Conversion thermochimique des coques de noix de cajou : comportement des extractibles

Chung Kelly Wen Yee. 2024. Conversion thermochimique des coques de noix de cajou : comportement des extractibles. Montpellier : Université de Montpellier, 249 p. Thèse de doctorat : Agroressources, procédés, aliments, bioproduits : Université de Montpellier

Titre anglais : Thermochemical conversion of cashew nut shells : behavior of extractives

Encadrement : Van de Steene, Laurent ; Blin, Joël

Résumé : Résidu agricole abondant dans les pays du Sud, les coques de noix de cajou sont peu ou pas valorisées sur le plan énergétique, notamment en raison de la présence de composés extractibles. Ces derniers, connus sous le nom de CNSL (Cashew Nut Shell Liquid), contiennent trois constituants principaux : les acides anacardiques, les cardanols et les cardols (ACC).Cette thèse a pour objectif de comprendre les réactions impliquées lors de la conversion thermochimique de ces coques d'anacarde, avec un focus particulier sur le comportement des composés extractibles. L'amélioration des connaissances de la composition de ce résidu et des produits issus de sa transformation a nécessité, en amont, la mise au point de méthodes spécifiques d'extraction et d'analyse. Par ailleurs, l'analyse thermogravimétrique a été utilisée pour étudier les cinétiques de pyrolyse, tandis qu'un réacteur à lit fixe a été utilisé pour quantifier les produits obtenus après pyrolyse et craquage thermique. Une attention particulière a été portée aux mécanismes de dégradation des composés extractibles et à l'influence des conditions opératoires sur la production de charbon, de condensats et de gaz, ainsi que sur leur composition. L'analyse détaillée des coques de noix de cajou a permis d'identifier 91 % de leur composition. La teneur totale en composés extractibles est de 58 %, dont 40 % pour les ACC et 18 % pour les tanins. Les cinétiques de pyrolyse des coques, des coques " hors ACC ", et des ACC ont été étudiées, et les interactions entre la matrice solide et les composés extractibles pendant la pyrolyse ont été mises en évidence. Les ACC sont les principaux contributeurs à la formation de condensats et de CO₂ lors de la pyrolyse des coques à 400 °C. Une réduction significative de leur quantité a été observée durant la pyrolyse, les cardanols étant les seuls ACC résiduels dans les condensats. Les ACC se dégradent selon trois réactions principales : la décarboxylation des acides anacardiques, la polymérisation des cardanols et des cardols, et le craquage des cardanols, des cardols et des polymères à base de cardanols et de cardols. Des expériences de craquage thermique des gaz de pyrolyse ont permis de mesurer des conversions de 28 %, 57 %, et 89 % respectivement à 600, 800, et 900 °C.

Résumé (autre langue) : Cashew nut shells (CNS), an abundant agricultural residue in South countries, are little or not valorized into energy due to the presence of extractives, known as Cashew Nut Shell Liquid (CNSL), which contains 3 main constituents: anacardic acids, cardanols and cardols (ACC).The composition and pyrolysis of CNS and CNSL were investigated through the development of characterization methods and experiments. Thermogravimetry analysis was used to study pyrolysis kinetics, while a laboratory scale reactor allowed quantification of products after pyrolysis and thermal cracking. Particular attention was paid to the degradation mechanisms of extractives and the influence of operating conditions on the production char, condensates and gas, and their composition.The comprehensive analysis of cashew nut shell (CNS) identified 91% of the composition. ACC accounted for 40% of the CNS, while additional findings suggested the presence of tannins, which contributed a further 18%, bringing the total identified extractives to 58%. The pyrolysis kinetics of CNS, ACC-free CNS and ACC were determined and interactions between the solid matrix and the extractives during pyrolysis were demonstrated. Results also showed that ACC was the major contributor to condensates and CO2 formation during CNS pyrolysis at 400°C, with significant reductions in ACC content observed in the pyrolysis products : Cardanols were the only ACC constituents in the condensates. ACC degraded by 3 main reactions: decarboxylation of anacardic acids, polymerization of cardanols and cardols, cracking of cardanols and cardols, as well as cardanols and cardol-based polymers. Thermal cracking experiments on the CNS pyrolysis gas showed that temperature increases the rate of conversion of organic condensates: 28% at 600°C, 57% at 800°C and 89% at 900°C.

Auteurs et affiliations

• Chung Kelly Wen Yee, CIRAD-PERSYST-UPR BioWooEB (FRA) ORCID: 0000-0002-9299-8570

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/614257/)

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