Développement d’une technologie de combustion assistée de la biomasse par plasma et champ magnétique pour réduire à zéro les émissions particulaires

La combustion du bois dans les poêles et chaudières reste un phénomène complexe et est considérée comme étant globalement la pyrolyse ou oxydation partielle de la matière solide libérant ainsi des gaz combustibles aussi oxydés pour  en libérer toute l’énergie. La combustion du bois dépend des constantes d’équilibre des réactions chimiques mises en jeu,  des vitesses de réaction et de la composition du mélange oxygène/gaz de pyrolyse des réactions. Avec le séchage de la  biomasse par l’évaporation de l’eau en 1e étape, la 2e étape est la pyrolyse et c’est elle qui conditionne par la suite le  processus. En effet, la cinétique de la pyrolyse, la répartition gaz/solide formée, ainsi que les compositions chimiques des  produits résultants dépendent de nombreux paramètres, mais la température, la vitesse de montée en température dans la  chambre, la granulométrie et la nature du combustible sont les grandeurs les plus influentes. Actuellement, les émissions  particulaires et gazeuses constituent un frein à l’utilisation de la biomasse forestière comme combustible renouvelable dans  des unités de combustion fixe pour le chauffage commercial ou résidentiel dans les grands centres urbains. En effet, le problème des particules é fines émisses reste posé et le défi est de ramener les niveaux des émissions en deça des limites imposées par les différentes autorités. Le projet proposé consiste à étudier, dans un premier temps, les effets du champ électrique (effet Corona) sur la combustion des gaz de pyrolyse et la combustion des matières volatiles dans la chambre de combustion et dans un deuxième temps les effets du champ magnétique en utilisant une approche hybride : analytique, numérique et expérimentale; en vue de développer : a) un nouveau concept de combustion assistée de la biomasse forestière; b) une nouvelle technologie pouvant s’intégrer dans des systèmes de chauffage de faible puissance (< 20 kW). Ce domaine prometteur est toutefois très complexe et nécessite d’être exploré pour être intégré dans un équipement commercial. C’est dans ce cadre que nous nous sommes intéressés au potentiel de la combustion assistée de la biomasse forestière. Dans le projet proposé deux modèles de combustion assistée seront abordés pour déterminer les effets: 1) d’un champ électrique (plasma froid); et 2) d’un champ magnétique; sur la combustion de la biomasse forestière. Les études visent entre autre une meilleure modélisation analytique et numérique pour offrir une compréhension améliorée des phénomènes physico-chimiques complexes, hydrodynamiques et des mécanismes sous-jacents mis en jeu avec validation expérimentale du concept de combustion assistée; en vue de développer une technologie propre, fiable et commercialisable. Cette approche par simulation avec étude paramétrique est en effet aujourd’hui une source importante d’innovation dans le domaine de la recherche en combustion solide, liquide et gazeuse. La combustion assistée par champs ou décharges électriques et par champs magnétique est un domaine en pleine émergence dans un contexte de recherche de l’amélioration des performances tant du point de vue efficacité énergétique que le contrôle des émissions. Les système a pour la production d’un champ électrique ne sont pas très dispendieux : source de tension à haut voltage et faible ampérage est d’utilisation courante aujourd’hui, ex: tube fluorescent par l’ionisation d’un gaz ou le système de puissance d’un four micro-onde.