Torréfaction du bois et de ses constituants : expériences et modélisation des rendements en matières volatiles

Actuellement, l’industrialisation de la torréfaction de biomasse se heurte notamment à un manque de connaissances de la nature et de la quantité des matières volatiles produites en fonction des conditions opératoires et de la matière première. L’objectif de ces travaux est donc de mieux comprendre comment s’opère la torréfaction de la biomasse, en se concentrant sur l’étude de la perte de masse du solide et des rendements en matières volatiles. La torréfaction est considérée à partir de bois sec, sous atmosphère inerte et suivant un palier à une température comprise entre 200°C et 300°C. Lors d’une étude expérimentale, du hêtre et ses constituants, à savoir cellulose, xylane et lignine, ont été torréfiés, en régime chimique, dans une thermobalance et dans un pilote de torréfaction à échelle laboratoire. Le bilan matière boucle entre 97% et 104%. Les principales matières volatiles émises par la torréfaction de ce bois sont l’eau, le formaldéhyde, l’acide acétique et le CO2. De l’acide formique, du CO, du méthanol et du furfural sont aussi mesurés en quantité moindre. Certaines de ces espèces ne sont pas produites par tous les constituants du hêtre. Il semble en particulier que l’acide acétique soit produit à partir de la dégradation des acétates contenus dans les hémicelluloses. Par ailleurs, il apparaît en première approximation que la transformation peut être correctement représentée par la loi d’additivité jusqu’à 250°C. Cela n’est plus le cas à 280°C et 300°C, du fait d’interactions entre la cellulose et les deux autres constituants du bois. Celles-ci ralentissent la vitesse de torréfaction de la cellulose. A partir de ces résultats expérimentaux, a été développé dans ces travaux un modèle de torréfaction du bois, basé sur la superposition de « sous-modèles » décrivant chacun la torréfaction d’un constituant du bois. Ce modèle, qui présente comme originalité de prévoir en fonction de la proportion du bois en cellulose/hémicelluloses/lignine à la fois le rendement en solide et en huit espèces volatiles, et de prendre en compte les interactions à l’aide d’un facteur empirique, a été validé sur les expériences de torréfaction du hêtre entre 220°C et 300°C. Son utilisation a mis en évidence l’influence significative des contenus en hémicelluloses et cellulose sur les rendements en produits de la torréfaction. ABSTRACT : The industrialization of the biomass torrefaction process requires better knowledge of the volatile species release versus operating conditions and feedstock. In this context, the present work aimed at studying solid mass loss and volatile species yields during biomass torrefaction. This transformation was considered on dry wood, at a temperature plateau between 200°C and 300°C and under inert atmosphere. First, torrefaction experiments were conducted under chemical regime on beechwood and its constituents – cellulose, lignin and hemicelluloses – in a thermobalance and in a lab-scale device. The mass balance closure was achieved with values ranging from 97 and 104%. The main volatile species measured were water, formaldehyde, acetic acid and CO2. Smaller amounts of methanol, CO, formic acid and furfural were also quantified. All those gas species were not produced by the three biomass constituents. In particular acetic acid seems to be produced by the degradation of the acetate groups contained in hemicelluloses. The results showed that in a first approximation torrefaction can be described by the additive law up to 250°C. But this law is not valid at 280°C and 300°C because of interactions between cellulose and the two other wood constituents. These interactions lead to a decrease in the torrefaction rate of cellulose. Based on these experimental results, a model of wood torrefaction was developed. It consists in the superposition of “sub-models” describing the torrefaction of each wood constituent. The originality of this model lies in its ability to predict both solid yield and eight volatile species yields depending on cellulose/hemicellulose/lignin wood composition, and to take into account interactions by means of an empirical factor. It was validated on beechwood torrefaction experiments between 220°C and 300°C. Finally, this model highlighted the significant influence of the proportion of hemicellulose and cellulose on torrefaction product yields

La difonctionnalisation d’énamides en utilisant des dérivés d’iode (III) hypervalent

Hypervalent iodine compounds such as (diacetoxyiodo)benzene (PIDA) are non-toxic and mild reagents that can behave in similar fashion to transition-metal complexes. Indeed, around the central iodine atom, ligands can be exchanged and then transferred through a formal reductive elimination. Following this strategy, halides can be used as ‘ligands’, in which case an umpolung of the salt can occur to give birth to electrophilic halogen species. Using LiBr, ethanol and PIDA, a variety of enamides underwent a regioselective ethoxybromination with high yields, short reaction time and good to excellent diastereoselectivity. One of the main interests of this reaction lies in the use of a cheap and widely available bromide salt (LiBr) to generate electrophilic halogen species by umpolung. Moreover, despite the oxidative nature of the reaction conditions, a wide scope of functional groups (olefins, esters, alcohols…) is tolerated. This reaction provides α-bromo-hemiaminals which are highly versatile synthons. For instance, various nucleophiles can be incorporated on the hemiaminal moeity and then engaged in further transformations. The development of an asymmetric variant of this transformation using chiral pool or chiral hypervalent iodine was unsucceful. This methodoly has been extended to the umpolung of other salts as chlorine with moderate to good yields (from 36% to 86%) and a moderate to very good diastereoselectivity (from 55/45 to 92/8) with a short reaction time (30 minutes). Mechanistic investigation for both reactions has been performed and an ionic parthway has been priviledge. The introduction of fluorine as an electrophile was not possible according to the litterature.Finally, the last halide, iodine can be tansfered and an ethoxyiodation reaction is under optimisation. Concerning the pseudo-halides, we devot a special attention to azides. Two methodologies has been set up : a diazidation reaction which yields are moderate (betwwen 20% and 52%), short reaction times (around 1 h) and moderate to good diastereoselectivity ratios (between 75/25 and 90/10) and an oxyamination reaction whiwh shows to be much more efficient with moderate to very high yields (from 31% to 95%), short reaction times (around 2 h), excellent diastereoselectivity ratio (superior to67/33). These two gathered reactions represent a useful tool for the introduction of a nitrogen. For the diazidation reaction, the intermediatories seem to be radicals whereas for the oxyamination reaction probably ionic species. . Thus, synthetic tools have been developped during this thesis for the difunctionnalisation of enamides by hypervalent iodine and particulary introduction of halides and azidesLors de ce travail de thèse qui visait à développer une méthode générale d’introduction d’halogénures et de pseudo-halogénures en se basant sur l’utilisation de réactifs d’iode hypervalent en tant que promoteurs d’umpolung, diverses avancées ont pu être accomplies. Tout d’abord, une réaction d'alkoxybromation régiosélective mettant en jeu des sels de bromure et du PIDA a été mise au point. Un des intérêts de cette réaction réside dans l'utilisation de LiBr peu coûteux comme source d'halogène électrophile (par inversion de polarité : umpolung). En outre, l'introduction de deux groupements de manière chimio- et régiosélective est possible sans recourir à l'utilisation d’un catalyseur métallique. Une large gamme d'énamides a été testée et les rendements sont généralement excellents (au dessus de 75 %) et les réactions rapides (moins d’une heure). En outre, la diastéréosélectivité oscille entre modérée et excellente. Ces produits éthoxybromés se sont aussi montrés très polyvalents et permettent l’accès à de nombreux motifs structuraux. Une version asymétrique de cette réaction en faisant intervenir des dérivés d’iode hypervalent chiraux n’a pas été couronnée de succès tout comme l’introduction de copules chirales. Le but initial était de mettre au point une méthode générale de difonctionnalisation d’énamides avec l’insertion d’halogénures. C’est pourquoi, notre stratégie a ensuite été étendue au chlore et une réaction d’éthoxychloration a été développée avec des rendements moyens à très bons (de 36% à 86%) un temps de réaction rapide (généralement autour de 30 minutes) et une diastéréosélectivité moyenne à très bonne (de 55/45 à 92/8). Les deux réactions d’éthoxybromation et d’éthoxychloration ont fait l’objet d’une investigation mécanistique (notamment par spectrométrie de masse) et il semblerait que le mécanisme soit ionique. Nous avons alors voulu appliquer cette méthodologie au fluor, élément dont l’introduction sélective sur un substrat est rarement triviale. En accord avec la littérature, nous avons conclu que le fluor ne pouvait être transféré directement en tant qu’électrophile. Enfin, une version d’éthoxyiodation a été validée et est en cours d’optimisation au laboratoire. Concernant les pseudo-halogénures, nous nous sommes uniquement intéressés aux azotures. Ayant réalisé qu’une réaction d’éthoxyazidation ne serait pas possible, une étude poussée des différents paramètres réactionnels adossée à la compréhension des mécanismes mis en jeu a été entreprise. Deux méthodologies ont alors pu être mises au point : une réaction de diazidation dont les rendements sont modérés ( entre 20% et 52%), les temps de réaction courts (environ 1 h) et des diastéréosélectivités moyennes à bonnes (entre 75/25 et 90/10) ainsi qu’une réaction d’oxyamination qui se montre bien plus efficace avec des rendements moyens à très bons (de 31% à 95%), des temps de réaction assez rapides (autour de 2 h), des diastéréosélectivités souvent excellentes (supérieures à 67/33) et un champ d’application bien plus large (Schéma 245). Ces deux méthodes réunies représentent un outil utile pour l’obtention de composés à la fois azotés et azidés. Dans ce cas, les intermédiaires réactionnels semblent être radicalaires même si des études complémentaires restent à effectuer.L’intérêt synthétique de ces deux types de composés a aussi fait l’objet de diverses études. Si la réduction du groupement azido en amine n’a pas pu être systématiquement accomplie, des réactions de cyclisation d’Huisgen sur les produits diazidés ont cependant fonctionné (les produits oxyaminés semblant trop encombrés stériquement). Quant au groupement TEMPO il a notamment pu être oxydé en cétone. Ainsi, des outils méthodologiques ont été développés lors de cette thèse, pour la difonctionnalisation oxydante d’énamides par des dérivés d’iode (III) hypervalent et en particulier, l’introduction d’halogénures et d’azotures

Torréfaction du bois et de ses constituants (expériences et modélisation des rendements en matières volatiles)

Actuellement, l industrialisation de la torréfaction de biomasse se heurte notamment à un manque de connaissances de la nature et de la quantité des matières volatiles produites en fonction des conditions opératoires et de la matière première. L objectif de ces travaux est donc de mieux comprendre comment s opère la torréfaction de la biomasse, en se concentrant sur l étude de la perte de masse du solide et des rendements en matières volatiles. La torréfaction est considérée à partir de bois sec, sous atmosphère inerte et suivant un palier à une température comprise entre 200C et 300C. Lors d une étude expérimentale, du hêtre et ses constituants, à savoir cellulose, xylane et lignine, ont été torréfiés, en régime chimique, dans une thermobalance et dans un pilote de torréfaction à échelle laboratoire. Le bilan matière boucle entre 97% et 104%. Les principales matières volatiles émises par la torréfaction de ce bois sont l eau, le formaldéhyde, l acide acétique et le CO2. De l acide formique, du CO, du méthanol et du furfural sont aussi mesurés en quantité moindre. Certaines de ces espèces ne sont pas produites par tous les constituants du hêtre. Il semble en particulier que l acide acétique soit produit à partir de la dégradation des acétates contenus dans les hémicelluloses. Par ailleurs, il apparaît en première approximation que la transformation peut être correctement représentée par la loi d additivité jusqu à 250C. Cela n est plus le cas à 280C et 300C, du fait d interactions entre la cellulose et les deux autres constituants du bois. Celles-ci ralentissent la vitesse de torréfaction de la cellulose. A partir de ces résultats expérimentaux, a été développé dans ces travaux un modèle de torréfaction du bois, basé sur la superposition de sous-modèles décrivant chacun la torréfaction d un constituant du bois. Ce modèle, qui présente comme originalité de prévoir en fonction de la proportion du bois en cellulose/hémicelluloses/lignine à la fois le rendement en solide et en huit espèces volatiles, et de prendre en compte les interactions à l aide d un facteur empirique, a été validé sur les expériences de torréfaction du hêtre entre 220C et 300C. Son utilisation a mis en évidence l influence significative des contenus en hémicelluloses et cellulose sur les rendements en produits de la torréfaction.The industrialization of the biomass torrefaction process requires better knowledge of the volatile species release versus operating conditions and feedstock. In this context, the present work aimed at studying solid mass loss and volatile species yields during biomass torrefaction. This transformation was considered on dry wood, at a temperature plateau between 200C and 300C and under inert atmosphere. First, torrefaction experiments were conducted under chemical regime on beechwood and its constituents cellulose, lignin and hemicelluloses in a thermobalance and in a lab-scale device. The mass balance closure was achieved with values ranging from 97 and 104%. The main volatile species measured were water, formaldehyde, acetic acid and CO2. Smaller amounts of methanol, CO, formic acid and furfural were also quantified. All those gas species were not produced by the three biomass constituents. In particular acetic acid seems to be produced by the degradation of the acetate groups contained in hemicelluloses. The results showed that in a first approximation torrefaction can be described by the additive law up to 250C. But this law is not valid at 280C and 300C because of interactions between cellulose and the two other wood constituents. These interactions lead to a decrease in the torrefaction rate of cellulose. Based on these experimental results, a model of wood torrefaction was developed. It consists in the superposition of sub-models describing the torrefaction of each wood constituent. The originality of this model lies in its ability to predict both solid yield and eight volatile species yields depending on cellulose/hemicellulose/lignin wood composition, and to take into account interactions by means of an empirical factor. It was validated on beechwood torrefaction experiments between 220C and 300C. Finally, this model highlighted the significant influence of the proportion of hemicellulose and cellulose on torrefaction product yields.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

PIFA-mediated ethoxyiodination of enamides with potassium iodide

International audienc

Geodetic measurements of crustal deformation in the western Mediterranean and

Abstract -Geodetic measurements of crustal deformation over large areas deforming at slow rates (<5 mm/yr over more than 1000 km), such as the Western Mediterranean and Western Europe, are still a challenge because (1) these rates are close to the current resolution of the geodetic techniques, (2) inaccuracies in the reference frame implementation may be on the same order as the tectonic velocities. We present a new velocity field for Western Europe and the Western Mediterranean derived from a rigorous combination of (1) a selection of sites from the ITRF2000 solution, (2) a subset of sites from the European Permanent GPS Network solution, (3) a solution of the French national geodetic permanent GPS network (RGP), and (4) a solution of a permanent GPS network in the western Alps (REGAL). The resulting velocity field describes horizontal crustal motion at 64 sites in Western Europe with an accuracy on the order of 1 mm/yr or better. Its analysis shows that Central Europe behaves rigidly at a 0.4 mm/yr level and can therefore be used to define a stable Europe reference frame. In that reference frame, we find that most of Europe, including areas west of the Rhine graben, the Iberian peninsula, the Ligurian basin and the Corsica-Sardinian block behaves rigidly at a 0.5 mm/yr level. In a second step, we map recently published geodetic results in the reference frame previously defined. Geodetic data confirm a counterclockwise rotation of the Adriatic microplate with respect to stable Europe, that appears to control the strain pattern along its boundaries. Active deformation in the Alps, Apennines, and Dinarides is probably driven by the independent motion of the Adriatic plate rather than by the Africa-Eurasia convergence. The analysis of a global GPS solution and recently published new estimates for the African plate kinematics indicate that the Africa-Eurasia plate motion may be significantly different from the NUVEL1A values. In particular, geodetic solutions show that the convergence rate between Africa and stable Europe may be 30-60% slower than the NUVEL1A prediction and rotated 10-30°counterclockwise in the Mediterranean

A detailed source model for the M_w9.0 Tohoku-Oki earthquake reconciling geodesy, seismology, and tsunami records

The 11 March 2011 M_w9.0 Tohoku-Oki earthquake was recorded by an exceptionally large amount of diverse data offering a unique opportunity to investigate the details of this major megathrust rupture. Many studies have taken advantage of the very dense Japanese onland strong motion, broadband, and continuous GPS networks in this sense. But resolution tests and the variability in the proposed solutions have highlighted the difficulty to uniquely resolve the slip distribution from these networks, relatively distant from the source region, and with limited azimuthal coverage. In this context, we present a finite fault slip joint inversion including an extended amount of complementary data (teleseismic, strong motion, high-rate GPS, static GPS, seafloor geodesy, and tsunami records) in an attempt to reconcile them into a single better resolved model. The inversion reveals a patchy slip distribution with large slip (up to 64 m) mostly located updip of the hypocenter and near the trench. We observe that most slip is imaged in a region where almost no earthquake was recorded before the main shock and around which intense interplate seismicity is observed afterward. At a smaller scale, the largest slip pattern is imaged just updip of an important normal fault coseismically activated. This normal fault has been shown to be the mark of very low dynamic friction allowing extremely large slip to propagate up to the free surface. The spatial relationship between this normal fault and our slip distribution strengthens its key role in the rupture process of the Tohoku-Oki earthquake