effet du mode de défibrage sur les propriétés des granules énergétiques et des...
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Laboratoire de biomatériaux de l’Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
Présenté par : Fedi Boukhris Directeur : Pr. Ahmed Koubaa
Codirecteur : Pr. Sébastien Migneault
Effet du mode de défibrage sur les propriétés des granules énergétiques
et des composites bois-polymère
Novembre 2017
Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
2001 18 254 448*
m3
Chute de 53 % * Service canadien des forêts
Consommation intérieure en bois pour les industries des pâtes et
papiers au Canada
2015 8 566 391*
m3
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Nouvelles alternatives de valorisation de bois de bouleau blanc
Les composites bois-polymère Les granules énergétiques
Bouleau blanc - 10,8% du territoire québécois - Destiné principalement pour l’industrie papetière - Désormais peu exploitée
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Le défibrage ?
L’opération qui permet de mettre le bois sous forme de fibres, employées dans la fabrication des produits à base de bois
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- Composites bois-polymère
- Granules
énergétiques
- Pâte mécanique
- Pâte thermomécanique TMP
- Pâte chimico-thermomécanique CTMP
Propriétés
mécaniques et
physiques
limitées
Pâte explosée à la vapeur
Amélioration des
propriétés
Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature 5
Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Objectif général :
• Evaluer le potentiel du bouleau blanc pour la production des granules
énergétiques et des composites bois-polymères,
Objectifs spécifiques :
• Concevoir des CBP avec des propriétés physico-mécaniques améliorées,
• Produire des granules énergétiques ayant de meilleures propriétés
calorifiques et mécaniques,
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Cop
eaux
de
boul
eau
blan
c Thermomécanique
Chimique
Vapeur
Centre de recherche des matériaux lignocellulosique (CRML)
Laboratoire Biomatériaux de l’UQAT selon le brevet de Kokta (1992)
• [150 μm; 710 μm]
• >710 μm
Granulométrie Tamisage
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Matériel
Plastique (PEHD)
Fibres de bois
MAPE (Agent de couplage)
Extrusion Bi-vis
Les composites bois polymères
Extrusion Bi-vis Eprouvettes des essais mécaniques et physiques
Moulage par injection
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Matériel
Granules énergétiques
Fibres de bouleau blanc
- Thermomécanique
- Chimique - vapeur
Granuleuse Pilote Granules énergétiques
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Méthodes Propriétés des fibres de bois
Anatomique Chimie de surface Thermique TGA
Propriétés des CBP
Mécaniques
Flexion trois-points
Traction
Impact
Physiques
Thermique DSC
Stabilité dimensionnelle
Propriétés des granules énergétiques
Durabilité Pouvoir Calorifique supérieur Masse volumique
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation des fibres de bouleau blanc
Propriétés morphologiques : Analyse de la qualité des fibres (Metso)
Longueur moyenne arithmétique des fibres selon le mode de défibrage
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
CTMP TMP SEP
Longueur
moye
nne
arith
métique (m
m)
Type des fibres
Pâte à vapeur
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation des fibres de bouleau blanc
Différences entre les courbes de FTIR, des fibres SEP par rapport les fibres de bouleau blanc non traitées, TMP et CTMP
[VALEUR X] 3 359,09
1 103,30
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Nombre d’onde
Ab
sorb
ance
Bouleau blanc non traitéBouleau blanc TMPBouleau blanc CTMPBouleau blanc SEP
-C-O- Esters et acides
-C=O Ester aliphatiques
et aromatiques
-O-H- Alcools et phénols
Chimie de surface : FTIR
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation des fibres de bouleau blanc
Propriétés thermiques : Analyse thermogravimétrique
Courbes thermogravimétriques et des dérivées thermogravimétriques (DTG) des fibres de bois de bouleau blanc; CTMP, TMP et SEP et des échantillons en polyéthylène haute densité (HDPE).
(a) : dégradation des hémicelluloses, (b) : dégradation de la cellulose
Dégradation des hémicelluloses
Evaporation
Dégradation des celluloses
Début de dégradation des Fibres TMP
et CTMP 188 °C
Début de dégradation des Fibres SEP
237 °C Début de dégradation
du PEHD 330 °C
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation mécanique des composites bois-polymères
Essai de flexion trois points
30 40 50
0
25
50
75
Pourcentage des fibres dans le mélange (%)
MO
R (
GP
a)
CTMP TMP SEP
30 40 50
1
2
3
Pourcentage des fibres dans le mélange (%)
MO
E (G
Pa)
CTMP TMP SEP
Variation du MOE et MOR en flexion des CBP en fonction de la teneur en fibres
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation physique des composites bois-polymères
Stabilité dimensionnelle
Variation du gonflement en épaisseur en fonction de la teneur en fibres et le mode de défibrage
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
30 40 50
Gain
en é
paisse
ur (%
)
Teneur en fibres (%)
TMP CTMP SEP
Variation du gonflement massique en fonction de la teneur en fibres et le mode de défibrage
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
30 40 50
Gain
en m
ass
e (%
)
Teneur en fibres (%)
TMP CTMP SEP
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation mécanique des granules énergétiques
Durabilité des granules énergétiques en fonction de l’humidité
Chimique
(50 Hz)
Thermo-
mécanique
(50 Hz)
Vapeur
(50 Hz)
Durabilité (%) 98,20 96,06 98,69
Humidité base humide (%) 8,60 6,77 14,01
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation thermique des granules énergétiques
Pouvoir calorifique supérieur PCS
15000,00
17000,00
19000,00
21000,00
Type de fibres
PCS b
ase
hum
ide (kJ/
kg) Bouleau non traité
CTMP
TMP
SEP
Granules du marché - Trebio
PCS base humide des granules énergétiques en fonction du type de fibres utilisées
Pate à vapeur
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Caractérisation physique des granules énergétiques
Masse volumique
Type de fibres Masse volumique (kg/m3)
Thermomécanique 1451,55
Chimique 1459,37
Vapeur 1460,58
≅
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Objectifs Résultats et discussions Conclusions
Matériel et méthodes Contexte Revue de
littérature
Conclusions
• Ce projet permet de développer une expertise sur l’effet des propriétés
des fibres sur les caractéristiques des CBP et la qualité des granules
énergétiques,
• Les CBP à base de la pate à vapeur montrent une meilleure résistance à
l’absorption d’eau, cependant, leurs propriétés mécaniques restent
inférieurs aux CBP à base des fibres Thermomécaniques et Chimique,
• Le procédé de la pate à vapeur permet la production des granules
énergétiques avec des meilleures caractéristiques calorifiques et
mécaniques.
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Remerciements
MERCI DE VOTRE ATTENTION