R´ esultats exp´ erimentaux obtenus pour six combustibles
3.2.1 Propri´ et´ es thermiques des broyats
3.2.1.1 Capacit´es calorifiques `a pression constante
Le dispositif pr´esent´e dans le paragraphe 2.2.2 permet de mesurer les capacit´es calorifiques `a pression constante pour six plages de temp´erature comprises entre 80 et 200◦C. A partir de ces donn´ees, nous avons calcul´e les moyennes (sur cinq mesures) des ces valeurs pour chacun des ´echantillons. Le tableau 3.1 regroupe les capacit´es calorifiques moyennes `a pression constante obtenues.
Cp (J.kg−1.K−1)
Temp´erature Pinus Pinus Pinus Erica Cistus Arbutus
(◦C) pinaster halepensis laricio arborea monspeliensis unedo
80 `a 100 2050 1865 1888 1939 1962 1912 100 `a 120 2053 1871 1844 1912 1888 1912 120 `a 140 1979 1837 1794 1800 1800 1848 140 `a 160 2012 1797 1858 1794 1847 1901 160 `a 180 2026 1898 1982 1827 1807 1925 180 `a 200 1985 1692 1840 1864 1699 1874
Tab. 3.1 – Capacit´es calorifiques `a pression constante des six esp`eces entre 80 et 200◦C
A partir de ces donn´ees, nous avons calcul´e la capacit´e calorifique moyenne `a pression constante ainsi que l’´ecart type pour l’ensemble de la plage de temp´erature ´etudi´ee (80 et 200◦C). Les r´esultats sont donn´es dans le tableau ci-dessous.
Chapitre 3 3.2. Description de la phase solide
Moyenne entre 80 et 200◦C (J.kg−1.K−1)
Pinus Pinus Pinus Erica Cistus Arbutus
pinaster halepensis laricio arborea monspeliensis unedo
Cp 2017 1827 1868 1856 1834 1895
´
Ecart type 31 74 64 60 89 29
Tab. 3.2 – Capacit´es calorifiques moyennes `a pression constante des six esp`eces entre 80 et 200◦C
Entre 80 et 200◦C, les capacit´es calorifiques varient faiblement autour de leur valeur moyenne puisque l’´ecart type reste inf´erieur `a 5 %. Ces fluctuations peuvent provenir :
– de la vaporisation de l’eau due `a la r´ehydratation des ´echantillons.
– de la lib´eration de compos´es organiques volatils (COV) comme les mol´ecules terp´eniques (Owen et coll., 1997, 2001) ´emis par les plantes en-dessous de leur temp´erature de pyrolyse (Isidorov et coll., 2003).
Ces deux r´eactions sont endothermiques et modifient le flux thermique enregistr´e par l’appareil de mesure. Vu la faible dispersion des valeurs entre 80 et 200◦C, les capa-cit´es calorifiques des broyats peuvent ˆetre consid´er´ees comme constantes entre ces temp´eratures. Cinq des six v´eg´etaux ont des capacit´es calorifiques comparables entre 1830 et 1900 J.kg−1.K−1. Seul Pinus pinaster a un Cp sup´erieur `a 2000 J.kg−1.K−1. Dans la litt´erature (Girard et coll., 1996; Dupuy et Larini, 1996), les valeurs des capacit´es calorifiques `a pression constante obtenues pour les aiguilles de Pinus pi-naster et Pinus halepensis `a 27◦C sont comprises entre 1337 et 1400 J.kg−1.K−1. Nos r´esultats sont donc sup´erieurs aux valeurs obtenues `a temp´erature ambiante. Ces diff´erences soulignent l’influence de la plage de temp´erature lors des mesures.
Lors de la d´etermination des capacit´es calorifiques, les erreurs de mesure appa-raissent principalement au niveau de l’incertitude de la masse des ´echantillons. Pour le calcul de la capacit´e calorifique (´equation 2.8), la masse de l’´echantillon doit res-ter constante au cours de la mont´ee en temp´erature. Sur la plage de temp´erature consid´er´ee, le v´eg´etal lib`ere des compos´es organiques volatils ce qui fait diminuer sa masse. D’apr`es Cancellieri (2005 b), cette perte de masse est de l’ordre de 2,5 %. Comme l’humidit´e des broyats est comprise entre 0,7 et 2 % avant la mesure, d’apr`es l’´equation 2.8, la diminution de la masse de l’´echantillon engendre une erreur maxi-male de 4,5 %.
3.2.1.2 Conductivit´es thermiques
L’ensemble des conductivit´es thermiques obtenues `a l’aide de la technique du ”hot disk” est regroup´e dans les tableaux 3.3 et 3.4. L’´ecart type pour ces mesures est inf´erieur `a 0,002 W.m−1.K−1. Comme pour les capacit´es calorifiques, les conduc-tivit´es thermiques obtenues pour les six combustibles sont proches. Ces valeurs sont comprises entre 0,107 et 0,126 W.m−1.K−1. Entre 100 et 200◦C, l’augmentation de la conductivit´e thermique est comprise entre 2,5 (pour l’Arbutus unedo) et 11,5 % (pour Pinus halepensis). Cette d´ependance `a la temp´erature est aussi relev´ee par Ragland et Aerts (1991) et Suuberg et coll. (2001) pour la conductivit´e thermique du bois. A 100◦C, les conductivit´es thermiques les plus importantes sont obtenues pour Arbutus unedo, Erica arborea et Pinus laricio. On trouve ensuite Pinus pi-naster et Pinus halepensis et enfin Cistus monspeliensis. Pour les six combustibles, la conductivit´e thermique `a 100◦C semble d´ependre de la porosit´e des broyats : les broyats avec les plus faibles porosit´es ont en effet les conductivit´es thermiques les plus grandes. Ce comportement a aussi ´et´e soulign´e par Suleiman et coll. (1999). Cette observation n’est toutefois plus valable `a 200◦C o`u les ph´enom`enes de d´egradation apparaissent. Dans la litt´erature, il existe un nombre important de donn´ees concer-nant la conductivit´e thermique du bois. Malheureusement, peu d’´etudes ont ´et´e r´ealis´ees sur d’autres combustibles v´eg´etaux. On peut toutefois noter que les valeurs obtenues pour les broyats sont proches des conductivit´es thermiques du bois. Gupta et coll. (2003) donnent par exemple des valeurs de l’ordre de 0,1 W.m−1.K−1.
Conductivit´e thermique `a 100◦C (W.m−1.K−1)
Essai Pinus Pinus Pinus Erica Cistus Arbutus
pinaster halepensis laricio arborea monspeliensis unedo
1 0.113 0.114 0.115 0.114 0.108 0.119 2 0.113 0.113 0.115 0.115 0.107 0.118 3 0.112 0.113 0.114 0.115 0.108 0.118 4 0.112 0.113 0.115 0.114 0.108 0.118 5 0.109 0.113 0.114 0.115 0.106 0.117 Moyenne 0.112 0.113 0.115 0.115 0.107 0.118 ´ Ecart type 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Chapitre 3 3.2. Description de la phase solide
Conductivit´e thermique `a 200◦C (W.m−1.K−1)
Essai Pinus Pinus Pinus Erica Cistus Arbutus
pinaster halepensis laricio arborea monspeliensis unedo
1 0.119 0.127 0.118 0.120 0.117 0.121 2 0.119 0.126 0.117 0.120 0.116 0.121 3 0.119 0.126 0.119 0.118 0.115 0.122 4 0.118 0.125 0.117 0.120 0.114 0.121 5 0.120 0.126 0.117 0.119 0.113 0.120 Moyenne 0.119 0.126 0.118 0.120 0.115 0.121 ´ Ecart type 0.001 0.001 0.001 0.001 0.002 0.001
Tab. 3.4 – Conductivit´es thermiques des six combustibles `a 200◦C. 3.2.1.3 Diffusivit´es thermiques
Grˆace aux donn´ees mesur´ees dans les paragraphes pr´ec´edents, il est possible de calculer les diffusivit´es thermiques a des broyats `a l’aide de la relation suivante :
a = λ
ρapp.Cp
(3.1) avec :
Cp: chaleur sp´ecifique `a pression constante (tableau 3.2), ρapp: masse volumique apparente des broyats (tableau 2.9), λ : conductivit´e thermique (tableaux 3.3 et 3.4).
Les diffusivit´es thermiques obtenues sont donn´ees dans le tableau 3.5. Diffusivit´e thermique a (10−7 m2.s−1)
Temp´erature Pinus Pinus Pinus Erica Cistus Arbutus
(◦C) pinaster halepensis laricio arborea monspeliensis unedo
100 1,52 1,88 1,62 1,65 1,96 1,49
200 1,62 2,10 1,66 1,71 2,10 1,53
Tab. 3.5 – Diffusivit´es thermiques des six combustibles.
Pour les six broyats, les diffusivit´es thermiques sont comprises entre 1,49 et 2,10.10−7 m2.s−1. Ces valeurs sont du mˆeme ordre de grandeurs que celles trouv´ees dans la litt´erature pour le bois (Bouguerra et coll., 2001; Ngohe-Ekam et coll., 2006). Pour l’ensemble des temp´eratures, la diffusivit´e thermique de Cistus monspeliensis est sup´erieure `a celle des autres broyats. On trouve ensuite dans l’ordre d´ecroissant : Pinus halepensis, Erica arborea, Pinus laricio, Pinus pinaster et Arbutus unedo.