Caractéristiques communes

Les produits de pyrolyse ont été analysés pour déterminer leurs propriétés physico-chimiques en utilisant différentes méthodes et appareils d’analyse.

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3.1.1. Analyse chromatographique

3.1.1.1. La chromatographie en phase gazeuse (micro-GC)

La chromatographie en phase gazeuse est utilisée pour déterminer la composition molaire (ou volumique) des gaz de synthèse produits durant la pyrolyse.

Les produits gazeux ont été analysés à l'aide d'un chromatographe à gaz micro-GC

AGILENT technologie 3000 A (Figure 2. 11), équipé de deux modules analytiques afin

d'analyser toutes les espèces présentes dans l'échantillon de gaz. Chaque module comprend: un régulateur électronique de pression, un ensemble pneumatique d'électrovannes à micro- injection, un injecteur, une colonne capillaire et un détecteur de conductivité thermique (TCD). Les colonnes du micro-GC sont confinées dans une enceinte étanche et fonctionnent en température isotherme de 30 à 180°C et des mélanges standards certifiés ont été utilisés pour calibrer l'analyse.

Figure 2. 11 : Micro-GC

La première colonne est une colonne [10 mx 0,32 mm ID x 12 μm] de tamis moléculaire 5A (MS5A) avec un détecteur TCD à 100°C sous un gaz porteur d'argon permettant d’identifier l’ O2, H2, N2, CO et CH4, tandis que la deuxième colonne est une colonne

PoraPLOT Q (PPQ) de [8 m x 0,32 mm ID x 10 μm] avec un détecteur TCD à 75°C et sous gaz d'hélium pour identifier le CO2 et les hydrocarbures.

Le gaz a été injecté pendant 50 ms à l'entrée de l'échantillon, où les injecteurs des deux modules ont été chauffés à une température de 90°C.

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3.1.1.2. La chromatographie en phase gazeuse (GC-MS-FID)

Afin de quantifier les composés chimiques dominants dans les huiles pyrolytiques produites, un chromatographe en phase gazeuse (GC) de type Perkin Elmer Clarus 680 couplé avec un spectromètre de masse (MS) type Perkin Elmer Clarus 600S et un détecteur d'ionisation de flamme (FID) a été utilisé et qui est représenté dans la Figure 2. 12.

Figure 2. 12: GC-MS-FID

La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse permet de séparer, détecter et identifier les composés d’un échantillon en fonction de leur rapport masse sur charge. Un échantillon de 1 µl avec un split de 40 est introduit tout d’abord en tête de la colonne dans l’injecteur par une micro seringue. Une colonne de type Agilent SLB-5MS de 30 m de longueur, 0,25 mm de diamètre intérieur et de 0,25 mm d’épaisseur du film a été utilisée avec un débit d'hélium de 1 ml/min afin de séparer les molécules constituant l’échantillon à analyser. Le programme de température de la colonne GC comprend un palier isotherme de 10 min à 40 °C, d’une rampe jusqu’à 170 °C sous 3°C/min, d’une rampe jusqu’à 340 °C sous 10°C/min et d’un palier isotherme de 6 min à 340 °C.

Les molécules prennent différents temps de rétention pour sortir du chromatographe en phase gazeuse, ce qui permet au spectromètre de masse en aval de capturer, ioniser, accélérer, dévier et de détecter les molécules ionisées séparément. Le spectromètre de masse brise pour cela chaque molécule en fragments ionisés et détecte ces fragments en fonction de leur rapport masse sur charge (m/z). Celui-ci a été réglé à une tension ionisante de 70 eV et une plage de masse de m/z 30-450. La température de la source est de 220°C. L'identification des pics chromatographiques a été établie à partir des données MS.

86 Cependant, le détecteur à ionisation de flamme (FID) servait à détecter et quantifier les différents composants de l’échantillon à analyser. Le FID utilise une flamme ayant une température de 275°C, alimentée par un mélange de 50 ml.min-1 d’hydrogène et de 350 ml.min-1 d’air dans laquelle l'échantillon est passé pour oxyder les molécules organiques et produire des ions. Ces ions sont collectés et provoquent un signal électrique qui est ensuite mesuré. Le courant est transformé en une tension qui sera enregistrée et affichée sur le chromatogramme.

3.1.2. Caractéristiques de distillation

Afin de déterminer les caractéristiques de distillation du liquide de pyrolyse et séparer les différentes fractions qui le composent, une distillation fractionnée a été conduite qui permet de séparer les différents constituants d’un mélange de liquides miscibles, possédant des températures d’ébullition différentes.

Un distillateur automatique Normalab NDI 440 (Figure 2. 13) a été utilisé. Les principaux éléments de cet appareil sont les suivants :

 Résistance de chauffage de 1000 W

 Un ballon de 200 mL

 Un capteur de pression barométrique

 Un injecteur d’azote avec bouteille attenante pour l’extinction de feux accidentels

 Groupes frigorifiques et thermique

 Une éprouvette de 100 mL

 Un suiveur de niveau

 Un thermocouple, une sonde, une pince et un bouchon pour le ballon

87 Figure 2. 13 : Distillateur automatique

Afin d’obtenir les caractéristiques de distillation du liquide de pyrolyse, 100 mL d'échantillon sont placés dans le ballon de distillation ainsi que quelques grains de pierre ponce pour réguler l'ébullition. Une fois l'échantillon chauffé, la vapeur est formée et ensuite refroidie dans la conduite du condenseur et le condensat est recueilli dans une éprouvette graduée. Pendant le test, le volume de condensat récupéré a été mesuré avec précision avec un capteur de volume numérique et enregistré avec les mesures de température des vapeurs et du temps. Les courbes de distillation (température de distillation en fonction du volume récupéré) ont été obtenues après correction des relevés de température à la pression atmosphérique de 101,3 kPa, et la perte de volume après la mesure du volume de résidus, selon ASTM-D86 (American Society for Testing and Materials, 2007). Le liquide restant dans le ballon en fin de distillation correspond au résidu.

3.1.3. Densité

La mesure de densité des liquides de pyrolyse ainsi que des fractions obtenues après distillation a été effectuée à l’aide d’un densimètre de précision de 0,001 g/l.

3.1.4. PCS/PCI

Les pouvoirs calorifiques supérieurs (PCS) des liquides de pyrolyse ont été déterminés à l'aide de la bombe calorimétrique décrite dans la partie (1.1.2.4). En raison de la volatilité du produit et afin d’augmenter la précision de mesure, un adsorbant CHROMOSORB WAW a été employé.

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3.1.5. Corrosion de la lame de cuivre

Cette méthode d'essai couvre la détermination de la corrosivité de l'essence, du carburant diesel ou d'autres hydrocarbures ayant une pression de vapeur ne dépassant pas 124 kPa à 37,8 °C sur la lame de cuivre.

Une bande de cuivre est immergée dans un volume de 30 ml de l'échantillon à tester et placée dans un récipient sous pression en acier inoxydable. Ensuite, le récipient est chauffé dans un bain-marie à des conditions de température et de temps spécifiques à la classe du produit à tester (40°C maintenue pour 3h5min pour l’essence et 50°C maintenue pour 3h5min pour le diesel). À la fin de la période de chauffage, la bande de cuivre est enlevée, lavée et la couleur et le niveau de ternissement sont évalués par rapport à la norme de corrosion de la lame de cuivre ASTM (Figure 2. 14).

Figure 2. 14 : Normes de corrosion de la bande de cuivre