PU Junjie soutiendra sa thèse le 6 novembre au LAGEP.

Titre : Modélisation cinétique de l’hydroconversion catalytique de la lignine pour la production d’aromatiques
Résumé De nos jours, en raison de l’épuisement des combustibles fossiles et des préoccupations environnementales, la transformation de la biomasse lignocellulosique représent un important challenge pour fournir des biocarburants et des bioproduits dans un futur proche. La lignine, qui représente près de 30 %pds de la biomasse lignocellulosique, est la bioressource la plus pertinente et la plus abondante pour produire des composés aromatiques grâce à sa structure polymérique composée d’unités phénylpropane avec des liaisons éthers. Dans ce contexte, l’utilisation de la lignine en tant que précurseur de composés aromatiques suscite beaucoup d’attention de par son faible coût et sa haute disponibilité puisque co-produit dans l’industrie papetière ou les bio-raffineries. Dans la littérature, il apparaît que l’hydroconversion catalytique de la lignine constitue une méthode thermochimique intéressante pour obtenir des rendements élevés en produits liquides. Le but de ce travail était d’étudier les processus réactionnels lors de ce procédé et de développer un modèle cinétique pour l’hydroconversion catalytique de la lignine sur un catalyseur sulfure (CoMoS/Al2O3).
Dans la première partie de ce travail, des mesures cinétiques ont été effectuées dans un solvant donneur d’hydrogène (tétraline) à 350 °C et 80 bars en utilisant un réacteur semi-continu, ouvert sur le gaz avec l’alimentation continue en H2 et équipé d’un condenseur à reflux et de pièges refroidis. Les produits récupérés ont été isolés en quatre fractions : gaz (méthane, dioxyde de carbone, alcanes légers, etc.), liquide organique (phénols, aromatiques, naphtènes, etc.), résidus solubles dans le THF et insolubles dans le THF. Grâce à plusieurs outils analytiques appropriés (GPC, RMN, GCGC, etc.), l’évolution et la composition de ces différentes fractions en fonction du temps de réaction ont été étudiés afin de comprendre les transformations lors de la conversion. Un schéma réactionnel (approche regroupée) a été établi sur la base de ces observations.
La deuxième partie de ce travail a été consacrée au développement d’un modèle cinétique paramétré permettant de décrire mathématiquement chaque étape de réaction au cours de l’hydroconversion de la lignine. Premièrement, les phénomènes physiques impliqués (comportement hydrodynamique des gaz dans notre installation, équilibre vapeur-liquide des mélanges et transfert de masse liquide-gaz) ont été caractérisés. Par la suite, un modèle complet de réacteur a été construit en couplant la cinétique chimique appropriée et les caractérisations physiques. En prenant les données expérimentales recueillies comme base, des paramètres cinétiques fiables (constantes de vitesse et coefficients stœchiométriques) pour chaque étape de réaction ont été obtenus au moyen d’une technique de régression non linéaire. Le modèle résultant nous permet d’avoir une compréhension approfondie du processus de conversion de la lignine.

Mot clés :
- Lignine
- Hydroconversion catalytique
- Catalyseur sulfure
- Schéma réactionnel
- Modèle cinétique

Jury:
M. Haarlemmer, Geert Ingénieur de Recherche CEA/LITEN Rapporteur
M. Pinard, Ludovic Maître de Conférences ENSIP/IC2MP Rapporteur
M. Ducrot, Paul-Henri Directeur de Recherche INRA/IJPB Examinateur
M. Puel, François Professeur CentraleSupélec/LGPM Examinateur
M. Fongarland, Pascal Professeur UCBL1/LGPC Examinateur
Mme. Tayakout-Fayolle, Mélaz Professeure UCBL1/LAGEP Examinateur

Mme. Laurenti, Dorothée Chargée de Recherche CNRS/IRCELYON Directrice de thèse
Mme. Pitault, Isabelle Chargée de Recherche CNRS/LAGEP Co-directrice de thèse