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RÉSUMÉ
Le bois énergie est souvent associé au bois de feu mais on le considère de plus en plus comme un moyen de réduire les émissions à effet de serre , ce qui le fait passer d'un statut purement économique, lié à son coût relatif aux énergies fossiles, à celui d’énergie renouvelable. Dans cet article , le bois énergie est d'abord présenté comme une ressource durable. Sont exposées ensuite les propriétés physiques et thermiques importantes lors de l’utilisation énergétique de ce matériau, suivi du descriptif des réactions chimiques intervenant lors de la transformation du bois en énergie thermique ou en combustibles gazeux, liquides ou solides. Enfin , les procédés permettant d’assurer ces transformations qu’ils soient à l’état de recherche, de développement, ou mature , sont décrits.
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Xavier DEGLISE : Pr Enseignant-chercheur Laboratoire études recherches matériau bois (LERMAB) – (EA 4370 – USC INRA 1445) Université de Lorraine – Vandœuvre-lès-Nancy, France
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André DONNOT : Dr Enseignant-chercheur Laboratoire études recherches matériau bois (LERMAB) – (EA 4370 – USC INRA 1445) Université de Lorraine – Vandœuvre-lès-Nancy, France
INTRODUCTION
L’utilisation du bois par l’homme pour se chauffer est des plus anciennes et se trouve souvent réduite à la combustion et à la fabrication de charbon de bois. Au cours du dernier siècle, d’autres techniques d’utilisation ont vu le jour comme la gazéification. Le développement de nouvelles applications énergétiques du bois est souvent associé à des crises énergétiques, en particulier les deux crises pétrolières, mais aujourd’hui l’intérêt se décale vers les problèmes environnementaux en particulier l’épuisement des ressources énergétiques fossiles et le réchauffement climatique.
À chaque problème, le bois énergie propose une solution : le charbon de bois pour la conservation de l’énergie, la combustion pour maintenir un niveau de confort thermique, la gazéification pour la propulsion des véhicules, etc. Avoir une vision synthétique des possibilités qu’offre le bois en tant que source d’énergie semble important à un moment où des choix stratégiques d’avenir sont en train de se décider.
Les différents procédés de valorisation énergétique du bois sont en fait très nombreux et pour la plupart opérationnels avec un minimum d’efforts et de moyens financiers. Il est seulement dommage que les travaux réalisés dans les années 1980 n’aient pas été poursuivis, ce qui oblige à mettre en œuvre de technologies importées pour lutter contre l’effet de serre.
Il faut cependant être réaliste : le bois est une matière première délocalisée qui va nécessiter des procédés de valorisation énergétique de taille raisonnable, pour une production d’énergie de complément.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2004 par Xavier DEGLISE, André DONNOT
- Version archivée 2 de janv. 2017 par Xavier DEGLISE, André DONNOT
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Valorisation énergétique du bois
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2. Composition et propriétés du bois
2.1 Composition chimique du bois
Le bois, matière organique, est composé de trois polymères principaux que sont la cellulose, la lignine et les hémicelluloses.
La cellulose (figure 9), polymère à haute masse molaire (DP 10000), dont l’élément de base est un motif cellobiose (deux glucoses), se présente sous forme de fibrilles et constitue la structure de la paroi cellulaire du bois. Elle représente de 40 à 50 % de la masse de matière sèche.
DP pour degré de polymérisation.
Les hémicelluloses (figure 10), polymères ramifiés à basse masse molaire (DP 50 à 300), sont constituées de sucres en C5 (pentoses) ou C6 (hexoses) et peuvent représenter de 10 à 30 % de la masse de matière sèche.
La lignine (figure 11), polymère phénolique, constitue la matrice de cette paroi cellulaire et représente de 23 à 33 % de la masse sèche chez les résineux et de 16 à 23 % chez les feuillus.
En plus de ces éléments constituant la structure du bois, le bois peut contenir, en masse, de 5 à 30 % d’extractibles (tanins, huiles, résines, gommes, etc.) et jusqu’à 1 % de constituants inorganiques, contenant en particulier du calcium, du sodium, du potassium et de la silice, posant quelques problèmes en valorisation énergétique (fusion des cendres).
La composition du bois varie selon l’essence, mais également selon de multiples paramètres tels que la nature du sol, les conditions de croissance, l’âge de l’arbre ou la période d’abattage.
L’analyse élémentaire du bois fait apparaître trois éléments principaux que sont le carbone, l’hydrogène et l’oxygène. On retient couramment la répartition massique suivante :
-
carbone : 50 % ;
-
hydrogène : 6 % ;
-
oxygène : 44 %.
La « molécule bois » aurait donc pour formule approchée : CH1,44O0,66 . Le bois peut également contenir de l’azote, 1 % en masse en moyenne, en plus des composés minéraux cités précédemment.
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Composition et propriétés du bois
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRANIER (A.), LOUSTAU (D.), KOWALSKI (A.), RAMBAL (S.), BERBIGIER (P.) - Le bilan carbone des forêts, approche basée sur la mesure du flux de CO2 , - n° 88, p. 19‑27 (2002).
-
(2) - DEGLISE (X.), DONNOT (A) - Optimal use of forest resources to mitigate climate change. - Renewable Forest Resources : Innovative developpement in forestry RR 2012, St Petersbourg, n° 7, juin 2012.
-
(3) - AGOSTINI (A.), JUNTIOLI (J.), BOULAMENTI (A.) - Carbon acounting of forest bioenergy. - European Commission JRC technical report, Luxembourg édition (2013).
-
(4) - Forêt et atténuation du changement climatique. - Les avis de l’ADEME, juin 2015.
-
(5) - Données des écobilans dans la construction 2009/1:2016 - https://www.kbob.admin.ch
-
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