Densification d’un biocombustible solide pour la production d’énergie
Découvrez les propriétés des biocombustibles solides et les technologies de densification potentielles pour augmenter l'efficacité énergétique. Ces renseignements techniques sont destinés aux producteurs de l’Ontario.
ISSN 1198-7138, Publié mars 2026
Introduction
Les biocombustibles solides représentent une source potentielle d’énergie renouvelable. Cependant, leur contenu énergétique est inférieur à celui des combustibles fossiles traditionnels, ce qui fait obstacle à leur utilisation à grande échelle, puisqu’il en faut plus pour obtenir la même quantité d’énergie. Lorsque ce contenu énergétique faible se double d’une faible masse volumique, le volume de biocombustibles solides dont on a besoin croît de façon considérable. Le compactage, ou densification est un moyen d’accroître la densité d’énergie et de réduire les problèmes de manutention et d’entreposage, en particulier pour les sources de biocombustibles solides agricoles. La présente fiche technique examine les propriétés des biocombustibles solides en matière de masse volumique ainsi que des technologies potentielles de densification.
Masse volumique apparente
La masse volumique apparente est définie comme étant la masse par unité de volume d’une matière, exprimée en kilogrammes par mètre cube (kg/m3) ou en livres par pied cube (lb/pi3). La plupart des résidus agricoles présentent une masse volumique apparente faible, comme le montre la Figure 1.
Par exemple, la masse volumique apparente de la paille de blé en vrac est d’environ 18 kg/m3 (1,1 lb/pi3), par rapport à 700 kg/m3 (44 lb/pi3) pour le charbon. Par conséquent, seul le transport de biocombustibles solides non transformés à une distance inférieure à 200 km est économiquement réalisable
Densité d’énergie
La densité d’énergie désigne la quantité d’énergie présente dans une unité de volume, souvent exprimée en MJ/m3 ou en BTU/pi3.
La Figure 2 est une représentation graphique de volumes de matières non transformées ayant une densité d’énergie équivalente, soit 16 unités de volume pour la paille, quatre pour le bois et une pour le charbon.
Pourquoi densifier les biocombustibles solides
La faible masse volumique des biocombustibles solides en complique la manutention, le transport, l’entreposage et la combustion. Ces problèmes peuvent être résolus grâce à la densification, un processus qui permet d’obtenir un biocombustible liquide ou solide plus dense et aux propriétés plus uniformes que la biomasse brute.
Les principaux avantages de la densification d’un biocombustible solide à des fins de combustion sont les suivants :
- manutention et alimentation mécaniques simplifiées
- combustion uniforme dans les chaudières
- réduction de la production de poussière
- réduction du risque de combustion spontanée pendant l’entreposage
- simplification de l’infrastructure d’entreposage et de manutention, réduisant les besoins en capital à l’installation de combustion
- baisse des frais de transport grâce à une densité d’énergie accrue
Le principal inconvénient des technologies de densification d’un biocombustible solide réside dans le coût élevé de certains procédés de densification.
Prétraitement du biocombustible solide
Le prétraitement du biocombustible solide pourrait être nécessaire avant sa densification afin d’optimiser la densité d’énergie et la masse volumique apparente du produit.
Ce prétraitement peut comprendre :
- la modification de la longueur de hachage ou broyage
- le séchage pour réduire la teneur en humidité
- l’utilisation d’un agglomérant
- le traitement à la vapeur
- la torréfaction
Modification de la longueur de hachage ou broyage
Chaque procédé de densification nécessite une longueur de hachage précise ou un broyage pour assurer :
- une densification moins énergivore
- des produits plus denses
- des produits moins friables
footnote 2
Séchage
Une faible teneur en humidité entraîne une amélioration de la densité et de la durabilité du biocombustible
Utilisation d’un agglomérant
La teneur des matières en agglomérants naturels influe sur la densité et la durabilité du biocombustible solide densifié. Cette capacité agglomérante augmente parallèlement à la teneur en protéines et en amidon
Traitement à la vapeur
Un traitement à la vapeur préalable à la densification peut favoriser la libération et l’activation des agglomérants naturels présents dans un biocombustible solide, comme la lignine.
Torréfaction
La torréfaction est une forme de pyrolyse qui consiste à chauffer le biocombustible solide en l’absence d’oxygène et d’air. Il s’agit d’un procédé de prétraitement employé pour améliorer les propriétés des granulés. Elle peut également être employée seule pour améliorer les propriétés du biocombustible solide. La torréfaction est une forme plus douce de pyrolyse lente dont l’objectif consiste à assécher, fragiliser et hydrofuger le biocombustible solide. Pour ce faire, le biocombustible solide est chauffé dans un environnement inerte à une température de 280 à 320 °C.
Techniques de densification d’un biocombustible solide
Un biocombustible solide se densifie grâce à deux procédés principaux : la densification mécanique et la pyrolyse. La densification mécanique consiste à soumettre les matières à une pression mécanique pour la densifier. La pyrolyse consiste à chauffer le biocombustible solide en l’absence d’oxygène. En général, la pyrolyse à une température plus faible pendant plus longtemps (pyrolyse lente) favorise la production de combustible solide (charbon). Une température moyenne (de 400 à 500 °C) pendant une très brève période (une ou deux secondes), ce que l’on appelle la pyrolyse rapide, favorise la production de combustible liquide ou biohuile.
La méthode de densification à employer repose sur le type de résidus et la situation locale. Les diverses technologies sont sont employées pour accroître la densité d’énergie d’un biocombustible solide ou pour lui donner une taille et une forme homogènes.
Densification mécanique — La formation de balles est une méthode traditionnelle de densification employée couramment pour la récolte. On forme une balle au moyen d’une machine agricole (appelée ramasseuse-botteleuse) qui comprime les matièr es hachées. Les balles peuvent être carrées, rectangulaires ou rondes, selon le type de ramasseuse-botteleuse employé. Les dimensions des balles rondes vont de 1,2 m sur 1,5 m (4 pi sur 5 pi) à 1,5 m sur 1,5 m (5 pi sur 5 pi). Les grosses balles rectangulaires mesurent généralement 0,9 m sur 0,9 m sur 1,8 m (3 pi sur 3 pi sur 6 pi). Les balles rondes sont moins coûteuses à produire; cependant, les grosses balles carrées sont généralement plus denses et plus faciles à manipuler et à transporter.
Densification mécanique — Les granulés ont une densité très élevée. Ils sont plus faciles à manipuler que les autres produits de biocombustible solide densifié, car il est possible d’utiliser l’infrastructure employée pour la manutention des grains. Les granulés sont fabriqués au moyen d’un processus d’extrusion, en utilisant une presse à piston qui fait passer le biocombustible solide finement broyé dans une filière ronde ou carrée pour ensuite le couper à la longueur désirée. Les granulés de biocombustible solide sont généralement cylindriques, de moins de 38 mm) (1,5 po) de longueur et de 7 mm) (0,3 po) de diamètre. Bien qu’ils soient de taille uniforme, les granulés se brisent facilement pendant la manutention. Il existe différentes catégories de granulés dont la densité d’énergie et la teneur en cendres varient.
Densification mécanique — Les cubes sont de gros granulés de forme généralement cubique. Ils sont moins denses que les granulés. Leur taille varie de 13 à 38 mm) (0,5 à 1,5 po) de largeur et de 25 à 102 mm) (1 à 4 po) de longueur. Ils sont fabriqués en comprimant du biocombustible solide haché au moyen d’une roue plombeuse lourde qui le force à travers des filières pour produire des cubes.
Densification mécanique — Les briquettes sont semblables aux granulés, sauf pour leur taille. Elles font au moins 25 mm) (1 po) de diamètre, et sont fabriquées au moyen d’une presse à piston qui fait passer sous forte pression le biocombustible solide dans une filière. Elles peuvent aussi être fabriquées au moyen d’un procédé appelé extrusion à vis. Le biocombustible solide est alors extrudé au moyen d’une vis à travers une filière chauffée. Le biocombustible solide densifié par extrusion à vis est plus facile à entreposer et présente une densité d’énergie plus élevée que le biocombustible solide produit par presse à piston.
Densification mécanique - Les rondelles sont semblables à des rondelles de hockey, et font 75 mm) (3 po) de diamètre. On les fabrique au moyen d’une machine de briquetage, et elles sont résistantes à l’humidité. D’une densité semblable à celle des granulés, elles ont l’avantage de coûter moins cher à produire.
Densification mécanique -Les copeaux de bois sont employés dans de nombreux dispositifs, des appareils ménagers aux grandes centrales électriques. Les copeaux destinés aux chaudières mesurent de 5 à 50 mm) (0,2 à 2 po) de longueur. Ils sont fabriqués au moyen d’un déchiqueteur. Comme combustible, les copeaux de bois sont d’un coût comparable au charbon.
Pyrolyse — La torréfaction consiste à chauffer le biocombustible solide dans une atmosphère inerte à une température de 280 à 320 °C pendant quelques minutes. Le combustible torréfié présente une meilleure broyabilité. Il a également des propriétés hydrofuges (il repousse l’eau) qui le rendent résistant aux atteintes biologiques et à l’humidité, ce qui en facilite l’entreposage. Ce processus requiert peu d’énergie, car une partie des gaz volatils libérés pendant le chauffage sont brûlés, générant 80 % de la chaleur nécessaire à la torréfaction. Le biocombustible solide torréfié est densifié sous forme de granulés ou de briquettes, augmentant encore plus sa masse volumique et améliorant ses propriétés hydrofuges.
Pyrolyse — La pyrolyse lente consiste à chauffer la biomasse à une température de 350 à 500 °C en l’absence d’oxygène et d’air pendant une longue période (généralement de 0,5 à 2 heures). Le principal produit de cette opération est un combustible solide (charbon) qui conserve de 30 à 40 % de l’énergie initiale du biocombustible solide brut. La densité d’énergie peut être accrue, de sorte que le charbon est un combustible qui se prête à des utilisations commerciales, comme dans le cas du biocombustible solide torréfié, ou résidentielles (par exemple, barbecues), et qui peut servir d’amendement appelé « biochar ».
Pyrolyse — La pyrolyse rapide consiste à traiter la biomasse à une température pouvant atteindre 450 à 500 °C pendant une ou deux secondes. Ce procédé donne jusqu’à 75 % de biohuile et de 10 à 15 % de charbon. La biohuile est un combustible de densité d’énergie plus élevée qui est facile à manipuler, car il s’agit d’un liquide que l’on peut pomper et entreposer dans des citernes. Il faut prendre des précautions, car les biohuiles sont très acides, dégagent une odeur forte et tendent à se séparer ou à former un sédiment. Elles peuvent remplacer les combustibles fossiles et les huiles lourdes et moyennes. Des recherches sont en cours en vue de trouver un moyen de les transformer en huiles plus légères comme du diesel et de l’essence.
Tableau de conversion
| De | À | Multiplier par |
|---|---|---|
| mm | pouce | 0,0394 |
| pouce | pied | 0,0833 |
| kg/m3 | lb/pi3 | 0,0624 |
| MJ/kg | BTU/lb | 430 |
Grâce à l’utilisation de diverses technologies de densification, le biocombustible solide brut est comprimé afin d’atteindre une masse volumique de 7 à 10 fois sa masse volumique apparente initiale
| Forme de biocombustible solide | Forme et taille | Masse volumique (lb/pi3) | Masse volumique (kg/m3) | Densité d’énergie (GJ/m3) |
|---|---|---|---|---|
| Méthode traditionnelle Balles de résidus agricoles | Grandes, rondes, milieu mou 1,2 × 1,2, 1,2 × 1,5, 1,5 × 1,2, 1,8 × 1,5 m (4 × 4,4 × 5,5 × 4,6 × 5 pi) diamètre sur largeur | 10–12 | 160–190 | 2,8–3,4 |
| Méthode traditionnelle Balles de résidus agricoles | Grandes, rondes, milieu dur 1,2 × 1,2, 1,2 × 1,5, 1,5 × 1,2, 1,8 × 1,5 m (4 × 4,4 × 5,5 × 4,6 × 5 pi) diamètre sur largeur | 12–15 | 190–240 | 3,4–4,5 |
| Méthode traditionnelle Balles de résidus agricoles | Grandes ou moyennes, carrées 0,6 × 0,9 × 2,4 m (2 × 3 × 8 pi) 0,9 × 1,2 × 2,4 m (3 × 4 × 8 pi) | 13–16 | 210–255 | 3,7–4,7 |
| Méthode non traditionnelle Résidus forestiers broyés | 1,5 mm) (0,06 po,) emballés et comprimés | 13 | 200 | 3,6 |
| Méthode non traditionnelle Briquettes | 32 mm) (1,3 po) de diamètre × 25 mm) (1 po) d’épaisseur | 22 | 350 | 6,4 |
| Méthode non traditionnelle Cubes | Coupe transversale de 33 mm) (1,3 po) × 33 mm) (1,3 po) | 25 | 400 | 7,3 |
| Méthode non traditionnelle Rondelles | 75 mm) (3 po) de diamètre × 12 mm) (1 po) d’épaisseur | 30–40 | 480–640 | 8,6–12,0 |
| Méthode non traditionnelle Granulés | 6,24 mm) (0,2 po) de diamètre | 35–45 | 550–700 | 9,8–14,0 |
| Méthode non traditionnelle Granulés Torréfiés | 6,24 mm) (0,2 po) de diamètre | 50 | 800 | 15,0 |
| Méthode non traditionnelle Biohuile | Liquide | 75 | 1 200 | 20 |
Remarque : Le biocombustible solide libre a une masse volumique de 3,5 à 5 lb/pi3 ou de 60 à 80 kg/m3.
Coût de la densification du biocombustible solide
Les matières pyrolysées sont les plus coûteuses à densifier, alors que les cubes, rondelles, briquettes et copeaux de bois sont moins coûteux.
Les facteurs qui influent sur le coût des technologies de densification sont notamment les suivants
- la taille de l’installation de densification (tonnes/an)
- les heures d’exploitation (heures/jour)
- le coût de l’équipement
- le coût du personnel
- le coût des matières brutes
Les technologies de densification nécessitent une hausse de l’apport énergétique et augmentent les coûts. Une partie de ces coûts est récupérée grâce à la réduction des coûts de manutention, d’entreposage et de transport, à un meilleur fonctionnement de la chaudière et à un processus de combustion amélioré. Certaines technologies mentionnées sont en vente dans le commerce, et d’autres sont nouvelles.
Conclusion
La faible densité d’énergie d’un biocombustible solide par unité de volume par rapport aux combustibles fossiles entraîne des coûts de manutention, d’entreposage et de transport plus élevés. Un biocombustible solide est donc rentable surtout lorsqu’il est utilisé près de sa source. Le recours à des technologies de densification permet de réduire le coût du transport du biocombustible solide. Ces technologies permettent d’obtenir un produit homogène présentant une densité d’énergie supérieure à celle des matières brutes d’origine, moyennant des coûts d’immobilisations et d’exploitation supplémentaires.
Rédaction
La présente fiche technique a été mise à jour par Terrence Sauvé, ingénieur, optimisation et sécurité des exploitations agricoles, ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et de l’Agroentreprise (MAAAO). Elle a a été originalement rédigée par Steve Clarke, ing., spécialiste, énergie et génie agricole, MAAAO, Kemptville, et par Fernando Preto, Systèmes de bioénergie, CanmetÉNERGIE.
Texte en format accessible
Figure 1. Masses volumiques apparentes typiques de biocombustibles solides et de combustibles fossiles non traités.
La figure 1 est un graphique à barres comparant la masse volumique apparente de plusieurs produits de biomasse en livres par pied cube et de kilogrammes par mètre cube. Voici les matières apparaissant de gauche à droite : paille de blé, tiges de maïs, pellicules de soya, écales d’avoine, rafles de maïs, bois dur et charbon (lignite). La hauteur des barres augmente dans le graphique, le lignite présentant la masse volumique la plus élevée (autour de 700 kilogrammes par mètre cube) et la paille de blé la plus faible. Les sources utilisées sont inscrites sous le graphique.
Figure 2. Masses volumiques apparentes typiques de biocombustibles solides et de combustibles fossiles non traités.
La figure 2 montre le dessin de trois boîtes, une à côté de l’autre. Le mot « paille » est inscrit au centre de la plus grosse boîte, le mot « bois » au centre de celle du milieu qui est un peu plus petite, et le mot « charbon » au centre de la plus petite. Le diagramme montre les volumes de matières non transformées ayant une densité d’énergie équivalente.
Figure 3. Masses volumiques apparentes résultant d’un biocombustible solide soumis à certaines technologies de densification.
La figure 3 est un graphique à barres comparant la masse volumique apparente de différentes technologies de densification de la biomasse en livres par pied cube et de kilogrammes par mètre cube. Voici les catégories apparaissant de gauche à droite : biomasse broyée, grosse balle ronde, grosse balle carrée, briquettes, cubes, rondelles, granulés, granulés torréfiés, biohuile, charbon (lignite). La masse volumique apparente augmente sur le graphique, le lignite présentant la masse volumique la plus élevée (plus de 1 000 kilogrammes par mètre cube).
Notes en bas de page
- note de bas de page[1] Retour au paragraphe Preto, F. 2007. Strategies and techniques for combustion of agricultural biomass fuels. Growing the Margins Energy Conference.
- note de bas de page[2] Retour au paragraphe Dobie, J.B. 1959. « Engineering appraisal of hay pelleting », Agricultural Engineering, vol. 40, n° 2, p. 72–76.
- note de bas de page[3] Retour au paragraphe Shaw, M., et L. Tabil. 2007. Compression and relaxation characteristics of selected biomass grinds, ASABE Paper No. 076183, St. Joseph (Michigan), ASABE.
- note de bas de page[4] Retour au paragraphe Kaliyan, N., et R.V. Morey. 2009. « Factors affecting strength and durability of densified biomass products », Biomass Bioenergy, vol. 33, n° 3, p. 337–359.
- note de bas de page[5] Retour au paragraphe Tabil, L.G., S. Sokhansani et R.T. Tyler. 1997. « Performance of different binders during alfalfa pelleting », Canadian Agricultural Engineering, vol. 39, n° 1, p. 17–23.
- note de bas de page[6] Retour au paragraphe Kaliyan, N., et V. Morey. 2006. Densification characteristics of corn stover and switchgrass, ASABE Paper No. 066174, St. Joseph (Michigan), ASABE.
- note de bas de page[7] Retour au paragraphe Demirbas, K., et K.A. Sahin-Demirba. 2009. « Compacting of biomass for energy densification », Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization and Environmental Effects, 1556–7230, vol. 31 n° 12, p. 1063–1068.
- note de bas de page[8] Retour au paragraphe Sokhansanj, S., et J. Fenton. 2006. Cost benefit of biomass supply and pre-prossessing, Biocap Research Integration Program Synthesis Paper.
- note de bas de page[9] Retour au paragraphe Winkler, W. 2010. Briquetting Systems, New York.
- note de bas de page[10] Retour au paragraphe Kiel, J. 2007. Torrefaction for biomass upgrading into commodity fuels. Exposé fait lors du IEA Bioenergy Task 32 Workshop, « Fuel storage, handling and preparation and system analysis for biomass combustion technologies », Berlin, 7 mai 2007.
- note de bas de page[11] Retour au paragraphe Mani, S., S. Sokhansanj, X. Bi et A. Turhollow. 2006. « Economics of producing fuel pellets from biomass », Applied Engineering in Agriculture, vol. 22, n° 3, p. 421–426.