Le besoin urgent de solutions énergétiques durables, amplifié par la croissance démographique et la reprise industrielle, souligne la nécessité de s’éloigner des combustibles fossiles. La biomasse offre une neutralité carbone, une grande disponibilité et une grande souplesse de conversion, ce qui en fait une alternative solide. Les déchets de bois de construction, de rénovation et de démolition (CRD) restent cependant sous-utilisés et sont généralement mis en décharge en raison de leur contamination et de leur hétérogénéité. Cette thèse étudie la valorisation du bois CRD par pyrolyse lente, produisant du biochar en tant que matériau durable avec des applications dans la séquestration du carbone, la métallurgie et l’assainissement de l’environnement.
Des expériences en laboratoire et à l’échelle pilote ont été menées à l’aide de fours tubulaires horizontaux et de fours à cornue rotative afin d’optimiser les paramètres, notamment la température de pyrolyse (300-800 °C), le temps de séjour de la biomasse (30-240 minutes), la vitesse de chauffage (10-55 °C/min) et la masse de la matière première (15 g – 25 kg). Les biochars obtenus ont été systématiquement caractérisés par des analyses proximales et élémentaires, des diagrammes de Van-Krevelen, des profils thermogravimétriques, la spectroscopie Raman, SEM-EDX, FTIR, la surface BET et des évaluations de l’auto-échauffement avec les métriques sous-jacentes.
Les principales conclusions montrent que des températures plus élevées et des temps de séjour plus longs augmentent la teneur en carbone, l’aromaticité, la fraction de carbone fixe et la stabilité, tout en réduisant les substances volatiles, l’oxygène, l’hydrogène et les groupes fonctionnels. Les biochars à température élevée présentent une microporosité et une surface plus importantes, ce qui permet des applications d’adsorption telles que l’élimination des colorants. Les analyses cinétiques (méthodes d’ajustement de modèle et sans modèle) et thermodynamiques ont révélé une dégradation en plusieurs étapes dominée par des réactions de diffusion et interfaciales, avec des énergies d’activation comparables à celles de la biomasse ligneuse conventionnelle. Les paramètres thermodynamiques ont confirmé la nature endothermique et non spontanée de la pyrolyse, mais ont mis en évidence la production de résidus très stables.
Cette recherche démontre la viabilité du bois CRD en tant que matière première de la biomasse et établit la pyrolyse comme une voie évolutive pour la production de biochar de haute qualité. Les résultats permettent de mieux comprendre la pyrolyse du bois CRD et de renforcer son rôle dans les stratégies d’économie circulaire et les transitions industrielles à faible émission de carbone.
Thèse de doctorat en sciences et génie des matériaux lignocellulosiques, soutenue le 20 août 2025
Membres du jury
Professeur Simon Barnabé, Directeur de recherche
Université du Québec à Trois-Rivières
Professeur Patrice Mangin, Codirecteur de recherche
Université du Québec à Trois-Rivières
Professeure Samaneh Shahgaldi, Présidente du jury
Université du Québec à Trois-Rivières
Professeure Bruna Rego De Vasconcelos, Membre externe
Université de Sherbrooke
Professeur Paul Stuart, Membre externe
Polytechnique de Montréal
