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Pyrolyse
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La pyrolyse est la décomposition ou thermolyse d'un composé organique par la chaleur pour obtenir d'autres produits (gaz et matière) qu'il ne contenait pas. L'opération est réalisée en l'absence d'oxygène ou en atmosphère pauvre en oxygène pour éviter l'oxydation et la combustion (L’opération ne produit donc pas de flamme). Il s'agit du premier stade de transformation thermique après la déshydratation.
Elle permet généralement d'obtenir un solide carboné, une huile et un gaz. Elle débute à un niveau de température relativement bas (à partir de 200 °C) et se poursuit jusqu'à 1 000 °C environ. Selon la température, la proportion des trois composés résultants est différente[1].
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Définition
Une des premières préoccupations de la chimie analytique depuis Antoine Lavoisier a été de déterminer les éléments, c'est-à-dire les produits dont sont composés tous les corps. Il a fallu trouver des méthodes pour diviser les corps complexes, puis caractériser les corps élémentaires issus de cette décomposition.
La pyrolyse, l'hydrolyse ou l'électrolyse, sont les outils de de la chimie analytique pour la détermination de ces corps. Du grec pur, puros (πuρ πuρos) « feu » et du suffixe -lyse (λύσις) « dissolution », la pyrolyse signifie analyse par le feu. De la même manière, hydrolyse signifie analyse par l'eau et électrolyse, analyse par l'électricité[2].
Dès le XVIIIe siècle, avant que le terme n'existe, des opération de pyrolyse sont réalisées dans l'industrie pour obtenir entre autres du coke à partir de la houille, ou des gaz manufacturés (Essentiellement du gaz de houille mais des expériences seront également tentées, par des procédés similaires, avec des succès variables, à partir de bois (gaz de bois), de résines (gaz de résine), d'huiles (gaz d'huile), de schiste bitumineux (gaz portatif comprimé), de déchets de l'industrie pétrolière (gaz de pétrole), etc.), appelées , « distillation » ou « distillation sèche ». Ces opérations doivent être plus justement appelées pyrolyse: dans l'acceptation moderne la distillation est un procédé de séparation des constituants d'un mélange homogène dont les températures d'ébullition sont différentes; la pyrolyse est la décomposition d'un composé organique par la chaleur pour obtenir d'autres produits (gaz et matière) qu'il ne contenait pas. Dans la pyrolyse, le matériau est détruit (C'est la même différence qui existe entre séparer les cartes d'un jeu (distillation), et découper les cartes avec des ciseaux (pyrolyse)). On peut supposer que par analogie, la cornue en verre, utilisée dans les opérations de distillation donnera son nom aux cornues en matériau réfractaire utilisées dans l'industrie, dans les opérations de pyrolyse, bien qu'il n'existe pas grand chose de commun entre les deux.
Il ne faut pas non plus confondre la pyrolyse avec la combustion (ou l'incinération): des processus d'oxydo-réduction réalisés par le feu en présence d'oxygène.
Principe
Tous les corps organiques complexes sont composés de chaînes de molécules (polymère ; par exemple plastiques, caoutchouc, bois, papier, etc.). La chaleur permet de casser cette chaîne et de produire des molécules organiques plus petites, par exemple de méthane CH4.
Lorsqu'un corps solide, comme du bois, brûle, cela se fait souvent de la manière suivante :
- L'humidité éventuelle est évaporée (déshydratation).
- La chaleur de la flamme décompose la matière en molécules légères.
- les molécules légères, du type méthane, brûlent avec le dioxygène de l'air O2.
On a donc en fait une combinaison pyrolyse/combustion d'un gaz, la combustion entretenant la pyrolyse jusqu'à disparition du corps organique.
La plupart du temps, on parle de pyrolyse pour la décomposition sans flamme (par exemple la décomposition des graisses dans le processus de nettoyage d'un four dit « à pyrolyse »).
Applications
La pyrolyse pourrait avoir un avenir industriel intéressant.
Face à l'approche du pic pétrolier et au danger de l'effet de serre, les énergies renouvelables font l'objet d'un intérêt accru, et la pyrolyse pourrait être un procédé intéressant pour valoriser certaines formes de biomasse actuellement utilisée de manière peu efficace ou même simplement brûlée en plein champ (paille, bagasse de canne à sucre, feuilles, écorces, déchets de bois et agricoles dont coques de noix de coco, de cacahuètes, etc).
Si on pyrolyse ce genre de biomasse, on obtient des vapeurs, un gaz combustible (gaz de synthèse) et des minéraux solides (recyclables en agriculture) et du charbon de bois utilisable comme amendement (Biochar ou agrobiochar) ou comme combustible (biocharbon) intéressant d'un point de vue écologique.
La maîtrise des flux et des températures permet de récupérer des condensats de vapeurs (dont à température ambiante) pour par exemple produire une huile pyrolytique, qui peut servir de carburant, et peut également fournir quelques produits chimiques comme du phénol. La partie non condensable comprend un mélange de nombreux gaz (CO, CO2, H2, CH4, etc) et peut également servir de combustible. La proportion des différents produits dépend de la matière première mais surtout des conditions de pyrolyse.
Une pyrolyse longue (plusieurs heures à plusieurs jours selon le volume de bois ou déchets végétaux et selon le matériel utilisé), à température modérée (400 °C), dite aussi carbonation produit du charbon de bois (charbon végétal) - technique séculaire, récemment améliorée pour ses développements industriels (pyrolyse plus rapide, dont pyrolyse de quelques minutes, voire secondes à des températures de 500 à 800 degrés qui produit alors moins de charbon et plus de vapeurs.
La pyrolyse est également une phase préalable à la gazéification, autre voie prometteuse parmi les énergies renouvelables.
La pyrolyse classique se fait dans l'air sec, mais il existe aussi une variante qui se fait dans l'eau, et s'appelle la dépolymérisation thermique. Elle permet de convertir des biodéchets en carbones solides, gaz, eau, et surtout hydrocarbures, fournissant un syncrude de bonne qualité.
Des fours à pyrolyse sont aussi utilisés pour la destruction de déchets industriels, avec le risque de conserver des composés toxiques dans le cas par exemple des organochlorés (pesticides ou autres) si le cycle est mal contrôlé.
Notes et références
- LA PYROLYSE définition sur le site Ecole nationale des mines Saint-Étienne
- Mémoires de la Société des sciences physiques et naturelles de Bordeaux. Gauthier-Villars, 1869 (Livre numérique Google)
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- (fr) Pyrolyse de pneus usagées sur le site de Pyrum Innovations
- (fr) Destruction de déchets industriels par pyrolyse Présentation d'une solution innovante de pyrolyse pour le traitement et la valorisation des déchets industriels spéciaux, dangereux ou toxiques.
- Frédéric Douard, base de données sur la pyrolyse des biomasses, dite « BioprocDB », mise en ligne (par le Centre allemand de recherche sur la biomasse (DBFZ – Leipzig) et l’Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT – Bade-Wurtemberg), d'après ADIT, Oct 2011
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