIE N°2 / 2003 43

Dans l’ère actuelle des combustiblesfossiles, la biomasse - et en particulierle bois - est appelée à jouer un rôlede plus en plus important grâce à sescaractéristiques d’énergie “propre” etaux nouvelles applications industrielles pour la production d’énergieélectrique. La technologie et le marchése sont désormais orientés vers l’em-ploi de combustibles bois dérivant dela récupération des déchets de l’indu-strie du bois et des éclaircies résultantde l’entretien des bois, en négligeantles matériaux résiduels. Il faut maintenant programmer unefilière bois-énergie complète demanière à abattre les coûts de récupé-ration et à obtenir un produit valable,sélectionné et garanti. Dans cetteoptique, le processus de briquetageest une alternative possible à la fabri-cation de plaquettes, qui ne permetpas en général une valorisationcommerciale réelle du produit bois,et au granulé, qui nécessite de grandsinvestissements industriels pour laproduction.

UTILISATIONSDE LA BRIQUETTE

Les applications les plus fréquentesde ce type de combustible sont tantde caractère domestique que decaractère industriel : des cheminéesaux poêles ou aux chaudières pour lagénération d’eau chaude et devapeur ; des distilleries dans lesexploitations vinicoles, comme com-bustibles à utiliser pour le processusde production, aux industries textiles,aux exploitations agricoles, à la gazéi-fication pour la production d’énergieélectrique.

LE PROCESSUS DE BRIQUETAGE

Jusqu’à aujourd’hui, la briquette a étéconsidérée comme le “parent pauvre”du granulé, car tout en nécessitant desprocessus de transformation pourobtenir le produit final, elle ne possèdepas, contrairement au granulé, lescaractéristiques qui la rendraient plusdirectement utilisable comme la faci-lité de distribution (livraison parcamions-citernes) et un large éventailde systèmes de combustion, y com-pris pour le logement individuel.Le briquetage est le compactage desmatériaux en bûchettes de diamètrevariable de 5-10 cm et de la longueurdésirée suivant la technologie utilisée(à vis, à piston, hydraulique), parsimple pressage sans ajout de colles oud’additifs. Les processus de briquetagese sont développés dans deux direc-tions : l’Europe et les États-Unis ontchoisi la voie de la compression méca-nique (hydraulique ou à pistons) tandisque 1’Orient a opté pour un pressage àvis sans fin.

PROCESSUS CHIMIQUEET FORCES EN JEU

La densification de la biomasse à hautepression détermine la liaison méca-nique et l’augmentation d’adhésionentre les particules, en formant les liensintermoléculaires dans la zone de con-tact. D’un point de vue chimique, lacohésion s’effectue selon le modèle sui-vant : les solides divisés (biomasses tri-turées ou sous forme de tiges) attirentles atomes et les molécules libres del’atmosphère environnante ; les sur-faces des matériaux forment des cou-

ches d’absorption qui ne sont plus libresde se déplacer et restent en contactserré ou se pénètrent ; la couche d’ab-sorption est conditionnée par la ligninequi se produit aux températuresélevées résultant de la pression ; l’ap-plication de hautes pressions augmentela zone et les microparticules de con-tact. Il est important de signaler quele processus décrit est complété enoutre par l’entrée en jeu des forces deVan der Waals qui forment d’autresliens chimiques, en particulier si la bio-masse est pulvérisée, en aidant ainsi ladensification des matériaux. La résistance de l’aggloméré qui résulte de ceprocessus dépend uniquement du typed’interaction et des caractéristiques desmatériaux.

Le procédé de briquetage se présente comme une technologie detransformation intermédiaire entre le déchiquetage pour l’obtention deplaquettes et la fabrication de granulés. Bien géré et intégré au sein de lafilière bois-énergie, il représente une possibilité intéressante avec de faiblescoûts d’investissement.

Italie

D i e g o C a t t a n e o - U n i v e r s i t é d e B r e s c i a

Le Briquetage :une technique à redécouvrir

COMBUSTIBLES BRIQUETTES

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Presse à briquetteutilisée pour destests expérimentauxde briquetage.

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COMBUSTIBLES BRIQUETTES

MÉCANISMES DE COMPACTAGEHYDRAULIQUES

Le compactage du matériau est assurépar un piston qui reçoit l’énergied’un moteur (électrique ou à explo-sion) à travers un système hydrau-lique à haute pression. La températurede fonctionnement est élevée avec despressions variables, suivant le moteuret le poinçon appliqué.En général, le matériau employé doitavoir une humidité résiduelle nedépassant pas 14 % et une longueurinférieure à 30 mm de manière à per-mettre une bonne chute dans lesystème de chargement.Quand on utilise une briqueteuse àtrois pistons (machines pour fibrestextiles), on peut employer des maté-riaux de longueurs allant jusqu’à 30-40 cm en évitant la phase de broyageet en obtenant des rendements deproduction identiques. Cette varianteprévoit un premier pressage de la bio-masse dans le sens vertical puis dansle sens horizontal.La bûchette sortant de la presse a unedensité de 1-1,4 kg/dm3, une formecylindrique d’un diamètre de 50 à70 mm et des longueurs de 50 à 100mm à chaque course du piston. À tra-vers un poinçon supplémentaire, labriquette peut atteindre des lon-gueurs de 300 mm. L’humidité dumatériau diminue suite au pressage.L’opération de chargement peut êtremanuelle ou automatisée au moyend’une virole d’un volume de 0,5-1 m3

munie de sonde mécanique ou élec-trique en mesure de commanderl’arrêt du système si le matériauchargé devait descendre sous unniveau prédéfini. À l’intérieur de lavirole se trouve un système de palesrotatives qui invite le matériau àtomber dans le tiroir de chargement.Les puissances requises varient de 5,5-37 CV avec absorptions de courant de15-40 kWh/t suivant le modèle, la pro-duction et l’utilisation (productionpour petites et moyennes applicationsou de type industriel). Avec une puis-sance de 37 kW, on peut obtenir uneproduction de 1800 kg/h. Le cycle de travail est alterné, syn-chronisé avec le mouvement desdeux pistons de chargement et depressage, et permet l’extrusion d’unebriquette toutes les 15 secondes.L’huile hydraulique garantit unevitesse de 7 cycles/minute contre les270 cycles/minute du processus avec

piston à volant d’inertie. La lenteur de l’opération aide à réduirel’usure par friction des parties en con-tact. Les études de briquetage sur le terri-toire italien se sont concentrées surles systèmes hydrauliques ; les meil-leures combinaisons entre temps debriquetage, pouvoir calorifique infé-rieur et bilan énergétique ont étéobtenues en employant des arbustes(rémanants d’oliviers ou de haies, sar-ments de vignes) ou bien des résidusà teneur élevée en huile et en résine(lavande, menthe, coco). Quelques tests ont permis d’obtenirles briquettes même avec un tauxd’humidité de la matière végétaled’environ 22 %.Les atouts de cette technologie sontla polyvalence par rapport auxmatériaux utilisés, un taux d’humi-dité admis élevé, une puissancerequise limitée et l’uniformité de labriquette, face à un emploi des bio-masses vierges encore expérimental.

TECHNOLOGIE PISTONÀ VOLANT D’INERTIE

La technologie moule et poinçon,connue aussi comme technologieavec pilon (constitué d’un cylindrehydraulique) et moule est développéesurtout dans les pays de l’Est. La bio-masse est poussée dans le moule parun piston à mouvement alterné ;grâce à la haute pression la masse estcomprimée pour obtenir un produitcompact. Le diamètre standard desbriquettes produites avec cettemachine est d’environ 60 mm à 100mm. L’énergie nécessaire à la machine pouravoir une capacité de production de700 kg/h est de 25 kW. Le pilon se

déplace environ 270 fois/minutedurant le processus. L’aspect positif decette méthode de briquetage est l’u-sure limitée des systèmes mécaniquestandis que sa diffusion est pénaliséepar le coût élevé des machines, lemanque d’installations réalisées enEurope et la nécessité d’un séchageimportant de la biomasse (12 %).

MÉCANISMES DE COMPACTAGE À VIS

Les effets associés de la frictioncausée à la paroi du récipient et dela chaleur due à la friction internedans la rotation du matériau et de lavis (600 tours/min) provoquent uneaugmentation de la température dansle système qui aide le réchauffementde la biomasse ; celle-ci est forcée parla vis conique à travers l’orifice for-mant la briquette de la forme voulue.Dans cette phase, on a la pressionmaximum. Dans la briqueteuse à vis, on peutdistinguer trois zones distinctes : l’a-limentation, le transport (sur bandepour la chute du matériau dans le silod’alimentation de la briqueteuse) etla briqueteuse proprement dite oùl’on atteint la pression et la tempéra-ture les plus élevées (environ 250 °C).Dans ce type de briquetage, l’humiditétolérée pour les matériaux (8-9 %) etla granulométrie des biomasses quidoit être la plus fine possible jouent unrôle fondamental.La densité des matériaux dans le pro-duit fini est de 1-1,4 kg/dm3 et grâceau travail en continu, il n’existe pasde limite pour la longueur de labûchette. La forme est cylindriqueavec un trou central (Photo 2) obtenugrâce à un axe situé au centre de l’o-rifice d’extrusion.

Briquettes trouées aumilieu : lacombustion estaméliorée demanière remarquablegrâce à une surfaceexposée auxflammes plusimportante et à l’aircirculant à l’intérieurdu trou.

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COMBUSTIBLES BRIQUETTES

Les puissances employées sont de 60kWh/t avec une production variablesuivant la vitesse de rotation de la viset la granulométrie du matériau uti-lisé ; la production varie entre 2800et 3600 kg/h en fonction de la bio-masse traitée. Dans ce processus, labiomasse est extrudée en continu parune vis ou plus, à travers un moulede forme effilée qui est chauffé àl’extérieur pour réduire la friction ;la haute température due aux pres-sions élevées appliquées fluidifie lalignine présente dans la biomasse quise comporte comme un liant. Pour résumer, les avantages de la bri-queteuse à vis sont les suivants :une technologie consolidée, un pro-duit final uniforme avec une densitévolumétrique élevée et une surfaceexterne carbonisée qui en facilitel’auto-allumage et préserve la bri-quette de l’humidité à l’entrée, le troucentral de la briquette améliore lacombustion grâce au passage de l’airdans la première phase de combu-stion. Ses inconvénients sont lanécessité de matériaux avec unehumidité très basse, la puissanceélevée et l’usure de la vis d’alimen-tation.

EFFET DU PRÉCHAUFFAGE

Le préchauffage des résidus végé-taux prolonge la durée de vie de lamachine, réduit les consommationsde carburant et augmente la pro-duction finale de la machine com-pacteuse. En laboratoire, on aobservé que le travail nécessairepour la densification peut êtreréduit d’environ la moitié en pré-chauffant la matière végétale brute(Graphique 1).Il est évident que pour certains maté-riaux une augmentation de pressionà un certain niveau de températurefait augmenter la densité ; il est plusintéressant d’analyser le graphiquequi met en évidence l’augmentationde densité du matériau avec l’aug-mentation de la température sous lamême charge à l’intérieur d’unepresse hydraulique. Cela signifie lemaintien de la production tout enconservant la même densité du pro-duit.En conclusion, le chauffage du pro-duit comporte une réduction trèsimportante de la puissance requise(15-20 %) avec une économie d’é-nergie évidente et la limitation de l’u-sure des machines. �

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Effet de la temperature sur la densité de la briquette en fonction de l’augmentation de la pression