Séchage de copeaux de bois et de bagasse : comparaison expérimentale et numérique

Paul Guillou^1, ⋆, Olivier Marc¹, Laetitia Adelard¹, Daniel Madyira², Esther Akinlabi², Jean Castaing-Lasvignottes^1
⋆ : paul.guillou@univ-reunion.fr
¹ Laboratoire PIMENT (Physique et Ingénierie Mathématique appliquées à l’Energie, à l’environnemeNt et au bâtimenT)
² Département d’ingénierie mécanique, Université de Johannesburg
Mots clés : Expérimentale, Modélisation, Milieux Poreux, Volumes finis
Résumé :

En 2017, la production d’électricité à partir de la bagasse, biomasse locale à La Réunion issue de la production de sucre, était de 261 GWh, soit 9 % du mix électrique. En 2019, le gisement de déchets verts et bois de palettes à la Réunion a été estimé à 89212 tonnes par an. De façon générale, les déchets issus de la biomasse représentent une ressource importante pouvant faire l’objet de diverses valorisations comme combustible, isolant thermique/hydrique ou paillage agricole par exemple. Cependant, ces matériaux sont assez humides et un séchage préalable améliorerait de façon significative leur potentiel d’utilisation. Pour cela, il est nécessaire d’étudier les phénomènes couplés de transferts de masse et de chaleur à la surface et au sein du matériau. Pour aborder cette problématique, nous avons choisi de coupler l’approche expérimentale et numérique, appliqué à deux biomasses locales : des copeaux de bois (Cryptomeria japonica) et de la bagasse.

La première approche nous conduit à placer les matériaux dans un cylindre grillagé et fabriqué à base de fibre de verre d’une capacité de 7,6 litres. Au centre de celui-ci, une sonde enregistreuse de température et d’humidité relative est installée. L’ensemble est placé dans une étuve dont la température de consigne est fixée à 50^∘C. Le lit de matériau est régulièrement pesé afin d’obtenir le suivi de la teneur en eau globale.

La deuxième approche consiste à modéliser le milieu comme composé de 3 phases (solide, liquide et gazeuse) sur lesquelles sont établies les équations de conservation de masse et d’énergie. Les lois de transferts concernent la conduction de chaleur dans la phase solide et la diffusion moléculaire dans la phase gazeuse. L’évaporation de la phase liquide vers la phase gazeuse est prise en compte ainsi que l’équilibre liquide/vapeur par l’équation de saturation de l’eau tandis que l’équilibre solide/gaz est donné par le modèle d’isotherme de sorption de Smith. Ce système d’équations est discrétisé selon la méthode des volumes finis, permettant de connaitre la distribution spatiale des variables.

Les résultats expérimentaux et numériques sont comparés en termes de température et d’humidité relative interne ainsi que pour la teneur en eau de la biomasse. Globalement, les temps de séchages sont compris entre 3 et 6 jours pour des masses humides de biomasses comprises entre 0,5 kg pour les copeaux de bois et 1 kg pour la bagasse. Les coefficients de transfert choisis permettent d’obtenir des résultats numériques en adéquation avec ceux obtenus expérimentalement pour les deux biomasses étudiées durant la totalité du processus de séchage.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2020-018

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