Study of the influence of the biochemical composition of microalgae on hydrothermal liquefaction bio-oil yield and quality

Étude de l'influence de la composition biochimique des micro-algues sur le rendement et la qualité de la bio-huile produite par liLes enjeux actuels dans le secteur énergétique sont nombreux et impliquent le développement de procédés peu énergivores et utilisant des ressources renouvelables. Cette thèse s'inscrit dans cette problématique en étudiant plus particulièrement le procédé de liquéfaction hydrothermale (HTL) appliqué aux micro-algues. Ce procédé thermochimique traite la biomasse humide sous pression, à 300 °C pendant 5 à 60 min. Une bio-huile à fort potentiel énergétique et utilisable, après raffinage, en tant que biocarburant est alors obtenue. Un des principaux objectifs de cette thèse est de comprendre le lien entre la composition de la biomasse algale et les produits obtenus en sortie d'HTL. En effet, la forte teneur en protéines et pigments dans les micro-algues implique la présence de composés azotés dans la bio-huile, difficiles à traiter lors de l'étape de raffinage et diminuant la qualité de la bio-huile. Ce travail s'intéresse tout d'abord à l'influence de la composition biochimique de la biomasse et des conditions opératoires de l'HTL sur le rendement en bio-huile et sur le taux d'azote. A partir des données acquises, un modèle prédictif du rendement en bio-huile est développé. Puis, une étude réactionnelle, se basant sur l'analyse détaillée des bio-huiles et de la phase aqueuse issus de la liquéfaction hydrothermale est menée. Cette étude permet d'aboutir à un schéma réactionnel de dégradation de C. sorokiniana et de C. vulgaris en conditions d'HTL et à une modélisation cinétique. Finalement, le suivi de molécules azotées permet de mettre en évidence les limites de cette modélisation et d'émettre des hypothèses quant aux conditions de formation de ces molécules.There are many challenges concerning the energetic sector and that implies the development of energy-efficient processes and the use of renewable biomasses. This thesis falls within this problematic by studying more specifically the hydrothermal liquefaction process (HTL) of microalgae. This thermochemical process converts wet biomasses under pressure, at 300 °C and during 5 to 60 min to produce a high energy content bio-oil, usable, after refining, as biofuel. One of the main objective of this thesis is to understand the link between the algal biomass composition and the HTL products. Indeed, the high protein and pigments content in microalgae implies nitrogen compounds in bio-oil, which are difficult to remove and which decrease bio-oil quality. This work focus first on the influence of the biomass biochemical composition and of the HTL operational conditions on bio-oil yield and quality. A predictive model is developed with data acquired. Then, a reaction study based on detailed analyses of bio-oil and aqueous phase from HTL is done to conclude on a degradation reaction scheme of C. sorokiniana and C. vulgaris in HTL conditions and on a kinetic modelling. Finally, nitrogenvand oxygen molecule profiles are done to put forward limitation of kinetic modelling and to hypothesize on HTL conditions to avoid them