Voir la source de Conversion hydrothermale


{{homonymes|Conversion}}
{{confusion|Conversion chimique|Conversion profonde|Synthèse hydrothermale}}
{{Infobox Méthode scientifique
| titre = Conversion hydrothermale
| image = Schéma types procédés de conversion hydrothermale.PNG2.png
| légende = Schéma représentant les stades des trois types de conversion hydrothermale de [[Biomasse (énergie)|biomasse]]<ref name="Wang2022">{{article | langue = en | auteur1 = Wang, C. | auteur2 = Wang, Z. | auteur3 = Wang, X. | et al. = oui | périodique = Processes | date = 17 novembre 2022 | volume = 10 | numéro = 2439 | doi = 10.3390/pr10112439 | titre = A Review on the Hydrothermal Treatment of Food Waste: Processing and Applications | consulté le = 25 janvier 2025 | format = html/pdf | lire en ligne = https://www.mdpi.com/2227-9717/10/11/2439}}.</ref>.
| type = [[Procédé industriel]] <br /> [[Procédé chimique|Procédé]] [[Physico-chimie|physico-chimique]]
| sous-classe de = <!-- Wikidata : P:P279 -->
| surnom = [[Procédé hydrothermal]]
| acronyme = HTP (''Hydrothermal Processes'')<ref name="DBFZ">{{lien web | langue = en | lire en ligne = https://www.dbfz.de/en/hydrothermal-processes | titre = Hydrothermal processes | site = Deutsches Biomasseforschungszentrum | consulté le = 25 janvier 2025}}.</ref>
| inventeur = <!-- Wikidata : P:P61 -->
| date d'invention = <!-- Wikidata : P:P575 -->
| aspect de = [[Carbochimie]] <br /> [[Physico-chimie]] <br /> [[Thermochimie]] <br /> [[Décomposition chimique]] 
| formule = 
}}

Une '''conversion hydrothermale''', ou '''procédé hydrothermal''' (''hydrothermal proccessing'', '''HTP'''), est un [[procédé industriel]] de nature [[Physico-chimie|physico]]-[[Procédé chimique|chimique]] qui consiste à transformer, grâce à une [[pyrolyse]] hydraulique, de la [[Biomasse (énergie)|biomasse]] en matériaux [[combustible]]s, en particulier des [[biocarburant]]s<ref name="Biller"/>.

Les matériaux combustibles issus de cette transformation sont produits sous forme solide ([[biochar]]s), liquide ([[huile pyrolytique]]) et gazeuse ([[gaz de synthèse]]) selon la température et la pression exercées sur la biomasse au cours du processus<ref name="Biller"/>. L'obtention de biochars est réalisée par [[#Carbonisation hydrothermale|carbonisation hydrothermale]], celle d'huile pyrolique par [[#Liquéfaction hydrothermale|liquéfaction hydrothermale]] et celle du gaz de synthèse par [[#Gazéification hydrothermale|gazéification hydrothermale]]<ref name="Biller">{{chapitre | langue = en | auteur1 = P. Biller | auteur2 = A.B. Ross | numéro chapitre = 17 | titre chapitre = Production of biofuels via hydrothermal conversion | titre ouvrage = Handbook of Biofuels Production | sous-titre ouvrage = Processes and Technologies | année = 2016 | pages = 509-547 | format = html/pdf | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780081004555000175}}.</ref>.

== Tableau de synthèse ==
[[Fichier:Schéma 2 types procédés de conversion hydrothermale 01.png|vignette|upright=1.2|Schéma indiquant les effets de la vitesse de réaction lors d'une conversion hydrothermale<ref name="Wang2022"/>.]]
[[Fichier:Schéma 2 types procédés de conversion hydrothermale 03.png|vignette|upright=1.2|Schéma indiquant les effets de la température lors d'une conversion hydrothermale<ref name="Wang2022"/>.]]
Les trois types de conversion hydrothermale selon les pressions et températures exercées :
{| class="wikitable center" style="text-align:center; width:60%;"
|-
!
! [[#Carbonisation hydrothermale|Carbonisation hydrothermale]] (HTC)
! [[#Liquéfaction hydrothermale|Liquéfaction hydrothermale]] (HTL)
! [[#Gazéification hydrothermale|Gazéification hydrothermale]] (HTG)
|-
! Pression<ref name="Biller"/>
| {{unité|10|à=50|bar}}
| {{unité|50|à=210|bar}}
| {{unité|210|à=350|bar}}
|-
! Température<ref name="Biller"/>
| {{tmp|180|280|°C}}
| {{tmp|280|375|°C}}
| > {{tmp|350|°C}}
|-
|}
{{clr}}

== Histoire ==
[[File:Bergius.jpg|vignette|upright=0.7|[[Friedrich Karl Rudolf Bergius |Rudolf Bergius]].]]
Dans les [[années 1880]] à 1900, la {{citation|cuisson}} à haute température et sous pression de matières organiques dans de l'eau attire l'attention de chimistes. Cette méthode de {{Citation|dégradation hydrothermique}} de molécules et de tissus organiques permet en effet de synthétiser des molécules et polymères intéressants pour la chimie et au profit de la production de combustibles liquides et, ou gazeux<ref>Mumme J, Eckervogt L, Pielert J, Diakité M, Rupp F, Kern J.(2011) ''Hydrothermal carbonization of anaerobically digested maize silage.'' Bioresour Technol ; 102:9255–60.</ref>{{,}}<ref>Bobleter O. (1994) ''Hydrothermal degradation of polymers derived from plants''. Prog Polym Sci ; 19:797–841.</ref>.

En 1913, [[Friedrich Karl Rudolf Bergius]], chimiste allemand qui recevra le [[prix Nobel de chimie]] en 1931 avec [[Carl Bosch]], imagine un procédé pour transformer le bois en charbon. Il n'y parvient pas, mais il développera ainsi la {{citation|''chimie à haute pression''<ref>Bergius F (1931) ''Chemical reactions under high pressure'' | Nobel Foundation (Lecture Note) | p 1–33.</ref>}}.

Dans les années 1920, un protocole expérimentale qui met en jeu de la biomasse associée à de l'eau chauffée eau chaude et des [[Catalyse#Catalyse acido-basique|catalyseurs]] [[Métal alcalin|alcalins]] afin produire de l'huile est introduit<ref name="Berl">{{article | langue = en | auteur = E. Berl | titre = Production of Oil from Plant Material | périodique = Science | date = 21 avril 1944 | volume = 99 | numéro = 2573 | pages = 309-312 | DOI = 10.1126/science.99.2573.309 | consulté le = 27 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.science.org/doi/10.1126/science.99.2573.309}}.</ref>{{,}}<ref name="Usman"/>. En 1939, le brevet américain {{n°|2,177,557}} décrit un procédé se réalisant en deux étape<ref name="Brevet"/>{{,}}<ref name="Usman"/>. La première étape consiste à porter à des températures comprises entre {{unité|220|et=360|°C}} et à soumettre à une pression {{citation|supérieure à celle de la vapeur saturée à la température utilisée}} un soluté composé d'eau, de copeaux de bois et d'[[hydroxyde de calcium]]<ref name="Brevet">{{lien web | langue = en | format = pdf | lire en ligne = https://patentimages.storage.googleapis.com/6f/20/1f/bf2ea5e44a1342/US2177557.pdf | titre = Method of treating wood or lignine | éditeur = [[United States Patent and Trademark Office]] | date = 24 octobre 1939 | consulté le = 27 janvier 2025}}.</ref>{{,}}<ref name="Usman"/>. Cette première phase permet de produire des {{citation|huiles et des alcools}}, lesquels sont ensuite séparés puis recueillis dans des béchers<ref name="Brevet"/>{{,}}<ref name="Usman"/>. Dans la seconde étape, le soluté fait l'objet d'une {{citation|distillation sèche}}, processus qui permet d'obtenir des {{citation|huiles et des [[cétone]]s}}, produits également [[Procédé de séparation|séparés]] puis collectés au sein de béchers<ref name="Brevet"/>{{,}}<ref name="Usman"/>. Les paramètres de contraintes [[thermodynamique]]s de cette seconde phase n'ont pas été communiqués dans l'énoncé du brevet<ref name="Brevet"/>{{,}}<ref name="Usman">{{article | langue = en | titre = From biomass to biocrude | sous-titre = Innovations in hydrothermal liquefaction and upgrading | auteur1 = Muhammad Usman | auteur2 = Shuo Cheng | auteur3 = Sasipa Boonyubol | auteur4 = Jeffrey S. Cross | périodique = Energy Conversion and Management | volume = 302 | date = 15 février 2024 | consulté le = 27 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890424000347}}.</ref>.

Ces procédés ont été à la base des techniques de liquéfaction hydrothermale ultérieures ayant suscité l'intérêt de la recherche scientifique, en particulier pendant l'[[Embargo des États-Unis sur les exportations de produits pétroliers|embargo pétrolier des années 1970]]<ref name="Elliot2007">{{article | langue = en | périodique = Energy & Fuels | volume = 21 | numéro = 3 | date = 02 mai 2007 | titre = Historical Developments in Hydroprocessing Bio-oils | auteur = Douglas C. Elliott | consulté le = 28 janvier 2025 | lire en ligne = https://fr.scribd.com/document/655702612/Historical-Developments-in-Hydroprocessing-Bio-oils}}.</ref>. C'est à cette époque qu'un procédé de liquéfaction à haute pression hydrothermique est développé au Pittsburgh Energy Research Center (PERC) et plus tard produit, à hauteur de {{unité|100|kg/h}}, au centre expérimental de liquéfaction hydrothermale de biomasse d'Albany, dans l'Oregon, États-Unis<ref name="Toor">{{article | langue = en | titre = Hydrothermal liquefaction of biomass: A review of subcritical water technologies | auteur1 = Saqib Sohail Toor | auteur2 = Lasse Rosendahl | auteur3 = Andreas Rudolf | périodique = Energy | volume = 36 | numéro = 5 | date = 2011 | pages = 2328-2342 | consulté le = 28 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544211001691?via%3Dihub}}.</ref>{{,}}<ref name="Elliot2007"/> et qu'une nouvelle technique, brevetée, est appliquée au HTL afin d'en accélérer sa [[Cinétique chimique|vitesse de réaction]]<ref name="Radlein">{{article | langue = en/fr | auteur1 = D. Radlein | auteur2 = A. Quignard | titre = A Short Historical Review of Fast Pyrolysis of Biomass | périodique = Oil & Gas Science and Technology Review | éditeur = IFP Energies nouvelles | volume = 68 | année = 2013 | numéro = 4 | pages = 621-783 | consulté le = 07 février 2025 | format = pdf | lire en ligne = https://ogst.ifpenergiesnouvelles.fr/articles/ogst/pdf/2013/04/ogst120259.pdf}}.</ref>. Cette variante du procédé de liquéfaction hydrothermale classique est dite {{citation|pyrolyse rapide}} ou {{citation|pyrolyse flash}}<ref name="Radlein"/>. Concomitamment, en 1982, aux Pays-Bas, Shell Oil développe de son côté le procédé « HTU »<ref name="Elliot2007"/>.

À partir de la fin du {{s-|XX}}, la recherche s'intéresse à nouveau au procédé de carbonisation hydrothermale et aux produits solides (hydrochar) obtenus, lesquels peuvent trouver diverses applications à [[valeur ajoutée]] dans les domaines de l'environnement, de la santé et de l'industrie<ref>Funke A & Ziegler F (2010) [https://www.researchgate.net/profile/Axel_Funke/publication/229872727_Hydrothermal_carbonization_of_biomass_A_summary_and_discussion_of_chemical_mechanisms_for_process_engineering/links/09e4150b9f477768bb000000/Hydrothermal-carbonization-of-biomass-A-summary-and-discussion-of-chemical-mechanisms-for-process-engineering.pdf ''Hydrothermal carbonization of biomass: a summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering'']. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 4(2), 160-177.</ref>.

Au {{s-|XIX}}, en Europe, les [[Énergie aux Pays-Bas|Pays-Bas]] se dotent d'un programme production de gaz renouvelables par procédé de gazéification hydrothermale avec la construction d'un premier prototype de convertisseur d'une puissance de {{unité|20|MW}}, conçu par la firme SCW Systems en 2022, et qui permet le traitement de {{unité|16|tonnes/h}} d'[[intrant]] ; ce programme néerlandais ayant pour objectif de parvenir à produire {{unité|11|TWh/an}}, couvrant 57 % de la consommation totale de gaz renouvelables du pays, à l'horizon 2030<ref name="Comprendre la Gazéification Hydrothermale en 5 points" />{{,}}<ref name="La pyrogazéification attend le top départ"/>{{,}}<ref name="Les promesses de la gazéification hydrothermale"/>{{,}}<ref name="Deux entreprises françaises se lancent dans la gazéification hydrothermale">{{Article | auteur = Bernard Deboyser | titre = Deux entreprises françaises se lancent dans la gazéification hydrothermale | périodique = Révolution énergétique | année = 2022 | mois = mars | jour = 25 | url texte = https://www.revolution-energetique.com/deux-entreprises-francaises-se-lancent-dans-la-gazeification-hydrothermale/ | consulté le = 17 juillet 2023}}.</ref>. En parallèle, trois autres pays européens se lancent dans des programmes de création de filière de gazéification hydrothermale : la [[Énergie en Suisse|Suisse]], qui a mis en œuvre à l'[[Institut Paul Scherrer]] un [[Prototype|démonstrateur]] capable de traiter {{unité|110|kg/h}} de biomasse, l'[[Énergie en Espagne|Espagne]] et la [[Énergie en France|France]]. Dans ce dernier pays, le premier démonstrateur, ayant coûté {{euros|15 millions d'}}, est mis en œuvre à [[Saint-Nazaire]] avec une mise en service fixée pour 2024/2025. Une production annuelle d'{{unité|1|[[Kilowatt-heure|TWh]]}} est initialement programmée à partir de 2030<ref name="Comprendre la Gazéification Hydrothermale en 5 points" />{{,}}<ref name="La pyrogazéification attend le top départ"> {{Article | prénom1 = Félix | nom1 = Gouty | titre = La pyrogazéification, petite sœur de la méthanisation, attend le top départ | périodique = Actu-Environnement | année = 2022 | mois = mai | jour = 30 | url texte = https://www.actu-environnement.com/ae/news/pyrogazeification-filiere-demarrage-39691.php4 | consulté le = 30 mai 2022}}.</ref>{{,}}<ref name="Les promesses de la gazéification hydrothermale">{{Article | prénom1 = Christine | nom1 = Lairy | titre = Les promesses de la gazéification hydrothermale | périodique = Actu-Environnement | année = 2022 | mois = décembre | jour = 20 | url texte = https://www.actu-environnement.com/ae/news/Les-promesses-gazeification-hydrothermale-40837.php4 | consulté le = 20 décembre 2022}}.</ref>, mais le livre blanc publié par la suite affiche des objectifs plus ambitieux avec {{unité|2|TWh}} en 2030 et {{unité|50|TWh}} à l'horizon 2050<ref name="Uune nouvelle technologie en test">{{Article | prénom1 = Baptiste | nom1 = Cessieux | titre = La gazéification hydrothermale, une nouvelle technologie en test pour traiter les déchets organiques | périodique = La Gazette des communes | lien périodique = La Gazette des communes | année = 2023 | mois = mars | jour = 24 | issn = 0336-1675 | url texte = https://www.lagazettedescommunes.com/855532/la-gazeification-hydrothermale-une-nouvelle-technologie-en-test-pour-traiter-les-dechets-organiques/?abo=1 | consulté le = 17 juillet 2023}}.</ref>.

Le potentiel estimé de traitement par gazéification hydrothermale en France à l'horizon 2050 est de {{nobr|100 millions}}de tonnes d’effluents liquides sur les {{nobr|340 millions}} produits annuellement dans le pays, qui produirait à cette date entre {{unité|58|et=138|TWh}} d'énergie, la consommation totale prévue étant alors comprise selon les scénarios entre {{unité|280|et=360|TWh}}<ref name="Une technologie émergente" />. Dans ce cadre, [[GRTgaz]] crée en {{date-|mars 2021}}, lors du salon Bio360 de Nantes, le Groupe de Travail national Gazéification Hydrothermale (GTGH) associant une cinquantaine d'entreprises, principalement des secteurs du bâtiment, de l'énergie et de l'agro-alimentaire, afin de proposer des solutions techniques permettant une mise en œuvre efficace du procédé<ref name="Publication du 1er livre blanc">{{Lien web | titre = Publication du {{1er}} livre blanc mondial sur la gazéification hydrothermale, une technologie innovante de valorisation des déchets organiques en gaz renouvelable et bas-carbone | url = https://www.grtgaz.com/sites/default/files/2023-02/communique-de-presse-livre-blanc-gazeification-hydrothermale_0.pdf | année = 2023 | mois = février | éditeur = [[GRTgaz]] | format = pdf | consulté le = 14 février 2023}}.</ref>{{,}}<ref name="Livre blanc page 11">{{Référence Harvard sans parenthèses | Muhlke, Castaing, Morel & Donat 2023 | loc = Résumé exécutif | p = 11}}.</ref>.

Dans le cadre de l'[[Invasion de l'Ukraine par la Russie de 2022|invasion russe de l'Ukraine]], plusieurs entreprises s'investissent dans la filière de production de gaz renouvelables par conversion HTG afin de devenir moins dépendantes du [[Gaz naturel en Russie|gaz russe]]<ref name="La gazéification hydrothermale devient plus concrète">{{Lien web | titre = La gazéification hydrothermale devient plus concrète | url = https://www.constructioncayola.com/reseaux/article/2022/03/24/138828/gazeification-hydrothermale-devient-plus-concrete | année = 2022 | mois = mars | jour = 24 | éditeur = Construction Cayola | consulté le = 30 mai 2022}}.</ref>.

== Carbonisation hydrothermale ==
[[Fichier:Fig. 1b.tiff|vignette|Nanobilles de carbone issu de {{nobr|6 heures}} de carbonisation hydrothermale de [[glucose]] (images produite par l'[[université de Tartu]]).]]
La carbonisation hydrothermale (carbonisation aqueuse à température et pression élevées ; en anglais, ''hydrothermal carbonization'' ou ''HTC'') permet de transformer de la [[Biomasse énergie|biomasse]] (déchet ou non) en un produit dit ''« [[Biochar|biocharbon]] »'' (ou plus précisément {{citation|''hydrocharbon''}} ou {{citation|''hydrochar''}}) via un processus [[Thermochimie|thermochimique]] entretenu dans des conditions anoxiques (sans contact avec l'air, grâce à l'[[eau]] utilisée comme milieu de réaction). Ce processus imite techniquement et en quelques heures la formation de [[charbon brun]] (« ''coalification'' ») qui dans la nature se déroule sur {{nombre|50000|ans}} à {{nobr|50 millions}} d'années.

Ce biocharbon est présenté comme [[Neutralité carbone|neutre en carbone]]. Il peut servir de combustible et être produit par une [[bioraffinerie]]<ref>Hitzl, M.; Corma, A.; Pomares, F.; Renz, M. The hydrothermal carbonization (HTC) plant as a decentral biorefinery for wet biomass. Catal. Today 2015, 257, 154–159.</ref>. Comme pour le biochar issu de pyrolyse sèche, certains espèrent pouvoir produire un hydrochar aux vertus proches de la ''[[terra preta]]'' amazonienne<ref name=Kambo2015>Kambo H.S & Dutta A (2015) ''[https://www.researchgate.net/profile/Animesh_Dutta/publication/272424129_A_comparative_review_of_biochar_and_hydrochar_in_terms_of_production_physico-chemical_properties_and_applications/links/5606c1b608aea25fce38b8de.pdf A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications].'' Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45, 359-378 (PDF, 20 p.).</ref>. Il peut aussi être utilisé pour produire divers types de carbones nanostructurés, un substitut au charbon brun, du [[gaz de synthèse]], des précurseurs de carburants.

Selon la littérature scientifique et technique disponible en [[2015]] sur le sujet, l'hydrochar diffère nettement du biochar (obtenu lui par [[pyrolyse]] lente en voie sèche), et lui semble en plusieurs points supérieur. Outre sa neutralité carbone, il contiendrait notamment un peu moins de métaux alcalins et alcalino-terreux et de [[Élément-trace métallique|métaux lourds]], et il chaufferait plus que le biochar dans de mêmes conditions<ref name=Kambo2015/>.

Une hypothèse encore à confirmer pour le moyen et long terme est qu'il pourrait aussi contribuer (comme amendement) à restaurer la teneur en [[matière organique]] et en humus des sols, et à améliorer la capacité de rétention de l'eau de sols sableux<ref>Abel S, Peters A, Trinks S, Schonsky H, Facklam M & Wessolek G (2013). ''[https://www.researchgate.net/profile/Gerd_Wessolek/publication/256092794_Impact_of_biochar_and_hydrochar_addition_on_water_retention_and_water_repellency_of_sandy_soil/links/5723623108ae586b21d88453/Impact-of-biochar-and-hydrochar-addition-on-water-retention-and-water-repellency-of-sandy-soil.pdf Impact of biochar and hydrochar addition on water retention and water repellency of sandy soil]''. Geoderma, 202, 183-191.</ref>. Certains y voient aussi un moyen de [[Stockage du carbone|(re)(re)stocker du carbone]] dans le sol ou d'en (re)faire un [[puits de carbone]]<ref>George, C., Wagner, M., Kücke, M., & Rillig, M. C. (2012). ''[https://www.researchgate.net/profile/Matthias_Rillig/publication/257381607_Divergent_consequences_of_hydrochar_in_the_plant-soil_system_Arbuscular_mycorrhiza_nodulation_plant_growth_and_soil_aggregation_effects/links/54ac56380cf21c477139dd1c/Divergent-consequences-of-hydrochar-in-the-plant-soil-system-Arbuscular-mycorrhiza-nodulation-plant-growth-and-soil-aggregation-effects.pdf Divergent consequences of hydrochar in the plant–soil system: arbuscular mycorrhiza, nodulation, plant growth and soil aggregation effects].'' Applied soil ecology, 59, 68-72.</ref>, tout en valorisant des déchets organiques et fournissant une [[énergie verte]] (non fossile).

=== Vocabulaire, acronymes ===
Ce procédé est parfois aussi dénommé ''carbonisation hydrothermique'', ''pyrolyse humide (wet pyrolysis)'', ou ''torréfaction humide (wet torrefaction)''<ref name=Lucian2017>Michela Lucian & Luca Fiori (2017) ''"[http://www.mdpi.com/1996-1073/10/2/211/htm Hydrothermal Carbonization of Waste Biomass : Process Design, Modeling, Energy Efficiency and Cost Analysis]"''| Energies 2017, 10(2), 211; doi:10.3390/en10020211 | Department of Civil, Environmental and Mechanical Engineering | Academic Editor: Witold Kwapinski |publié 13 février 2017.</ref>. L'acronyme ''HTC'' est également souvent utilisé (pour ''Hydrothermal carbonization'').

=== Procédé ===
À une température élevée (entre 180 et 260 °C)<ref name=Lucian2017/>{{,}}<ref name=Kambo2015/> et en [[autoclave]] sous pression (10 à 50 bar<ref name=Lucian2017/> ; {{unité|2|à=6|MPa}}<ref name=Kambo2015/>), durant un temps qui varie de 5 min <ref name=Kambo2015/> à {{heure|12}}<ref name=Lucian2017/> selon les produits, la température et la pression, la biomasse perd spontanément son eau et se transforme en [[Biochar|biocharbon]] via un procédé exothermique qui va s'auto-entretenir une fois initié (grâce à deux [[catalyseur]]s : l’[[acide citrique]] et un sel de fer<ref name=Lucian2017/>).

La qualité et les propriétés du charbon obtenu varient selon la nature des matériaux introduits dans le réacteurs, mais aussi selon la température, la pression et le temps de chauffage<ref>Sun, Y., Gao, B., Yao, Y., Fang, J., Zhang, M., Zhou, Y., ... & Yang, L. (2014). ''[https://www.researchgate.net/profile/Bin_Gao11/publication/273407849_Effects_of_feedstock_type_production_method_and_pyrolysis_temperature_on_biochar_and_hydrochar_properties/links/550824b40cf26ff55f801062.pdf Effects of feedstock type, production method, and pyrolysis temperature on biochar and hydrochar properties]''. Chemical Engineering Journal, 240, 574-578.</ref>.

==== Formule ====
Soit une température produite entre {{tmp|180|220|°C}}, une pression allant de {{unité|10|à=15|bars}} et une durée de décomposition variant entre {{unité|4|à=12|heures}}, le processus de carbonisation hydrothermale du [[glucose]] est décrit par la formule suivante<ref name="Ramke">{{chapitre | langue = en | titre chapitre = Hydrothermal Carbonization of Organic Waste | auteur1 = H.-G. Ramke | auteur2 = D. Blöhse | auteur3 = H.-J. Lehmann | auteur4 = J. Fettig | auteurs ouvrage = R. Cossu, L.F. Diaz, R. Stegmann | titre ouvrage = Sardinia 2009: Twelfth International Waste Management and Landfill Symposium | éditeur = CISA Publisher | année = 2009 | lire en ligne = https://www.academia.edu/100566103/Hydrothermal_Carbonization_of_Organic_Waste}}.</ref> : 

:<math>\mathrm{C_6H_{12}O_6} \quad \rightarrow \quad \mathrm{C_6H_2O} + \mathrm{5\ H_2O \qquad + \Delta H = \sim 950\ \mathrm{kJ/mol}}</math>

=== Retours d'expérience ===
Le prototype industriel d’AVA-CO2 de Karlsruhe comprend une cuve de mixage de 5 m de haut ou la matière est préchauffée à environ 150 °C, un réacteur thermiquement isolé (14 mètres cubes, 220 °C, 22 bars de pression) et un réservoir tampon dit “''Outlet buffer tank''” qui stocke l'énergie excédentaire et le produit final. Le système peut fonctionner en continu. Toutes les cuves sont sous pression et reliées entre elles.
Deux produits finaux en sortent : un charbon obtenu après {{heure|12}} de chauffage, présenté comme [[neutralité carbone|neutre en carbone]], stable et à forte [[densité d'énergie]], facile à stocker et transporter ; et/ou un produit de type [[biochar]], issu de {{heure|5}} de chauffage, utilisable comme amendement des sols agricoles.

Une autre expérience faite sur le [[marc de raisin]] (à 65 % de teneur en humidité) à des conditions de processus optimisées ({{heure|1}} à 220 °C) l'énergie thermique et la consommation d'énergie étaient respectivement de {{unité|1170|kWh}} et {{unité|160|kWh}} par tonne d'hydrochar produites, soit une efficacité de 78 % pour l'usine<ref name=Lucian2017/> ; dans ce cas l'analyse technico-économique des coûts d'investissement et des coûts de production a conclu à un [[seuil de rentabilité]] respectivement de {{unité|157|€/t}} et {{unité|200|€/t}} ; des chiffres qui semblent indiquer que l'hydrochar est potentiellement un [[biocarburant]] compétitif, et qui plus est neutre en CO2<ref name=Lucian2017/>.

L'hydrochar ainsi produit a capturé 100 % du carbone et peut être réduit en poudre, en pellet et utilisé comme biocarburant et, ou amendement du sol (similaire au biochar) et d'autres études sur la production économique des nanomatériaux.

=== Inconvénients ===
Le processus et certains produits utilisés (lisiers, fumiers...) impliquent une installation industrielle complexe et sécurisée (haute température, haute pression), plus lourde et coûteuse que d'autres installations de valorisation énergétique de la biomasse.

Selon une étude publiée en 2012, les hydrochars comme les produits de pyrolyse à sec (biochar) peuvent améliorer la fertilité et qualité des sols, mais cependant pas à la manière d'un compost car au sortir du processus l'hydrochar est [[stérilisation (microbiologie)|stérilisé]]. La fabrication de l'hydrochar est en soi dite ''[[Neutralité carbone|neutre en carbone]]'', mais à la différence des biochars qui diminuent dans les sols cultivés les émissions de N<sub>2</sub>0 (un [[gaz à effet de serre]] déjà préoccupant pour l'agriculture) les hydrochars peuvent au contraire aggraver ces émissions<ref>Kammann C, Ratering S, Eckhard C & Müller C (2012) ''[https://www.researchgate.net/profile/Claudia_Kammann2/publication/228102876_Biochar_and_Hydrochar_Effects_on_Greenhouse_Gas_Carbon_Dioxide_Nitrous_Oxide_and_Methane_Fluxes_from_Soils/links/55aba16a08ae815a04282f11.pdf Biochar and hydrochar effects on greenhouse gas (carbon dioxide, nitrous oxide, and methane) fluxes from soils]''. Journal of environmental quality, 41(4), 1052-1066.</ref>.

=== Avantages ===
Ce procédé valorise théoriquement tout le carbone de la biomasse, qui peut provenir de déchets organiques.<br />
Le procédé lui-même ne dégage presque pas de {{CO2}} et il est adapté à une large typologie de produits (''bois, déchets verts purin, lisier, marc de raisin, cactus invasifs, déchets d'olives ou de palmiers à huile et autres déchets lignocellulosiques<ref>Kang, S., Li, X., Fan, J., & Chang, J. (2012). ''[https://www.researchgate.net/profile/Jie_Chang3/publication/263959902_Characterization_of_Hydrochars_Produced_by_Hydrothermal_Carbonization_of_Lignin_Cellulose_D-Xylose_and_Wood_Meal/links/56669b2d08ae192bbf92880b/Characterization-of-Hydrochars-Produced-by-Hydrothermal-Carbonization-of-Lignin-Cellulose-D-Xylose-and-Wood-Meal.pdf Characterization of hydrochars produced by hydrothermal carbonization of lignin, cellulose, D-xylose, and wood meal].'' Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(26), 9023-9031.</ref>{{,}}<ref>Xiao, L.P.; Shi, Z.J.; Xu, F.; Sun, R.C. Hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass. Bioresour. Technol. 2012, 118, 619–623.</ref>{{,}}<ref>Hoekman, S.K.; Broch, A.; Robbins, C.; Purcell, R.; Zielinska, B.; Felix, L. (2014) ''Process Development Unit (PDU) for Hydrothermal Carbonization (HTC) of Lignocellulosic Biomass''. Waste Biomass Valoriz, 5, 669–678.</ref> ou [[Agroindustrie|agroindustriels]]<ref>Basso, D.; Patuzzi, F.; Castello, D.; Baratieri, M.; Rada, E.C.; Weiss-Hortala, E.; Fiori, L. Agro-industrial waste to solid biofuel through hydrothermal carbonization. Waste Manag. 2016, 47, 114-121.</ref>, compost de respectant pas les spécifications nécessaires<ref>Basso, D.; Weiss-Hortala, E.; Patuzzi, F.; Castello, D.; Baratieri, M.; Fiori, L. (2015) ''Hydrothermal carbonization of off-specification compost: A byproduct of the organic municipal solid waste treatment.'' Bioresour. Technol. , 182, 217–224</ref>, [[boues d'épuration]]<ref>He C, Giannis A & Wang J.Y (2013). ''[https://www.researchgate.net/profile/Apostolos_Giannis/publication/257157698_Conversion_of_sewage_sludge_to_clean_solid_fuel_using_hydrothermal_carbonization_Hydrochar_fuel_characteristics_and_combustion_behavior/links/545305220cf26d5090a38462.pdf Conversion of sewage sludge to clean solid fuel using hydrothermal carbonization: hydrochar fuel characteristics and combustion behavior]''. Applied Energy, 111, 257-266.</ref>, algues et résidus d'aquaculture''…).
<br />A la différence de la pyrolyse sèche, il accepte des matières à très hautes teneurs en eau jusqu'à 75 % – 90 %) sans avoir besoin d'un pré-séchage<ref>Libra, J.A.; Ro, K.S.; Kammann, C.; Funke, A.; Berge, N.D.; Neubauer, Y.; Titirici, M.-M.; Fühner, C.; Bens, O.; Kern, J.; et al. Hydrothermal carbonization of biomass residuals: A comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis. Biofuels 2011, 2, 71–106.</ref>.

Le biocharbon obtenu peut être conditionné sous forme de pellets<ref>Liu Z, Quek A & Balasubramanian R (2014). ''[https://www.researchgate.net/profile/Zhengang_Liu2/publication/270989272_Preparation_and_characterization_of_fuel_pellets_from_woody_biomass_agro-residues_and_their_corresponding_hydrochars/links/54ed69d80cf2465f5330f191.pdf Preparation and characterization of fuel pellets from woody biomass, agro-residues and their corresponding hydrochars].'' Applied Energy, 113, 1315-1322.</ref> et se substituer à la [[houille]] et au [[lignite]] et être brûlé en chaudière. Le produit obtenu peut ensuite libérer toute l’énergie solaire antérieurement stocké sans la biomasse<ref name=Lucian2017/>.
Il sera énergétiquement plus efficace que le [[bioéthanol]] (seulement 10 % de la [[canne à sucre]] est transformée en bioéthanol) ou le biogaz (qui au mieux valorise 50 % du carbone de la biomasse).

=== Efficience et bilan énergétique ===
L'efficacité carbone de la plupart des processus de conversion de matière organique en carburant est faible, car lors de ce processus une part importante du carbone contenue dans la biomasse est perdue, et souvent sous forme de CO toxique, de {{CO2}} ou de méthane qui sont des gaz à effet de serre.<br />
La réaction exothermique permet un bon bilan énergétique<ref>Stemann, J.; Ziegler, F. ''Assessment of the Energetic Efficiency of A Continuously Operating Plant for Hydrothermal Carbonisation of Biomass.'' In World Renewable Energy Congress, Linköping, Sweden, 8–13 May 2011; Linköping University Electronic Press: Linköping, Sweden, 2011; pp. 125–132.</ref> et les catalyseurs sont efficaces même en cas de variations des matières utilisées.<br />
Il n'est généralement pas nécessaire de consommer de l'énergie pour mettre sous pression le réacteur : c'est la vapeur produite par la réaction exothermique dans l'enceinte confinée qui va mettre le réacteur sous pression.

{| class="wikitable"
|-
! Procédé !! Efficacité carbone
|-
| Carbonisation hydrothermale || 90 à 100 %
|-
| Fermentation alcoolique || 67 %
|-
| Conversion anaérobie au [[biogaz]] || 50 %
|-
| Production de [[charbon de bois]] || 30 %
|-
| Production d'[[humus]] via [[compostage (biologie)|compostage]] || de 5 % à 10 %
|}

'''Remarque''' : le tableau ci-dessus est classé par rendement décroissants d'installation (mais les techniques les plus énergétiquement rentables demandent des installations plus couteuses, lourdes et complexes, et les [[agrocarburant]]s de type [[Éthanol|alcool]] ou [[biodiesel]] ne peuvent être produits qu'à partir des parties grasses ou sucrées de certaines plantes. Si toutes les parties de plantes rustiques et à croissance rapides pouvait servir à la production de carburant (avec retour au sol des nutriments), le rendement énergétique de l'opération serait trois à cinq fois meilleur pour une même zone de culture ({{ex}} saule, peuplier, miscanthus, chanvre, roseaux ou sous-produits de l'agroforesterie).

Théoriquement, à condition de ne pas manquer d'eau la carbonisation hydrothermale permet d'utiliser des [[cultures énergétiques]] économes en énergie et ne nécessitant pas d'[[engrais]] ni [[pesticide]]s, voire des plantes aquatiques invasives ou des plantes poussant sur sol pauvre.

Si le process lui-même est [[neutralité carbone|neutre en carbone]], un juste [[bilan carbone]] doit néanmoins tenir compte de l'[[empreinte carbone]] de l'usine, des infrastructures, du transport, de la production de la biomasse utilisée, etc.

=== Recherche ===
Des [[Charbon activé|charbons activés]] ou des charbons technique présentant des caractéristiques particulières en termes de [[nanopore]]s pourraient être utilisés pour :
* épurer l'eau polluée ou des sols de leurs métaux lourds<ref>Xue, Y., Gao, B., Yao, Y., Inyang, M., Zhang, M., Zimmerman, A. R., & Ro, K. S. (2012). ''[https://www.ars.usda.gov/ARSUserFiles/60820000/Manuscripts/2012/Man908.pdf Hydrogen peroxide modification enhances the ability of biochar (hydrochar) produced from hydrothermal carbonization of peanut hull to remove aqueous heavy metals : batch and column tests]''. Chemical Engineering Journal, 200, 673-680.</ref> ou de pesticides ;
* la fabrication d'anodes par exemple pour des [[batteries lithium-ion]]<ref>Unur, E.; Brutti, S.; Panero, S.; Scrosati, B. Nanoporous carbons from hydrothermally treated biomass as anode materials for lithium ion batteries. Microporous Mesoporous Mater. 2013, 174, 25–33.</ref>{{,}}<ref>Wang, L.; Zhang, Z.; Qu, Y.; Guo, Y.; Wang, Z.; Wang, X. A novel route for preparation of high-performance porous carbons from hydrochars by KOH activation. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2014, 447, 183-187.</ref>.

== Liquéfaction hydrothermale ==
=== Définition et principe ===
La liquéfaction hydrothermale (HTL), également connue sous les termes de « [[pyrolyse]] [[Hydrate|hydratée]] »<ref name="Dimitriadis">{{article | langue = en | titre = Hydrothermal liquefaction of various biomass and waste feedstocks for biocrude production: A state of the art review | auteur1 = Athanasios Dimitriadis | auteur2 = Stella Bezergianni | périodique = Renewable and Sustainable Energy Reviews | volume = 68 | numéro = 1 | mois = février | année = 2017 | pages = 113-125 | consulté le = 26 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032116306347}}.</ref>{{,}}<ref name="Dalai">{{chapitre | langue = en | titre chapitre = Production of energydense bio-oil from algal biomass via different thermochemical pathways - Hydrothermal Liquefaction of algal biomass | titre ouvrage = 
Algal Biorefinery: Developments, Challenges and Opportunities | auteur1 = Ajay K. Dalai | auteur2 = Vaibhav V. Goud | auteur3 = Sonil Nanda | auteur4 = Venu Babu Borugadda | éditeur = Routledge | date = 7 juillet 2021 | lire en ligne = https://books.google.fr/books?id=dF8tEAAAQBAJ&pg=PA120&dq=hydrous+pyrolysis+hydrothermal+liquefaction&hl=fr&newbks=1&newbks_redir=0&sa=X&ved=2ahUKEwjM4tnbjpOLAxVfRqQEHYs0GJwQ6AF6BAgFEAM#v=onepage&q=hydrous%20pyrolysis%20hydrothermal%20liquefaction&f=false}}.</ref>, est un procédé de [[dépolymérisation]] thermique utilisé pour convertir, sous conditions de température modérée et de haute pression, de la biomasse humide et d'autres [[macromolécule]]s en [[huile pyrolytique]]<ref name="Javaid">{{article | langue = en | titre = A review on process conditions for optimum bio-oil yield in hydrothermal liquefaction of biomass| périodique = Renewable and Sustainable Energy Reviews| date = 01 avril 2011 | pages = 1615–1624 |volume = 15 | numéro = 3| doi = 10.1016/j.rser.2010.11.054| auteur1 = Javaid Akhtar | auteur2 = Nor Aishah Saidina Amin | consulté le = 26 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032110004235?via%3Dihub}}</ref>.

=== Réactions chimiques ===
Lors d'un processus de liquéfaction hydrothermale, les [[Molécule organique|molécules]] à longue [[chaîne carbonée]] de la biomasse sont, sous la contrainte thermique, [[Craquage|cassées]], cette dissociation permettant d'éliminer de l'oxygène sous forme de {{H2O}} ([[Réaction de déshydratation|déshydratation]]) et de {{CO2}} ([[décarboxylation]])<ref name="Gollakota">{{article | langue = en | auteur1 = A.R.K. Gollakota | auteur2 = Nanda Kishore | auteur3 = Sai Gu | titre = A review on hydrothermal liquefaction of biomass | périodique = Renewable and Sustainable Energy Reviews
| volume = 81 | numéro = Part 1 | mois = janvier | année = 2018 | pages = 1378-1392 | consulté le = 02 février 2025 | format = html/pdf | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117308146}}.</ref>{{,}}<ref name="Javaid"/>{{,}}<ref name="Snåre">{{article | langue = en | titre = Production of diesel fuel from renewable feeds | sous-titre = Kinetics of ethyl stearate decarboxylation | auteur1 = M. Snåre | auteur2 = I. Kubičková | auteur3 = P. Mäki-Arvela | périodique = Chemical Engineering Journal | volume = 134 | numéro = 1–3 | date = {{1er}} novembre 2007 | pages = 29-34 | consulté le = 02 février 2025 | format = html/pdf | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894707002197?via%3Dihub}}.</ref>. Ces réactions aboutissent à la production d'une bio-huile présentant un rapport <math>\mathrm{H}</math><math>\mathrm{/}</math><math>\mathrm{C}</math> élevé<ref name="Gollakota"/>{{,}}<ref name="Javaid"/>{{,}}<ref name="Snåre"/>.

La réaction chimique se déroulant lors d'une liquéfaction hydrothermale implique généralement l'adjonction de [[Catalyse homogène|catalyseurs homogènes]] et/ou [[Catalyse hétérogène|hétérogènes]] afin d'améliorer la qualité des produits et les rendements<ref name="Javaid"/>. Le carbone et l'hydrogène contenus dans une matière organique, telle que la biomasse et la tourbe ou les [[charbon]]s à faible teneur carbonée comme la [[lignite]], sont [[Thermochimie|thermochimiquement]] convertis en composés [[Hydrophobie (physique)|hydrophobes]] à [[Indice de viscosité|faible]] [[Viscosité#Viscosité des liquides|viscosité]] et à haute [[solubilité]]<ref name="Ramirez"/>. 

=== Procédé et mise en œuvre ===
La plupart des applications de liquéfaction hydrothermale sont produites à l'aide de catalyseurs sous des températures comprises entre {{tmp|250|et=550|°C}}, des pressions s'échelonnant entre de {{unité|5|à=25|M[[Pascal (unité)|Pa]]}} sur une durée allant de {{heure||20|}} à {{heure|1}}<ref name="Elliot"/>{{,}}<ref name="Goudriaan"/>. Les contraintes thermiques employées durant le processus de conversion peuvent cependant être inférieures à {{tmp|250|°C}} ou supérieures à {{tmp|550|°C}} afin d'optimiser les rendements de combustibles liquides<ref name="Toor"/>. À ces températures et pressions, l'[[Teneur en eau (chimie)|eau présente]] dans la biomasse devient soit [[Point triple|sous-critique]], soit [[Fluide supercritique|supercritique]] et agit, à l'instar des catalyseurs, comme un solvant [[Réactif (chimie)|réactif]], facilitant ainsi la transformation de la biomasse en bio-huile<ref name="Javaid"/>{{,}}<ref name="Toor"/>.

L'exactitude de la conversion de la biomasse en bio-huile dépend de plusieurs variables : les composants de la matière première et leurs structures moléculaires ; la température et vitesse de chauffe ; la pression ; le [[solvant]] ; le temps de séjour ; la nature des catalyseurs<ref name="Javaid"/>{{,}}<ref name="Kosinkova"/>.

Théoriquement, tout type de biomasse peut être converti en bio-huile par procédé de la liquéfaction hydrothermale, quelle que soit sa teneur en eau<ref name="Javaid"/>. Les types de biomasse ayant été expérimentalement transformés se présentent, entre autres, sous forme de résidus forestiers, agricoles<ref name="Kosinkova">{{article | langue = en | titre = Energy and chemical conversion of five Australian lignocellulosic feedstocks into bio-crude through liquefaction | auteur1 = Jana Kosinkova | auteur2 = Jerome A. Ramirez | auteur3 = Michal Jablonský | et al. = oui | numéro = 44 | année = 2017 | périodique = RSC Advances | éditeur = The Royal Society of Chemistry | consulté le = 04 février 2025 | lire en ligne = https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ra/c7ra02335a}}.</ref> et horticoles ([[Support de culture|substrats]] de champignons, plants de tomates)<ref name="Aitor">{{article | langue = en | périodique = Biomass and Bioenergy | volume = 181 | mois = février | année = 2024 | titre = Characterization and antifungal properties against wood decaying fungi of hydrothermal liquefaction liquids from spent mushroom substrate and tomato residues | auteur1 = Aitor Barbero-López | auteur2 = Yeray Manuel López-Gómez | auteur3 = Jaime Carrasco | consulté le = 04 février 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0961953423003343?via%3Dihub}}.</ref>, de boues d'épuration, de déchets de transformation alimentaire, tels que le fumier, ou encore des algues<ref name="Javaid"/>{{,}}<ref name="Toor"/>{{,}}<ref name="Berl"/>{{,}}<ref name="Yuanhui">{{article | langue = en | titre = Thermochemical conversion of swine manure to produce fuel and reduce waste: project report | auteur1 = Yuanhui Zhang | auteur2 = Gerald Riskowski | auteur3 = Ted Funk | périodique = Rapports techniques de l'University of Illinois Urbana-Champaign | année = 1999 | format = pdf | consulté le = 04 février 2025 | lire en ligne = https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=a292577b2293d20b5dc8356c52dd7f0f324d26ec}}.</ref>{{,}}<ref name="Yunhua">{{article | langue = en | titre = Microalgae Conversion to Biofuels and Biochemical via Sequential Hydrothermal Liquefaction (SEQHTL) and Bioprocessing: 2020 State of Technology | mois = avril | année = 2021 | auteur1 = Yunhua Zhu | auteur2 = Susanne Jones | auteur3 = Andrew Schmidt | et al. = oui | périodique = Rapports techniques du Pacific Northwest National Laboratory Richland | éditeur = U.S. Department of Energy | format = pdf | consulté le = 04 février 2025 | lire en ligne = https://www.pnnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-30124.pdf}}.</ref>. La composition de la cellulose, de l'[[hémicellulose]], des protéines et de la [[lignine]] contenues dans ces matières premières influence le rendement et la qualité de l'huile issue du processus<ref name="Javaid"/>{{,}}<ref name="Kosinkova"/>.

=== Produits ===
L'huile pyrolytique issue d'une conversion par liquéfaction hydrothermale présente une [[densité énergétique]] élevée avec un [[pouvoir calorifique inférieur]] de {{unité|33.8|à=36.9|MJ/kg}} et de 5 à 20 % en poids d'oxygène et de produits chimiques renouvelables<ref name="Elliot">{{article | langue = en | titre = Historical Developments in Hydroprocessing Bio-oils | auteur = Douglas C. Elliott | périodique = Energy & Fuels | volume = 21 | numéro = 3 | date = 02 mai 2007 | consulté le = 26 janvier 2025 | lire en ligne = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ef070044u}}.</ref>{{,}}<ref name="Goudriaan">{{article | langue = en | titre = Liquid fuels from biomass via a hydrothermal process | auteur1 = F. Goudriaan | auteur2 = D.G.R. Peferoen | périodique = Chemical Engineering Science | volume = 45 | numéro = 8 | année = 1990 | pages = 2729-2734 | consulté le = 26 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/000925099080164A}}.</ref>.

Selon les conditions de traitement, le biocarburant produit peut être employé [[Pétrole brut|tel quel]] pour les moteurs lourds, y compris les moteurs de [[Propulsion (navire)|propulsion maritime]] et [[Locomotive|ferroviaire]], ou transformé en carburants destinés aux [[Moteur diesel|moteurs diesel]], à essence ou [[Moteur à réaction|à réaction]]<ref name="Ramirez">{{article | langue = en | titre = A Review of Hydrothermal Liquefaction Bio-Crude Properties and Prospects for Upgrading to Transportation Fuels | auteur1 = Jerome A. Ramirez | auteur2 = Richard J. Brown | auteur3 = Thomas J. Rainey | périodique = Energies | année = 2015 | volume = 8 | numéro = 7 | pages = 6765-6794 | consulté le = 26 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.mdpi.com/1996-1073/8/7/6765}}.</ref>.

== Gazéification hydrothermale ==
La gazéification hydrothermale ([[gazéification]] aqueuse à température et pression élevées ; en anglais, ''hydrothermal gasification'' ou ''hydrothermal gasification of biomass'') utilise l’eau contenue dans la biomasse dans son état [[Fluide supercritique|supercritique]] comme [[milieu réactionnel]] pour produire un gaz de synthèse riche en méthane. Le gaz produit, sous haute pression en sortie du procédé, peut être soit injecté et stocké dans le réseau gazier, soit directement brûlé pour assurer une production de chaleur.

En plus du gaz produit, le procédé permet de récupérer des [[Sel minéral|sels minéraux]], de l’[[azote]] et de l’eau présents dans l’intrant, qui peuvent être exploités notamment pour produire des engrais.

=== Principe ===
Le principe de la gazéification hydrothermale est l'utilisation de l’eau contenue dans la biomasse comme [[Catalyse|catalyseur]] sous une pression élevée (entre 210 et 350 bars) et à haute température (entre 360 et {{unité|700|°C}})<ref name="Potentiel de la gazéification hydrothermale pages 5 & 6" />.

L'intrant utilisé est une biomasse liquide. Ce peut être notamment du [[lisier]], du [[fumier]], un [[digestat]] issu d’unités de méthanisation, des [[boues d'épuration]] ou bien un effluent organique issu d’activités industrielles<ref name="Soclema"> {{Lien web | langue = fr | titre = La gazéification hydrothermale en France | url = https://soclema.com/2019/11/25/gazeification-hydrothermale-france/ | année = 2019 | mois = novembre | jour = 25 | éditeur = Soclema | consulté le = 30 mai 2022}}.</ref>. Sous contrainte de température et de pression, les minéraux présents dans la biomasse liquide [[précipité|précipitent]] et sont extraits pour être réutilisés, notamment sous forme d'engrais. Dans une seconde phase, les molécules organiques sont craquées pour obtenir des gaz. Les gaz issus du procédé sont principalement du [[méthane]], mais également du [[dihydrogène]] et du [[dioxyde de carbone]]<ref name="Engie New Ventures investit dans la start-up Treatech"> {{Article | langue = en | prénom1 = Bérénice | nom1 = Robert | titre = Engie New Ventures investit dans la start-up Treatech, spécialisée dans la gazéification hydrothermale | périodique = L'Usine nouvelle | lien périodique = L'Usine nouvelle | année = 2023 | mois = juin | jour = 29 | pages = | issn = 0042-126X | url texte = https://www.usinenouvelle.com/article/engie-new-ventures-investit-dans-la-start-up-treatech-specialisee-dans-la-gazeification-hydrothermale.N2147502 | consulté le = 17 juillet 2023}}.</ref>{{,}}<ref name="Produire du gaz vert grâce à la gazéification hydrothermale"> {{Article | langue = en | prénom1 = Marine | nom1 = Peyrot | titre = Produire du gaz vert grâce à la gazéification hydrothermale | périodique = Act4gaz | année = 2022 | mois = décembre | jour = 5 | pages = | url texte = https://act4gaz.grdf.fr/radio-produire-du-gaz-vert-grace-la-gazeification-hydrothermale-0 | consulté le = 20 décembre 2022}}.</ref>. En outre, cette opération permet la destruction de produits polluants et pathogènes (virus, bactéries, [[Pollution médicamenteuse|résidus médicamenteux]]), tout en préservant l’eau et les sels minéraux qui y sont contenus<ref name="Tout savoir sur la gazéification hydrothermale"> {{Lien web | langue = fr | auteur = Adeline Adelski | titre = Livre Blanc : tout savoir sur la gazéification hydrothermale | url = https://www.gaz-mobilite.fr/actus/live-blanc-tout-savoir-gazeification-hydrothermale-3528.html | année = 2023 | mois = février | jour = 10 | éditeur = Gaz Mobilité | consulté le = 14 février 2023}}.</ref>{{,}}<ref name="Livre blanc page 19"> {{Référence Harvard sans parenthèses | Muhlke, Castaing, Morel & Donat 2023 | loc = 1. Généralités et contexte — 1.1. Une technologie de traitement et de valorisation de déchets produisant des gaz renouvelables et bas-carbone — 1.1.4. Une technologie ancrée dans l'économie circulaire | p = 19}}.</ref>.

La gazéification hydrothermale est un procédé [[Réaction endothermique|endothermique]]. Les rendements de conversion les plus intéressants sont généralement obtenus à des conditions opératoires de température et de pression élevées, soit environ {{unité|600|°C}} et 300 bars. Toutefois, l'introduction de catalyseurs permet d'abaisser la température de réaction entre 400°C et 500°C, et autorise également une sélectivité plus grande des gaz issus de la réaction, notamment de choisir entre un mélange plus riche en [[dihydrogène]] ou en [[méthane]]<ref name="Étude de la gazéification hydrothermale catalytique de composés modèles de biomasses et déchets"> {{Lien web | langue = fr | auteur = Hary Demey Cedeno | titre = Étude de la gazéification hydrothermale catalytique de composés modèles de biomasses et déchets | url = https://instn.cea.fr/these/etude-de-la-gazeification-hydrothermale-catalytique-de-composes-modeles-de-biomasses-et-dechets/?cn-reloaded=1 | année = 2022 | éditeur = [[Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives|CEA]] | consulté le = 30 mai 2022}}.</ref>. Le procédé permet également de récupérer des [[coproduit]]s, en l'espèce de l'eau et des [[Sel minéral|sels minéraux]], notamment [[azote]], [[phosphore]] et [[potassium]], qui peuvent réutilisés en tant que [[Produit fertilisant|fertilisant]]s<ref name="Produire du gaz vert grâce à la gazéification hydrothermale" />{{,}}<ref name="CEA et GRDF coopèrent pour l'émergence de la gazéification hydrothermale"> {{Article | langue = en | prénom1 = A. | nom1 = A. | titre = CEA et GRDF coopèrent pour l'émergence de la gazéification hydrothermale | périodique = Environnement Magazine | année = 2022 | mois = juin | jour = 17 | pages = | url texte = https://www.environnement-magazine.fr/energie/article/2022/06/17/140017/cea-grdf-cooperent-pour-emergence-gazeification-hydrothermale | consulté le = 20 décembre 2022}}.</ref>.

=== Mise en œuvre ===
La gazéification hydrothermale fonctionne en trois étapes. La première est la préparation de l'intrant, c'est-à-dire de la biomasse. La biomasse doit idéalement avoir un taux de [[matière sèche]] compris entre cinq et quarante pour cent<ref name="Potentiel de la gazéification hydrothermale pages 5 & 6"> {{Référence Harvard sans parenthèses | Enea Consulting 2019 | loc = 1. Présentation de la gazéification hydrothermale — 1.1 Principes et procédés | p = 5 & 6}}.</ref>.

La préparation comporte notamment une homogénéisation, un tamisage et un broyage, afin de rendre les réactions physico-chimiques plus efficaces. Après cette préparation, le mélange est peu à peu porté à une pression de 280 à 300 [[Bar (unité)|bars]]. L'état [[Fluide supercritique|supercritique]] du fluide entraîne alors une [[Précipité|précipitation]] gravitaire des sels minéraux ([[phosphore]], [[potassium]], [[calcium]]{{, etc.}}) qui peuvent être évacués à l'aide d'un dispositif approprié<ref name="Potentiel de la gazéification hydrothermale pages 5 & 6" />{{,}}<ref name="Comprendre la Gazéification Hydrothermale en 5 points"> {{Lien web | langue = fr | titre = Comprendre la Gazéification Hydrothermale en 5 points | url = https://gazenergiedespossibles.fr/gaz-issus-de-matieres-humides/comprendre-la-gazeification-hydrothermale-en-5-points/ | année = 2021 | mois = août | jour = 27 | éditeur = [[GRTgaz]] | consulté le = 30 mai 2022}}.</ref>.

=== Efficience et bilan énergétique ===
Le taux de conversion du carbone envisagé est supérieur à 90 % ; la quantité de sous-produits indésirables, [[cendre]]s et [[biochar]], ainsi que de [[Pollution de l'air|polluants atmosphériques]], est relativement faible. Selon les premiers prototypes, la conversion est assez rapide et dans des modules de taille compacte : les premières estimations montrent qu'un équipement de surface au sol d’environ 250 mètres carrés permet le traitement de trois tonnes par heure d'intrant<ref name="Une technologie émergente"> {{Lien web | langue = fr | titre = Gazéification hydrothermale : une technologie émergente | url = https://polenergie.org/nos-actualites/gazeification-hydrothermale-une-technologie-emergente/ | année = 2020 | mois = mars | jour = 4 | éditeur = [[GRTgaz]] | consulté le = 30 mai 2022}}.</ref>.

Un des effets induits de cette technologie est qu'elle peut permettre la réutilisation des eaux traitées pour l'irrigation agricole ou urbaine sans traitement supplémentaire<ref name="Livre blanc page 22"> {{Référence Harvard sans parenthèses | Muhlke, Castaing, Morel & Donat 2023 | loc = 1. Généralités et contexte — 1.1. Une technologie de traitement et de valorisation de déchets produisant des gaz renouvelables et bas-carbone — 1.1.1. Principe général | p = 22}}.</ref>. Un autre atout très notable qui valorise cette technologie par rapport à la [[méthanisation]] est le temps de réaction, d'une trentaine de minutes contre vingt à trente jours pour les procédés utilisant des bactéries<ref name="Engie New Ventures investit dans la start-up Treatech" />.

== Notes et références ==
=== Notes ===
{{Crédit d'auteurs|interne|Carbonisation hydrothermale|220590817}}
{{Crédit d'auteurs|interne|Gazéification hydrothermale|220332139}}

=== Références ===
{{Références|taille=25}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
{{Colonnes|nombre=3|1=
* [[Biomasse énergie]]
* [[Pyrolyse]]
* [[Charbon de bois]]
* [[Terra preta]]
* [[Humus]]
* [[Sol (pédologie)|Sol]]
* [[Cycle du carbone]]
* [[Marché du carbone]]
* [[Puits de carbone]]
* [[Séquestration du carbone]]
* [[Pyrogazéification]]
}}

=== Bibliographie ===
* {{ouvrage | langue = en | auteur = Fangming Jin | directeur = oui | année = 2014 | éditeur = Springer | titre = Application of Hydrothermal Reactions to Biomass Conversion | lire en ligne = https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-54458-3}}.
* {{chapitre | langue = en | auteur1 = P. Biller | auteur2 = A.B. Ross | numéro chapitre = 17 | titre chapitre = Production of biofuels via hydrothermal conversion | titre ouvrage = Handbook of Biofuels Production | sous-titre ouvrage = Processes and Technologies | année = 2016 | pages = 509-547 | format = html/pdf | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780081004555000175}}.
* {{chapitre | langue = en | titre chapitre = Hydrothermal Conversion of Lignocellulosic Biomass to Hydrochar: Production, Characterization, and Applications | auteur1 = Meegalla R. Chandraratne | auteur2 = Asfaw Gezae Daful | titre ouvrage = From Biomass to Biobased Product | année = 2023 | éditeur = IntechOpen | lire en ligne = https://www.intechopen.com/chapters/87897}}.
* {{article | langue = en | auteur = Toufik Reza | titre = Thematic issue: Hydrothermal conversion of biomass | date = 10 septembre 2021 | volume = 12 | pages 1–2 | année = 2022 | périodique = Springer Nature | consulté le = 24 janvier 2025 | lire en ligne = https://link.springer.com/article/10.1007/s13399-021-01927-7}}.
* {{article | langue = en | auteur1 = Kubilay Tekina | auteur2 = Selhan Karagözb | auteur3 = Sema Bektaş | titre = A review of hydrothermal biomass processing | année = 2014 | périodique = Renewable and Sustainable Energy Reviews | volume = 40 | pages = 673-687 | consulté le = 24 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.researchgate.net/publication/264973771_A_review_of_hydrothermal_biomass_processing}}.
* {{article | langue = en | titre = Hydrothermal Treatment of Biomass Feedstocks for Sustainable Production of Chemicals, Fuels, and Materials: Progress and Perspectives | périodique = Chemical Reviews | date = 02 mai 2023 | volume = 123 | numéro = 11 | consulté le = 24 janvier 2025 | lire en ligne = https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.2c00673#}}.
* {{article | langue = en | titre = Hydrothermal conversion of biomass to fuels, chemicals and materials: A review holistically connecting product properties and marketable applications | auteur1 = Yingdong Zhou | auteur2 = Javier Remón | auteur3 = Xiaoyan Pang | périodique = Science of The Total Environment | volume = 886 | date = 15 août 2023 | consulté le = 24 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896972302541X}}.
* {{article | langue = en | titre = Hydrothermal Processing Converted Of Biomass with High Moisture Content into Energy Dence Materials | auteur = Rakhman Sarwono | périodique = The International Journal of Engineering and Science (IJES) | volume = 12 | numéro = 8 | année = 2023 | format = pdf | consulté le = 24 janvier 2025 | lire en ligne = https://www.theijes.com/papers/vol12-issue8/B12081220.pdf}}.
*[https://www.researchgate.net/profile/Axel_Funke/publication/229872727_Hydrothermal_carbonization_of_biomass_A_summary_and_discussion_of_chemical_mechanisms_for_process_engineering/links/09e4150b9f477768bb000000/Hydrothermal-carbonization-of-biomass-A-summary-and-discussion-of-chemical-mechanisms-for-process-engineering.pdf Hydrothermal carbonization of biomass: a summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering]. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 4(2), 160-177.
* ''[https://www.researchgate.net/profile/Animesh_Dutta/publication/272424129_A_comparative_review_of_biochar_and_hydrochar_in_terms_of_production_physico-chemical_properties_and_applications/links/5606c1b608aea25fce38b8de.pdf A comparative review of biochar and hydrochar in terms of production, physico-chemical properties and applications].'' Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45, 359-378 (PDF, 20 p.)
* [https://pubag.nal.usda.gov/pubag/downloadPDF.xhtml?id=47781&content=PDF Hydrothermal carbonization of biomass residuals: a comparative review of the chemistry, processes and applications of wet and dry pyrolysis]. Biofuels, 2(1), 71-106.
* Mäkelä, M., Benavente, V., & Fullana, A. (2016). [https://www.researchgate.net/profile/Mikko_Maekelae/publication/283355095_Hydrothermal_carbonization_of_industrial_mixed_sludge_from_a_pulp_and_paper_mill/links/5637430f08ae88cf81bd524d.pdf Hydrothermal carbonization of industrial mixed sludge from a pulp and paper mill]. Bioresource technology, 200, 444-450.
* Michela Lucian & Luca Fiori (2017) ''[http://www.mdpi.com/1996-1073/10/2/211/htm Hydrothermal Carbonization of Waste Biomass : Process Design, Modeling, Energy Efficiency and Cost Analysis]''| Energies 2017, 10(2), 211; doi:10.3390/en10020211 | Department of Civil, Environmental and Mechanical Engineering ; Academic Editor: Witold Kwapinski |publié 13 février 2017.
* {{article | langue = en | auteur1 = Mouzaina Boutaieb | auteur2 = Monia Guiza | auteur3 = Silvia Román | et al. = oui | titre = Hydrothermal carbonization as a preliminary step to pine cone pyrolysis for bioenergy production | périodique = [[Comptes Rendus Chimie]] | éditeur = Académie des Sciences | volume = 23 | numéro 11-12 | année = 2020 | pages = 607-621 | format = pdf | consulté le = 17 novembre 2024 | lire en ligne = https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/chimie/item/10.5802/crchim.47.pdf}}.
* {{Article | langue = en | prénom1 = Xiaodong | nom1 = Xu | prénom2 = Yukihiko | nom2 = Matsumura | prénom3 = Jonny | nom3 = Stenberg | prénom4 = Michael Jerry | nom4 = Antal | titre = Carbon-catalyzed gasification of organic feedstocks in supercritical water | périodique = Industrial & Engineering Chemistry Research | lien périodique = Industrial & Engineering Chemistry Research | volume = 35 | numéro = 8 | année = 1996 | mois = août | jour = 1er | pages = 2522-2530 | issn = 0888-5885 | url texte = https://personal.ems.psu.edu/~radovic/Xu_IECR_1996.pdf | consulté le = 30 mai 2022 | id = Xu, Matsumura, Stenberg & Antal 1996 | libellé = Xu, Matsumura, Stenberg & Antal 1996}}
* {{Chapitre | langue = en | prénom1 = Yukihiko | nom1 = Matsumura | titre chapitre = Hydrothermal Gasification of Biomass | sous-titre chapitre = | auteur ouvrage = Ashok Pandey, Thallada Bhaskar, Michael Stöcker & Rajeev K. Sukumaran | titre ouvrage = Recent Advances in Thermochemical Conversion of Biomass | éditeur = Elsevier | lien éditeur = Elsevier | année = 2015 | pages totales = 491 | numéro chapitre = 9 | page début chapitre = 251 | passage = 251-267 | isbn = 978-0-444-63289-0 | doi = 10.1016/B978-0-444-63289-0.00009-0 | lire en ligne = | présentation en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444632890000090 | consulté le = 30 mai 2022 | id = Yukihiko Matsumura 2015 | libellé = Yukihiko Matsumura 2015}}
* {{Ouvrage | langue = fr | auteur institutionnel = Enea Consulting | titre = Potentiel de la Gazéification Hydrothermale en France | éditeur = [[GRTgaz]] | année = 2019 | mois = octobre | pages totales = 18 | isbn = | lire en ligne = https://www.enea-consulting.com/static/1f2e3e35564cf4eb9a3457c19d25b363/enea-potentiel-de-la-gazeification-hydrothermale-en-france.pdf | consulté le = 30 mai 2022 | id = Enea Consulting 2019 | libellé = Enea Consulting 2019}}
* {{Ouvrage | langue = fr | prénom1 = Robert | nom1 = Muhlke | prénom2 = Jean-Baptiste | nom2 = Castaing | prénom3 = Mathieu | nom3 = Morel | prénom4 = Violette | nom4 = Donat | titre = Gazéification hydrothermale | sous-titre = livre blanc | éditeur = Groupe de travail national gazéification hydrothermale | année = 2023 | mois = janvier | pages totales = 104 | isbn = | lire en ligne = https://fr.scribd.com/document/687034210/Livre-Blanc-Gazeification-Hydrothermale | format = html/pdf | consulté le = 14 février 2023 | id = Muhlke, Castaing, Morel & Donat 2023 | libellé = Muhlke, Castaing, Morel & Donat 2023}}
* {{article | langue = en | auteur = Andrea Kruse | titre = Hydrothermal biomass gasification | périodique = The Journal of Supercritical Fluids | volume = 47 | numéro = 3 | mois = janvier | année = 2009 | pages = 391-399 | consulté le = 16 novembre 2024 | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0896844608003501}}.
* {{article | langue = en | titre = A Review on Supercritical Water Gasification of Biomass | auteur1 = Panagiotis Kladisios | auteur2 = Athina Stegov Sagia | périodique = Bioenergy and Bioresource:Open Access | année = 2022 | volume = 3 | numéro = 4 | consulté le = 16 novembre 2024 | format = html/pdf | lire en ligne = https://www.iomcworld.org/articles/a-review-on-supercritical-water-gasification-of-biomass-94265.html}}.

=== Liens internes et externes ===
* {{lien web | langue = en | lire en ligne = https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydrothermal-processing | titre = Hydrothermal Processing: an Overview | site = [[ScienceDirect]] | consulté le = 24 janvier 2025}}.
* {{lien web | langue = en | lire en ligne = https://www.dbfz.de/en/hydrothermal-processes | titre = Hydrothermal processes | site = {{lien|langue=de|trad=Deutsches Biomasseforschungszentrum|fr=Centre allemand de recherche sur la biomasse|texte=Centre allemand de recherche sur la biomasse}} | consulté le = 25 janvier 2025}}.

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