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UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC MÉMOIRE PRÉSENTÉ À L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN SCIENCES ET GÉNIE DES MATÉRIAUX LlGNOCELLULOSIQUES PAR LUCIE CHERPOZAT UTILISATION DES ULTRASONS COMME PRÉTRAITEMENT À UN PROCÉDÉ DE PYROLYSE CONVENTIONNELLE MAI 2018 Université du Québec à Trois-Rivières Service de la bibliothèque Avertissement L’auteur de ce mémoire ou de cette thèse a autorisé l’Université du Québec à Trois-Rivières à diffuser, à des fins non lucratives, une copie de son mémoire ou de sa thèse. Cette diffusion n’entraîne pas une renonciation de la part de l’auteur à ses droits de propriété intellectuelle, incluant le droit d’auteur, sur ce mémoire ou cette thèse. Notamment, la reproduction ou la publication de la totalité ou d’une partie importante de ce mémoire ou de cette thèse requiert son autorisation. UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À TROIS-RIVIÈRES MAITRISE EN SCIENCES ET GÉNIE DES MATÉRIAUX LlGNOCELLULOSIQUES (Msc. A.) Programme offert par l'Université du QUÉBEC À TROiS-RIVIÈRES L'UTILISATION DES ULTRASONS COMME PRÉTRAITEMENT À UN PROCÉDÉ DE PYROLYSE CONVENTIONNELLE PAR LUCIE CHERPOZAT Cette maitrise a été dirigée par: Eric Loranger, Ph.D., ing. UQTR Directeur de recherche, grade Institution à laquelle se rattache l'évaluateur Claude Daneault, Ph.D, chimie. UQTR Codirecteur de recherche, grade Institution à laquelle se rattache l'évaluateur Jury d'évaluation de la thèse: Eric Loranger, Ph.D., ing. UQTR Prénom et nom, grade Institution à laquelle se rattache l'évaluateur Bruno Chabot, Ph.D, ing. UQTR Prénom et nom, grade Institution à laquelle se rattache l'évaluateur André Lajeunesse, Ph.D, chimie UQTR Prénom et nom, grade Institution à laquelle se rattache l'évaluateur Mémoire soumis le : 23/05/2018 11 III Avant-propos Du plus loin que je me souvienne, les sciences m'ont toujours fascinées car avec elles, le savoir et la compréhension du monde qui nous entoure apportent des réponses que tout enfant se pose en grandissant. Et comme beaucoup d'entre eux, j'étais très curieuse! Je voulais connaître les étoiles, savoir comment se forme les nuages, tant de questions qui ont trouvés des réponses grâce aux émissions de télévision « Cest pas sorcier» ou encore les reportages découvertes sur France 5 que je regardais tous les midis. Autant d'émissions qui mon données le goût des sciences, dès mon plus jeune âge. C'est fort logiquement que je me suis dirigée vers une filière scientifique dès que j'en ai eu l'occasion. Le choix de la chimie plus particulièrement, s'est fait quelques années plus tard, lorsque j'ai réalisée l'importance que celle-ci avait dans la vie de tous les jours mais aussi le nombre incroyable de possibilités qu'elle offre notamment dans le domaine des cosmétiques! C'est pourquoi j'ai choisi de commencer ma vie universitaire par un diplôme en chimie générale puis une licence professionnelle en formulation. Cette dernière année, nous offre la possibilité de parfaire nos compétences au travers d'un stage en entreprise, or une occasion qui ne se refuse pas s'est présentée par la proposition d'un stage dans un laboratoire du Québec. Je revois encore ma professeure de l'époque nous annoncée cette nouvelle et précisant qu'il n'y a qu'une place. J'ai su à ce moment-là que c'était pour moi. Sans même en parler à mes parents, je me suis dirigée à la fin du cours dans le bureau de la responsable des échanges à l'international afin de lui faire part de mon envie et de mon intention de faire ce stage. Bien que celui-ci n'entrait pas totalement dans la suite de mon projet d'avenir, quelque chose au fond de moi m'interpellait. J'ai ainsi pris l'avion en mars 2015 vers Montréal et son froid polaire! Malgré des conditions climatiques pas des plus attrayantes, ces 4 mois passés à l'UQTR m'ont donné le goût d'y revenir au plus vite, et suite au très bon stage effectué, le professeur Loranger m'a proposé de poursuivre mon aventure au Québec au travers d'une maitrise en science et génie sur les matériaux lignocellulosiques. Un sujet bien loin de mes envies premières (cosmétique), mais qui m'offrait ici l'opportunité de travailler sur un sujet novateur, pleinement encré dans le contexte actuel. À travers ce sujet, je contribue à ma façon à un avenir plus propre et plus sains à la fois pour l 'Homme et pour la planète. IV Remerciements Bien qu' une maîtrise soit moins fastidieuse qu'un doctorat, il n'en reste pas moins que le soutient et l'aide que l'on peut recevoir pendant ces deux années sont très importants en particulier dans la recherche où il ne faut jamais baisser les bras, même quand rien ne fonctionne comme on le souhaiterait. C'est pourquoi j 'aimerais commencer par remercier mon directeur et mon co-directeur, les Docteurs Éric Loranger et Claude Daneault pour m'avoir accompagné tout au long de ce projet mais aussi pour m'avoir fait confiance dès le départ. Cela m'a permis de prendre plus d'assurance en moi et de pleinement entreprendre la tâche qu' il m'avait confiée. J'aimerais également remercier tous les membres du Centre de Recherches sur les Matériaux Lignocellulosiques de l'Université du Québec à Trois-Rivières qui ont été très accueillant et toujours prêt à aider. Plus particulièrement, j'aimerais remercier Mme Isabelle Boulan pour l'aide précieuse qu 'elle m'a apporté au cours de ces deux années mais aussi pour la bonne humeur qu'elle apporte avec elle. J'aimerais également remercier M. David Myja, qui a toujours su répondre présent, sans oublié Mme Céline Leduc pour ses conseils et sa bonne humeur Je tiens également à souligner l'appui du CRSNG (Conseil de Recherches en Sciences naturelle et en Génie du Canada) pour le financement de mes recherches. Puisqu' il est coutume de garder le meilleur pour la fin, j 'aimerais remercier mon conjoint Benoît Bideau et bien évidemment ma famille. Grâce à leur précieux soutient et leurs encouragements, j 'ai pu mener à bien des projets qui me tenais à cœur. Depuis toujours, mes parents m'ont encouragé dans toutes les démarches que j 'ai entrepris, même si parfois, cela signifiait que je devais m'éloigner d'eux. Benoit à quant à lui était un grand atout car il m'a poussé à donner le meilleur de moi-même en toute circonstance, tout en rendant cette aventure dès plus agréable. C'est grâce à eux que j 'en suis ici aujourd 'hui! Un grand merci à eux!! Mai 2018 v Résumé Depuis plusieurs années, l'industrie forestière canadienne cherche à se diversifier afin de faire face à la baisse constante du marché traditionnel des pâtes et papiers. En effet, l'utilisation accrue des médias numériques, ainsi que l'émergence de l'industrie papetière en Chine, ont conduit à une diminution des marchés papetiers canadiens. Afin de relancer cette industrie, les recherches se concentrent sur de nouvelles utilisations du bois, c'est le cas notamment de la conversion thermochimique de la biomasse forestière. En ce sens, de nombreuses technologies sont déjà disponibles comme la gazéification, la carbonisation, la torréfaction ou encore la pyrolyse. Toutefois, c'est cette dernière qui présente le plus d'intérêts aux yeux des industriels, puisqu'elle conduit à l'obtention de bio-huile qui constitue une formidable source de carbone et donc d'énergie. De plus, ce procédé s'inscrit pleinement dans un contexte de développement durable, avec pour objectif la substitution des combustibles fossiles. Les raisons économiques et l'aspect environnemental sont d'autant plus de motivation qu'ils tendent ainsi à favoriser l'émergence de ces procédés, en quête de cet or <<vert». Toutefois, les rendements obtenus en huiles sont encore trop faibles pour être économiquement viable à l'échelle industrielle. La pyrolyse du bois est donc au centre de nombreuses attentions afin d'optimiser l'ensemble des facteurs influençant ces rendements. En ce sens, plusieurs procédés de pyrolyse ont été développés (pyrolyse lente, rapide et flash) pour répondre aux différentes demandes. Dans notre cas, nous nous sommes penchés sur la pyrolyse lente qui s'avère plus facile à mettre en œuvre à l'échelle du laboratoire. Ce procédé, déjà largement décrit dans la littérature, n'offre cependant pas les meilleures dispositions pour l'obtention d'huile avec de hauts rendements (- 75%). Nous cherchions donc une nouvelle technique qui constituerait une aide à la pyrolyse pour augmenter le rendement en huile rendant cette dernière plus attrayante d'un point de vue économique. Il se trouve que le professeur Loranger, directeur de recherche pour ce mémoire, étudie depuis de nombreuses années la technologie novatrice des ultrasons et leurs plus-values. Notamment à travers leur utilisation pour la production de nanocellulose oxydée par TEMPO, une base biosourcée pour divers composites. C'est pourquoi nous avons envisagés de coupler la pyrolyse avec des ultrasons à basses et hautes fréquences VI afin de favoriser la production de bio-huile. Malheureusement, un obstacle de taille se dresse devant ce couplage, puisqu'aucun matériau composant les sondes ultrasoniques ne peut résister aux très fortes températures maintenues à l'intérieur du réacteur lors d'une pyrolyse. Suite à ce constat nous avons développée une méthode de prétraitement de la biomasse comme alternative. Ce prétraitement peut ensuite s'appliquer aux autres types de pyrolyse pour améliorer leurs rendements en huile. Notre intérêt s'est porté sur l'utilisation de la sonochimie puisque cette technologie a démontré son potentiel pour hydrolyser la biomasse lignocellulosique, initier des réactions radicalaires oxydantes, extraire la lignine et des matières extractibles du bois. Le prétraitement de la biomasse par uploads/Litterature/ 032073385.pdf