Le mélange argile biomasse

Etude paramétrique

Teneur en dégraissant Les matières végétales ont été incorporées aux produits ayant pu faire l’objet du précédent chapitre au cours de l’élaboration des mélanges argileux de fabrication et suivirent ensuite un même procédé. Les résidus agricoles ajoutés en un premier temps à la terre argileuse et au dégraissant à 4% en masse ont été dispersés à l’aide d’un malaxeur en ajustant à 17% la teneur en eau. Les pâtes argileuses ont ensuite été laminées à 0,8mm pour être extrudées sous forme de plaquettes pleines avec des dimensions de 180x80x18mm3 et de briquettes à parois minces en vue d’appréhender une industrialisation des mélanges. Les produits subirent à la suite un séchage à des températures atteignant 105°C de manière progressive et une cuisson à la même température usuelle et équivalente à 940°C. Les incorporations de matières végétales ont impliquées une première atteinte au procédé dès le façonnage en entrainant une fissuration sur les faces externes et un décollement de matière en bords de plaquettes pleines. Les complications purent encore être constatées à l’extrusion des briquettes avec une déformation notable des parois minces et une ouverture des produits en sortie de filière. Ces défauts se rapportent à un cisaillement des faces externes sur la filière et se conservent, à la vue du cliché proposé en figure 4.1, tout au long du procédé de fabrication. Les incorporations de matières végétales sein des mélanges argileux de fabrication ont ainsi provoqué une altération des caractéristiques rhéologiques des pâtes argileuses aboutissant à un défaut de plasticité des produits. Figure 4.1 _ Briquettes extrudées et cuites en dépit d’un défaut de plasticité. Les pâtes argileuses présentent en temps normal une plasticité tenant à la présence en grande quantité de minéraux argileux à travers la composition de la terre. Des granulats sans aucune plasticité complètent en l’occurrence le mélange en vue de modérer la consistance des produits et de favoriser une élimination ultérieure de l’eau de façonnage. Ces ajouts de dégraissant à hauteur de 30% représentent une forme de composition optimale offrant une plasticité sans empêcher pour autant la phase ultérieure de séchage. L’incorporation de matières végétales à moindre plasticité déplace ainsi simplement l’équilibre rhéologique en remettant toutefois en question la mise en forme et la faisabilité même du mélange argile/biomasse.  La solution à ce défaut de plasticité des pâtes argileuses contenant de la biomasse apparait comme une soustraction des granulats inertes de quartz au mélange. Une réduction de la teneur en dégraissant augmenterait effectivement la proportion en terre argileuse à forte plasticité au sein des pâtes et anticiperait un affaiblissement relatif à l’incorporation de matière végétale. Les granulats de quartz assurent une fonction toutefois de squelette granulaire essentielle au séchage des produits et imposent une présence au moins partielle au sein des mélanges. Le compromis exige une substitution optimale de matière végétale au dégraissant et l’obtention d’un nouvel équilibre rhéologique. Une démarche empirique a donc été menée, en incorporant 4% de matière végétale, au sein de mélanges à teneurs dégressives en sable et en appréciant l’apparence des briquettes à parois fines en fonction des substitutions. La plasticité tend d’après la littérature et l’état de l’art à diminuer en fonction de la granulométrie des constituants et explique ainsi l’incorporation de paille de blé à granulométrie comprise entre 0,5 et 1mm afin d’étendre après les enseignements acquis à toutes autres matières végétales [56].

Températures de cuisson

Les matières végétales incorporées au mélange argileux de fabrication tendent à se décomposer parmi les produits en augmentant le taux de porosité et en modifiant les performances à la température usuelle de cuisson. Ces formations de porosité ont entrainées au cours du précédent examen des teneurs en dégraissant une amélioration notable du caractère isolant des produits en affaiblissement parfois les propriétés mécaniques. La dégradation de biomasse engendre une altération de la microstructure en début de cuisson et entraine une modification des propriétés usuelles se retrouvant à des températures de 940°C. Un examen de la dégradation des matières végétales à travers les produits a donc été conduit au moyen des analyses thermiques différentielles et à l’aide de la TG-ATD 92 afin d’appréhender les évolutions de la microstructure du matériau tout au long de la cuisson. Les produits soumis à une incorporation de 4% en paille de classe granulométrique supérieure à 1mm (PB1), en farine de noyaux d’olives (FNO) ou de blé (FBL) combinent, à la vue des analyses thermiques différentielles en figure 4.4, les comportements respectifs de la matière argileuse et végétale. L’enchainement de réactions endothermiques associées à la terre argileuse intervient toujours au cours de la cuisson avec une libération en eau hygroscopique et d’interposition avant d’avoir atteint 200°C, s’en suivant d’une élimination en eau de constitution à des températures comprises entre 500 et 600°C puis d’une décarbonatation de la calcite, entre 700 et 850°C, aboutissant à une perte de masse égale à quelques 8%. Les matières végétales incorporées au mélange argileux de fabrication subissent en somme une dégradation thermique à travers les produits à une même gamme de températures, allant de 200 à 500°C, sans altérer pour autant l’entame ou bien l’intensité des réactions associées à la matière argileuse. Les produits subissent, à l’exception des incorporations en paille comprenant une part en silice, des pertes de masse équivalentes à 4% et exprimant une combustion intégrale de la matière organique avec une oxydation des gaz et des constituants, suscités par la pyrolyse, en vapeur d’eau et en dioxyde de carbone au sein même de la matrice argileuse.