contribution a la valorisation energetique de la …
TRANSCRIPT
.+
DEPARTEMENT MINES
Mémoire de fin d’études pour l’obtention du Diplômed’Etudes Approfondies en Génie Minéral
Présenté par
RANAIVOSOA Andry Fenosoa
Antananarivo Le 13 Septembre 2005
Promotion 2004
1
CONTRIBUTION A LA VALORISATION
ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE A
MADAGASCAR- APPLICATION DE LA
GAZEIFICATION SUR LES RESIDUS DE NOIX DE
COCO
UNIVERSITE D’ANTANANARIVOECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
D’ANTANANARIVO
DEPARTEMENT MINES
Mémoire de fin d’études pour l’obtention du Diplômed’Etudes Approfondies en Génie Minéral
Présenté par
Mr RANAIVOSOA Andry Fenosoa
Président du jury : Mr RASOLOMANANA Eddy, Professeur
Membres du jury : --
2
CONTRIBUTION A LA VALORISATION
ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE A
MADAGASCAR- APPLICATION DE LA
GAZEIFICATION SUR LES RESIDUS DE NOIX DE
COCO
UNIVERSITE D’ANTANANARIVOECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
D’ANTANANARIVO
-Mr RANDRIANJA Roger, Professeur
-Mme RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo, Professeur Titulaire
- Mr RANAIVOSON Léon Félix, Maître de conférence
REMERCIEMENTS
Je tiens à exprimer mes vifs et sincères remerciements à tous ceux qui ont
contribué à la réalisation de ce mémoire, en particulier :
- A Monsieur RASOLOMANANA Eddy, Professeur, Responsable de formation
en troisième cycle et Enseignant Chercheur au Département Mines de
l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui, malgré ses
nombreuses occupations, m’a fait le grand honneur de présider et d’accepter
la soutenance de ce mémoire. Qu’il soit assuré de mes profonds
remerciements.
- A Monsieur RANDRIANJA Roger, Professeur, Chef du Département Mines
de l’ Ecole Polytechnique d’Antananarivo qui a aimablement accepté de
juger ce mémoire. Qu’il soit assuré de mes vifs remerciements.
- A Madame RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo , Professeur Titulaire,
Chef de Département Physiques, Faculté des Sciences de l’Université
d’Antananarivo qui a aimablement accepté de juger ce travail, qu’elle trouve ici
ma profonde reconnaissance.
- A Monsieur RANAIVOSON Léon Félix, Maître de conférence, Enseignant
Chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo du
Département Mines, qui m’a fait un grand honneur d’accepter d’être le
rapporteur de ce travail, qui n’a pas ménagé son temps, malgré ses multiples
responsabilités, pour m’apporter le maximum d’aides et de conseils durant
tous mes travaux de recherche. Qu’il veuille ici bien agréer le profond
respect et témoignage de mon éternelle reconnaissance.
Je tiens également à adresser mes sincères remerciements :
A tous les Enseignants de la formation doctorale en Génie Minéral qui m’ont
fait bénéficier de leurs connaissances et expériences durant cette année d’étude.
3
A mes camarades de classe, pour leur amitié et sympathie durant l’année
passée ensemble
Enfin, J’adresse ma haute reconnaissance, à ma famille (mon père, ma mère,
mes sœurs et mon frère) et à mes cousin (es) pour leur soutien moral, financier,
matériel tout au long de la préparation de ce travail.
MERCI!
4
Introduction………………………………………………………………………………….....1
PREMIERE PARTIE
LES PROCEDES DE VALORISATION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE
CHAPITRE I
Généralités sur la biomasse……..………………………………………….……………… 3I-1 Définition………..………………………………………………………………… ………3I-2 Origine de la Biomasse…………..………………………………………………………...3I-3 Caractéristiques de la biomasse………..…………………………………………………...3I-4 Différents types de la biomasse……………..……………………………………………...3 I-4-1 Biomasse lignocellulosique……………………..……………………………………3 I-4-2 Biomasse à glucide …………………...…..…………………………………………4
I-4-3 Biomasse oléagineuse …………. ……….…………………………………..........4
CHAPITRE II Conversion de la Biomasse en énergie ………….…………….……..……………………. 5II-1 Voie biochimique ………………………..…………………………………………….. 7 II-1-1Fermentation aérobie.. …………………….…………………………………….. 7 II-1-2 Fermentation anaérobie (Biométhanisation)………….………………………….. 7
II-1-3 Fermentation alcoolique………………………….……………………………… 8II-2 Voie Thermochimique …………………………………..…………………………….. 11 II-2-1 Combustion directe…………………………………………………………….. 11 II-2-1-1 Définition……………….………………………………………………..11 II-2-1-2 Types de combustion..………….………………………………………..11 II-2-1-3 Caractéristiques de la combustion directe…………..…………………...12
II-2-1-4 Processus de la combustion directe………………………………………14 II-2-2 Pyrolyse………………………………………………………………………….15
II-2-2-1 Définition ……………………………………………………………….15 II-2-2-2 Processus de la Pyrolyse……………………………..…………………16
II-2-2-3 Paramètres caractéristiques de la pyrolyse……………………………...17 II –2-2-4 Différentes modes de la pyrolyse ……………………………………...18 II-2-2-5 Avantages et inconvénients de la pyrolyse..…………………………….18
II-2-3 La Gazéification.……..…………………………………………………………..19 II-2-3-1 Définition ……………………………...………………………………..19 II-2-3-2 Principe de la gazéification………………...……………………………19 II-2-3-3 Différents types de la gazéification………...…………………………..19 II- 2-3-4 Avantages et inconvénients de la gazéification.………...……………...23 II-2-4 La Liquéfaction………….……………………………………………………….23
II-2-4-1 Définition…………………………….…...…………………………….23 II-2-4-2 Objectifs……………………..…………..……………………………...23 II-2-4-3 Principe de la liquéfaction…………….…………..……………………24
II-2-4-4 Aperçu sur les procédés de conversion énergétique de la biomasse…..25
5
TABLE DES MATIERES
DEUXIEME PARTIE
VALORISATION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE A MADAGASCAR
CHAPITRE I
Situation énergétique à Madagascar………………………….……………………..…….27I-1Production énergétique à Madagascar …………………………………………………...27 I-1-1 Combustion fossile..……………………………………………………………….27 I-1-2 Energie Electrique …………………………………………………………………27 I-1-3 Energie provenant de la biomasse…………….…….….…………………………..27 I-1-4 Répartition des sources énergétiques par province ……..……..…………………29 I-2 Consommation Energétique à Madagascar ……………………………………………..29 I-2-1 Consommation finale d’énergie à l’échelle nationale ……………..…………….. 29 I-2-2 Consommation d’énergie par secteur ….……………………..…………………30
CHAPITRE II
Valorisation énergétique des résidus de bois et agricoles …………. ……………………33II-1 Biomasse Forestière……………...………………………………………………………33 II-1-1 Etat de couverture forestière à Madagascar ……………..……………………….33 II-1-2 Produits forestiers ……..………………………..………………………………..38 II-1-3 Bois énergie………………………………………………………………...……..39 II-1-4 Copeaux et sciures de bois………………………………………………………..41II-2 Résidus Agricoles…………………………………………………………………….…43 II-2-1 Résidus provenant de la culture céréale…………………………………………..43
II-2-1-1 Résidus provenant de la culture de riz……………….…………………..44 II-2-1-2 Résidus provenant de la culture de maïs………………………..……….48II-2-2 Résidus provenant de la culture industrielle……………………………………...54 II-2-2-1 Bagasse…………………………………………………………………..54
II-2-2-2 Coque d’arachide……………………….………………………………..55 II-2-2-3 Coque de café……………………………………………………………57
II-2-2-4 Pulpes de sisal …………………………………………………………..59 II-2-2-5 Coque de coton……………………….………………………………….60 II-2-2-6 Coque de cacao………………………………………….……………….62
II-2-3 Bilan énergétique et environnement de la valorisation en énergie des résidus provenant de la culture industrielle ………………………………………...……63
CHAPITRE III
Culture énergétique à Madagascar………………………………………………………64III-1 Plantation des produits à tubercules…………………………………………………. ..64 III-1-1 Manioc …………………………………..……………………………………..64
III-1-2 Patate douce ……………………………………………………………………65 III-1-3 Pomme de terre…………………………………………………………………66 III-1-4 Bilan énergétique de la valorisation des plantes tubercules……………………67
III-2 Plantation de jatropha curcas…………………………………………………………..68 III-2 –1 Généralités…..…………………………………………………………………68 III-2-2 Evaluation du potentiel de jatropha curcas………………………………………68
6
III-2-3 Valorisation énergétique des quantités de jatropha disponibles…………………68
CHAPITRE IV
Jacinthe d’eau (biomasse aquatique)………………………….…………………………..69IV-1 Généralités……...……………………………………………………….………….…69IV-2 Potentiel de jacinthe d’eau dans les lacs d’Antananarivo…….……………………….69IV-3 Valorisation énergétique de la jacinthe d’eau …….…………...……………………..70IV-4 Apports de la valorisation énergétique de la jacinthe d’eau sur l’environnement ....…70
CHAPITRE V Valorisation énergétique de la biomasse liée aux déchets animaux……………..………71
V-1 Généralités………………………………………………………….…………………..71V-2 Potentiel des déjections animales par espèce ……………………………………….…71V-3 Valorisation en énergie des déjections animales à Madagascar …………………….....72V-4 Apports de la valorisation énergétique des déjections animales sur l’environnement...73
CHAPITRE VIDéchets urbains……………………………………………………………………………..74VI-1 Généralités……………………………………………………………….……………74VI-2 Quantité et valorisation des résidus ménagers dans la ville d’Antananarivo………....74VI-3 Bilan environnemental de la valorisation énergétique des résidus ménagers………...75
TROISIEME PARTIE
GAZEIFICATION DES RESIDUS DE NOIX DE COCO
Introduction…………………………………………………………………………………..77
CHAPITRE IDescription de la noix de coco……………………………………………………………..78
I-1 Enveloppe externe……………………………………………………………………….79 I-1-1 Utilisation des bourres… …………………………………………………………79 I-1-2 Utilisation des fibres………………………………………………………………79
I-2 Coque de coco…………………………………….………………………………………79I-3 Albumen………………………………………….……………………………………….79I-4 Eau de coco………………………………………….……………………………………80
CHAPITRE IILes résidus de la noix de coco……………………………….…………………………….80
II-1Bourres……………………………………………………… …………………………..80 II-1-1 Eléments constituants…………….……………………………………………..80 II-1-2 Caractéristiques (physique, chimique et énergétique)…………………………..80
II-2 Coque de coco …………………………………………………………………………...81 II-2-1 Eléments constituants …………………………………………………………..81
II-2-2 Caractéristiques (physique, chique et énergétique)…………..……….…………81
CHAPITRE III Valorisation énergétique des bourres et coques de noix de coco par le procédé de
gazéification à l’air ………………………………………………………………….……82
7
III-1 Objectifs et intérêts de la valorisation énergétique des coques et bourres de coco.… ...82III-2 Choix des matières premières…………………………………………………….…….82III-3 Principe du procède……………………………………………………………….……83
III-4 Choix du gazogène utilisé ……………………………………………………….……..85 III-4-1 Nature……………………………………..….…………………………….…...85 III-4-2 Mode de fonctionnement. ….. …………………………………………………86III-5 Principe de détermination quantitative des compositions du gaz résultant……….…..87 III-5-1 Hypothèses……………………..………………………………………………..87 III-5-2 Mécanisme réactionnel …………..…………………………………………..…87
III-5-3 Bilan des matières……………………………………………………………… 87 III- 5-4 Production du méthane………..……………………………………………… .89 III-5-5 Introduction de la fraction volumique de l’eau…………………………………89 III-5-6 Bilan énergétique ………………………………………………………………89III-6 Calcul théorique des compositions du gaz …...…………………………………….…91
III-6-1 Composition du gaz lors de la gazéification des coques de noix coco…………92III-6-2 Composition du gaz lors de la gazéification des bourres de noix de coco………93
III-7 Calcul du pouvoir calorifique et du rendement énergétique……………………………96 III-8 Evaluation de l’intérêt économique de la production du gaz à partir de la gazéification des
résidus de noix de coco……………………………………………………………………..99III-9 Contraintes de l’utilisation de ce procédé …………………………………………….. 99
CONCLUSION GENERALE………………………………………………...…..…………101
REFERENCE BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Caractéristiques des hydrocarbures fossilifères et des biocarburantsTableau 2 : Description des différents modes de pyrolyseTableau 3 : Avantages et inconvénients de la pyrolyseTableau 4 : Type de gaz obtenu lors de la gazéificationTableau 5 : Etude comparative de la gazéification à l’air et à l’oxygèneTableau 6 : Avantages et inconvénients de la gazéificationTableau 7 : Résumé comparatif entre les différents procédés de conversion énergétique de la
biomasseTableau 8 : Répartition des ménages par type de combustible suivant les lieuxTableau 9 : Répartition des principales sources d’éclairageTableau 10 : Répartition des principales sources d’énergie par FaritanyTableau 11 : Evolution de la superficie incendiée concernant le feu sur reboisementTableau 12 : Evolution de la superficie incendiée sur les forêts naturellesTableau 13 : Evolution de la superficie incendiée sur le TanetyTableau 14 : Superficie défrichée par Faritany Tableau 15 : Produits forestiers à MadagascarTableau 16 : Evolution de la production du bois de feu et du charbon de boisTableau 17 : Répartition de la consommation en bois énergie suivant les lieuxTableau 18 : Erosion potentielle à Madagascar
8
Tableau 19 : Evaluation de la quantité des sciures et copeaux de bois à MadagascarTableau 20 : Valorisation énergétique des copeaux et sciures de bois Tableau 21 : Caractéristiques énergétiques des résidus issus de la culture du rizTableau 22 : Potentiel de balle de riz par FaritanyTableau 23 : Evaluation de la valorisation énergétique de la balle de riz à MadagascarTableau 24 : Evaluation du potentiel de la paille de riz par FaritanyTableau 25 : Valorisation énergétique de la paille de rizTableau 26 : Caractéristiques énergétiques de la tige de maïs et du rafleTableau 27 : Evaluation de la quantité de la tige de maïs à MadagascarTableau 28 : Valorisation énergétique de la tige de maïsTableau 29 : Bilan environnemental de la valorisation énergétique de la tige de maïsTableau 30 : Evaluation de la quantité de rafle de maïs à MadagascarTableau 31 : Evaluation de la valorisation énergétique des rafles de maïsTableau 32 : Apports de la valorisation des rafles de maïs sur l’environnementTableau 33 : Bilan énergétique et environnemental de la valorisation des résidus provenant de
la culture céréale à Madagascar Tableau 34 : Caractéristiques énergétiques des résidus résultant de la culture industrielleTableau 35 : Evaluation de la quantité de la bagasse par ProvinceTableau 36 : Evaluation de la quantité de la coque d’arachideTableau 37 : Evaluation de la quantité de la coque de café à MadagascarTableau 38 : Valorisation énergétique de la coque de caféTableau 39 : Valorisation énergétique des pulpes de sisalTableau 40 : Valorisation énergétique de la coque de cacaoTableau 41 : Bilan énergétique et environnemental des résidus provenant de la culture
industrielleTableau 42 : Valorisation énergétique du maniocTableau 43 : Evaluation énergétique de la patate douceTableau 44 : Evaluation énergétique de la pomme de terreTableau 45 : Bilan énergétique de la valorisation énergétique des plantes à tuberculesTableau 46: Potentiel de la jacinthe d’eau dans la ville d’AntananarivoTableau 47 : Evaluation de la valorisation énergétique de la jacinthe d’eau dans les environs
de la ville d’AntananarivoTableau 48 : Apports de la valorisation énergétique de la jacinthe d’eau sur l’environnementTableau 49 : Potentiel de déjection animale à l’échelle nationaleTableau 50 : Evaluation de la valorisation énergétique des déjections animalesTableau 51 : Bilan environnemental de la valorisation énergétique des déjections animalesTableau 52 : Répartition des modes d’évacuation des ordures par FaritanyTableau 53 : Valorisation énergétique des ordures ménagères de la ville d’AntananarivoTableau 54 : Bilan environnemental pour la valorisation énergétique des ordures ménagères de la ville d’Antananarivo RenivohitraTableau 55 : Composition théorique du gaz obtenu par la gazéification des coques de cocoTableau 56 : Composition théorique du gaz obtenu par la gazéification des bourres de cocoTableau 57 : Rendement et PCi lors de la gazéification des coques de cocoTableau 58 : Rendement et PCi lors de la gazéification des bourres de coco
9
LISTE DES ACRONYMES
BDUA : Bureau de Développement Urbain d’AntananarivoDGEF : Direction Générale de l’Eau et Forêtha : hectareIEFN : Inventaire Ecologique Forestier NationalINSTAT : Institut National de statistiqueJIRAMA: Jiro sy Rano MalagasyKEP : Kilogramme équivalent pétroleKwh : Kilowatte heuresMAEP : Ministère d’ Agriculture et l’ Elevage et de la PêcheNASA :National Aeronautic and Space AdministrationONE : Office National de l’EnvironnementONG : Organisme Non GouvernementalPCi : Pouvoir Calorifique inférieur PCs : Pouvoir Calorifique supérieurPIB : Produit Intérieur BrutSAMVA : Service de l’Assainissement et de la Maintenance de la Ville d’AntananarivoTeb : Tonne Equivalent en bois TEP : Tonne Equivalent en PétroleTOP : Tiko Oil ProductsT : Tonne
NOMENCLATUREPf : Pouvoir fumigèneTh : Température théoriqueCpf : Chaleur massique à pression constanteTr : Température réelleqr : Rayonnement des flammes vers les parois de la chambre de combustionr : Taux d’imbrûlésX : teneur en cendreTf : Température d’échappement des fuméesTa : Température ambiantePCn : Pouvoir calorifique netK1,K2,K3 : Constante d’équilibreai, bi, e : coefficients stoechiométriquesλ : coefficientx : Nombre d’hydrogèney : Nombre d’oxygèneη : Rendement énergétiqueE : Taux d’humiditéYi : fraction volumiqueVi : volume du constituant i dans le mélangeci : proportion du constituant i dans le mélangeA0 : Pouvoir comburivore
10
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Schéma de procédé de transformation de la biomasse en énergieFigure 2 : Schéma de la pyrolyseFigure 3 : Schéma de la gazéification à l’airFigure 4 : Schéma d la gazéification à l’oxygèneFigure 5 : Distribution de la biomasse utilisée à des fins énergétiques à MadagascarFigure 6 : Diagramme de la répartition de la consommation d’énergie par secteurFigure 7 : Prévision de la consommation par source d’énergieFigure 8 : Carte de couverture forestière de Madagascar (2004)Figure 9 : Evolution de la production de la paille de riz Figure 10 : Evolution de la quantité de la coque d’arachide à MadagascarFigure 11 : Evolution de la production de pulpe de sisal à MadagascarFigure 12 : Schéma des différents types de noix de cocoFigure 13 : Coupe longitudinale d’une noix de cocoFigure 14 : Schéma de gazogène co-courantFigure 15 : Organigramme des processus du gazogène co-courantFigure 16 : Organigramme de calcul des compositions du gaz lors de la gazéificationFigure 17 : Evolution de la composition du gaz des coques de cocoFigure 18 : Evolution de la composition du gaz des bourres de cocoFigure 19 : Evolution du rendement de la gazéification des bourres et des coques de coco
11
INTRODUCTION
A Madagascar la biomasse est la principale ressource énergétique pour l’utilité domestique
(Cuisson, chauffage) et artisanale. Les bois et ses dérivés occupent la première place dans
l’utilisation de la biomasse, les autres ressources sont sous exploitées. Malheureusement, la
pression démographique, les besoins en terre cultivable et la hausse du coût des combustibles
à mobiliser font disparaître à une vitesse vertigineuse les forêts malgaches.
Cette étude qui fait l’objet d’un mémoire de DEA de Génie Minéral a pour but d’évaluer du
point de vue énergétique les différents types de biomasse et biomasse résiduelle, disponibles
et potentiels à Madagascar ainsi que leurs apports au niveau de l’environnement et de
l’économie, d’élaborer à partir d’un calcul théorique la composition du gaz obtenu par le
processus de la gazéification des résidus de noix de coco.
Le choix de ce sujet a été motivé par la recherche d’énergie non polluante, les énormes
potentiels en bioénergie, laquelle est encore sous exploitée à Madagascar, et le problème
actuel de quasi-pénurie d’énergie.
Nous avons effectué cette étude à partir d’une étude bibliographique sur la production
forestière, agricole et d’élevage, enregistrée annuellement au niveau national et, par
déduction, l’évaluation des quantités des sous-produits en se référant sur des hypothèses déjà
justifiées par des expériences.
Pour ce faire, notre travail comprend trois parties :
La première partie définit les procédés de valorisation énergétique de la biomasse
La deuxième partie se porte sur une étude de valorisation énergétique et environnementale
de la biomasse et les biomasses résiduelles disponibles annuellement à Madagascar
La troisième partie est consacrée à une application de la gazéification sur les coques de
coco et des bourres de coco dans l’élaboration du calcul théorique des compositions du
gaz obtenu
1
PREMIERE PARTIE
LES PROCEDES DE VALORISATION
ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE
2
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LA BIOMASSE
I-1 DEFINITION
La biomasse est la matière d’origine végétale ou animale obtenue de manière naturelle ou
provenant de transformations artificielles de la matière (déchets forestiers, déchets agricoles et
résidus solides urbains)[17]
I-2 ORIGINE DE LA BIOMASSE
La biomasse peut avoir deux origines :
- Les organismes vivants se divisent en deux groupes : les organismes autotrophes et les êtres
hétérotrophes, grâce au phénomène de photosynthèse, les bactéries autotrophes sont capables
de produire de la biomasse[46]
- L'énergie qui parvient du soleil sur la terre (2 à 8 kWh/m² par jour selon les saisons, le site
géographique, la situation météorologique...) est à l'origine de la biomasse. [46]
I-3 CARACTERISTIQUES ENERGETIQUES DE LA BIOMASSE [46] [20]
La biomasse produite par l'énergie solaire a bien évidemment les caractéristiques de l'énergie
solaire c'est à dire qu'elle est décentralisée sur la planète terre, présente partout sur la terre
avec une inégale importance, est variable selon les régions et la saison. Elle est renouvelable
Une autre caractéristique énergétique importante de la biomasse est son aspect stockable,
"auto cumulable", l’énergie solaire est immédiatement stockée dans la plante sous forme de
biomasse; cela veut dire que la plante "détient" 1 jour, 1 an, 10 ans, 20 ans de stock interne
« d’énergie solaire ».
I-4 TYPES DE LA BIOMASSE Selon les constituants, la biomasse est classée en trois grandes catégories
I-4-1 BIOMASSE LIGNO-CELLULOSIQUE : c’est une biomasse riche en substances de
structure peu hydrolysable, et dont la valorisation privilégiera les procédés "par voie sèche"
dits thermochimiques ou les procédés par voie humide de la fermentation méthanique. Par
exemple le bois, la paille, la bagasse de canne à sucre, le fourrage. [53]
3
I-4-2 BIOMASSE A GLUCIDE : riche en substances glucidiques, déjà largement utilisée à
des fins alimentaires (céréales, betteraves sucrières, cannes à sucre, etc..) facilement
hydrolysable, et qui se prête mieux à des procédés de valorisation par voie fermentaire ou par
distillation. [53]
I-4-3 BIOMASSE OLEAGINEUSE : riche en lipides, aussi largement utilisée à des fins
alimentaires (colza, palmier à huile, jatropha curcas etc.) et dont les huiles ou dérivés d'huile
(ester) peuvent être utilisées comme carburants dans les moteurs diesel.[53]
4
CHAPITRE II : CONVERSIONS ENERGETIQUES DE LA BIOMASSE
L'énergie solaire stockée naturellement sous forme de biomasse peut être récupérée :
soit par combustion directe de la biomasse
soit par combustion du produit biocarburant ou biocombustible obtenu après
transformation de la biomasse
Les biocarburants ou bio combustibles peuvent être produits
Soit par thermoconversion (procédé nécessitant de l'énergie : la pyrolyse, la
gazéification)
Soit par bioconversion (procédé mettant en jeu essentiellement des mécanismes
biologiques, par exemple la fermentation);
Soit par conversion physico- chimique
La figure ci dessous donne un aperçu de la diversité des technologies et procédés courants de
la conversion en énergie de la biomasse.
5
MATIERE VEGETALE
VOIE BIOCHIMIQUE VOIE THERMOCHIMIQUE
PressageGrain
FermentationsAérobieAnaérobie
HydrolyseFermentationDistillation
ExtractionMacération
Liquéfaction Pyrolyse Combustion directe
Gazéification
BiogazSucre
(amidon ou
FermentationDistillation
EpurationCompression
Tourteau
Paille Huile Gazéification par air
Gazéificationpar oxygène
Diester BioMéthane
Alcool,Ethanol
Huile, résine, caoutchouc
Huile Charbon Gaz pauvreMéthanol, gaz
pauvre,
ammoniac
Épuration
CO H2
Estérification
BIOCARBURANTS ET
BIOCOMBUSTIBLES
ENGRAISET
ALIMENTS
Figure 1 : Schéma de procédé de transformation de la biomasse en énergie
6
II-1 CONVERSION BIOCHIMIQUE DE LA BIOMASSEII-1-1 FERMENTATION
On distingue trois types de fermentation :
Fermentation aérobie
Fermentation anaérobie
Fermentation alcoolique
II-1-1-1 Fermentation Aérobie [46]
C’est la décomposition par voie biologique, l’activité de certaines bactéries provoque cette
composition de la matière végétale, suivie d’un dégagement du gaz carbonique et de
l’ammoniac. Elle donne un sous-produit solide appelé compost, qui est un excellent engrais
naturel. Elle est exothermique c’est à dire qu’elle dégage de la chaleur à basse température de
70°C à 80 °C, utilisable pour le chauffage.
La dégradation aérobie (fermentations aérobies) est utilisée de la manière suivante. On laisse
fermenter à l’air libre les déchets végétaux ou animaux. La chaleur dégagée par réaction sera
récupérée. C’est une technique simple et très économique.
II-1-1-2 Fermentation Anaérobie (Méthanogénèse)[46]
La fermentation anaérobie est l'un des processus qui contribue à la dégradation des matières
organiques mortes en éléments simples gazeux et minéraux. Le processus anaérobie qui nous
intéresse est la fermentation qui aboutit à la formation du " biogaz ", un gaz combustible.
C’est le résultat de l'activité microbienne complexe sur la cellulose
II-1-1-2-1 Les déchets fermentescibles
Ce procédé s’applique aux déchets humides (taux d’humidité > 60%) chargés en matière
organique tels que :
Les déchets d’élevage : fumiers de bovin, lisiers du porc, etc …
Les déchets des industries agroalimentaires (bagasse)
Les boues d’épuration des eaux polluées.
II-1-1-2-2 Processus de la biométhanisation
La formation du gaz de méthane ou biogaz se déroule dans une cuve appelée digesteur,
recouvert d’un dôme. Il y a deux types de digesteur :
Digesteur continu : le système continu est issu des fosses septiques qui ont été
développées au XIXième siècle. La caractéristique principale du système continu est
7
sa ressemblance à un tube digestif, tout comme lui, il cultive les bactéries, a besoin
d'une certaine température pour être efficace et reçoit une alimentation régulièrement.
Le système est constitué d'un bio digesteur (où se déroule la réaction), et d'une cloche
gazométrique ou d'un réservoir de stockage (où est stocké le gaz si son utilisation
n'est pas directe). Le système continu permet de traiter les boues des stations
d'épurations. [15]
Digesteur discontinu : à la différence du digesteur continu, la production dans ce
système ne peut être régulière, elle commence après le chargement et la fermeture de
la cuve et s'arrête lorsque la production baisse jusqu'à devenir nulle. Favorable pour le
traitement des fumiers agricoles. [15]
Le principe de la fermentation anaérobie se décompose en 4 opérations principales : [15]
L’hydrolyse : transformation des matières organiques complexes
(Polysaccharides, protéines etc.) en molécules plus simples, comme des sucres,
alcools et des acides aminés
L’ acétogenèse : les acides gras volatiles sont transformés en acide acétique
CH3CHOOH, hydrogène (H2) et en dioxyde de carbone (CO2)
La méthanogenèse : cette dernière étape permet de transformer l’acide
acétique en méthane et en dioxyde de carbone, l’hydrogène formé
précédemment est consommé lors de cette étape.
II-1-1-3 Fermentation Alcoolique (Biocarburant)[ 10 ]
C’est l’alcool utilisé dans les moteurs à essence à l’état pur ou en mélange obtenu par
fermentation des matières agricoles riches en sucre comme la canne à sucre, les fruits, les
betteraves etc… et en utilisant, soit la plante elle-même, soit les sous-produits (bagasse,
mélasse) qui contiennent encore des quantités non négligeables de saccharose ; ou en amidon
tels que la pomme de terre, le manioc, le maïs etc…
8
II-1-1-3-1 Processus de la fermentation alcoolique [46] [10]
Il se déroule en trois étapes successives :
II-1-1-3-1-1 Hydrolyse : il existe deux types d’hydrolyse
• Hydrolyse enzymatique par macération dans une solution contenant une ou
plusieurs enzymes hydrolytiques (levure, bactérie). Après une filtration et
neutralisation, on obtient du sirop de sucre et des résidus.
• Hydrolyse acide : c’est le plus fréquemment utilisé pour les procédés industriels,
en utilisant l’acide sulfurique ou acide chlorhydrique sous pression de 8
atmosphères à la température moyenne 115°C à 175 °C selon le procédé.
II-1-1-3-1-2 Fermentation : le jus sucré est introduit dans le fermenteur puis inoculé à l’aide
d’une culture de levures à une température de 30°C à 40 °C
II-1-1-3-1-3 Distillation : c’est le mode de récupération de l’éthanol, produit par vaporisation.
On obtient de l’alcool éthylique, valorisable comme carburant de substitution ou comme
produit de base pour l’industrie chimique et d’autres produits entre autres de l’effluent et du
résidu solide.
II-1-1-3-2 Caractéristiques des biocarburants
L’utilisation de l’éthanol comme carburant n’est donc guère rentable du point de vue
énergétique, par contre, son utilisation comme substituant du carburant est intéressante. Cette
utilisation se fait soit sous la forme d’éthanol anhydre (99.8%) mélangé dans l’essence à une
proportion maximale de 20%, dans ce cas l’éthanol modifie l’indice d’octane et d’autres
caractéristiques de fonctionnement des moteurs, par exemple le démarrage.[8]
L’éthanol est un solvant, un agent d’extraction et un antigel et sert à la synthèse de nombreux
autres solvants, de teintures, de substances pharmaceutiques, d’adhésifs, de détergents, de
pesticides, de plastifiants. Le tableau suivant montre les différentes caractéristiques des
carburants fossilifères et des biocarburants.
9
Tableau 1 : Comparaison entre hydrocarbures fossilifères et les biocarburants
Gazole Essence Super Ethanol à 95 % Methanol à 95%
Densité en kg.m-3 0.86 0.75 0.78 0.79
Chaleur de vaporisationen kJ.kg-1 sous un atm et 25°C
230 350 840 1103
Pouvoir Calorifique Inférieur (PCi) en kJ.kg-1
43800 44000 26900 21400
P.C.I. du mélange stœchiométrique en kj.kg-1
2840 2830 2690 2680
Pouvoir comburivore en g d'air par g de carburant
14.40 14.60 8.96 6.44
Dosage parfait en g de carburant par gramme d'air
0.069 0.068 0.111 0.155
Indice d'Octane 20 98 106 110
Indice de Cétane 50 15 5 0
Source :[8]
10
II-2 CONVERSION THERMOCHIMIQUE DE LA BIOMASSE
La transformation thermochimique de la biomasse correspond à une production de chaleur
résultant de réaction chimique. Elle est classée en quatre grandes familles :
La combustion directe
La pyrolyse
La gazéification
La liquéfaction.
Ces quatre familles ont besoin d’une température élevée mais se distinguent par les niveaux
de la température auxquels les réactions ont lieu : la pyrolyse se déroule entre 300°C à 500°C
et la gazéification de 800°C à 1.000°C, tandis que la combustion directe a besoin une
température de flammes s’élevant à 1.900°C et d’une quantité importante d’oxygène.
II-2-1 LA COMBUSTION DIRECTE
La combustion directe de la matière végétale a été jusqu’au XVIIIe siècle la principale source
d’énergie utilisée dans le monde. Elle est utilisée dans nombreux systèmes pratiques pour
produire de l’énergie thermique (chaudières ou fours domestiques et industriels) ou de
l’électricité (centrales thermiques) ou pour la destruction des déchets (incinération).
II-2-1-1 Définitions
La combustion se définit comme une réaction chimique complexe d’oxydoréduction
exothermique dont le réducteur est le combustible, tandis que l’oxydant est le comburant. [ 6 ]
L’écriture schématique de la combustion est
Le comburant le plus souvent utilisé est l’oxygène contenu dans l’air, mais il y a d’autres
comburants comme le soufre, le chlore.
Combustible : c’est un corps composé généralement de carbone, d’hydrogène et de soufre,
susceptible de se combiner à l’oxygène par une réaction d’oxydation exothermique. Les
combustibles sont classés suivants leurs natures : combustibles fossiles, combustibles
végétaux, combustibles artificiels.
Combustible + Comburant Produit de combustion +Energie thermique
11
Les réactions de base de la combustion sont [ 55] [20]
C + O2 CO2 + ΔhCO2 (1 )
C + 0.5 O2 CO + ΔhCO (2)
H2 + 0.5 O2 H2O + ΔhHO2 (v) (3)
H2 +0.5 O2 H2O + ΔhHO2 (l) (4)
S + O2 SO2 + ΔhSO2 (5)II-2-1-2 Différents types de combustion
On distingue deux types de combustion selon la nature du combustible :
II-2-1-2-1 Combustion complète : on obtient une combustion complète quand l’oxydation des
éléments chimiques du combustible est menée à son terme, c’est à dire inexistence d’imbrûlé.
Elle est traduite par les réactions (1), (3), (4) et (5)
II-2-1-2-2 Combustion partielle : on a une combustion partielle quand l’oxydation des
éléments chimiques du combustible n’est pas menée à son terme, il existe du carbone non
brûlé, d’où la formation du monoxyde de carbone (CO). Tout cela est dû soit à l’insuffisance
de comburant soit à la condition de combustion.
II-2-1-3 Caractéristiques de la combustion directe
II-2-1-3-1 Caractéristiques physiques
Volume massique : utilisé pour les calculs de dimensionnement de canalisation et
réservoir de stockage
Taux d’humidité : un paramètre important qui influence le pouvoir calorifique et la
décomposition des matières sèches
Viscosité : utilisée pour les calculs de perte de charge
Granulométrie des particules : utilisée pour les combustibles solides ou même pour
le charbon pulvérisé
II-2-1-3-2 Caractéristiques chimiques
Les compositions centésimales du combustible obtenu à partir de l’analyse élémentaire
classique au laboratoire permettent de déterminer les comportements énergétiques du
combustible considéré.
II-2-1-3-3 Caractéristiques énergétiques
Pouvoir calorifique [20]: par définition, le pouvoir calorifique est la quantité de
chaleur dégagée par la combustion complète d’un kilogramme de combustible ou
d’un mètre cube de combustible gazeux. Il est exprimé en kcal/kg ou en kcal/m3.
12
Il existe deux méthodes pour la détermination des pouvoirs calorifiques, soit à partir des
enthalpies molaires de combustion ou de formation de ses composants, soit par une bombe
calorifique, qui est la plus pratique.
Il y a deux types de pouvoirs calorifiques selon la nature du produit de combustion obtenu
Pouvoir calorifique inférieur (PCi) : c’est la quantité de chaleur dégagée
pour la combustion de 1 kg de combustible où la vapeur d’eau n’est pas
condensée
Pouvoir calorifique supérieur (PCs) : dans ce cas on considère que la vapeur
d’eau se condense.
Pouvoir comburivore : c’est la quantité d’air strictement nécessaire à la combustion
complète de 1 kg de combustible [20]
Pouvoir fumigène : c’est la masse de fumée obtenue lors de la combustion complète
de 1kg de combustible.[20] Il est donné par la formule suivante
Excès d’air : caractérisé par le rapport A /Ao. Avec Ao est le pouvoir comburivore
Température de combustion
Température théorique (Th) [1]
C’est la température à laquelle sont portés les produits de combustion
(Fumée) du fait de la chaleur dégagée par la combustion
Mode de calcul : supposons que la combustion est complète, mélange formé par 1
Kg de combustible et A Kg de comburant (air). On obtient à la fin d’évolution
(A + 1) Kg de fumée en négligeant la masse des cendres, à T =0°C alors ∆H= 0,
donc la chaleur massique à pression constante (Cpf) est constante.
PCi = (1 + A) * Cpf *Th
PCi
Th =
(1 +A)* Cpf
Pf = ( A +1 ) - X / 100 A= Quantité d’air nécessaire
X = teneur en cendre (en %)
Avec Cpf =0.24 +( 0.00006 *T ) / 2
T = température ambiante
13
Température réelle de combustion (Tr)
Elle est obtenue en tenant compte :
- Du taux d imbrûlés (r)
- Du rayonnement des flammes vers les parois de la chambre de combustion
(qr), c’est la quantité de chaleur rayonnée lors de la combustion de 1Kg de
combustible.
A partir de la formule suivante, on tire l’expression de Tr [1]
qr est de l’ordre de 4 % du PCi et r de quelque pourcent de PCi , en effet la
température réelle de la combustion sera de l’ordre de 1300 ° C.
Rendement énergétique
Le rendement énergétique de combustion peut être calculé à partir d’une relation
suivante:
I-2-1-4 Processus de la combustion directe [20]
La combustion d’un combustible solide, hétérogène comprend trois phases
Phase de dévolatilisation : à 200°C, la matière volatile est libérée sous forme d’un
mélange d’huile et de goudrons au fur et à mesure que la température croît
CHyOx CnHmOp + C
Phase de la combustion en phase gazeuse : CnHmOp + O2 CO2 +H2O
Phase de la combustion solide : C + O2 CO2
PCi * (1 – r ) - qr = ( 1 + A ) Cpf * Tr
Η = ( PCn ( 1 – r) - ( A + 1 ) x Cpf x ( Tf - Ta ) - qr x 100 )/ PCi
Tf = température d’échappement des fumées ( ° C ) Ta = température ambiante ( ° C )PCn = pouvoir calorifique net avec PCn : PCi (1-0.012E) [1]
14
II-2-2 LA PYROLYSE
II-2-2-1 Définition
La pyrolyse est la décomposition thermique de matière organique en l’absence d’oxygène.
Elle est appelée « carbonisation » lorsque l’objectif de l’opération est d’obtenir du charbon
fortement carbonisé et « distillation » lorsque l’objectif est de récupérer des effluents
liquides.[11]
III-2-2-2 Mécanismes de la pyrolyse [7][1]
Le principe consiste à chauffer la biomasse à haute température à l’abri de l’oxygène, il faut
fournir de l’énergie de 200°C jusqu’à 1000°C pour amorcer l’opération, on obtient trois
produits aux états différents :
Produits solides : cokes et granulats
Produits gazeux : un gaz composé de monoxyde de carbone, hydrogène,
hydrocarbure léger qui peut être valorisable après une épuration
Produits liquides : jus pyrolytiques constitués d’acide pyrolygneux soluble dans
l’eau et des produits phénoliques qui sont à l’origine du goudron. Notons que le
jus pyrolytique est un produit corrosif, en particulier pour l’acier, et a une forte
concentration en eau.
La figure ci-après représente les produits et l’utilisation finale probable lors du procédé de
pyrolyse.
MATIERE VEGETALE
15
Chaleur
PYROLYSE
Charbons Jus pyrolineux Gaz pauvre Goudrons
Cuisine Combustible moteur -Chaleur Artisanat Produit chimique diesel - Chaudière
Etc.. - Séchoir
- Energie mécanique- Electricité
II-2-2-3 Processus de la pyrolyse [9]
Durant le processus de pyrolyse, on distingue cinq phases en fonction de la température :
• Phase de séchage : jusqu’à 200°C
Le combustible perd de l’eau ainsi que quelque composé volatile entraîné par la
vapeur produite.
• Phase de torréfaction : pour le combustible bois ; les composés les plus
instables thermiquement comme les hemicelluloses qui se décomposent en
xylanes, à partir desquels se forment de l’eau, l’acide acétique et l’acide
formique, du furfural, les gaz oxygènes ( CO, CO2 ) et le méthanol se dégagent.
• Phase exothermique : à partir de 280°C, il se produit une nette réaction
exothermique qui élève brusquement la température jusqu’à 350°C sans apport
énergétique extérieur. C’est au cours de cette phase que les composés à forte
teneur énergétique quittent le combustible, et que les effluents sont les plus
abondants et que le combustible se transforme en charbon.
• Phase à hydrocarbures : entre 300 à 500°C, la cellulose se décompose en
donnant de l’eau, du dioxyde de carbone, du charbon et des produits
intermédiaires instables.
Figure 2 : Schéma de la pyrolyse
16
C’est également pendant cette phase que sont produits les goudrons lourds et les
composés phénoliques (phénol, crésol) à partir de lignine accompagnés d’un
produit de méthanol.
• Phase de dissociation : à partir de 500°C, les gaz moins abondants s’enrichissent
en hydrogène, tandis que le départ d’hydrogène entraîne un enrichissement
relatif en carbone du résidu solide.
En effet la température est un facteur important qui conditionne les rendements et les
propriétés physico-chimiques du produit solide dans le procédé de pyrolyse, alors il est
nécessaire de bien contrôler pour obtenir un charbon correspondant aux caractéristiques
désirées.
II-2-2-4 Paramètres caractéristiques de la pyrolyse
Il existe une série de facteurs externes qui influence le processus de pyrolyse et d’autres qui
dépendent uniquement de la nature des matériaux de départ, entre autres [56]
- La quantité du composé hydrocarboné
- La quantité de CO produit par la matière organique
- La quantité de CO2 produit entre 200°C à 400 °C, pendant le cycle de pyrolyse
- La quantité de CO et CO2 libérés et mesurés durant le cycle d’oxydation jusqu’à
650°C
- La température du four de pyrolyse et le type de l’appareil
- La température finale de réaction
- La quantité de carbone issu de la matière organique et produit pendant la pyrolyse
- La quantité de carbone durant l’oxydation.
II-2-2-5 Différents modes de pyrolyse
Il y a différents modes de pyrolyse. Dans les pays en voie de développement comme
Madagascar, les techniques de pyrolyse développées au stade artisanal ou industriel sont des
technologies de carbonisation qui visent la production de charbon. Mais, il existe d’autres
procédés qui sont encore au stade du laboratoire ou stade pilote comme la pyrolyse rapide et
la pyrolyse flash (cf. tableau 2).
Tableau 2 : Description des différents modes de pyrolyse
Modes de pyrolyse
Temps de résidence
Taux de chauffe
Pression(bar)
Température( °C)
Produit principal
Carbonisation Heures Très lent 1 400 Solide
17
Classique
Rapide
Flash liquide
Flash gaz
Ultra
Sous vides
Hydropyrolyse
Méthanolyse
Jours
5-30 mn
0.5-5 s
< 1s
< 1s
<0.5s
2-30 s
<10s
0.5-1.5 s
Lent
Assez élevé
Elevé
Elevé
Très élevé
Moyen
Elevé
Elevé
1
1
1
1
1
<0.1
20
3
600
650
<650
>650
1000
400
<500
1050
Solide, liquide. gaz
Liquide
Liquide
Gaz
Gaz, produit chimiqueLiquide
Liquide
Produit chimiqueSource :[20]
II-2-2-6 Avantages et Inconvénients de la pyrolyse
Tableau 4 : Avantages et Inconvénients de la pyrolyse AVANTAGES INCONVENIENTS
-Aptitude à traiter tout type de déchets dans une
large gamme de pouvoir calorifique
-Permet le co-traitement d'une majeure partie
des déchets issus de l'activité industrielle
-Excellent rendement énergétique : plus de 80 %
de l'énergie du déchet convertie en vapeur
-Une technologie économique en investissement et
en coût d'exploitation.
-Des unités plus faciles à insérer dans leur site car
moins encombrantes et moins hautes à capacité
égale.
-Un traitement complet du déchet, et en continu,
sans préparation exigeante des déchets.
-Deux tiers de l’énergie du combustible sont
perdus dans des produits volatiles lors de la
carbonisation.
-Pollution de l’air (effet de serre)
III-2-3 LA GAZEIFICATION
II- 2-3-1 Définition
18
La gazéification est constituée essentiellement de la combustion partielle de la matière
organique. Elle est réalisée dans un appareil spécifique appelé gazogène et compte sur
l’addition de médium oxydant. [44 ]
L’objectif de la gazéification est la production soit de gaz de chauffage, soit de gaz réducteur
(gaz pauvre) utilisable principalement dans l’industrie métallurgie ou encore l’obtention de
gaz de synthèse (CO, H2) pour la production de composants organiques tels le méthanol,
l’ammoniac ou des hydrocarbures alimentant le générateur d’électricité.
II-2-3-2 Principe de la gazéification [10][12]
La gazéification est une réaction d’oxydation partielle de la matière végétale à haute
température. L’oxydation du combustible se fait soit avec l’oxygène de l’air (c’est le gaz à
l’air) soit avec l’oxygène de l’eau (c’est le gaz à l’eau). La quantité d’air nécessaire est
environ 1/3 de la quantité d’air nécessaire à une combustion stœchiométrique, et la
température de la réaction se situe entre 800 à 1500 °C. Les réactions chimiques les plus
importantes qui se produisent dans le procédé de gazéification sont :
• C + CO2 2CO
• CO + H2O (g) CO2 + H2
• C + H2O (g) CO2 + H2 • C + 2H2 CH4
• CO + 0.5 O2 CO
• CO + 4 H2 CH4 +2H2O (g)
• H2 + 0.5 O2 CO2
II-2-3-3 Différents types de gazéification
On distingue deux types de gazéification :
Gazéification à l’air
Gazéification à l’oxygène.
II-2-3-3-1 Gazéification à l’air
19
Air
GAZOGENE
C’est le procédé de gazéification traditionnel, qui a pour but de produire du gaz dit pauvre,
puisque leur pouvoir calorifique est faible, environ de 3.5 à 7 MJ/m3 ; cela est dû à la présence
de l’azote dans le mélange. [29]
Le tableau suivant représente les différents éléments constitutifs du gaz pauvre avec leur
teneur.
Tableau 4 : Différents types de gaz issus de la gazéification
H2 CO CO2 CH4 N2
Gaz pauvre 20 24 13 3 40 (%) Gaz moyenne PC 26 51 6 13 -
Gaz à haute PC - - 1 81 14
Source : [31][51]
Le dispositif simple de gazogène à lit fixe et à tirage inversé permet de mettre en évidence et
d’illustrer les différentes étapes de la gazéification à l’air.
(Le schéma de gazogène à lit fixe et à tirage inversé est décrit dans l’ANNEXE I)
Dans la cuve centrale cylindro-conique le combustible traverse quatre zones successives :
- La zone de séchage à 100- 200°C, où s’évapore l’eau initiale du combustible
Combustible humide + chaleur Combustible sec + Vapeur
- La zone pyrolyse à 200-800°C :
Combustible sec +Chaleur Charbon + CO +CO2 +H2O +CH4 + Goudron
Gaz
Combustible
Goudrons recyclés
Cendre
Figure 3 : Schéma de la gazéification à l’air
20
- La zone d’oxydation, 80-1200°C, où le carbone du combustible ainsi que le produit
volatile dégagé dans la zone de pyrolyse sont brûlés totalement ou partiellement en
présence de l’air.
Charbon +O2 +H2O (vapeur présente ou ajoutée) CO + H2 + CO2 + Chaleur
- La zone de réduction constituée d’une couche de charbon incandescent, où le dioxyde
de carbone et l’eau, entre autres, sont transformés en monoxyde de carbone, en
hydrogène et en méthane.
II-2-3-3-2 Gazéification à l’oxygène
Il s’agit d’un procédé le plus récent, en utilisant l’oxygène comme agent de gazéification. A
la fin de l’opération on obtient un gaz de synthèse, CO + H2 , qui ne contient plus d’azote, son
pouvoir calorifique est de 9 – 15 MJ/m3 , environ le double de celui du gaz pauvre. Ce gaz
peut être utilisé pour la synthèse du méthanol, de l’essence et de l’ammoniac. [29]
Le tableau ci-après représente la comparaison entre ces deux types de gazéification
Tableau 5 : Comparaison entre gazéification à l’air et à l’oxygène
PROCEDE ENTREE SORTIE RENDEMENT MOYEN EN
%Gazéification à l’air Déchet sec
(jusqu’à 50% d’humidité)Gaz à faible PCi
Vapeur
50
65
Gazéification à l’oxygène
Déchet sec(jusqu’à 50% d’humidité)
Gaz à PCi moyen
méthanol
60
60Source :[46]II-2-3-4 Les différents types de gazogène
GAZOGENEO2
Combustible
Vapeur d’eau Goudrons recyclés
Gaz
Cendre
Figure 4 : Schéma de la gazéification à l’oxygène
21
Gazéification en lit fixe : dans ce cas, les combustibles utilisés doivent être calibrés,
c’est le procédé le plus utilisé pour la production de chaleur ou l’alimentation des moteurs
thermiques, on le classe suivant le mode de tirage : [46 ] [20]
A tirage inversé : le plus commercialisé et le plus courant puisque le gazogène
est plus simple malgré le volume important de la cuve utilisée
A tirage transversal ou horizontal : le courant de gaz est perpendiculaire au
sens d’écoulement du combustible.
L’entrée d’air et la sortie du gaz sont au même niveau, l’air injecté dans une
tuyère à très grande vitesse crée une zone de réaction de volume très restreint
mais extrêmement chaude puisque la fusion de cendre y est totale
A tirage direct ou à contre courant : le combustible, introduit par le haut du
générateur, traverse successivement les zones de séchages, de pyrolyse, et de
réduction avant de pénétrer dans le foyer, tandis que le gaz produit remonte
toutes ces zones à contre courant du combustible.
Gazéification en suspension : la combustion à fine granulométrie comme la balle de
riz est en suspension grâce à un courant de fluide ascendant. Il convient de souligner que
cette technique est moins développée tout au moins en matière de gazéification de déchets
végétaux. [20] [46]
Gazéification à lit fluidisé : ce type de générateur a été largement développé pour la
production de gaz de synthèse à partir du charbon minéral (procédé WINCKLER).
L’ajustement de la vitesse de l’air permet le maintien de la combustion dans le lit dont
le support inerte est généralement du sable. [20] [46]
Gazéification à lit entraîné : c’est le procédé le plus utilisé, le charbon sous forme
pulvérisé et l’oxygène sont introduits en même temps dans le gazéifieur à travers un
brûleur. La température de réaction s’élève jusqu à 1600 °C d’où la vitesse de réaction est
très vite, avec un temps de séjour de combustible de l’ordre de seconde et une pression de
20 à 50 bar, puis les cendres sont recueillies sous forme liquide au fond du bio digesteur.
[20] [46]
(Le schéma qui représente ces différents types de gazogène se trouve à l’ANNEXE I).
II-2-3-5 Les utilisations du gaz pauvre [1], [37]
22
On utilise le gaz pauvre dans un moteur, soit pour faire avancer une voiture, soit pour
produire de la force motrice fixe, donc de l’électricité.
Deux types de moteurs peuvent être utilisés, à poste mobile et moteur fixe.
Le premier dérive de moteur diesel à quatre temps de série avec un système d’injection
mécanique directe. Les gaz doivent être filtrés puis comprimés dans un turbo-compresseur
entraîné par les gaz d’échappement (ANNEXE VI), l’allumage de la charge gazeuse est
assuré par la combustion d’une quantité réduite de gasoil injecté.
Pour le second, utilisé pour les centrales thermiques, l’application du gaz pauvre avec le
moteur dual fuel permet d’utiliser immédiatement la puissance maximale du moteur et ainsi
d’assurer la constance d’énergie électrique produite.
Ce moteur a une grande fiabilité puisqu’en cas de défaillance du gazogène la puissance exigée
peut être développée à l’aide du gasoil seul. Il faut compter que la part d’énergie apportée par
le fuel ne représente que 10% environ de l’énergie totale dépensée. Ainsi les consommations
requises par kWh sont de l’ordre de 25 grammes de fuel et 2m3 de gaz avec un rendement
moyen de gazogène de 75%.
II-2-3-6 Avantages et Inconvénients de la gazéification
Tableau 7 : Avantages et inconvénients de la gazéification
AVANTAGES INCONVENIENTS-Possibilité d’utiliser un très grand nombre de
déchets végétaux à condition d’effectuer un
séchage préalable dans le cas de déchets
humides
-rendement énergétique très élevé
-Technologie relativement simple
-Possibilité de fabrication de charbon végétal
à partir du bois naturellement, mais aussi à
partir de coque d’arachides, coprah par
exemple
-Facilité de couplage avec un groupe
électrogène dual-fuel utilisant gaz pauvre
produit.
- Nécessité de surveillance soutenue lors du
fonctionnement
-Nécessité d’organisation sévère pour la
collecte des matières premières
-Produit obtenu ayant un caractère corrosif
II-2-4 LIQUEFACTION
23
III-2-4-1 Définition
La liquéfaction est une technique qui permet de transformer directement les végétaux en
carburant ayant des propriétés similaires à celles du gazole lourd (viscosité élevée et faible
volatilité) et peuvent être converties en essence par une hydrogénation poussée.[50]
III-2-4 -2 Objectif
L’objectif de la liquéfaction est de transformer une substance carbonisée en carburant
hétérogène de faible densité d’énergie, en huile pompable ayant des propriétés physico-
chimiques lui conférant stabilité et permettant son utilisation en premier lieu comme
combustible et, éventuellement, comme matière première de produits chimiques.
III-2-5-3 Principe de la liquéfaction
La liquéfaction s’effectue en quatre étapes selon les diverses modifications chimiques et
structurales outre la réduction par oxygène dans une forte pression 70 à 300 bar et à une
température voisine de 350°C : [20] [50]
Solvolyse donnant lieu à l’apparition de micelles
Dépolymérisation en de plus petites molécules solubles
Décomposition thermique conduisant à des réarrangements moléculaires
par déshydratations, décarbonisation et ruptures de liaison C- C et C- O
Hydrogenolyse en présence d’hydrogène.
On remarque que, jusqu’à maintenant, le procédé de la liquéfaction reste encore au stade
pilote ou au laboratoire.
24
Procédés Biochimiques thermochimiquesNature des
produits traitésappareils
Fermentation, hydrolyse gazéification pyrolyse combustion
granulométrie Produits dilués Granulométrie quelconque
Humidité 90% 90% ≤25% ≤15% ≤30%
Volume Important réduit
Coût d’investissement
assez lourd modeste
Combustiblesproduits
Nature méthane éthanol Gaz pauvre méthanol
Charbon juspyroligneux
chaleur
rendement 30 à 50% 10% 70%gaz60% méthanol
60% 80%
Durée du processus
2 à 3 semaine Très rapide (quelques heures)
Automatisation Réduite oui oui
Fiabilité moyenne bonne Très bonne
APERÇU SUR LES PROCEDES DE CONVERSION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE
25
DEUXIEME PARTIE
VALORISATION ENERGETIQUE DE
LA BIOMASSE A MADAGASCAR
26
CHAPITRE I SITUATION ENERGETIQUE A MADAGASCARI-1 PRODUCTIONS ENERGETIQUES La production d’énergie prédominante à Madagascar peut être classée en trois catégories.
I-1-1 COMBUSTIBLES FOSSILES
En 2002, la production des combustibles fossilifères solides est estimée à 9.6 KTEP [39]
Charbon minéral
La présence du charbon minéral à Madagascar est déjà connue depuis longtemps dans la
partie Sud - Est de l’île, la région qui présente le plus d’intérêt est le bassin de Sakoa avec des
réserves géologiques estimées à 1000 Millions de tonnes dont les réserves exploitables sont
estimées à 173 Millions de tonnes. 82 Millions de tonnes peuvent être récupérées par la
méthode d’extraction souterraine et 23 Millions de tonnes pourraient être récupérées par
extraction à ciel ouvert [47].
Lignite
Les principales sources de lignite sont localisées dans la région d’Antsirabe (dans le haut
plateau). Selon l’estimation la plus récente, les réserves contiennent environ 32 Millions de
tonnes. La qualité de lignite malgache est mauvaise, alors son extraction à ciel ouvert n’est
pas rentable et ne présente aucun potentiel économique. [47]
La tourbe :
Elle est localisée un peu partout, surtout dans la province d’Antananarivo. Elle est utilisée à
petite échelle pour la production de briques.
Concernant les produits pétroliers, Madagascar présente des perspectives de découvertes de
pétrole ou de gaz à l’échelle commerciale, mais jusqu'à maintenant Madagascar dépend
entièrement de l’importation de produits pétroliers. [47]
I-1-2 ENERGIE HYDROELECTRIQUE
La JIRAMA est la seule société productrice d’énergie hydroélectrique à Madagascar. La
demande en électricité est toujours croissante. L’énergie hydroélectrique produite n’arrive pas
à couvrir les besoins des habitants. Face à cette situation, la JIRAMA ne cesse d’augmenter sa
production en énergie électrique d’origine hydraulique et produit également l’énergie
d’origine thermique.
27
I-1-3 ENERGIE PROVENANT DE LA BIOMASSE : La biomasse joue un rôle très
important dans la production énergétique à Madagascar, surtout dans les milieux ruraux. 90%
des besoins énergétiques pour le chauffage et la cuisson proviennent de la biomasse ligneuse:
bois et ses dérivés.
Autre que le bois, Madagascar produit de nombreux déchets agricoles que l’on pourrait
éventuellement utiliser comme combustible. Les plus fréquemment utilisés sont la balle de
riz dont la production était estimée à 18.2 KTEP en 1999 [39] et la bagasse de canne à sucre
avec une production de 47.8 KTEP [39], la coque d’arachide, la coque de noix de coco etc.
En général, les déchets agricoles à Madagascar sont pour la plupart trop éparpillés, compte
tenu des méthodes actuelles de production.
Le graphe ci–après, représente l’origine de la biomasse utilisée à des fines énergétiques à
Madagascar en 1999.
276,2KTEP
1807KTEP
47,8KTEP
10KTEP
18,2KTEP
Bois Charbon de bois Bagasse Balle de riz Autres
Ce graphique montre l’importance relative de l’utilisation du bois comme combustible
à Madagascar.
I-1-4 LA REPARTITION DES SOURCES D’ ENERGIE PAR PROVINCE
Le bois de chauffe ramassé est le plus fréquemment utilisé par les populations malgaches. Par
exemple à Antsiranana et Fianarantsoa, 83% d’énergie utilisée proviennent du bois énergie,
56% pour la province d’Antananarivo. Après le bois de chauffe, le charbon de bois qui tient
de plus en plus une place importante. A l’échelle nationale 18,2% de l’énergie utilisée pour le
Figure 5 : Origine de la biomasse utilisée à des fines énergétiques à Madagascar
28
chauffage proviennent du charbon de bois. Notons que les habitants des provinces
d’Antananarivo et Mahajanga sont les plus consommatrices de charbon de bois.
L’électricité est la source d’énergie le moins utilisée par la population malgache.
La consommation d’électricité à l’échelle nationale est estimée à 0,1% de la consommation
d’énergie totale.
(La répartition des sources en énergie par Faritany est représentée à l’ANNEXE II).
I-2 CONSOMMATION ENERGETIQUE A MADAGASCARLa structure de la consommation énergétique actuelle à Madagascar est caractérisée par la
prédominance de l’utilisation du bois et de ses dérivés de source locale, utilisée
principalement par la masse rurale et une partie non négligeable des habitants urbains ; Les
produits pétroliers occupent et continueront toujours à gainer une place importante dans les
bilans énergétiques nationaux.
Selon le bilan énergétique 2002 présenté par la Direction de l'Energie du Ministère de
l'Energie et des Mines, les consommations finales d'énergie dans l'ensemble du pays sont
réparties comme suit : bois et dérivés de bois (87.8%), produits pétroliers (10%), électricité
(1.78%), gaz butane (0.15%), biomasse autre que le bois énergie (0.37%). (Le bilan
énergétique se trouve à l’ANNEXE III).
I-2-2 CONSOMMATION D ’ ENERGIE PAR SECTEUR D ’ACTIVITE
A Madagascar, la répartition de la consommation d’énergie peut se classer en cinq secteurs
selon l’activité. Le graphe ci-dessous représente les différents types de secteur consommateur
d’énergie.
0
500
1000
1500
2000
2500
Transport Industrie Residentiel commerce -public
Agriculture etpêche
KTEP
Figure 6 : Graphe Répartition de la consommation d’énergie par secteur
29
I-2-2-1Secteur Transports (Intérieur et Extérieur) :
C’est le secteur-clé de l’économie malgache, il dépend entièrement des produits pétroliers
c’est à dire de l’importation. En 2002, le secteur transport absorbe environ 225.2 KTEP,
c’est à dire 8% de la consommation énergétique nationale [39]
I-2-2-2 Secteur Industriel (Industrie énergétique, construction)
Le secteur industriel visé dans ce cadre concerne les entreprises formelles comme les
branches manufacturées, agro-industrielles, industrie énergétique …
Ce secteur utilise presque toutes les formes d’énergie. Il est fortement tributaire des produits
pétroliers qui servent de combustibles pour les chaudières ou de carburants pour les
générateurs d’énergie électrique.
Actuellement, la recherche de l’autosuffisance énergétique occupe de plus en plus une place
assez importante dans certaines industries. On peut citer, entre autres, la sucrerie de Nosy-be,
par l’utilisation des sous produits industriels, la société COTONA.
D’après l’INSTAT, en 1999, on enregistre 8785 d’entreprises implantées sur le territoire
national dont 743 parmi eux sont des sociétés et quasi-sociétés avec 125 entreprises franches
et le 8 042 sont des entreprises inductibles. [39]
I-2-2-3 Secteur Service Commerce- Public :
Dans ce cadre, il englobe les sept branches économiques du secteur tertiaire figurant dans la
comptabilité nationale, à savoir : les services liés au transport, la télécommunication, les
commerces, les banques et l’administration publique.
Ce secteur couvre plusieurs domaines d’activité donnant lieu à des utilisations d’énergie,
notamment santé, éducation, artisanat, divers établissements publics et religieux.
En 2002, le secteur Service Commerce Public consomme 81 TEP, soit 3% de la demande
d’énergie).
I-2-2-4 Secteur Résidentiel :
Le bois caractérise ce secteur car le monde rural formant la majorité de la population
malgache n’a principalement recours qu’à cette forme d’énergie, ainsi le milieu rural n’est pas
touché par les réseaux de distribution d’énergie et a recours, en conséquence, à la source
d’énergie localement disponible pour satisfaire ses besoins au quotidien pour la cuisson des
aliments. Le bois est utilisé sous deux formes, le bois de chauffage et le charbon de bois.
Le tableau 8 représente la répartition de la consommation énergétique du ménage par type de
combustible suivant le milieu.
30
Le pétrole et l’électricité sont essentiellement utilisés pour l’éclairage et la cuisson ; dans le
milieu urbain l’électricité est la principale source d’éclairage, soit 73 % du ménage l’utilisent
tandis que dans le milieu rural, le pétrole lampant tient le 90.6%.
Tableau 8 : Répartition des ménages par type de combustibles pour la cuisson
Type de combustible Milieu Urbain Milieu RuralBois de chauffe traditionnel 41.2% 69.8%Bois de chauffe amélioré 0.2% 22%Total des bois de chauffe 41.4% 91.8%
Charbon de bois traditionnel 32.9% 2.9%Charbon de bois amélioré 22.0% 4.0%Total du charbon de bois 54.9% 6.9%Pétrole lampant 1.0% 0.7%Gaz liquéfié 2.1% 0.5%Electricité 0.6% 0.1%TOTAL 100% 100%Source : INSTAT, Novembre2000
Tableau 9 : Répartition des principales sources d’éclairage par milieu (Unité %)
Capitale Commune
suburbaine
Rural Madagascar
Electricité 73.0 58.2 3.7 13.7
Générateur 0.0 0.7 1.5 1.5Pétrole lampant 17.2 37.3 90.6 80.1
Bougie 9.0 3.0 3.3 3.8Autre 0.9 0.9 0.8 0.9
TOTAL 100 100 100 100Source : INSTAT, novembre 2000
I-2-2-5 Secteur Agriculture, Pêche et Sylviculture :
L’utilisation d’énergie dans ce secteur concerne surtout : la motorisation, l’irrigation, la
conservation. Bien que plusieurs sources d’énergie soient utilisées par rapport à la
consommation de gasoil, les autres formes d’énergie sont très marginales. Ce secteur
consomme 2.6 KTEP en 2002, ce qui représente environ 0.08% de la demande totale en
énergie [39]
I-2-3 PREVISION DE LA CONSOMMATION EN ENERGIE PAR TYPE DE
COMBUSTIBLES [20]
31
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1990 2000 2010 2020 2030 2040
bois de feu Charbon de bois Produits petroliers
Hydroelectrique Divers
Figure 6 : Prévision de la consommation énergétique
La figure ci-dessus représente l’évolution envisageable pour les années à venir de la
consommation d’énergie par type de combustible, exprimée en millions de tonne équivalent de
pétrole, et établie sur un horizon à long terme, sur 50 ans (2040). Ces prévisions ont été basées
sur une certaine hypothèse de croissance du PIB.
A partir de ce diagramme, on peut tirer que les années à venir seront caractérisées par
L’utilisation de moins en moins massive de l’énergie qui respecte l’environnement et des
produits pétroliers, tandis que l’utilisation d’un combustible ligneux diminue de plus en plus.
Hydroélectrique
Produits pétrolier
Divers
Bois
Charbon de bois
32
CHAPITRE II : VALORISATION ENERGETIQUE DES
RESIDUS DE BOIS ET AGRICOLE A MADAGASCARLa notion de la biomasse englobe aussi bien les matières organiques d’origine animale ou
végétale que les résidus organiques générés par l’activité humaine, comme les ordures
ménagères, les effluents urbains et les boues des stations d ’ épuration.
On peut alors regrouper les biomasses en trois catégories, à savoir la biomasse forestière, la
biomasse agricole et élevage, la biomasse aquatique, les déchets urbains.
Ces différentes ressources représentent un gisement exploitable et des potentiels énormes à
Madagascar, mais la valorisation est souvent limitée par le coût d’exploitation. Notons que la
valorisation énergétique de la biomasse ne peut plus seulement être considérée dans son
contexte énergétique, elle doit s’envisager dans un contexte économique et les impactes
écologiques.
II-1 BIOMASSE FORESTIEREAvant d’aborder la biomasse forestière, il est préférable de voir la situation de la couverture
forestière à Madagascar durant la dernière décennie.
II-1-1 ETAT DE COUVERTURE FORESTIERE A MADAGASCAR
En réalité, il est difficile d’évaluer la couverture forestière selon les résultats de l’Inventaire
Ecologique Forestier National (IEFN) publiés en novembre 1996, basés sur des données
satellites dans la carte forestière nationale à l’échelle du 1/100 000.
Les forêts naturelles Malgaches couvrent environ 22% de la superficie du territoire, soit
260 000 ha dont 265 000 ha de plantation réservée.
Les forêts malgaches sont caractérisées par la présence de faune et de flore très variées et
leur densification évaluée à 80 % de la forêt totale qui, en fait, est un patrimoine écologique
unique au monde. Ce patrimoine est sérieusement menacé par la dégradation écologique
accélérée, provoquée par le déboisement et l'érosion qui s'ensuit.
33
Tableau 10 : Etat de la couverture forestière par province en 1994
Province Couverture Forestière (en ha)Antananarivo 142 000
Antsiranana 1 440 000Toamasina 3 000 000
Mahajanga 3 710 000
Toliara 3 735 000Fianarantsoa 12 33 000
La dégradation écologique enregistrée (feu de brousse, déforestations, défrichement) atteint
presque toute la région de l’île.
La province de Mahajanga est considérée comme la plus couverte de forêt, estimée à 3710 000
ha, soit 28% de la couverture forestière nationale, suivie de la province de Toamasina.
Sources : IEFN
34
35
II-1-1-1 La déforestation
Par définition, la déforestation est la perte de forêts primaires ou secondaires par le changement
de l’occupation du sol de forêt en non-forêt. Elle crée une érosion catastrophique et le recul
rapide des zones forestières fait disparaître rapidement une faune et une flore tout à fait
particulière et exceptionnelle dans le paysage terrestre. Cette déforestation est due à deux
causes principales : la fabrication du charbon de bois pour la cuisson, la culture sur brûlis
(Tavy).
Le taux de déforestation à Madagascar dans 10 ans est estimé à 8,6 %, soit 200 000 ha par an
[41].
L’utilisation du bois en tant que source d’énergie n’est pas la seule cause de cette situation.
Il y a aussi les incendies de forêt (accidentelles ou criminelles), l’exploitation industrielle. Le
taux de déforestation dans les provinces d’Antananarivo (16%) et Fianarantsoa (11.5%) est
très élevé par rapport aux autres provinces.
II -1-1-2 Le feu de brousse
Les feux de végétation embrasent chaque année plusieurs centaines de milliers d’hectares de
terrains où dominent les savanes herbeuses et arborées de l’Ouest et de l’Est, les savanes
steppiques des Hauts Plateaux et du Sud. Ces feux mettent en péril notre capital naturel. La
destruction de ce capital réduit à néant la valeur économique de notre patrimoine.
Les causes des feux de brousse sont multiples et complexes, du fait de l’imbrication entre les
facteurs socio- culturels, d’une part, et les facteurs liés aux systèmes agriculture et d’élevage,
d’autre part. Les feux de brousse constituent une menace constante sur l’environnement de
Madagascar, malgré les actions déjà lancées par le ministère des eaux et forêt et de
l’environnement, certains ONG ou entreprises.
Les tableaux 11, 12, 13 ci-dessous nous donnent l’évolution de la superficie incendiée
en hectare par Faritany et au niveau national suivant la nature de foret brûlée.
36
Source : DGEF 2003
Tableau 12 : Evolution de la superficie incendiée sur les forets naturelles (Unité : ha)
1998 1999 2000 2001 2002Antananarivo 38.50 2 300 0 6 247 6 337Antsiranana 247 217 13 300 46Fianarantsoa 1 400 492 260 692 150Mahajanga 10 975 10 400 19320 18 131 5 617Toamasina 177 115 51 28 31Toliary 110 3 200 810 3 743 1 391Total 12 909 16 724 20 454 29 141 13 572Source : DGEF 2003
Tableau 13: Superficie incendiée concernant le feu sur Tanety (Unité : ha)
1998 1999 2000 2001 2002Antananarivo 311 157,75 722 368 549 282 516 572 346 432Antsiranana 295,5 6 313 242 842 530Fianarantsoa 54 970,50 159 091 25 341 23 585 21 392Mahajanga 333 831 191 930 349 027 232 445 279 428Toamasina 11 703 4 408 931 470 403Toliary 87 200 127 094 17 537 10 507 8 980Total 799 157,75 1 211 204 942 360 784 421 657 165
1998 1999 2000 2001 2002
Antananarivo631,56 15660 136 1940 409
Antsiranana- 300 0 10 -
Fianarantsoa422.5 7818 173 243 85
Mahajanga 1635 70 27 358 143
Toamasina 600.5 307 114 65 37
Toliary 310 30106 0 124 31
Total 1945 54261 452 2740 705
Tableau 11 : Evolution de la superficie incendiée concernant le feu sur reboisement (Unité : ha )
37
A partir de ces tableaux, nous constatons que, en 2002, la superficie des forêts reboisée
incendiée au niveau national est estimée à 705 hectares dont 499 hectares se trouvent dans la
province d’Antananarivo et 143 hectares dans la province de Mahajanga. Concernant les
forêts naturelles, le nombre d’hectares brûlés est de 13572 hectares avec plus de 5617
hectares pour la province de Mahajanga. L’incendie sur Tanety est estimé à 657165 hectares
en 2002 dont les 346 432 hectares sont dans la province d’Antananarivo. En général, les
nombres d’hectares des forêts incendiées connaissent une diminution par rapport à l’année
précédente.
II –2-1-2- Défrichement
Le défrichement est la destruction de la forêt primaire ou secondaire pour y exercer des
activités agricoles (Tavy, Teviala). En 2002, la superficie défrichée est de 9442 hectares dont
les 6050 hectares se trouvent dans la province d’Antsiranana (cf. tableau 14). Au niveau
national, les années 90 ont été marquées par une augmentation du taux de défrichement
estimé à 4.5% par an, avec la grande partie de la superficie cultivée est consacrée aux cultures
vivrières ou rizicole [40]
Tableau 14: Superficie défrichée par Faritany (en ha)
Antananarivo Antsiranana Fianarantsoa Mahajanga Toamasina Toliary
1997 35 8 907 22 1 064 11 860 1351998 469 10 946 113 3 720 12 836 4 4211999 768 8 616 3 510 3 156 14 110 3 1312000 300 8 681 9 053 707 8 767 9562001 837 585 64 271 5 42002 949 6 051 218 779 706 739
Source: DGEF - 2003
II-1-2 LES PRODUITS FORESTIERS A MADAGASCAR Les forêts malgaches sont dégradées à cause des interventions tels que l’exploitation,
l’agriculture, le feu de brousse. L’usage des produits forestiers varie en fonction du contexte
socio-économique des différentes régions, le tableau n°15 représente les principaux produits
provenant des forêts malgaches dont le bois de chauffage tient la première place (1233776
stères en 2001) suivi de la grume (93272 m3).
Tableau 15 : Produits forestiers à Madagascar
38
PRODUIT 1999 2000 2001 2002
Grumes (m3) 99 446 78 197 69 200 93 272
Bois débités (m3) 75 189 4807 55 396 220 90 606
Bois de chauffage (stère) 3 298 421 3 337 395 2 761 312 1 244 776
Charbon de bois (tonne) 621 960 642 007 589 156 39 233Perche et gaulette (Nombre) 3 049 2 129 138 2 202 256
Bambou (Nombre) 58820 17 820Raphia (tonne) 150374 422Source : DGEF 2003
II-1-3 BOIS ENERGIE
Le bois de chauffe et le bois d’œuvre proviennent essentiellement de la forêt, des taillis sous
futaies mais également des résidus de la futaie tels que les branches, les houppiers etc. …
Par ailleurs, une certaine quantité de bois, en général, de moindre quantité et destinée à
l’usage local, provient des vergers, des haies, de boqueteaux ou des parcs.
Durant l’exploitation forestière, une partie des bois, pratiquement la totalité des déchets
d’exploitation forestière (grumes inutilisables, branches, dosses, houppiers etc. …) est
abandonnée sur les lieux. Or ces déchets pourraient être utilisés comme matière première de
charbon de bois ou comme source d’énergie.
II-1-3-1 Production en bois de chauffe
A Madagascar, sur les 9 millions de tonnes de bois brûlés annuellement, seuls 1% de l’énergie
est utilisé. Les 99% qui restent se perdent soit dans l’atmosphère lors de la carbonisation dans
les meules traditionnelles, soit pendant la cuisson des aliments dans les foyers classiques [41]
À partir de 2002, la production de bois de chauffe au niveau national a diminué, environ de
18% (Tableau 16) et 8% pour le charbon de bois.
Tableau 16 : Production du bois de chauffe
1 999 2 000 2 001 2 002
Bois de chauffage (Stère) 3 298 421 3 337 395 2 761 312 1 233 778
Charbon de bois (tonne)621 960 642 007 589 156 39 233
Source : DGEF, 2003
II 1-3-2 Consommation en bois énergie
39
En 2002, la consommation au niveau national de bois énergie est estimée à 2607. 9 KTEP,
dont 87% de ce total étaient consommés sous forme de bois de feu, et le reste sous forme de
charbon de bois. [39]
Selon l’INSTAT, 80% des ménages urbains utilisent le charbon de bois pour la cuisson. Ce
combustible est considéré comme le combustible des ménages de cadre moyen, tandis que le
bois de chauffe ou les copeaux de bois sont pour les ménages à bas revenu.
La consommation de bois de chauffe par habitant à l’échelle nationale était de 173 KEP, dont
210 Kgeb pour les milieux urbains et 500 Kgeb pour les ruraux. [47]
Tableau 17 : Répartition de la consommation en bois énergie suivant les lieux
(Unité : %)
Source: INSTAT 2002
II-1-3-3 Bois énergie et environnement
La consommation de plus en plus intensive du bois et ses dérivés favorise la désertification
accompagnée de l’érosion massive. Le tableau 18 représente l’érosion enregistrée dans les
domaines agro -écologiques à Madagascar. La zone Est subit une forte érosion environ 6.04
mm par an, puis suivi de la région de haute terre (4.50 mm par an).
Tableau 18: Erosion potentielle à Madagascar
Zone agro - écologique Erosion potentielle (mm /an)Haute terre 4,50
Ouest 3,67Nord 3,95Sud 2,54
Est 6,04
II -1-4 COPEAUX ET SCIURE DE BOIS
Capital Agglomeration Sub Urbaine Rural
Bois de chauffe 8.4 27 61.4 93
Charbon de bois 91.6 73 38.58 7
40
La transformation du bois génère une grande quantité de résidus, dont les caractéristiques
chimiques correspondent à celles du bois et seules leurs formes physiques les diffèrent.
Lors de cette transformation, les grumes, par exemple, sont transformées en planches ou en
d’autres bois de construction. Les quantités et les types des résidus engendrés produisent la
sciure et copeaux qui représentent 7 à12 % du volume initial et 10 à11% pour l’écorce[20]
Les quantités de résidus libérées dépendent du volume de la matière traitée par unité de
production et les équipements industriels de transformation mis en œuvre.
II-1-4-1 Potentialité en copeaux et sciures à Madagascar
Les copeaux et les sciures sont des résidus du bois dont les principaux constituants sont la
cellulose, le lignite, l’hémicellulose. [52]
Pour déterminer la quantité des sciures et des copeaux à l’échelle nationale, il faut connaître les
quantités de grumes produites, ensuite on déduit par calcul la quantité des sous-produits, en
tenant compte du type de sciage. Par exemple, pour le sciage moderne [58] :
Les sciures représentent 5% du volume des grumes
Les copeaux représentent 50% du volume des grumes.
Les quantités des copeaux et sciures au niveau national sont estimées à 51 299,6 m3, soit
6 668 948 tonnes en 2002. Elles ont connu une augmentation de 20% par rapport à l’année
précédente.
Tableau 19 : Evaluation de la potentialité en sciures et en copeaux de bois à Madagascar
Volume de Grume
(m3)
Volume de sous-produits
(m3)Sciures Copeaux Total
1999 99446 4972.3 49523 54 695.3
2000 78197 3909.85 39098.5 43 008.35
2001 69200 3460 34600 38 0602002 93272 4663.6 46636 51 299.6
II-1-4 -1 -Evaluation de la valorisation énergétique des copeaux et des sciures de bois
41
La valorisation énergétique des copeaux et sciures de bois sous forme de briquette utilisée
comme combustible domestique présente des grands atouts :
Cinq briquettes de copeaux et sciures, pesant 50 grammes la pièce (quelle que soit leur
forme), suffisent pour la cuisson des repas d’une famille de 5 personnes [52]
La masse volumique en vrac de la sciure et copeau de bois est de 130kg/m3 [20], c’est à dire que 130 kg de sciure et de copeau de bois produisent environ 2600
briquettes combustibles, donc les 51 299.6 tonnes de copeaux et sciure de bois
disponibles en 2002 peuvent fournir environ 121 591 600 briquettes par an, soit 6.079
tonnes.
Selon Borda, une personne consomme par jour 0,25 m3 de bio-gaz pour la cuisson de son
repas, c’est à dire une famille de cinq personnes consomment 1,25 m3 de bio-gaz par jour.
Comme la famille malgache mange trois fois par jour, donc elle dépense 15 briquettes par
jour.
La valorisation des 51 299,6 m3 de sciure et copeau de bois par an, sous forme des briquettes
combustibles, peut engendrer 121591600 briquettes, soit 10 132 833 m3 de bio-gaz par an
Tableau 20 : Evaluation de la valorisation énergétique des sciures et copeaux de bois
Potentiel en moyenne des sciures et copeaux de bois (m3/an) 51299.6
Equivalence en nombre de briquette de 50 g la pièce par an 121 591 600
Equivalence en production de bio-gaz (m3) 10 132 833
Equivalent en bois (Teb) 36 477,4
Equivalent électricité (kWh) 1 184 111,12
Equivalence en pétrole (TEP) 10 183,3
II-1-4-2 Apport de la valorisation des résidus du bois sur l’environnement
En se référant sur les dires de Monsieur SASSE, la valorisation de ces déchets de bois est
équivalent à la production de 10 millions de mètres cube de bio-gaz, et pouvant non
seulement satisfaire la consommation énergétique d’une journée de 66 625 familles de cinq
personnes, mais aussi de préserver, pendant 10 ans, 9 853 ha de forêt et 1 773.5 ha de terre
arable.
II-2 RESIDUS AGRICOLE
42
Madagascar est un pays à vocation agricole. Selon les statistiques, 80% de la population
malgache sont considérés comme agriculteur. Après les récoltes, une quantité importante de
sous produits agricoles est laissée sur les champs pour améliorer ou maintenir la productivité
du sol. Cependant, certains résidus de culture n’apportent pas grand-chose au sol. Ainsi la
valorisation énergétique pourra être envisagée à petite échelle ou à grande échelle.
II-2-1 RESIDUS PROVENANT DE LA CULTURE CEREALES
II-2-1-1 Résidus provenant de la culture du riz
La culture du riz occupe 90% des exploitations agricoles à Madagascar. La pratique se fait en
trois grandes catégories, à savoir :
La culture par irrigation
La culture pluviale
La culture sur brûlis (tavy)
Il y a deux saisons de culture de riz à Madagascar :
Riz de première saison : il s’agit de riz de contre saison, récolté entre le mois de
novembre et le mois de février ; ses appellations sont « Vary Aloha » dans les
hauts plateaux, « Vary Ririnina » à Antsiranana et « Vary Be » dans la province
de Toliara.
Riz de deuxième saison : la culture se fait pendant la période des pluies et la
récolte entre le mois de mars et le mois de juillet, son appellation varie selon la
région : « Vary Vakiambiaty » dans les hauts plateaux, « Vary taona » à
Antsiranana, « Vary Tsipala » dans la province de Toliara.
D’après l’enquête annuelle du ministère de l’agriculture, de l’élevage et de la pêche sur la
production agricole, la production rizicole (Campagne 2002-2003) à Madagascar est estimée
à 2 800 000 tonnes de paddy sur une superficie de 1 216 020 ha dont
670 000 tonnes de paddy pour la première saison
2 100 000 tonnes de paddy de deuxième saison.
On enregistre une augmentation de 7% de production par rapport à l’année précédente. La
province d’Antananarivo assure les 770 000 tonnes, soit 28% de la production nationale.
La culture du riz dégage deux types de sous produits lignocellulosiques importants :
• Paille de riz
• Balles de riz
Tableau 21: Caractéristiques énergétiques des résidus du riz
43
Balle de riz Paille de rizMatière minérale (%par rapport à la matière anhydre) 18 à 22 17 à19.2Pourcentage par rapport au produit final (%) 20 57,7Masse volumique en vrac (kg/m3 100 à 150 150PCI (MJ/kg ) 13.5 à 15.5 10,5Taux d’humidité (%) 25 à 30 25Source :[21] [33]
II-2-1-1-1 BALLE DE RIZ
La balle de riz est un résidu obtenu après le décorticage du paddy. Les balles de riz sont
souvent concentrées dans les rizeries de chaque région productrice de riz (plaine
d’Antananarivo, Ambatondrazaka, Marovoay etc …).
II-2-1-1-1-1Potentiel en balle de riz
On peut déterminer approximativement la quantité en balle de riz en se basant sur la
production de paddy, sachant que la balle de riz représente 20% en poids du produit final. [33]
En 2002, la production en balle de riz était estimée à 0,52 millions de tonnes, soit
0.158 millions TEP, et assure les 8.2 KTEP de l’offre nette en énergie à Madagascar, la
répartition de la production par Faritany (cf. Tableau 22) connaît une domination en volume
par la province d’Antananarivo suivie de Fianarantsoa.
Tableau 22 : Répartition de la production en balle de riz par Faritany (Unité : tonne)
1999 2000 2001 2002 2003
Antananarivo 104 614 104 944 112 170 104 851 154 000
Fianarantsoa 80 879 79274 83 508 78 053 130 000
Toamasina 136 061 118 912 141 212 142 119 106 000
Mahajanga 109 686 111 629 111819 114 182 96 000
Toliara 31 518 31 932 31 782 29 959 50 000
Antsiranana 51 302 48 403,2 52 002 51 629 42 000
Madagascar 514 060 495 094,2 532 493 520 793 578 000
II-2-1-1-1-2 Valorisation énergétique
Utilisation comme combustible :
Actuellement, les principales utilisations de la balle de riz en tant que combustible sont
consacrées pour la combustion directe dans un mini-gazogène artisanal. Cette utilisation est
44
très prisée par les ménages pauvres, surtout dans les banlieues d’Antananarivo. Elle sert aussi
comme combustible pour la cuisson des briques dans les zones argileuses.
Utilisation concurrente
Au niveau de l’élevage, elle sert de litière pour les bétails, les volailles. Certains artisans
utilisent la balle de riz comme isolant thermique dans les glacières artisanales.
Utilisation envisageable
La balle de riz, lorsqu’elle est abondante et concentrée sur un site bien définie, est facile à
transformer en briquette carbonisée. On va essayer de valoriser les quantités en balle de riz
disponible chaque année à Madagascar sous forme des briquettes carbonisés et combustibles
domestiques.
La projection d’une étude déjà menée dans la région de Marovoay mentionne qu’une famille
de 5 personnes a besoin de 8 briquettes de balle de riz pesant 50 gramme la pièce pour une
cuisson et comme les Malgaches mangent trois fois par jour il faut donc 24 briquettes soit 1
kg par jour [42]
Selon BORDA, une personne consomme 0.25 m3 de biogaz par jour, d’où une famille de 5
personnes consomme 1.25 m3 de biogaz par jour. En effet, la valorisation énergétique des
578 000 tonnes de balle de riz en 2003 peut produire 231200 tonnes de balle de riz carbonisée
avec un four de carbonisation de rendement 40%, soit 2 408 333 .3 m3 de biogaz par an.
(Cf. Tableau 23)
Tableau 23: Evaluation de la valorisation énergétique de la balle de riz et son apport à
l’environnement
Potentiel en balle de riz (t) en 2003 578 000
Rendement du four de carbonisation % 40
45
Quantité de balle de riz carbonisés (t) 2312000Nombre de briquette 4 62 400 000
Equivalence en biogaz (m3) 2 408 333.3Equivalence en bois (tonne) 205 096,7
Equivalence en électricité (kWh) 739 308 240Equivalence en pétrole (TEP) 63 580Superficie de forêt préservée pendant 10ans 854 958,32
Superficie de terre arable sauvée 153 892,49Avec
1 tonne de balle de riz = 0,11TEP
1TEP = 11628 kWh
1Teb = 0.31TEP
II-2-1-1-2 LA PAILLE DE RIZ
La paille est un résidu du champ qui contient un taux d’humidité de l’ordre de 15%. Deux
conditions définissent la quantité de paille :
• La condition biologique, telles que la productivité et la précocité liées à la nature
de la variété de riz
• La condition écologique sur les sols tourbeux nouvellement aménagés, la
production de paille est supérieure à la production de paddy tandis que sur les
sols évolués, elle devient moins favorisée que la production de paddy.
II-2-1-1-2 -1 Potentiel en paille de riz
La production en paille de riz est estimée à 1 651 428. 57 tonnes en 2003, elle a légèrement
augmenté de 9% par rapport à l’année précédente. Les provinces d’Antananarivo et de
Fianarantsoa tiennent 40% de la productivité nationale. (Cf. Tableau 24)
Tableau 24 : Quantité de la paille de riz par province (Unité : tonne)
1999 2000 2001 2002 2003
Antananarivo 298897,14 299840,00 320485,71 299574,29 440000,00
Fianarantsoa 231082,86 226497,14 238594,29 223008,57 371428,57
46
Toamasina 388745,71 339748,57 403462,86 406054,29 302857,14
Mahajanga 313388,57 318940,00 319482,86 326234,29 274285,71
Toliara 90051,43 91234,29 90805,71 85597,14 142857,14
Antsiranana 146577,14 138294,86 148577,14 147511,43 120000,00
Madagascar 1468742,86 1417411,43 1521408,57 1487408,57 1651428,57Paddy/paille =1,75
1300000
1350000
1400000
1450000
1500000
1550000
1600000
1650000
1700000
(tonn
e )
1999 2000 2001 2002 2003
Figure 9: Diagramme d’évolution de production en paille de riz au niveau national
II-2-1-1-2 -2 Valorisation énergétique de la paille de riz
A Madagascar, les principales utilisations des pailles de riz sont :
En matière d’agriculture, après la moisson la paille est laissée dans le champ
pour fertiliser le sol.
En matière d’élevage, elle est utilisée comme litière et fourrages pour les bétails
Les artisans utilisent la paille pour la fabrication de divers articles (chapeaux,
panier etc.…)
Dans les milieux ruraux, la paille est utilisée pour la construction des toits de
maison.
Selon P.CHARTIER, la fermentation de la paille de riz permet de produire une quantité
énorme du biogaz, 1kg de matière sèche de la paille de riz peut produire environ 0.36 m3 de
biogaz.
47
Or la paille de riz contient environ 84% de matière sèche, en effet 1 651 428,5 tonnes de
paille produites en 2003, peuvent contenir 1 387 199,9 tonnes de matière sèche et cette
dernière peut produire de 499391978,4 m3 de biogaz, soit 1 580 417,07 TEP.
Tableau 25 Evaluation de la valorisation énergétique de la paille de riz et son apport à
l’environnement
Potentiel de la paille du riz (t) en 2003 1 651 428.5
Quantité de la matière sèche (t) 1 387 199,9
Equivalence en biogaz (m3) 499 391 978,4
Equivalence en bois (teb) 5 098 119.5
Equivalence (kWh) 1 837 708 900Equivalence en pétrole (TEP) 1 580 417,07
Superficie de forêt préserver pendant 10 ans (ha) 17 728 452,3
Superficie de la terre arable sauvée (ha) 3 191 121.41
II-2-1-2 Résidus de la culture de maïs
Le maïs ou «Katsaka » en Malgache est une plante de la famille des graminacées, originaire
d’Amérique. Il est considéré comme un aliment énergétique intéressant par sa haute teneur en
amidon et accessoirement pour sa richesse en huile.
A Madagascar, il y a trois variétés de maïs:
• Maïs « Dent de cheval » à grains blancs très farineux
• Maïs « sud Afrique » à grains jaunes tendres
• Maïs « Plata » à graines rouges, très riches en carotène et très dures.
Le maïs est une plante saisonnière sur les hauts plateaux mais, sur le Baiboho de l’Ouest, il
est cultivé pratiquement toute l’année, là où on peut irriguer entre mois avril et mai. En 2002,
la production à l’échelle nationale en maïs sec a été estimée à 318 000 tonnes sur une
superficie de 194 405 ha. Cette production est en hausse de plus de 45 % par rapport à l’année
précédente (cf ANNEXE V).
Après les récoltes, la culture de maïs dégage deux types de sous-produits :
48
• La tige
• La rafle.
Les caractéristiques énergétiques de ces sous-produits sont représentées dans le tableau ci-
après:
Tableau 26 : caractéristiques énergétiques de tige et rafle de maïs
Type des résidus Produit final / tige Matière minérale
(%)
P C I
(MJ/kg)
Masse volumique
en vrac (kg/m3)
Tiges de maïs 2.5 3,8 17,4
Rafles du maïs
0.2 2 à 7 17. 3 130 à 2 30
Source : [20] [54]
II- 2-1-2-1 LA TIGE DE MAÏS
A la différence des autres graminées, le maïs ne talle pas en général, il n’y a qu’une tige
unique ronde, plus ou mois cannelée, constituée de nœuds et d’entre nœuds. Les entre nœuds
de la base sont plus courts, ainsi la tige est remplie d’une moelle sucrée. Elle mesure 1,5 à
3,5 mètres de hauteur avec 5 à 6 centimètres de diamètre.
II- 2- 1-1 Potentiel en tige de maïs
Le pourcentage de tige de maïs par rapport au produit final est :
Produit noble /tige de maïs = 2. 5 [35].
Le tableau ci -dessous représente la quantité de tiges de maïs pour chaque province et au
niveau national. Le potentiel annuel de la tige de maïs au niveau national est estimé à 68 780
tonnes en 2002 dont 46% se trouvent dans la province d’Antananarivo, 17% dans la province
de Toliary suivie de la province de Fianarantsoa.
Tableau 27: Evaluation de la quantité de tige de maïs à Madagascar
(Unité = tonne)
1999 2000 2001 2002
Antananarivo 30 774 31 802 34 708 32 108Fianarantsoa 9 278 9 248 9 228 9 074
Toamasina 6 034 5 120 5 496 5 532
49
Mahajanga 8 376 8 282 8 424 8 718Toliara 12 232 12 468 12 224 11 798
Antsiranana 1 594 1440 1 500 1550
Madagascar 68 288 67 920 71 820 68 780
II- 2-1-2-2 Valorisation énergétique de la tige de maïs
Les tiges de maïs se trouvent éparpillées un peu partout, dans les diverses régions de
Madagascar. Elles sont utilisées non seulement comme compost après la récolte mais aussi
comme combustibles domestiques pendant les périodes de pluie.
Selon G. DUCELLIER, les tiges de maïs peuvent être utilisées pour l’alimentation d’un
digesteur en vue de produire du bio-gaz, avec un rendement en fonction de la teneur en
matière sèche ; un kilogramme de matière sèche peut produire 295 litres de bio-gaz.
Or selon P. Chartier et P. Dupuy la teneur de la matière sèche dans les tiges de maïs est
environ 35% par rapport à son poids initial.
Pour les 68,780 tonnes de tiges de maïs produites en 2002 sur le territoire national, il y a
24073 tonnes de matières sèches équivalent à 7 101535 m3 de biogaz. (Cf. tableau 28)
Tableau 28 : Evaluation énergétique des tiges de maïs
Potentiel en tige de maïs
(t)
Teneur en matière sèche
(%)
Equivalence en bio-gaz
(m3)
Equivalence en électricité
(kWh)
Equivalence en bois
(t)
Equivalence en pétrole
(t)
68 780 35 7 101 535 701 901 429,1 194 719,4 60 363,04
II-2-1-2-3 Apport de la valorisation énergétique des tiges de maïs sur l’environnement
Pour évaluer l’impact de la valorisation énergétique des 68.780 tonnes de tiges de maïs, nous
allons exploiter les dires de SASSE (L) et BORDA :
Selon BORDA, en équivalence énergétique, une personne consomme environ 0.25 m3 de gaz
méthanique par jour, alors une famille de cinq personne consomme 1.25 m3 de gaz
méthanique par jour. En effet, les 7.101.535 m3 de biogaz produis (cf tableau 29) à partir des
tiges de maïs peuvent satisfaire les besoins de 5.681.228 familles par an.
50
Or Selon SASSE (L)
• Un mètre cube de biogaz peut sauver 0.355 hectares de forêt pendant dix ans
• Un hectare de forêt replantée peut sauver 0.18 ha de terre arable, ainsi 1 m3 de
biogaz correspond à 0.355 ha et peut produire, selon le cas, en équivalant mais de
150 kg par année.
Ainsi, pour les 7 101 535 m3 de biogaz obtenus par la valorisation des tiges de maïs, on peut
préserver 2 521 044 ha de forêt pendant 10 ans et sauver 45 378.8 ha de terre arable.
Tableau 29: Bilan environnemental de la valorisation énergétique des tiges de maïs
Potentiel en tige de maïs
(t)
Teneur en matière sèche
(%)
Equivalant en biogaz(m3)
Nombre de famille pouvant
consommer par an
Superficie de la forêt
préservée pendant 10 ans
(ha)
Superficie de terre arable
sauvée(ha)
68 780 35 7 101 535 5 681 228 252 104,4 45 378,8
II-2-1-2-2 RAFLE DE MAÏS
II-2-1-2-2-1 Potentiel en rafle de maïs
La rafle représente le 1/5 du produit final [35]. En 2002, la quantité de rafles à l’échelle
nationale est estimée à 859 750 tonnes dont 40 % se trouvent dans la province autonome
d’ Antananarivo (cf. tableau 30).
Tableau 30 : Quantité de rafles de maïs par province (unité : tonne)
1999 2000 2001 2002Antananarivo 384675 397525 433850 401350
Fianarantsoa 115975 115600 115350 113425Toamasina 75425 64000 68700 69150Mahajanga 104700 103525 105300 108975Toliara 152900 1505850 152800 147475Antsiranana 19925 18000 18750 19375
51
Madagascar 853 600 849 000 897 750 859 750 II-2-1-2-2-2 Valorisation énergétique des rafles de maïs
Nous allons faire la valorisation énergétique des rafles de maïs carbonisés. D’après le test de
cuisson contrôlé effectué à partir des combustibles de rafles de maïs, la cuisson de riz pour
une famille de 5 personnes nécessite 1,16 kg de rafle non carbonisé, ainsi le besoin quotidien
est de 3,5 kg de rafles. [52]
Si nous considérons que le rendement du four de carbonisation est environ 40%, alors 1.4 kg
de rafles de maïs carbonisé est nécessaire pour la cuisson de riz d’une famille de 5 personnes
dans une journée et équivaut à de 1.25 m3 de biogaz par jour.
En effet, les 859750 tonnes des rafles de maïs peuvent fournir 343 900 tonnes de rafles
carbonisées, ce qui équivaut à 307 053.5 m3 de biogaz. (Cf. tableau 31)
Tableau 31 : Evaluation de la valorisation énergétique des rafles de maïs à Madagascar
Potentiel
en rafle de
maïs
(t)
Rendement de
four
carbonisation
(%)
Potentiel
des rafles
carbonisées
(t)
Equivalence
en biogaz
(m3)
Equivalence
en bois
(t)
Equivalence
en électricité
(MWh)
Equivalence
en pétrole
(TEP)
859 750 40 343 900 307 053,5 97 068.5 3 499 004,7 30091,2
II-2-1-2-2-3 Apport de la valorisation énergétique des rafles de maïs sur l’environnement
Les 343 900 tonnes des rafles de maïs carbonisés équivalent à 30 7053.5 m3 de biogaz, t et
permet de préserver environ 107 468.7 hectares de forêt pendant dix ans et sauver ainsi
19 344.3 hectares de terre arable. (cf. Tableau 32)
Tableau 32 : Bilan environnemental de la valorisation énergétique de rafle de maïs
52
Potentiel
en rafle de maïs
(t)
Potentiel des
rafles carbonisées
(t)
Equivalence en
biogaz
(m3)
Superficies des
forêts préservées
pendant 10 ans
(ha)
Superficies de
terre arable
sauvée
(ha)
859 750 343 900 307 053,5 107 468,7 19 344,3
Tableau 33 : Bilan Energétique et Environnemental pour la valorisation énergétique
des sous- produits agricoles (cultures céréales) à Madagascar
Type des déchets
Potentiel par an (t)
Equivalence en
Biogaz (m3) Teb KWh TEP
Superficies des forêts préservées pendant 10ans (ha)
Superficies de terre arable sauvéesPendant 10 ans (ha)
Balle de riz 528 000 2 408 333,3 204 451,61 739 308 240 63380 854 958,32 153 892,49
Paille de riz 1 651 428 499391978,4 5098 119,5 183 770 890 1580417 177 284 152,3 3191121.4
Tiges de maïs
68 780 7101535 194 719,4 701 901 429 60360,04 252 104,4 45 378,8
Rafles 85 750 307 053 97 068,5 349 004,7 30 091,2 107 468,7 19 344,3
TOTAL 2 333 958 7 408 588 5 594 359 962 329 563 1734 248 178 498 683,7 3 409 736,9
II-2-2 CULTURES INDUSTRIELLES
Les produits agricoles traités par une industrie agro-industrielle à Madagascar dégagent une
quantité importante de résidus, certaines industries essayent de les transformer pour leur
besoin énergétique, cas de la rizerie à Marovoay et d’autres transforment en alimentation
animale. Le tableau ci-après donne une idée approximative du type de résidus de quelques
cultures industrielles et leurs caractéristiques énergétiques.
53
Tableau 34 : Caractéristiques énergétiques des certains résidus provenant de la culture
industrielle
Culture Type de
résidus
quantité du
résidu par
rapport au
produit finale
Matière
minérale
(%)
Masse
volumique en
vrac (kg/m3)
PCI (MJ/Kg)
Canne à Sucre
Arachide
Cocotier
Café
Coton
Sisal
Cacao
Bagasse
Coque
Bourres
Coque
Coque
Coque
Pulpes sèches
Coque
30
30
34
15
19
2 à 4
1.8
7
28 à 35
5. 2 à 7.9
3.4
70 à 95
80
5
160 à 200
130 à 160
17.5
15.1
11.4
16.2
18.3
16.3
19. 22
19. 2
Source : [20 ]
II-2-2-1 LA BAGASSE
C’est un résidu résultant du pressage en usine des tiges de canne à sucre. La production
annuelle de cannes à sucre à Madagascar est estimée à 2 223 395 tonnes en 2002, sur une
superficie 68235 ha, la province d’Antsiranana se situe au premier rang en volume de
production avec 27% de la production nationale et Mahajanga se trouve en seconde position.
(cf. ANNEXE V)
II-2-2-1-1 Quantité annuelle de bagasse
Une tonne de canne à sucre donne 300 kg de bagasse [33], alors la quantité de bagasse
disponible à l’échelle nationale est de 667 018.5 tonnes, soit 44 467.9 tonnes équivalent à
pétrole (TEP) dont la province d’Antsiranana produits les 182 854.5 tonnes
Tableau 35: Evolution des quantités de bagasse par province
54
FARITANY 1999 2000 2001 2002
Antananarivo 16560 16 422 17 793 17 764,5
Fianarantsoa 98 253 98 818,5 98 880 96 672Toamasina 106 444,5 106 902 10 869 109 336,5
Mahajanga 159 060 160 050 160 887 161 736Toliara 93 510 92 992,5 94 008 95 640
Antsiranana 180 172,5 181 404 182 271 182 854,5
II-2-2-1-2 Valorisation énergétique de la bagasse
La valorisation énergétique de bagasse présente un intérêt majeur en raison de sa grande
quantité, de l’étendue des surfaces cultivées, ainsi que de son ramassage facile. On peut, à cet
effet, envisager une valorisation à grande échelle pouvant avoir un impact significatif sur
l’économie régionale. En plus de sa couverture en besoin énergétique et en vapeur,
nombreuses transformations sont à considérer, entre autres :
• La production d’électricité
• La production d’éthanol
• La fabrication de briquette (combustible ménager)
• Alimentation du bétail.
L’utilisation de la bagasse dans une centrale thermique équipée d’une chaudière performante,
comme la chaudière de BUCKAU WOFF, peut produire 1kWh par 6 Kg de bagasse. [20] Ainsi
la transformation thermique de la bagasse disponible à Madagascar permet de produire
111 169.75 kWh d’électricité.
II-2-2-2 COQUE D’ARACHIDE
II-2-2-2-1 Généralités
L’arachide est une plante herbacée de la famille des panilionacées, Elle est la première matière
de base pour les huileries à Madagascar. La principale huilerie à Madagascar est le Tiko Oil
Products (TOP) qui possède deux unités de production, l’une à Vakinakaratra et l’autre à
Toamasina. Il y a aussi une autre industrie d’huilerie ayant une capacité de traitement annuelle
de 3000 tonnes mais n’utilise que 25% de sa capacité en huile, implantée dans la province de
Toliara.
Actuellement, on constate une augmentation des petites huileries artisanales en milieux ruraux
et suburbains dont la production en huile est estimée à 1000 tonnes par an.
55
Malgré son importance économique, l’arachide n’est pas considérée comme une culture de
pointe, elle est abandonnée pratiquement à une exploitation traditionnelle sur des petites
surfaces et n’intéresse pas les grandes concessions.
Sur une superficie d’environ 47000 hectares, Madagascar produit chaque année près de 35000
tonnes d’arachides, soit un rendement de 1.3 tonnes par hectare. [42]
La province d’Antananarivo représente un peu moins du tiers de la production nationale grâce
notamment aux districts de Tsiroanomandidy, Miarinarivo et Soavinandriana. Fianarantsoa se
trouve en seconde position. (Cf. ANNEXE V)
La coque d’arachide est un sous produit de l’arachide, obtenue après le décorticage par
machine ou manuel, sa proportion en masse par rapport au produit final est d’environ 30%
[35]
II-2-2-2-2 Potentiel en coque d’arachide
Le tableau ci-après montre l’évolution de la quantité de la coque d’arachide durant quatre
années consécutives. En 2002, la quantité de coque d’arachide produite est estimée à 10 623
tonnes dont 50.2% se trouvent dans la province d’Antananarivo et Fianarantsoa. (Cf. tableau
36) Cette quantité a connu une augmentation d’environ 550 tonnes par rapport à l’année
précédente. (Figure 10)
Tableau 36 : Evaluation de la quantité de la coque d’arachide par Province
(Unité : tonne)
Faritany 1999 2000 2001 2002
Antananarivo 2808 2853 2911,5 2919
Fianarantsoa 2607 2662,5 2604 2613
Toamasina 618 630 652,5 658,5
Mahajanga 1741,5 1767 1779 1786,5
Toliara 2268 2272,5 2298 2316
Antsiranana 310,5 324 327 330
56
10200102501030010350104001045010500105501060010650
1999 2000 2001 2002
(ton
ne)
Figure 10: Diagramme d’évolution de la coque d’arachide au niveau nationale
II-2-2-2-3 Valorisation énergétique de la coque d’arachide
Les utilisations courantes des coques d’arachide disponibles auprès des décortiqueries
traditionnelles sont les suivantes :
• Utilisation en compost (très prisée par les maraîchers) qui défient sérieusement
l’utilisation énergétique
• Utilisation dans l’aviculture comme litière
• Utilisation dans le fumage de poisson.
L’utilisation en combustible domestique paraît extrêmement faible car les utilisations
concurrentes sont nombreuses et les techniques d’utilisation ne sont pas encore connues et,
de plus, toute valorisation des résidus des décortiqueries traditionnelles dispersées et de petite
taille occasionnerait des coûts élevés de collecte et de transport.
Ainsi, à l’heure actuel tout projet de valorisation de la coque d’arachide comme combustible
domestique s’avère non faisable. Toutefois, elle pourrait être utilisée comme complément
d'autres résidus dans la fabrication de charbon de biomasse et de briquettes non carbonisées.
II-2-2-2 COQUES DE CAFE
Le café est l’un des produits d’exportation les plus dominants à Madagascar en terme de
volume de production. Il occupe la première place, estimé à 95000 tonnes de café marchand
en 2003. La province de Fianarantsoa occupe la première place de production de café, 60%
de la production nationale en café proviennent de ce lieu, suivie de la province d’Antsiranana
(21%) et Toamasina (16%). (Cf. ANNEXE V)
II-2-2-2 -1 Potentialité en coque de café
57
Selon Y.LAHAYE, une tonne de café marchand (voie sèche) peut engendrer une tonne de
coque de café, en terme d’équivalence elle correspond à 0.4 tonnes équivalent à pétrole par
tonne de produit final. Le tableau ci-après représente l’évolution de la quantité de la coque
de café durant les trois années précédentes. En 2003, la quantité des coques de café est
estimée à 95 239 tonnes, il y a une augmentation de 60% par rapport à l’année précédente et
la plus part de la coque de café se trouve dans la province de Fianarantsoa et Antsiranana.
Tableau 37 : Evolution de la production de la coque de café à l’échelle nationale (Unité : Tonne)
2000 2001 2002 2003Antananarivo 305 305 305 169Fianarantsoa 28435 28325 25735 57002
Toamasina 15840 21295 20875 15369
Mahajanga 1280 1295 1565 1984Toliara 700 720 710 531Antsiranana 11520 12590 12330 20184
Total 58080 64530 61520 95239
II-2-2-2 -2 Valorisation énergétique de la coque de café
Actuellement il n’existe aucune utilisation de la coque de café comme combustible
domestique. Mais elle sert de litière pour les bétails ou comme compost pour fertiliser le sol.
Cependant le mode de valorisation en combustible domestique ou complément d’autres
résidus est envisageable. Il s’agit de la transformation en charbon de biomasse par le
processus de carbonisation et en briquettes non carbonisées. A l’échelle industrielle, la coque
de café peut être utilisée avec d’autres sous-produits agro-industriels pour alimenter un
gazogène.
Tableau 38 : Equivalence énergétique pour la coque de café
Production en coque
de café (t)
Equivalence en bois
(t)
Equivalence en
électricité (kWh)
Equivalence en
pétrole (TEP)
95 239 12 288.7 442 975.6 38 095.6
II-2-2-3 PULPES DE SISAL
58
Madagascar produit actuellement environ 17 000 tonnes de sisal par an sur une superficie en
moyenne de 14 000 hectares, soit un rendement de 0,8 tonnes à l’hectare. (cf. ANNEXE V)
La majeure partie de la production est concentrée dans la région d’Amboasary (province de
Toliara).
Quatre importantes entreprises s’occupent de la plantation et de la préparation des fibres dont
-L’établissements Gallois
- La société de Heaulme
- La société des plantations de sisal du Mandrare
- La société du Sisal Malgache.
Les fibres de sisal sont utilisées par la Société de Ficelles Malgaches pour la fabrication de
ficelles, cordages, sacs de collecte, toiles d’emballage, tapis et espadrilles. La consommation
locale de cette fibre est estimée à 3 000 tonnes par an. La stagnation constatée de la
production s’explique par la sécheresse qui a sévi le Sud en 2000. Certains producteurs ont
même vu leur production et exportation réduites de moitié.
Les feuilles d’agaves fournissent des fibres dures qui représentent 2,5 à 3,5 % du poids total
de la feuille. Après le séchage, le broyage et le triage, on laisse les pulpes qui sont considérés
comme résidus industriels.
II-2-2-3 -1 Potentiel en Pulpes
Notons que 1 000 grammes de feuilles contiennent [13]:
900 grammes d’eau
25 grammes de fibres
75 grammes de pulpes sèches
Sur cette base, nous pouvons déterminer les quantités de déchets de sisal au niveau national.
En moyenne il est estimé à 12 750 tonnes. A partir de 1999, la quantité de pulpe a augmenté
de 100 tonnes par an. (cf. figure 11)
59
12650
12700
12750
12800
12850
12900
12950
1999 2000 2001 2002
Figure 11: Evolution de la production (tonne) de pulpes à Madagascar
II-2-2-3 -2 Valorisation énergétique de pulpes
Actuellement, la quasi-totalité des déchets de sisal est jetée dans les cours d’eau, entassée ou
brûlée. Si on valorise ces résidus dans la production d’énergie en se basant sur le fait qu’avec
1kg de matière végétale on peut produire 1kWh par l’intermédiaire de gazogènes et de
groupe électrogène. [13]
En effet, les 12 750 tonnes des déchets de sisal produits annuellement à Madagascar
peuvent produire environ 12 750 000 kWh d’électricité.
Tableau 39 : Evaluation de la valorisation des déchets de sisal
Quantité des déchets
de sisal (t)
Equivalence en bois
(t)
Equivalence en
électricité (kWh)
Equivalence en
pétrole (TEP)
12 750 35 37.06 12 750 000 1 096.4
II-2-2-4 COQUE DE COTON
Madagascar produit annuellement environ 24184.7 tonnes de coton sur une superficie de
12102 hectares, soit un rendement de 1.6 tonnes par hectare. [42] En 2002, la production a
connu une diminution importante de 70% par rapport à l’année précédente. (cf. ANNEXE V)
60
Le Nord- Ouest (région de Mahajanga) et le Sud- Ouest (région de Tuléar) sont les deux
zones de culture de coton à Madagascar. Les cultures et les traitements de coton dégagent
deux types de sous -produits : les tiges et les coques.
Les tiges de coton sont les résidus restant dans les champs après la récolte du coton et les
coques sont obtenues après la transformation. Le coton - graine est égrené pour en tirer la
fibre qui est destinée à l’industrie de filature ou l’industrie textile. La société qui assure
l’égrenage du coton à Madagascar est le HASYMA qui s’est implantée à Toliara (capacité
annuelle de
20 000 à 25 000Tonnes) et à Mahajanga (capacité annuelle de 15 000 Tonnes).
Les sociétés textiles opérationnelles à Madagascar s’approvisionnent en fibres de coton
auprès
d’ HASYMA on peut citer entre autres : COTONA, SOMACOU, SAMAF, FANAVOTANA
II-2-2-4-1 Potentiel des déchets de coton
Selon LEQUEUX et Y. LAHAYE et J. HEBERT, les proportions de ces résidus par rapport
au poids de produit frais sont 19 % pour les coques tandis pour les tiges, elles sont estimées à
20 à 28 %.
En se basant sur cette indication, le potentiel annuel en tiges et coques de coton à l’échelle
nationale est de 6771.7 tonnes et de 4 595.1 tonnes (1 838.04 TEP).
II-2-2-4 -2 Valorisation énergétique des déchets du coton
A l’heure actuelle, il n’y a aucune utilisation de ces déchets en tant que combustible
domestique et les paysans avaient l’habitude de les brûler sur les champs pour détruire les
parasites qui se développent dans la plante et pour libérer les surfaces à cultiver.
Mais à l’échelle industrielle, les deux grandes sociétés de cotonnière à Madagascar
COTONA et HASYMA ont commencé l’utilisation de ces déchets en les mélangeant avec
d’autres déchets (déchets de bois) pour faire fonctionner leurs chaudières ce qui permet aussi
de produire de l’électricité en assurant l’autonomie en énergie.
II-2-2-5 COQUES DE CACAO
Pour l’année2004, Madagascar a exporté quelque 1700tonne de cacao. Une exportation en
baisse par rapport à celle de l’année précédente, période durant laquelle le pays a pu écouler
1800 tonnes. [4]
La production du cacao se concentre dans la province autonome d’Antsiranana, dans les régions
d’Ambanja, d’Ambilobe, de Sambava et d’Antalaha. Elle représente 90% de la production
nationale.
61
II-2-2-5-1 Potentiel en coque de cacao
Les coques sont les sous-produits issus du concassage des noix. Selon Y. LAHAYE, la
proportion en masse de la coque de cacao est estimée à un dixième du poids total du produit
frai. Les quantités de cacao produites en 2002 estimées à 4410 tonnes peuvent donner
environ 441 tonnes des déchets. Le tableau ci-après représente l’évolution de la quantité des
coques de cacao durant quatre années.
Tableau 40: Evolution de la production en coque de cacao à Madagascar
(Unité : tonne)
1999 2000 2001 2002
421,5 439,5 441 441
II-2-2-5-2 Valorisation comme combustible
Il n’existe à l’heure actuelle aucune utilisation des coques de cacao comme combustible à
Madagascar. L’utilisation envisageable de la coque de cacao est favorable pour la briqueterie
non carbonisé. En terme d’équivalent, les 441 tonnes de coque de cacao disponibles chaque
année à Madagascar sont équivalents à 353.8 TEP soit 4 102 358.4 kWh.
II-2-2-6 Bilan énergétique et environnemental de la valorisation des résidus provenant
de la culture industrielle
Au niveau de l’entreprise, l’intérêt est ressenti à la fois dans la réduction des coûts
énergétiques, dans les processus de production et dans la disponibilité du combustible local en
permanence. La valorisation en énergie des 790 666,6 tonnes de sous- produit de la culture
industrielle à Madagascar permet d’économiser, en terme d’équivalence d’électricité de
199 247 510,7 kWh par an.
Si on se réfère au tarif unitaire de kWh d’électricité de la JIRAMA, la valorisation de ces
résidus engendre un chiffre d’affaire voisin de 98 635 500 000 Ar (493177500000Fmg)
Ainsi sur le plan environnement, elles permettent de préserver 465 175 516.5 ha de forêt et de
sauver 83 731 592,88 ha pendant 10 ans.
62
Tableau 41: Bilan énergétique et environnemental de la valorisation des résidus provenant de la culture industrielle
Potentiel des résidus provenant de la culture industrielle
790 666,6tonnes
Equivalences en biogaz 1 317 7 77 667m3
Equivalence en électricité 199 247 510,7kWh
Equivalences en pétrole (TEP) 104 303,54 TEP
Nombre de forêt préserver pendant 10 ans 465 175 516.5 ha
Nombre de terre arable sauvée pendant 10 ans
83 731 592,88 ha
63
CHAPITRE III : CULTURES ENERGETIQUES
III-1 PLANTATION DES PRODUITS A TUBERCULES
Les produits issus des cultures à tubercules peuvent être valorisés pour des fins d’énergétiques comme le manioc, la patate douce, la pomme de terre.
III-1-2 LE MANIOC
Le manioc est le deuxième aliment principal des Malgaches après le riz, le tubercule est
consommé directement ou transformé en farine, les feuilles sont consommées pilées
(ravitoto). Il est aussi utilisé dans l’alimentation des animaux.
III-1-2 -1 Potentiel en manioc
En 2003, Madagascar produit 1 992 000 tonnes de manioc sur une superficie de 2 521 985
hectares, soit un rendement moyen de 1.7 t/ha, 56% de la production sont destinées à
l’autoconsommation pour les ménages des exploitants, 16 % destinées aux aliments des
animaux, seul 26 % s’intègrent sur le marché. [42]
En terme de volume de production, la province de Fianarantsoa tient 47 % de la production
nationale, suivie par la province de Toliara. (cf. ANNEXE V)
III-1-2-2 Valorisation énergétique du manioc
La conversion en énergie du manioc à Madagascar n’est pas encore développée. Or le manioc
peut être utilisé pour la production d’ éthanol (biocarburant) qui est un produit très recherché
pour son multiple utilisation, entre autres on peut citer les boissons alcooliques, l’alcool
pharmaceutique, l’alcool combustible etc …
A Madagascar, la production d’alcool est évaluée à 16000 hectolitres par an, essentiellement
convertie en boisson alcoolique. [3]
Selon l’étude faite par la société Hery Vao S.A, le rendement de la production d’éthanol par le
processus de fermentation de 12 tonnes de manioc peut donner environ 180 litres d’éthanol.
Ainsi les 199 200 tonnes de production annuelle permettent de produire environ 50 796 m3
d’éthanol (tableau 42). Il est évident que le rendement en éthanol dépend de celui du manioc
par hectare qui est encore faible, avoisinant 1,7 tonne par hectare.
64
Tableau 42 : Evaluation énergétique du manioc
Potentiel
(t)
Rendement
(t/ha)
Quantité
d’éthanol
récupéré
(m3)
Equivalent en Bois
(t)
Electricité
(kWh)
Pétrole
(t )
1 992 000 1.7 50796 572.06 259769.5 22.34
III-1-3 LA PATATE DOUCE
La patate douce (Ipomea batates) appartient à la famille de convolvulacée, elle est une plante
vivace, cultivée essentiellement pour ses tubercules qui contiennent 57% à 78 % d’eau et 13
à 33 % d’amidon et de cellulose, de saccharose et un peu de vitamine C. [16]
Il existe trois variétés de patate douce à Madagascar :
Patate Jaune
Patate blanche
Patate rouge.
III-1-3-1 Potentiel en patate douce
En 2003, la production de patate douce à Madagascar est estimée à 493000 tonnes sur une
superficie de 94488 hectares. Les provinces de Fianarantsoa, Antananarivo et Toliara
regroupent plus de 80% de la production nationale. 71% de la production sont destinées à
l’autoconsommation. (Cf. ANNEXE V).
III-1-3-2 Valorisation énergétique de la patate douce
Comme le manioc et les autres végétaux riches en sucre, les patates douces peuvent produire
du biocarburant. Selon les experts Hery Vao S.A, 15 tonnes de patate douce permettent
d’obtenir 152 litres d’éthanol.
En effet, les 493 000 tonnes de patate douce produites annuellement à Madagascar peuvent
produire environ 26700.8 m3, soit un rendement de 54.14 litres d’éthanol par tonne de patate
douce. (cf. tableau 43)
65
Tableau 43 : évaluation de la valorisation énergétique de la patate douce
Potentiel en
patate douce
(t)
Rendement de la
production (T/ha)
Quantité
D’éthanol par
tonne (l/t)
Quantité
d’éthanol
annuelle (m3)
Equivalant en
pétrole (TEP)
493000 5.2 54.14 26700.8 11.67
III-1-4 POMME DE TERRE
La pomme de terre (Solanum tuberosium) est classée comme un légume au même titre que la
carotte dans l’habitude alimentaire des Malgaches. Elle est consommée bouillie, frite ou grille
sous les cendres.
A Madagascar, il y a 4 variétés de pomme de terre cultivée :
GARANA
POTA
KINGA
ATZIMBA.
III-1-4-1 Potentiel en pomme de terre
En 2002, la production de pomme terre est estimée à 296060 tonnes dont 84% sont dans la
province d’Antananarivo sur une superficie de 43505 ha, suivi de la province de Fianarantsoa.
Les 28 % sont écoulés dans le commerce tandis que 57.6% sont réservés aux
autoconsommations. (cf. ANNEXE V)
III-1-4-2 Valorisation énergétique
La production de biocarburant alcoolique à partir de pomme de terre rapporte peu puisque le
rendement est faible. 15 tonnes de pomme de terre permettent de produire 125 litres
d’éthanol; c’est à dire pour les 296 050 tonnes de pomme de terre produites à Madagascar en
2002 avec un rendement à l’hectare de 5.96 tonnes, on peut produire environ 14536055 litres,
soit 4 901 litres par tonne de pomme de terre.
Tableau 44: Evaluation de valorisation énergétique de la pomme de terre
66
Potentiel en pomme
de terre
(t)
Rendement de
production
(t/ha)
Equivalence en
biocarburant
(éthanol) m3
Equivalence en
pétrole
TEP
296 050 5.9 14 536,05 6,35
III-1-5 BILAN ENERGETIQUE DE LA VALORISATION DES PLANTES A
TUBERCULES
Tableau 45 : Bilan énergétique de la valorisation des plantes à tubercules
Culture Potentiel (t) Superficies
cultivées
(ha)
Rendement
de production
(t/ha)
Quantité
d’éthanol
(m3)
Equivalent en
pétrole TEP
MANIOC 1 992 000 352 345 1.7 50 796 22.3
PATATE
DOUCE 493 000 94 488 5.2 26 700,8 11 677
POMME DE
TERRE 296 050 49 655 5.6 14 536,05 6 357,10
TOTAL 27 81 050 496 488 93 032,85 6 357,10
Les 27 81 050 tonnes des produits tubercules produits chaque année à Madagascar
permettent d’obtenir environ 93 032,85m3 d’éthanol, c'est-à-dire qu’elles peuvent remplacer
9.6% du gasoil importée en 2002.
III-3 PLANTATION DE JATROPHA CURCAS
67
III-3-1 GENERALITES [29]
Le jatropha Curcas connu sous divers appellations locales, telles « Voanongo » ou
« Tanatanampotsy » pour les régions d’Ankazobe et «Valavelona » dans le Nord de
Madagascar. C’est une plante qui pousse à l’état sauvage à Madagascar et fait partie de la
famille des Euphorbiacées. Il se présente sous forme de petit arbre de 4 à 5m de hauteur qu’il
atteint au bout de 3 à 4 ans seulement. La durée de vie est de 30 à 35 ans environ. Le fruit est
une capsule à 2 ou 3 loges qui atteint sa maturité après 3 mois.
Les Ntaolo ont déjà connu le multiple usage du jatropha curcas, comme l’utilisation pour
l’éclairage, les traitements médicaux et la fabrication de savon, mais les techniques se
perdent petit à petit à travers les générations.
Au début de l’année 2005, une société britannique «D1» a monté un projet d’extraction de
l’huile de jatropha sur les régions d’Ankazobe et Antalaha, en partenariat avec le BAMEX,
un programme financé par le gouvernement américain à travers l’USAID à Madagascar.
III-3-2 EVALUATION DU POTENTIEL EN JATROPHA CURCAS
Il est encore difficile de quantifier la production en jatropha curcas, surtout pour les plants à
l’état sauvage.
Pourtant la plantation faite par la société D1 dans la région d’Ankazobe contient 1000pieds
de jatropha déjà florissantes et 4250000 pieds dans la région d’Antalaha. [2].
Selon Philip Woods, un pied de jatropha curcas peut fournir en moyenne 1 à 4 kilogrammes
de graines. Ainsi les 4 251 000 pieds déjà plantés peuvent plus tard produire environ 17
tonnes de graines.
III-3-3 VALORISATION ENERGETIQUE DU JATROPHA CURCAS
L’huile brut de jatropha curcas a l’avantage de pouvoir servir comme combustible pour faire
fonctionner les moteurs diesel, comme ceux des moulins à mil, des motos pompes, des
groupes électrogènes, sans dégagement excessif de fumée et sans odeur, ainsi l’huile de
jatropha curcas a des propriétés meilleures que celles du gasoil ordinaire en raison de sa haute
teneur en oxygène. [29]
Le rendement de l’extraction d’huile de jatropha curcas peut atteindre 35%, c’est à dire trois
tonnes de graines de jatropha curcas permettent d’extraire une tonne de biodiesel. Ainsi les 17
tonnes des graines récolter plus tard peut donner environ 5 668 tonnes de biodiesel.
CHAPITRE IV : BIOMASSE AQUATIQUE (JACINTHE D’EAU)
IV-1 GENERALITES [34]
68
La jacinthe d’eau est une plante d’eau douce, originaire de l’Amérique Tropicale. Elle est
considérée comme une calamité car elle est très prolifique et peut bloquer les installations de
pompage et les canaux d’irrigation.
La jacinthe d’eau a un grand pouvoir de rétention de minéraux et d’éléments nutritifs,
surtout quand elle pousse dans de l’eau chaude enrichie par des eaux d’égout.
Les compositions des eaux d’égout ayant nourri les jacinthes (% de la matière sèche) sont :
Carbone……………32 à 35
Hydrogène ………. 5.4 à 5.8
Azote …………… .2.8 à 3.5
Potassium…………2.0 à 3.5
Sodium ……………1.5 à 2.5
Calcium …………. .0.6 à 1.3
Phosphore…………0.4 à 1.0
IV-2 EVALUATION QUANTITATIVE DE LA JACINTHE D’ EAU DANS LES ENVIRONS DE LA VILLE D’ANTANANARIVO
Selon les données disponibles, auprès du Bureau de Développement Urbain d’Antananarivo
(B.D.U) concernant les lieux et les superficies recouvertes de jacinthes, les quantités de
biomasse produites par an et les quantités de matières sèches obtenues par hectare par an,
sont représentées dans le tableau ci-dessous, en se basant sur l’étude faite par la NASA
(National Aeronautic and Space Administration) en 1973 le rendement moyenne de jacinthe
d’eau est estimée à 212 tonnes de matière sèche par hectare.
Tableau n°46: Données quantitatives correspondantes de la jacinthe d’eau
Sites Surfaces (ha) Production totale de jacinthe d’eau(tonne de MS/an)
Canal Andriatany 14.30 3031.6Etang deBetsimitatatra 1456 308672Laniere 1752 371424Total 3 222.3 683 127.6
Source : [52]IV-3 VALORISATION ENERGETIQUE DE LA JACINTHE D’EAU
Soufre ……………0.3 à 0.4
Magnésium ……….0.2 à 0.3
Fer ………. 0.03 à 0.05
Zinc …………0.005 à 0.05Manganèse ………..0.005 à 0.008
69
L’utilisation des jacinthes d’eau à des fins énergétiques n’est pas encore d’actualité.
Cependant, la fermentation des jacinthes permet de produire du biogaz contenant de 60 à 80
% de méthane. Selon la NASA aux Etats Unis, 0.9 à 1.8 tonnes de jacinthes d’eau peuvent
produire environ 220 m3 à 440 m3 de méthane pour un temps de séjour de 20 jours.
Donc les 68 327,6 tonnes de jacinthes d’eau disponibles peuvent produire environ 16 698
674,4 m3 de biogaz par an et équivalent 206 227,2 TEP. (Cf. tableau 47)
Tableau 47 : Evaluation de la valorisation des jacinthes d’eau dans les environs de la ville d’Antananarivo
Sites Surfaces (ha) Production totale de
jacinthe d’eau(tonne de
MS/an)
Equivalence en
Biogaz
(m3)
Equivalence en
Pétrole (TEP)
Canal Andriatany 14.30 3031.6 741057.7 915.2
Etang de Betsimitatatra 1456 308672 75453155.5 93184
Laniera 1752 371424 90792533.3 112128Total 3 222,3 683 127,6 166 986 746,5 206 227,2
Source : [52]
IV- 4 APPORT DE LA VALORISATION ENERGETIQUE DE LA JACINTHE
D’EAU SUR L’ENVIRONNEMENT
L’évaluation de l’impact environnemental de la valorisation énergétique des 683127,6
tonnes des jacinthes d’eau dans les environs de la ville d’Antananarivo, selon SASSE (L),
permet de préserver 59280,29 hectares de forêts pendant 10 ans et 10520165 hectares de terre
arable, c’est ce que montre le tableau ci-dessous.
Tableau 48 : Apport de la valorisation énergétique de jacinthe d’eau dans la ville D’Antananarivo sur l’environnement
Production totale de jacinthe d’eau (tonne de MS/an) 683 127,6
Equivalence en Biogaz (m3) 166 986 746,5
Superficies des forêts préservées pendant 10 ans (ha) 59 280 294
Superficies de terre arable sauvée (ha) pendant 10 ans 10 520 165
CHAPITRE V BIOMASSE FERMENTESCIBLE LIE AUX DECHETS ANIMAUX
70
V-1 GENERALITES
Les déchets animaux existent dans toutes les régions de Madagascar. La grande contrainte
étant leur dispersion dans l’espace à cause du caractère extensif prédominant de l’élevage,
surtout pour l’élevage bovin.
Pour l’élevage de porcin, la filière affronte une grande difficulté au cours de l’année 2001 à
cause de la maladie de la peste porcine africaine qui a tué presque les deux tiers des animaux
sur les hauts plateaux, le plus exploitant de cette filière (environ 80% du nombre exploitant
national). Il est à noter que l’élevage de porc à Madagascar est lié étroitement avec la culture
vivrière (banane, patate douce, manioc etc…) qui sert d’alimentation à ces animaux.
Selon les données obtenues auprès du ministère de l’agriculture, de la pêche et de l’élevage
concernant l’effectif du cheptel, le nombre en tête des zébus est estimé à 7,7 millions et pour
les porcins 585048 têtes et 25 454 200 têtes pour les volailles. (Cf. ANNEXE V)
V-2 POTENTIEL EN DECHETS D’ANIMAUX
A partir des effectifs de chaque espèce, on peut déterminer les déchets engendrés
annuellement, en tenant compte des déchets générés journellement par l’espèce : [4] [52]
Un bovin produit 10 kg de bouse par jour
Un porcin produit 2.5 kg de déjection par jour
Un ovin produit 2 kg de déjection par jour
Un caprin produit 2 kg de déjection par jour
Une volaille produit 0.18 kg déjection par jour.
Les résultats sont résumés dans le tableau ci-après.
71
Tableau 49: Quantité des déchets d’animaux produit en 2002
Déjectionbovin (t)
Déjection Porcins
(t)
DéjectionOvins
(t)
DéjectionCaprins
(t)
DéjectionVolailles
(t)
Antananarivo 3 909 142,7 10 846,2 5415,87 526,3 3 077 388
Fianarantsoa 3 706 600,55 27 685,8 8 916,95 2 026,4 3 842 136
Toamasina 1 626 969,25 5168,3 1407,44 366,46 3 453 323,4
Mahajanga 8 226 669,3 6 043,4 2117 152 621,8 2 098 458
Toliara 7 987 543,2 4264,0 455787,18 758258,3 2 572 812
Antsiranana 2 781 373 8 502,6 2 197,3 33 434 1679 292
Madagascar 28 238 312,6 53 385,63 475 835,9 947 233,4 16 723 409,4
V-3 VALORISATION ENERGETIQUE DES DECHETS D’ANIMAUX
L’utilisation comme combustible n’est pas fréquente mais toutefois en milieu rural, en cas de
pénurie de bois de chauffe, les bouses de vache sont utilisées comme combustible.
Dans la majorité des cas, les déchets d’animaux à Madagascar sont utilisés comme
fertilisants de sols de culture et aussi utilisés comme enduits dans la construction des
habitations.
La valorisation nouvelle des résidus d’animaux serait leur utilisation dans les biodigesteurs
pour la production de biogaz. Cette utilisation ne concourt pas l’utilisation directe comme
fertilisant, car après la production de biogaz, les résidus du bio digesteur peuvent servir de
bonne qualité pour la fertilisation du sol. En tenant compte des données suivantes : [57]
10 kg de bouse dégage 0.35m3 de biogaz
10 kg de déjection du porcin peuvent dégager 0.5m3
Pour les porcins et ovins, 10 kg de déjection peut produire chacun 0.50 m3
biogaz
10kg des déchets des volailles peuvent produire 0.6m3 du biogaz.
72
Les données en équivalence en énergétique des déjections d'animaux par espèce sont
données dans le tableau suivant.
Tableau 50: Evaluation de la Valorisation énergétique des déchets animaux
Espèces
Quantités des Déchets
(t)
Equivalences en Biogaz(103m3)
Equivalence en bois (t)
Equivalence Electricité
(kWh)TEP
Bovines 28 238 312,60 988 340,90 1 184 187,29 425 861 242 3670980.6
Porcins 53385,60 3169,28 5166,32 18 622 939,68 1601.56
Ovins 475 835,90 23 791,79 46 048,61 165 990 513,96 14275,07
Caprins 947 233,40 47 361,67 91 667,75 330 432 899,26 28417,00
Volailles 16 723 409,40 1 003 404,56 2 697 323,87 9722989411,20 836170,40
Total 46 438 176,90 2 066 068,20 4 024 393,8 1 583 773107 1 247 562,09
La valorisation énergétique des 46 438 176,90 tonnes des déchets d’animaux produits
annuellement à Madagascar peut produire environ 2 066 068,20 m3 de biogaz, soit en
équivalant à d’électricité de 1 583 773 107 kWh.
V-4 APPORTS DE LA VALORISATION ENERGETIQUE DES SOUS
-PRODUITS D’ANIMAUX SUR L’ENVIRONNEMENTLa valorisation énergétique des sous-produits d’animaux est l’une des solutions facilement
accessibles qui permettent de réduire l’émission de gaz à d’effet de serre et de freiner la
déforestation.
La valorisation des 46.438.176,90 tonnes de déchets d’animaux permet de préserver 723123,8
hectares de forêt pendant dix ans et de sauver 13 016,3 ha de terre arable.
Tableau 51: Bilan environnemental de la valorisation énergétique des déchets D’animaux
Potentiel en déchets animaux
(t)
Equivalence en biogaz (103 m3)
Nombre d’hectare de forêt préservé pendant
10ans (ha)
Nombre d’hectare de terre arable sauvé
(ha)
46 438 176,90 2 066 068,20 723 123,8 13 016.3
73
CHAPITRE VI VALORISATION DES DÉCHETS MUNICIPAUX
VI-1 GENERALITESL’ordure ménagère entraîne plusieurs nuisances sur l’environnement et sur la vie de la
population, ainsi la valorisation de ces ordures est plus que nécessaire, vu non seulement les
maux qu’elles peuvent entraîner pour l’humanité, mais aussi les avantages qu’elle peut
apporter après diverses transformations.
La répartition par évacuation des ordures est dominée par l’ordure jetée par les ménages (52%)
suivie par des ordures brûlées (24%).
Tableau 52: Répartition des modes d’évacuation des ordures par province (Unité : %)
Ordure ramassage publique
ordure jetée par le ménage
ordure brûlée par le ménage
ordures enterrées Autres
Antananarivo 15,3 20,9 40 23,6 0,4
Fianarantsoa 2,4 55,5 23,9 17,4 0,8
Toamasina 4,3 64,2 10,8 20,6 0,1
Mahajanga 0,9 69,7 23,1 5,7 0,6
Toliara 1,9 66,5 22,7 8,5 0,5
Antsiranana 2,5 73,3 7,6 16,4 0,1
Madagascar en moyenne
6 52,4 24,5 16,6 0,4
Source : INSTAT, Novenbre2000
VI-2 POTENTIEL ET VALORISATION ENERGETIQUE DES
ORDURES URBAINES DANS LA VILLE D’ANTANANARIVO Selon le service de l’assainissement et de la maintenance de la ville d’Antananarivo
(SAMVA), la quantité d’ ordures dans la ville d’Antananarivo Renivohitra est estimée à 400
grammes par habitant et par jour, soit 600 tonnes par jour pour les 1 500 000 d’habitants et
219 000 tonnes par an.
Notons que les ordures urbaines peuvent contenir 30% des matières fermentescibles et 23 %
de matières sèches. [52]
Les 600 tonnes d’ordures produites par jour dans la ville d’Antananarivo contiennent environ
180 tonnes de matières fermentescibles et peuvent produire 22482 m3 de biogaz.
74
Tableau 53 : Evaluation de la valorisation énergétique des ordures dans la ville d’Antananarivo Renivohitra
Production d’ordure par jour (t) 600
Quantité des matières fermentescible (t/j) 180
Quantité des matières sèche (t/j) 138Equivalence en biogaz (m3/j) 22 482
Equivalent en bois (t) 80,93Equivalent en électricité (kWh) 262 727,7
Equivalent en pétrole (TEP) 22,59
VI-3 APPORT DE LA VALORISATION DES ORDURES URBAINES
SUR L’ENVIRONNEMENT Selon SASSE (L) : la valorisation en énergie des 180 tonnes de matières fermentescibles par
jour contenues dans les ordures de la ville d’Antananarivo sous forme de biogaz peut suffire
non seulement pour la consommation énergétique d’une journée de 17 985 familles
composée de 5 personnes, mais aussi de préserver 7981,1 hectares de forêt dans 10 ans, soit
798,1 hectares par an et de sauver 1436,59 ha de terre arable.
Tableau 54 : Bilan environnemental pour la valorisation énergétique des ordures dans la ville d’Antananarivo Renivohitra
Production d’ordure par jour (t) 600
Quantité des matières fermentescible (t/j) 180
Equivalence en biogaz (m3/j) 22482
Nombre de famille pouvant consommer par jour 17 985,6
Superficie de forêt préservée dans 10 ans (ha) 7981,1
Nombre d’hectare de terre arable sauvé (ha) 1 436,59
75
TROISIEME PARTIE
GAZEIFICATION DES RESIDUS
DE NOIX DE COCO
(VOANIO)
Introduction
76
Le cocotier se développe dans les régions à climat tropical humide, surtout sur du sol
sableux, il appartient à la famille des palmacées et peut atteindre 25 à 30 mètres de hauteur,
possédant un tronc lisse de 25 à 35 centimètres de diamètre couronné par une vingtaine de
feuilles de 3 à 6 mètres de longueur et un mètre de largeur.
Il existe plusieurs variétés de cocotiers issus de deux types :
• Variétés autogames ou cocotiers nains
• Variétés allogames ou grands cocotiers
A Madagascar, on peut classer en trois groupes les cocotiers :[16] [8]
Type Mozambique ou de Comores : grands arbres, grosses noix rondes
ou en forme de poire, coprah épais, production de fruit à partir de 7 ans
Type Seychelles : arbres plus petits ; noix petites de forme allongée avec
fruit excentré ; coprah plus mince (7 à 8 noix au kilo de coprah)
On trouve quelques naines jaunes dans les régions d’Ambanja,
Morondava.
Un cocotier produit en moyenne 50 à 135 noix par an selon le type et l’age du cocotier, ainsi
que le sol et le climat. La figure ci-après représente la répartition moyenne des récoltes par
an. Plusieurs produits sont dérivés de la noix de coco, on peut citer entre autre :
Les produits à base de corps gras : huile de coco, tourteau de coprah
Les produits issus de la sève de l’inflorescence : le Sirop et sucre de
coco,
- Liquides alcoolisés, le vinaigre.
CHAPITRE I : DESCRIPTION DE LA NOIX DE COCO
Noix de coco type MozambiqueNoix de coco type Seychelles
Figure 12 : schéma des différents type de noix coco
77
Généralités
La noix de coco se présente comme un fruit de composition originale, puisque les lipides y
dominent largement : ils représentent plus de 35 % de la partie charnue comestible du fruit,
lorsque la noix de coco est consommée fraîche elle renferme alors environ 45 % d'eau. Les
glucides et les protides occupent une place beaucoup plus réduite : respectivement de 5,9 et de
3,4 % du poids global[8]
Les lipides contenus dans la noix de coco sont constitués à 90 % du total par des acides gras
saturés. Parmi ceux-ci, l'acide laurique domine largement : il représente presque la moitié des
acides gras totaux de la noix de coco. Les acides gras mono-insaturés (acide oléique presque
exclusivement) constituent 6 à 7 % du total, et les acides gras poly-insaturés (notamment
l'acide linoléique) 2 à 4 %. A noter l'absence de cholestérol dans la noix de coco.
Les glucides de la noix de coco ne dépassent pas 6 g aux 100 g. Il s'agit en très grande
majorité de sucres non réducteurs (saccharose notamment), et pour une faible part de polyols
(sorbitol, inositol...). Ses protéines et composés ses azotés (3 à 4 g aux 100 g) se caractérisent
par une assez importante proportion d'acides aminés libres, comme c'est souvent le cas dans
les végétaux.[8][50]
La noix de coco est composée de quatre grandes parties : l’enveloppe extérieure, la coque,
l’albumen et l’eau de coco
I-1 ENVELOPPE EXTERIEURE
Figure 24 : Schéma Coupe longitudinale d’une noix de coco
Eau de coco
Albumen
Enveloppe externe (cuir)CoquePédoncule
78
L’enveloppe externe de la noix de coco est constituée d’une cuticule externe lisse, sous
laquelle se trouvent des bourres fibreuses d’épaisseur souvent supérieure à 5 cm. C’est la
composante la plus pondérale qui représente 34 % en masse de la noix de coco[50]
Les bourres fibreux ont de multiples utilisations, à part l’utilisation énergétique, en raison de
leur élasticité et leur quantité d’isolant phonique.
I- 1-1 UTILISATION DES BOURRES COMME FERTILISANT
Il y a trois modes d’utilisation :
Répandre la bourre autour des arbres, la partie convexe vers le haut afin de
constituer un paillis qui conserve l’humidité du sol
- Enfouir les enveloppes dans les tranchées creusées entre les rangées ou dans
les trous de plantation lors du repiquage de jeunes plants.
Incinérer les enveloppes et récupérer les cendres (3 à 5 % du poids de
l'enveloppe). Ces cendres sont très chargées en potasse (25 à 35 %). Cette
récupération peut être envisagée après la combustion en chaudières.
I- 1-2 UTILISATION DES FIBRES DE COCO
On distingue trois sortes de fibres :[50]
La fibre à filer : c’est la fibre la plus longue. Elle peut être filée pour la confection de
nattes, pour l’isolement acoustique et pour la fabrication de corde.
La fibre de brosserie : elle est utilisée pour la fabrication de brosses et balais, mais
également comme les fibres courtes pour le rembourrage de l’isolation thermique et
phonique.La fibre de matelas : c’est la fibre la plus courte qui est considérée comme le déchet.
I-2 LA COQUE La coque constitue la partie dure entourant l’albumen. Elle représente 12 % du poids de la
noix de coco, soit 140g pour des noix moyennes [8]
Elle est utilisée comme combustible pour la fabrication de charbon activé ou la confection
d’objets de décoration. La production de charbon activé par une noix est environ 40g.
I-3 ALBUMEN L’albumen est formé à partir de l’eau de coco ; avant la maturité, la noix de coco est presque
remplie d’un liquide aqueux qui se transforme au fur et à mesure de la maturité en un
albumen blanc, plaqué contre la coque et atteint plus d’un centimètre d’épaisseur.
79
L’albumen est la partie la plus valorisable dans l’industrie d’huilerie et de savonnerie pour la
production de coprah (albumen séché avec taux d’humidité 6%). Elle représente 37% du
poids de la noix de coco.
I-4 L’EAU DE COCO
C’est l’eau contenue dans le coco qui ne doit pas être confondue avec le lait de coco. Elle est
pure du point de vue bactériologique, délicieux pour se désaltérer. L'eau des jeunes noix de 7
à 8 mois constitue une boisson très consommée dans les régions productrices, alors que l'eau
des noix mûres, sous-produits de la fabrication du coprah et du coco râpé, pose de graves
problèmes d'évacuation et constitue une source de pollution. En moyenne, une noix fournit
0,19 litres d'eau de coco[50]
Ainsi elle contient essentiellement des hydrates de carbone (glucide, fructose, sucrose), des
acides aminés (arginine, lysine acide glutamique) et des oligo-éléments (Sodium, Potassium,
etc..).
CHAPITRE II LES RESIDUS DE LA NOIX DE COCO
Il y a deux grands types de résidus de la noix de coco : les bourres et la coque.
II-1 LES BOURRES :
Les bourres de la noix de coco sont constituées par le mésocarpe fibreux situé entre l'exo
carpe coriace ou cuticule extérieure qui en fait partie, et la coque dure qui enveloppe
l'albumen.
II-1-1 ELEMENTS CONSTITUTIFS DES BOURRES DU COCO [50]
Les principaux constituants des bourres de la noix de coco sont : la cellulose, la lignine,
l’hemicellulose et la pectine.
Notons que :
La cellulose (C6H10O6 )n est un homopolymère linéaire constitué par des unités de
betaglucose ;
Les lignines ont une structure polymérique tridimensionnelle et amorphe constituée par
des unités de phényle propane oxygénées et unies par des liaisons de type C-C, avec des
degrés de polymérisation variable
L’hemicellulose : il s’agit d’un groupe hétérogène de polysaccharides qui recouvrent la
micro fibrilles et les liants entre elle par des liaisons hydrogènes, en un réseau
complexe.
80
II-1-2 CARACTERISTIQUES DES BOURRES
II-1-2-1 Caractéristiques chimiques
Les compositions élémentaires des bourres de coco sont [50]:
• Carbone ………….. 43%
• Hydrogène ………… 4%
• Oxygène …………… 35.6%
• Azote …………… 0.23%
• Soufre …………….. 0.04%
• Cendre (525°C)……… 3%
• Cendre (850°C) ………. 1.85%
Avec les cendres sont composés de : K : 0.78% ; P : 0.04% ; Ca : 0.08% ; Mg : 0.05%
II-1-2-2 Caractéristiques énergétiques [50]:
- Taux d’humidité moyenne …..12.8% (cette valeur varie suivant la saison de collecte)
- PCi ….. 3540 kcal/kg
- PCs …….. 4550 kcal /kg
- Matière minérale …… 7%
- Masse volumique en vrac 65 kg/m3
II-2 LA COQUEII-2-1 ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA COQUE DE COCO [5][50]:
• Lignine……..8%
• Hexosane ….3%
• Pentosane….4%
• Cellulose…...1%• Cendres ……6%• Autres………2%
II-2-2 LES CARACTERISTIQUES DE LA COQUE DE COCO
II-2-2-1 Caractéristiques chimiques : l’analyse élémentaire de la coque de noix de coco
donne [5][50]
• Carbone : 46.39%
• Oxygène : 31.82 %
81
• Hydrogène : 3.63%
• Azote : 1.81%
• Cendres : 5.45%
Les cendres sont composées de : K2O (45%) ; Na2O ( 15.4%) ; CaO (6.3%), MgO (1.3%) ;
P2O5 (4.6 %) ; Fe2O3 + Al2O3 ( 1.4%) ; SO3 ( 5.8%) ; SO2 ( 4.6%)
II-2-2-2 Caractéristiques énergétiques [50]
• Pouvoir calorifique inférieur : 3 800 kcal/kg
• Taux d’humidité : 6 à 9 %
• Matière minérale : 5 %
• Masse volumique en vrac : 640 kg/m3
82
CHAPITRE III : VALORISATION ENERGETIQUE DES
BOURRES ET COQUES DES NOIX DE COCO PAR LE
PROCEDE DE GAZEIFICATION
III-1 OBJECTIFL'objectif de cette étude est de développer une nouvelle filière de co-combustion. Dans une
première étape, la biomasse est convertie en un gaz de faible pouvoir calorifique, chargé de
fines particules de coke, par gazéification partielle et attrition mécanique dans un bio
digesteur à lit fixe et à tirage inversé indépendant de transformation d’énergie en électricité.
Le gaz chaud produit est ensuite brûlé dans la chaudière. Ce procédé permet de récupérer
l'énergie de la biomasse sous trois formes : chaleur, gaz combustible et fines particules de
coke. Les principaux avantages de ce procédé sont :
o dégagement de chaleur dans une chaudière;
o production d'énergie mécanique dans un moteur à combustion interne;
o production d'énergie électrique en couplant un tel moteur avec un alternateur, ou bien
une turbine à gaz, statique, avec un alternateur.
III-2 CHOIX DE LA MATIERE PREMIERE
Nous avons choisi les coques et les bourres de coco comme matières premières pour utiliser
et étudier dans le gazogène à co-courant (gazogène vertical à tirage inversé), le choix a été
fondé par trois raisons :
D’après les données statistiques agricoles obtenues auprès du ministère, Madagascar dispose
d’une énorme quantité de noix de coco disponible et concentrée dans les régions bien définies
chaque année. En 2002, le nombre de noix de coco produit au niveau national est estimé à
plus de 32 millions, c’est à dire 32 000 tonnes environs, cette quantité permettrait de dégager
15600 tonnes des résidus dont 4 800 tonnes sont des coques et 10 800 tonnes des bourres.
Nous constatons aussi que les résidus de noix de coco sont utilisés partiellement à
Madagascar pour la fabrication des brosses, les tissages et accessoires de véhicule.
La seconde raison est motivée par la recherche d’énergie sous forme de gaz ; à Madagascar
les coques et les bourres de coco ont été déjà utilisées pour la fabrication de charbon
carbonisé (sous forme de briquette) mais aucune étude n’a pas été faite sur l’application en
gazéification.
83
La dernière raison provient des caractéristiques énergétiques de ces deux produits qui sont
bien adaptées à l’utilisation de la gazéification, tels que le taux d’humidité est voisin de 10%,
le taux de cendre est très faible (environ 1%), son pouvoir calorifique inférieur est élevé
(3 800 kcal/kg).
III-3 PRINCIPES DU PROCEDE
Le principe de cette opération est d’oxyder partiellement le carbone constitutif du
combustible. Cette oxydation peut être faite par :
Oxydation partielle du carbone avec l’oxygène :
L’oxydation directe du carbone à l’oxygène s’effectue en deux étapes :
Oxydation complète du carbone par l’oxygène (réaction exothermique)
C + O2 CO2 + 393500 kJ
Réduction du dioxyde de carbone en monoxyde de carbone par du
combustible en excès (réaction endothermique)
CO2 + C 2 CO - 171300 kJ (réaction de BOUDOUARD)
La réaction de Boudouard est régie par un équilibre qui peut en modifier significativement
l’accomplissement aux températures usuelles de réaction. En effet, l’expression de la
constante d’équilibre K(T,P) s’écrit
K1( T,P) =
A pression atmosphérique normale (P = 1 atm), la valeur de K(T,P) vaut 1 vers 700°C et
plus de 1000 à 1200°C.
Oxydation partielle du carbone avec H2O :
Cette oxydation s’obtient par action de la vapeur d’eau sur le carbone à haute
température. La vaporisation de l’eau et la réaction d’oxydation du carbone sont
endothermiques :
H2Oliq H2Ova p - 45000 kJ
[CO]2
[CO2]
( 1 )
84
C + H2Ovap CO + H2 - 130700 kJ
La mise en présence de CO et H2O implique la possibilité de la réaction Shift :
CO + H2Ova p CO2 + H2 - 40600 kJ
D’où l équilibre chimique est :
Avec
Cet équilibre peut être lié à celui de la réaction de Boudouard d’où
C + H2O CO + H2
Alors la constante d’équilibre s’écrit
K3(T,P) =
Les valeurs des constants d’équilibres K1(T,P) , K2 (T,P), K3(T,P) à pression atmosphérique
s’expriment en fonction de la température par les relations approchées suivantes :[57]
K1 ≈ exp ( 21.106 - )
C+ H2O CO + H2
CO + H2O CO2 + H2
K2 (T, P) =[CO] [H2]
[H2O]
C + CO2 2CO
CO2 + H2 CO + H2O
K3(T,P) =
[CO][ H2O]
[CO2][H2] K2( T,P)
K1 (T, P)
ou
( 2 )
( 3 )
2074
T
15792
85
K2 ≈ exp ( 16.058 - )
K3 ≈ exp ( 5.051 - )
La valeur pivot 1 que prennent ces constantes vers 700 °C conduit à considérer que la
conversion en CO et H2 est limitée dès lors que la température du bio digesteur de
gazéification descend à ce niveau de température. Ceci implique que l'oxydation
endothermique du carbone par l'eau ne peut être envisagée que compensée à un niveau
suffisant par l'oxydation exothermique du carbone à l'oxygène.
III-4 CHOIX DU GAZOGENE UTILISE
III-4 -1 NATURE
Gazogène co-courant (downdraft) : l'agent gazéifiant et les gaz produits circulent dans le
même sens que la charge de combustible. L’air est introduit dans la partie haute du cœur du
gazogène que surmonte la trémie d'alimentation,
III - 4 -2 MODE DE FONCTIONNEMENT [30]
L'air entre en contact avec les produits gazeux de pyrolyse et les brûle en formant une zone de
flamme dont la haute température entretient la pyrolyse de la biomasse fraîche qui descend à
T
4955T
Figure 14: Schéma du Gazogène à co- courant
86
mesure qu'est consommée la phase solide du lit et fournit la chaleur aux réactions endothermiques
ultérieures.
La zone de pyrolyse est en partie confondue avec la zone de combustion des produits gazeux
qu'elle forme et l'on peut parler d'une pyrolyse avec flamme. Sous cette zone, les gaz de
combustion entrent en contact avec le carbone du coke formé par la pyrolyse qui les réduit en gaz
combustibles.
Les réactions d'oxydoréduction consomment le coke qui repose sur la grille, ce qui assure la
descente du combustible. Le gaz produit par ce type de gazogène ne contient en principe que peu
de goudrons (1 gramme par mètre cube), car l'oxydation des produits gazeux de la pyrolyse y est
prédominante, du fait de l'absence de coke dévolatilisé dans la zone d'admission d'air si, du moins,
le combustible ne comporte pas trop de fines.
Par contre, en sortie du bio digesteur, le gaz est souvent assez chargé en fines de coke et ce
d'autant que le maintien d'une bonne réactivité du lit en rend indispensable un décentrage
susceptible d'entraîner une perte appréciable en carbone. La figure ci dessous montre
l’organisation de ces procédés
Notons qu’il est donc impératif de procéder au broyage et au hachage de la biomasse. D'autant
plus, d'ailleurs, que ceci facilite la pénétration de l'oxygène jusqu'au cœur du foyer,
Figure 15 : mécanisme de la procède de gazogène co- courants
87
permettant ainsi de dimensionner le col à un diamètre plus large. Le critère généralement
adopté, dans le calibrage des particules de matière, est de ne pas dépasser la taille de 50 mm.
Mieux vaut cependant tenir compte aussi d’un seuil inférieur à 5 mm en-dessous duquel la
matière risque d'être trop compacte. Pour le démarrage du système, on se sert d'un lit de
démarrage à base de bois ou de charbon de bois.
III-5 DETERMINATION QUANTITATIVE DE LA COMPOSITION DU GAZ
III-5-1 HYPOTHESES : On admet que :
Le combustible ne comporte pas d’azote
Le seul composé hydrocarboné présent dans le gaz est le méthane (CH4)
Il n’y a pas de solide entraîné
Il n’y a pas d’oxygène dans le gaz.
III-5-2 MECANISME REACTIONNEL :
Les réactions principales qui interviennent chronologiquement dans chaque zone bien
distincte peuvent être résumées comme suit :
Pyrolyse
CHyOx CHsolide + { CO, H2 , CH4 , CO2 , H2O, N2}gaz
Oxydation
{CO, H2, CH4, CO2, H2O, N2}gaz + O2 {CO, H2O}
Reduction
{CO, H2O} + CHs {CO , H2}
Alors les bilans globaux de la gazéification mixte air -eau dans un gazogène co-courant sont :
a0 O2 + a1CO + a2 CO2 + a3 CH4 +b1 H2 +b2 H2O +3.76wN2
CHyOx + e H2O + w(O2 +3.76N2 )
88
III-5-3 BILAN DE MATIERES A partir de ces bilans globaux, on peut déduire les bilans des espèces, Carbone, Hydrogène,
Oxygène, on a alors
a1 + a2 + a3 = 1 (4)
2b1 + 2 b2 + 4 a3 = y + 2e (5 )
a1 + 2a2 + b2 = x + e +2 w ( 6 )
Pour que le gaz soit sec, on élimine les coefficients stœchiométriques e et b2 entre
Les équations (5) et (6), on a
a1 + a2 + a3 = 1
- a1 – 2a2 + 2a3 + b1 +2w = y/2 - x (7) Le passage de ce système à son équivalent exprimé en fractions volumiques (le terme entre
crochés) des composants du gaz sec s’opère le plus aisément par l’introduction d’un
coefficient indéterminé λ .
Posons : a1 = λ [CO] a3 = λ [CH4]
a2 = λ [CO2] b1 = λ [ H2]
w = ( λ / 3.76) [N2]
Par définition la fraction de volumique est donnée par la relation suivante
Vi
Yi =
∑ Vi
En appliquant cette propriété de la fraction volumique sur le gaz, on a
[N2] + [CO] + [CO2] + [CH4] + [H2] =1
Alors on peut réécrire le système ci dessus sous la forme :
λ [CO] + λ [CO2] + λ [CH4] = 1
- λ [CO] -2 λ [CO2] +2 λ [CH4] + λ [ H2] + (2/ 3.67) λ [N2] = y/ 2 - x
AvecVi = volume de i dans le mélange∑ Yi = 1
89
En remplaçant [N2] par 1 -[ CO] - [CO2] - [CH4] - [ H2]
λ{ [CO] + [CO2] + [CH4]} = 1
λ {-(1+2 /3.76)[ CO] - (2 +2 /3.76)[CO2] + (2 + 2 /3.76 )[CH4]
+ (1-2 /3.76)[ H2] +2 / 3.76 } = y /2 - x
L’élimination de λ entre ces deux équations donne lieu à une relation linéaire entre les
fractions volumiques des composants du gaz sec
(2.88 + 0.94 (y – 2x) [CO]
+ (4.76 + 0.94 (y - 2x) [CO2]
+ (-2.76 + 0.94 ( y -2x ) [CH4]
- 0.88 [H2]
= 1
III-5-4 PRODUCTION DE METHANE
L’origine de méthane ne peut être que de pyrolyse et non de synthèse, car les conditions
cinétiques de formation de méthane de synthèse ne correspondent pas à la physico-chimie
présente dans les gazogènes atmosphériques hors catalyse.
Dès lors, une façon simple de procéder consiste à considérer qu’un pourcentage du carbone
volatile de la biomasse qui se trouve dans les produits gazeux de la pyrolyse échappe à la
combustion dans la zone de flamme. Ce pourcentage est une donnée résultant d’une part de la
teneur du combustible en matières volatiles et, d’autre part, de la géométrie du foyer et de la
cartographie des flux gazeux en son sein, ce qui conduit à poser :
= K3
III-5-5 INTRODUCTION DE LA FRACTION VOLUMIQUE D’EAU
[CH4]
[CO] + [CO2] + [ CH4]
( 9 )
90
Cette fraction volumique de l’eau peut être calculée à partir du bilan d’hydrogène (5)
2b1 + 2 b2 + 4 a3 = y + 2e
Après simplification selon les hypothèses ci-dessus et mis sous la forme au gaz sec, on
obtient
[H2O] = (y/2 – e) ([CO] + [CO2] + [CH4]) - 2 [CH4] – [H2]
III-5-6 BILAN D’ ÉNERGIE Le bilan d’énergie peut s’écrire sous la forme suivant
( 11 )
La solution du système algébrique non linéaire (12) formé par les cinq équations (1), (2), (8),
(9), (10) donne la composition quantitative du gaz :
(2.88 + 0.94 (y – 2x)[CO] + (4.76 + 0.94 (y- 2x)[CO2] +(-2.76+ 0.94(y -2x)[CH4]– 0.88[H2] = 1
[CO]2 – K1 [CO2] = 0
[CO] [H2] –K2 [H2O] =0
K3 ([CO] + [CO2 ]) + (1 + K3) [CH4] =0
(y/ 2 + e)([CO] + [ CO2 ]) - [H2] + (y/2 + e – 2) [CH4] = [H2O]
( 10 )
( [CO2] CpCO2 + [ CO ] CpCO + [H2] CpH2 + [ CH4] Cp CH4 +[H2O] Cp H2O +[N2] Cp N2 )dt
+ [CO] PCI CO + [H2] PCI H2 + [CH4] PCI CH4 = [N2]( +CpN2 ) dt +13.7 6
CpO2
+ ([CO] + [ CO2 ] + [ CH4]) (PCI CHyOx - e hlv H2O ) (kJ / kmole )
( 12 )
91
III-6 CALCULS THEORIQUES DES PRODUITS ENVISAGES LORS DE LA GAZEIFICATION DES SOUS- PRODUITS DE NOIX DE COCO
Les valeurs de la composition du gaz issu d’un gazogène à co-courant pour les résidus de noix
de coco peuvent être prédites pour diverses conditions d’alimentation selon la méthode de
calcul ci-dessous :
T
K1, K2, K3
X=X0
ε , nombre iter
• Calcul de la matrice A=﴾ aij = ∂fi ( X ) / ∂xj ﴿
• Calcul du vecteur bi = - fi ( X )
• Résolution du système linéaire A δX =bi
• Convergence• X est la solution cherchée
FIN
X→X+ δX
|| δX || < ε
Oui
Non
Corriger la valeur de T
Figure 16 : Organigramme de calcul des compositions du gaz lors de la gazéification
92
III-6-1 DÉTERMINATION DE LA COMPOSITION DU COMBUSTIBLE (CHyOx )
A partir de la composition élémentaire des combustibles (coque et bourres), on peut calculer
les coefficients y et x
Pour la coque [50] :
• Carbone : 46.39%
• Oxygène : 31.82 %
• Hydrogène : 3.63%
y H%= 100
12 + y + 16x 16x O%= 100
12 + y + 16x
On obtient un système de deux équations à deux inconnus, d’où
x = 0.369 et y = 0.674
Pour le bourre, on a :
• Carbone…………… 43%
• Hydrogène ………… 4%
• Oxygène …………… 35.6%
y H%= 100
12 + y + 16x 16x O%= 100
12 + y + 16x
D’où x = 0.442 et y = 0.794
-58.08 x + 96.37 y = 43.56
1090.88 x - 31.82 y = 381.84
- 64 x + 96 y = 48
1030.4 x - 35.6 y = 427.2
93
III-6-2 COMPOSITION THÉORIQUE DU GAZ DE LA GAZÉIFICATION DES
COQUES ET BOURRES DE NOIX DE COCO
Par ordre d'importance, la composition en parts de volume d'un gaz produit par gazéification
de la coque et les bourres de coco (taux d’humidité ≈ 25%) dans un gazogène à co-courant
est :
Le monoxyde de carbone (CO) qui prédomine, 27,5% pour la coque et 26%pour la
bourre. Il s’agit d’un gaz inflammable.
Hydrogène (H2); gaz inflammable (sa combustion donne de l'eau) extrêmement léger
et, de ce fait, pratiquement absent de notre atmosphère; sa teneur est de 16% pour la
coque et 14%pour la bourre.
Dioxyde de carbone (CO2); il s’agit d’un gaz non inflammable car il est saturé en
oxygène; sa teneur est de 6,20% pour le gaz de coque et 7%pour la bourre.
Vapeur d’eau : 2,5% pour la coque et 5% pour la bourre.
Méthane (CH4); gaz inflammable, très présent dans le gaz naturel sa teneur dans le
mélange de gaz de la gazéification des résidus de noix de coco est 1,8% pour la coque
et 2.1% pour la bourre.
Les résultats de calcul de la composition de gaz de coque et la bourre de coco sont
représentés dans les tableaux 55 et 56. Ces valeurs sont obtenues approximativement, en
utilisant la méthode de Newton Raphson pour la résolution du système non linéaire (12),
(le principe de la méthode est décrit dans l’ANNEXE VII).
Tableau 55 : Composition théorique des gaz pour la gazéification des coques de coco (Unité : %)
T(°C ) 700 800 900 1000 1100 1200
[CO] 24,2 27,44 23,73 27,53 31,78 30,76
[H2] 15,0 18,66 17,78 18,19 12,79 14,37
[CO2] 5,17 6,14 6,20 4,76 4,44 4,78
[H2O] 3,28 2,18 3,77 2,90 2,85 2,36
[CH4] 2,27 1,17 1,71 2,06 2,08 1,7
94
0
5
10
15
20
25
30
35
700 800 900 1000 1100 1200
Temperature (°C)
% v
olum
e
[CO] [H2] [CO2] [H2O] [CH4]
Figure 17: Evolution de la composition du gaz pour la gazéification de coque de coco
Tableau 56 : Composition théorique des gaz pour la gazéification des bourres de coco
(Unité : %)T(°C ) 700 800 900 1000 1100 1200
CO 24,6 23,50 27,38 26,14 29,14 28,15
H2 11,66 12,38 14,37 15,86 13,45 16,29
CO2 8,44 8,17 7,18 7,3 6,4 6,39
H2O 3,41 3,60 3,24 2,51 2,96 3,17
CH4 1,81 2,33 1,82 2,18 2,03 2,99
95
0
5
10
15
20
25
30
35
700 800 900 1000 1100 1200Temperature (°C)
%vo
lum
e
CO H2 CO2 H2O CH4
Figure 18: Evolution de la composition du gaz pour la gazéification des bourres de la noix de coco
La quantité importante du monoxyde de carbone et d’hydrogène est due à l’action de la
vapeur d’eau sur le carbone de combustible, suivant la réaction endothermique :
C + H2O (g) CO + H2
Cette réaction implique que le carbone peut être gazéifié sans la présence d’oxygène, mais
elle nécessite des additions d’énergie qui doivent être apportées soit par un chauffage direct
du bio digesteur dans lequel se produit la réaction, soit avec l’aide des réactions ordinaires des
combustions :
C + 0.5O2 CO CO + 0.5 O2 CO2
H2 + 0.5 O2 H2O ( g)
On peut remarquer qu’à partir de la temperature 900°C , la teneur du gaz CO est augmentée,
dans ce stade le momoxyde de carbone est de plus en plus stable, capable de se transformer
en dioxyde de carbone et atteindre le maximun à 1100° C, tandisque H2 diminue (cf Figures
17 et 18).
96
III-7 CALCUL DU POUVOIR CALORIFIQUE INFERIEUR ET RENDEMENT THEORIQUE
Par définition, le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur dégagée par la combustion
complète d’un 1kg de combustible ou de 1m3 pour un combustible gazeux. On peut déduit
des enthalpies molaires de la combustion.
Pour calculer le pouvoir calorifique inférieur du gaz de la coque et la bourre de coco, nous
allons appliquer la règle des mélanges
PCI(gaz) =∑bi .PCIi avec
Rappelons que la réaction bilan de la gazéification mixte air -eau dans un gazogène co-
courant, en considérant l’hypothèse auparavant est:
La valeur des pouvoirs calorifiques des espèces impliquées est :
PCICO =283MJ/kmol
PCIH2 = 241,8MJ/kmol
PCICH4 =802,3MJ/kmol
En effet, le pouvoir calorifique du gaz de la coque de coco à 1100°C est
PCI (gaz) : (0,31 283 + 0,127 241,8 + 802,3 0.02 )1/22,4 = 6,03 MJ/m3
Le PCI du combustible est égal à 3800kcal/kg soit 15 MJ/kg. Pour un taux d’humidité de
25%, alors le pouvoir calorifique net de la coque de coco est10.5 MJ/kg.
PCn : PCI (1- 0,012 E ) [11] avec E : taux d’humidité Soit un bilan calorifique de
η = 6,03/10,5 = 0,574
Le raisonnement reste le même pour les autres températures ; de même pour le gaz de bourre
de coco (PCI : 14MJ/kg), les résultats sont représentés dans les tableaux ci-après
PCIi : Pouvoir calorifique inférieur du
constituant du mélange
bi: proportion des constituants dans le
mélange
CHyOx + e H2O + w(O2 +3.76N2 ) a1CO + a2 CO2 + a3 CH4 +b1 H2 +b2 H2O +3.76wN2
97
Tableau 57 : Rendement énergétique de la gazéification des coques de noix de coco
T(°C) 700 800 900 1000 1100 1200
PCI(MJ/m3)
5,46 5,83 5,52 6,157 6,01 6,03
Rendement (%)
52 55,55 52,50 58,76 57,20 57,42
Tableau 58 : Rendement énergétique de la gazéification des bourres de noix de coco
T(°C) 700 800 900 1000 1100 1200
PCI(MJ/m3)
5,00 5,12 5,63 5,67 5,83 6,33
Rendement (%)
51,02 52,24 57,44 57,85 59,38 64,59
A la température de 700 à 850 °C, les coques produisent plus de gaz que les bourres de noix
de coco, avec un pouvoir calorifique moyen de 5,2MJ/m3. Dans cette fourchette de
température, l’efficacité de la gazéification est estimée à 53% pour la coque tandis que 51%
pour la bourre de coco (cf. figure 19).
A partir de 950°C ; le rendement s’accroît pour les deux combustibles mais la coque a un
rendement supérieur que les bourres. Dans ce stade, le monoxyde de carbone devient plus
stable et capable de se transformer en dioxyde de carbone. Notons que ces rendements
peuvent augmenter un peu plus si l’air utilisé est chauffé préalablement, c’est à dire si on
utilise une autre énergie externe.
Ainsi, le pouvoir calorifique de gaz a une valeur faible, environ de 5 MJ/m3 (gaz pauvre), il
s’accroît suivant la température pour les deux types de résidus.
98
0
10
20
30
40
50
60
70
700 800 900 1000 1100 1200temperature (°c)
rend
emen
t (%
)
Gaz de la coque Gaz de la bourre
Figure 19 : Evolution du rendement énergétique de la gazéification des bourres et coques de noix de coco
99
III-8 EVALUATION DE L’ INTERET ECONOMIQUE DE LA PRODUCTION
DU GAZ ET ELECTRICITE A PARTIR DE LA GAZEIFICATION ET
DES RESIDUS DE NOIX DE COCO Nous considérons que le groupe électrogène à utiliser est du type classique, ayant une
puissance de 600 KVA, et sa consommation en fuel est estimée à 0.26 litres par kWh.
Ainsi, la consommation en carburant d’un groupe électrogène dual fuel gaz est :
• Fuel : 20% soit 0.057 l/ kWh
• Gaz : 2118 Kcal /kWh
Et l’énergie nécessaire au gazogène pour le chauffage est de 3026 Kcal/kWh.
En terme d’équivalence en énergie, 2,35 noix de coco peut produire environ 1kWh
d’électricité, une noix de coco peut fournir 0.425 kWh avec l’appoint de fuel
A Madagascar, selon les données de production annuelle en noix de coco au sein du
Ministère de l’agriculture, de l’élevage et de la pêche, il y a environ 31millions de noix de
coco disponibles en 2002 soit 16 024 tonnes. En effet, cela peut produire environ 13
175 000 kWh d’électricité si on utilise le procédé de gazéification ;
Si on se réfère au tarif unitaire du kWh de la JIRAMA actuel (575 Fmg), la production
d’électricité par le processus de la gazéification du résidu de noix de coco peut générer un
chiffre d’affaire de 7 575 625 000Fmg soit 631 302 083.3 Fmg par mois (Fuel, entretien,
transport … ).
III-9 CONTRAINTES DE CE PROCEDE
L’effet néfaste de l’humidité du combustible influence la quantité du gaz produit et
le rendement, la teneur des gaz produits diminue suivant le taux d’humidité. Il est
donc impératif de l’utiliser aussi sec que possible en gazéification, plus encore que
pour les applications de combustion, et il est de même plus intéressant en
gazéification qu’en combustion de préchauffer l’air de gazéification si l’on dispose
de chaleur récupérable à cette fin.
L’augmentation sans cesse du prix du fuel sur le marché constitue une importante
charge.
100
CONCLUSION GENERALE
La biomasse ligneuse (bois de chauffe et le charbon de bois) occupe une place importante
dans le bilan énergétique à Madagascar aussi bien en production qu’en consommation. Elle
représente 70% du combustible utilisé à l’échelle nationale dont l’utilisation domestique
(secteur résidentiel) est le plus grand demandeur ; par conséquent, la forêt malgache se
dégrade de plus en plus, 20 000 ha de forêts naturelles perdues en fumée chaque année, un
phénomène qui entraîne inévitablement la perte de terre arable. (4 mm par an)
Outre les bois de chauffe et le charbon de bois, Madagascar a un potentiel énorme en
biomasse encore sous exploitée, entre autres les sous-produits agricoles, élevages, forestiers,
agro-industriels et déchets urbains. Ces biomasses peuvent être converties en fins
énergétiques telles que la biomasse fermentescible et non fermentescible.
La biomasse fermentescible (déjection animale, tige de maïs, jacinthe d’eau etc.…) il y a une
quantité de 47 190 084.5 tonnes produite chaque année, la transformation de ces quantités en
biogaz permet de produire environ 2 073 852 863 m3 de biogaz et conserver en moyenne
1 034 508 ha de forêt pendant 10 ans et de sauver 689 152.65 ha de terre arable.
Concernant la biomasse non fermentescible (coque coton, coque arachide, balle de riz
etc…) sa valorisation en fins énergétiques est plus rentable pour la voie thermochimique
(Gazéification, pyrolyse, combustion directe), la valorisation en énergie des 4 680 467 072
tonnes de biomasse non fermentescible produite chaque année à Madagascar permet de
produire en terme d’équivalence de 857.7 MWh d’électricité, soit un chiffre d’affaire au tarif
de JIRAMA de 98 635 500 000 Ar (493 177 500 000 Fmg), ainsi de conserver pendant 10ans
une forêt de 2 730 272 ha.
Pour les cultures énergétiques, Madagascar dispose de plusieurs plantes susceptibles de
produire du biocarburant (éthanol). On peut citer entre autre les plantes à tubercules tels que
le manioc, patate douce, pomme de terre. Avec leur quantité annuelle disponible de 2781050
tonnes on peut produire environ 920 328.5 m3 d’éthanol (18.05 KTEP) qui peut remplacer 9%
de la quantité de gasoil importée en 2002. Parmi les plantes susceptibles de produire du
biocarburant, le Jatropha curcas est le plus rentable pour l’extraction du bio diesel
(rendement voisin de 35%) mais actuellement les quantités disponibles sont insuffisantes.
101
L’application de la gazéification des coques et bourres du noix de coco donnent un gaz
pauvre ( PCI= 5 à 6 MJ/ m3 ) dont la composition de ce gaz est dominé par une teneur de
monoxyde de carbone (26%), suivie des H2 (16% ), CO2 (7%), H2O ( 3%), CH4 ( 2%) ;
L’utilisation de ce processus de conversion énergétique pour la valorisation des 31 millions
de noix de coco (environ 32000 tonnes) produits annuellement à Madagascar peut produire
13 175 000 kWh d’électricité par l’intermédiaire des groupes électrogènes dual fuel, ce qui
permet d’économiser annuellement 1 515 125 000 Ar (7 575 625 000fmg).
Enfin, toutes les techniques de conversion énergétique de la biomasse sont plus ou mois
connu, certes elles ne sont pas encore au même stade. Si nous souhaitons que l’énergie
provenant de la biomasse autre que le bois feu et le charbon de bois, occupe une place plus
importante dans le bilan énergétique national, il faut que l’application des résultats de
recherches doit être appliqués progressivement et que leur adaptation au contexte local soit
faite et améliorée au fur et à mesure de leur utilisation car il est incontestable que
L’utilisation des résidus agricoles, industrielle, élevage est plus adaptée aux structures
d’habitats éparpilles comme à Madagascar.
102
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1]- ALI MOUSSA MOINDJE « Contribution à la valorisation énergétique et agronomique
des ordures ménagères » Mémoire de fin d’étude pour l’obtention du diplôme d’étude
approfondie – Université d’ Antananarivo –Département de physique –filière physique et
mécanique de l’environnement Oct.2003
[2]- ALBERT DENEYER – François JACOB- MAURICE JAY –GILBERT MENGUY –
JOSEPH - La conversion bioénergétique de rayonnement solaire et les bio technologies-1990
[3]- ANDRIANARISOA Tinaaina Edinah –Contribution à la valorisation de la ressource
naturelle Malgaches fermentation alcoolique du manioc – mémoire de D.E.A (Faculté des
sciences).
[4]- ANDRIATAHINA Ratefy –RANAIVOSOLO.A. – Biogaz « mesures comparatives
entre deux installations expérimentales en discontinue », mémoire Ingéniorat EESP
[5]- APAVE.1981 et L.LACROSSE en 1991 – résidus de la biomasse
[6]- BEAUMONT.O (1985) La combustion du bois, Biomasse, Actualités
[7]- BERNARD R, MENGUY G., SCHWARTZ.M – le rayonnement solaire - conversion
thermique et application, technique et documentation, deuxième édition, Paris, 1980
[8]- BORROWOLSKY.G. la culture du cocotier dans le Nord – Ouest de Madagascar,
document IRAM (1963)
[9]- BRIANE.D et J.DOAT (1985) – Guide technique de la carbonisation,
[10]- BRUM .M .J , F.APPERT.- Les déchets source d’énergie, Volume 1, Déchets végétaux
et animaux, 1981
[11]- Centre d’études et de prévision – production – comparée d’éthanol et de méthanol à
partir d’énergies renouvelables, 1980, p59
[12]- CHAMBERLAND. A. – Production d’électricité à partir de gazéification de tourbe –
actes de colloque –franco-québécois sur l’énergie des biomasses, Canada 15-16 octobre 1979.
[13]- CDI- Analyse de la possibilité d’implantation de micro centrale utilisation des énergies
renouvelables à Madagascar, août 1981.
[14]- DEGLISE.Y et P.MAGNE (1984)- les mécanismes fondamentaux de la gazéification de
la biomasse
[15]- DEMEYER . A –F. JACOB - M. GAY, G. MEN GUY, J. PERRIER, 1981 – La
conversion bioénergétique de rayonnement solaire et les bio technologie, technique et
documentaire Paris, 314 p
[16]- Diary Valy, AGENDA AGRICOLE 1996 . Culture vivrière
103
[17]- Dictionnaire Encyclopédique de wesbeter 1975
[18]- EGGELING (G) et al « manuel pour l a valorisation des programmes de biogaz »
Borda – Brême 1985-155p
[19]- FRANCOIS ORSINI – CLAUDE PELI « valorisation énergétique es pailles, lisiers
fumiers, aspects économique – mémoire de fin d’étude école supérieur d’agriculture
d’Angers, 1980.
[20]- GUIDE DE BIOMASSE ENERGIE – élaborer par le groupe bio-énergie-
environnement (GBE) sous l’égard de l’institut de l’énergie des pays en commun l’usage du
français 1994 , 317p
[21]- HEBERT. J..1988 – contribution à l’étude de la valorisation énergétique des résidus
végétaux de la densification, thèse de doctorat, Faculté des sciences agronomique
[27]- HEBERT . J (1986) – La valorisation des sous-produits de l’ agro-industrie camerounaise Rapport OBCE
[28]- http: /www.aprifel.com
[29]- http:/www.jatropha.org
[30]- http: /www. term.ucl.ac.be/cours/meca2160.pdf
[31]- http:/www.univ.pair.fr
[32]- HWHITTAKEN .R , « pour la science » mars 1978- reproduit par .M Wood Well[32]- LACAUX ET AL 1993- biomasse source d’énergie
[33]- LACROSSE. L.- Biomass residus in ASEAN, ASEAN-EC, COGEM programme AIT
Bangkok.
[34]- LAGRANGE .B – extrait du livre biométhane édition EDISUD – expérimentation
effectuée par la NASA.
[35]- LEQUEUX et al. , 1990 ; FAO, 1983 - Energie et biomasse ; la densification- Presse
agronomique de Gembloux 188p.
[36]- LEQUEUX.P, J.CARRE ;Y.LAHAYE J.HEBERT ; etY.SCHEKEL (1990)-Energie et
biomasse- densification –Presses agronomique de Gremblouse
[37]- LOUIS Michel BONTE- Agriculture et énergie- exposition-salon internationale de
l’agriculture, mars 1980 (CEMECA)
[38]- MICHEL BONTE agriculture et énergie, exposition Salon international de l’agriculture,
1980 (CENECA)
[39]- MINISTRE D’ ENERGIE ET MINES– Bilan énergétique .1999-2002
[40]- MINISTERE DES EAUX ET FORETS – OFFICE NATIONAL DE
L’ ENVIRONNEMENT, Tableau de bord environnemental à Madagascar, édition 2003,
104
[41]- MINISTERE DES EAUX ET FORETS ( direction générale d’eau et forêt malgache ),
donné statistique
[42]- MINISTERE AGRICULTURE ELEVAGE ET DEPECHE, Annuaire de l production
agricole, Campagne 2001-2002-2003.
[43]- MEZERETTE,(1992)- Fiche Guide d’une unité de carbonisation propre CIRAD- forêt –
ONUDI
[44]- MOLLE , J.F. CEMAGREF(1984) – Les procédés de gazéification, Biomasse,
Actualités
[45]- NAVALONA R. – extrait d’un article dans le journal MIDI Madagasikara – 22 février
2005 – n° 6552.
[46]- PHILIPPE CHARTIER – Pierre Alain JAYEZ (INRA) – Theo-LERAY(CNRS)
Alternative pour aujourd’hui - la biomasse en énergie verte –fédération Générale Agronomie
[47]- PNUD- BANQUE MONDIALE, Madagascar problèmes et choix énergétique, janvier
1988
[48]- PRESENTATION DE LA SOCIETE SOAVOANIO ET Revue sur les grandes ligne,
1972
[49]- PROJET ONUDI DP/ MAG /88/025 - symposium international sur les énergies
nouvelles et renouvelables, Antananarivo 5-10 novembre 1990.
[50]- RANAIVOSON Léon Félix - Cours d’environnement énergétique – troisième cycle,
DEA – département mines - ESPA 2004
[51]- RANDRIANIRINA Hery Auguste – Perspective de valorisation de la paille de riz en
papeterie pour l’emballage, mémoire d’ingénieur en agronomie, département eaux et forêt
[52]- RAVONINJATOVO Achille Olivier – Contribution à l’étude et à la valorisation de la
biomasse à Madagascar, thèse de doctorat en 3e cycle, ESPA, département génie chimique
[53]- REVUE SCIENTIFIQUE « Valorisation énergétique de la biomasse » Médiathèque
EDF p33
[54]- RIEDACKER.A (1992) Biomasse – bioénergie et limitation d’émission de gaz à effet de
serre, Rapport supplémentaire à IRCC
[55]- ROGER DUMON - Valorisation énergétique du bois et la biomasse ( énergie verte ),
objectif scientifique de demain 1982
[56]- SASSE (L) – Evaluation ecological - benefits in biogas forum Nr39-Eschborn FRG.
1987.pp 6-11.
105
[57]- SCHOWB Y. – La pyrolyse des matières ligneuses – Actes du colloque franco-
québécois sur l’énergie des biomasses 69-82, Montréal, Canada 15-16 oct 1979.
[58]- Société HERY VAO. SA – Analyse du rapport des experts CDI et rapport de synthèse
finale août 1981.
[59]- VERGNET-LF (1992) et P.CORTE(1989) Développement des technologies de
carbonisation en France, Workshop Italie
106
ANNEXE
107
ANNEXE I
LES TECHNOLOGIES DE LA GAZEIFICATION
Schéma du gazogène à lit fixe Procédé: 800-1000°C 10-100 bar
Gaz
Schéma du gazogène à lit fluidisé
800- 1000°C
Schéma du gazogène à lit entraîné
1500-1900 °C et 10- 25 bar
108
ANNEXE V
PRODUCTION AGRICOLE ET EFFECTIF DU CHEPTEL PAR ESPACE A MADAGASCAR
PRODUCTION DE PADDY
FARITANYSuperficies ( Ha ) Productions (tonne)
1999 2000 20001 2002 1999 2000 2001 2002Antananarivo 194310 194970 195640 196310 523070 524720 560850 524255Fianarantsoa 212710 213370 214035 214680 404395 396370 417540 390265Toamasina 334240 334320 335745 337290 680305 594560 706060 710595Mahajanga 220520 220610 270700 220790 548430 558145 559095 570910Toliara 104030 104295 104560 104835 157590 159660 158910 149795Antsiranana 141690 141835 141980 142125 256510 242016 260010 258145Madagascar 1207500 1209300 1212650 1216020 2570300 2480470 2662465 2602965
PRODUCTION DU MAÏS
FARITANYSuperficies ( Ha ) Productions (tonne)
1999 2000 2001 2002 1999 2000 2001 2002Antananarivo 96750 96895 97040 97185 76935 79505 86770 80270Fianarantsoa 20550 20830 21110 21390 23195 23120 23070 22685Toamasina 16150 16280 16415 16550 15085 12800 13740 13830Mahajanga 20410 20550 20690 20830 20940 20705 21060 21795Toliara 30420 30750 31075 31400 30580 301170 30560 29495Antsiranana 6720 6830 6940 7050 3985 3600 3750 3875Madagascar 19100 192135 193270 194405 170720 169800 179550 171950
PRODUCTION DE MANIOC
FARITANYSuperficies ( Ha ) Productions ( tonne)
1999 2000 20001 2002 1999 2000 2001 2002Antananarivo 53795 53725 53686 53670 378500 377915 386350 361245Fianarantsoa 160960 161255 161585 161940 1196290 1198350 1217610 1120930Toamasina 32490 32140 31820 31530 278830 277850 282020 284195Mahajanga 22290 23340 22415 22505 123300 123785 124770 127750Toliara 70320 70500 70685 70880 425755 427020 438990 411600Antsiranana 11745 11770 11770 11795 58325 58440 60600 60530Madagascar 351600 351730 351985 352345 2461100 2463360 2510340 2366250
109
PRODUCTION D’ARACHIDE
FARITANYSuperficies ( Ha ) Productions ( tonne )
1999 2000 20001 2002 1999 2000 2001 2002Antananarivo 14095 14150 14205 14260 9360 9510 9705 9730Fianarantsoa 10340 10360 10395 10440 8690 8875 8680 8710Toamasina 2820 2830 2855 2880 2060 2100 2175 2195Mahajanga 7060 7095 7135 7175 5805 5890 5930 5955Toliara 11275 11350 1420 11490 7560 7575 7660 7720Antsiranana 1410 1420 1440 1480 1035 1080 1090 1100Madagascar 47000 47205 47450 47725 34500 35030 35240 35410
PRODUCTION DE CANNE A SUCRE
FARITANYSuperficies ( Ha ) Productions ( tonne)
1999 2000 20001 2002 1999 2000 2001 2002Antananarivo 2970 2975 2970 2965 55200 54740 59310 59215Fianarantsoa 12950 13050 13155 13260 327510 329395 329600 322240Toamasina 12600 12670 12740 12810 354815 356340 36230 364455Mahajanga 13700 13785 13870 13955 530200 533500 536290 539120Toliara 9200 9215 9365 9515 311700 309975 313360 318800Antsiranana 15580 15630 15680 15730 600575 604680 607570 609515Madagascar 67000 67325 67780 68235 2180000 2188630 2208450 2223395
PRODUCTION DU CAFE
FARITANYSuperficies (Ha) Productions (tonne)
1999 2000 20001 2002 1999 2000 2001 2002Antananarivo 830 865 900 935 27870 305 305 305Fianarantsoa 86940 87035 87130 87225 27870 28435 28325 25735Toamasina 59965 59955 5960 59965 21965 15840 21295 20875Mahajanga 4120 4160 4205 4250 1265 1280 1295 1565Toliara 2385 2340 2300 2260 715 700 720 710Antsiranana 38830 38845 38860 38875 12900 11520 12590 12330Madagascar 193030 193200 193355 193510 65000 58080 64530 61520
110
PRODUCTION DU CACAO (uniquement dans le Faritany Antsiranana)
FivondronanaSuperficies (Ha) Productions (tonne)
1999 2000 2001 2002 1999 2000 2001 2002Antalaha 5 5 5 5 5 5 5 5Sambava 35 30 35 40 25 20 25 30Ambilobe 175 180 180 180 95 100 96 95Ambanja 4440 4455 4450 4445 4190 4270 4285 4280TOTAL 4655 4670 4670 4670 4215 4395 4410 4410
PRODUCTION DE COTON
1999 2000 2001 2002Super (Ha)
Prod (T) Super (Ha)
Prod (T) Super (Ha)
Prod (T) Super (Ha)
Prod (T)
35189 34625 28553 27434 28345 26518 12102 8162
EFFECTIF DU CHEPTEL PAR ESPACE AU NIVEAU NATIONAL Année 2002 (Unité = tête)
BOVINS PORCINS OVINS CAPRINS VOLAILLESAntananarivo 1070998 118863 7419 721 4684000Fianarantsoa 1015507 303407 12215 2776 5848000Toamasina 445745 56639 1928 502 5256200Mahajanga 2253882 66230 2900 209071 3194000Toliara 2188368 46729 624366 1038710 3916000Antsiranana 762020 93180 3010 45800 2556000Madagascar 7736524 585048 651830 1297580 25454200
111
ANNEXE VI
UTILISATIONS POSSIBLES DU GAZ PAUVRE
Installation pour la production de la chaleur
Installation pour la production d’électricité
Traction
112
ANNEXE IV
SUPERFICIE DE LA COUVERTURE FORESTIERE A MADAGASCAR EN 1997
Noms Surface (ha)
% par rapport à la
superficie du
territoire Forêts denses humides sempervirentes 4 960 722
8,40Forêts denses humides sempervirentes dégradées et/ou
secondaires
732 791
1,24Forêts denses sèches 3 825 914 6,48Forêts denses sèches dégradées et/ou secondaires 1 193 359 2,02Forêts sclérophylles 342 353 0,58Forêts sclérophylles dégradées et/ou secondaires 4 866 0,01Forêts galeries ou forêts ruvilaires ou forêts ripicoles
ou des alluvions
120 369
0,20fourrés xérophiles ou bush xérophytique 995 494 1,69fourrés xérophiles dégradés 466 989 0,79Forêts littorales 71 545 0,12Mangroves ; Tannes ; Estuaires ; Baies ;
Embouchures …
322 204
0,55TOTAL 13 036 605 22,08
OPTIMISATION DE LA RESOLUTION DU SYSTEME NON LINEAIRE
L’analyse numérique nous permettra d’évaluer numériquement les racines d’un système non
linéaire d’équations. Notre problème consiste à trouver le vecteur = [ x1,x2,x3,x4,x5 ]
ANNEXE VII
113
Avec : x1 représente le gaz CO
x2 représente le gaz CO2
x3 représente le gaz CH4
x4 représente le gaz H2
x5 représente le gaz H2O
Vérifiant les systèmes équations non linéaires de l’équation générale
Au voisinage de , on peut écrire un développement de Taylor de chacune des fonctions fi
sous la forme classique suivante :
Le principe de la méthode de Newton-Raphson repose alors sur les hypothèses suivantes :
• Le vecteur n'est pas très éloigné de la solution cherchée,
• On cherche alors de sorte que se rapproche encore de la solution,
• On néglige tous les termes au-delà du second ordre dans le développement de Taylor,
• On itère le processus jusqu'à ce que le terme correctif soit assez faible.
Il en résulte alors le système d'équations suivant :
On obtient alors un système linéaire de n équations à n inconnues qui sont les composantes du
vecteur .
Pour le cas de notre problème, ce système linéaire s’écrit sous forme compacte :J( x0
1,x02,x0
3,x04,x0
5) .δ(x01,x0
2,x03,x0
4,x05) = -ƒi(x0
1,x02,x0
3,x04,x0
5 )
A =
114
Avec J( x0
1,x02,x0
3,x04,x0
5) désigne la matrice Jacobienne évalué au Vecteur
0 =( x01,x0
2,x03,x0
4,x05)
δ (x01,x0
2,x03,x0
4,x05) est le vecteur correction
-ƒi(x01,x0
2,x03,x0
4,x05 ) est le vecteur résidu évalué au vecteur
0=(x01,x0
2,x03,x0
4,x05)
Il ne reste alors plus qu'à résoudre ce système par les méthodes classiques, nous choisissons la
méthode de pivot de Gausse pour la résolution de ce système
Avec Xi+1 = Xi + δXi
à cause des problèmes de convergence ou divergence, nous utilisons la condition d’arrêt suivant || δX|| < ε
Nous avons traduit ce processus en élaborant une programmation informatique sur langage C
PROGRAMME PRINCIPALE
Les paramètres d'appel sont :
115
• x : le vecteur itéré x(0) de départ ; • eps : la précision demandée ; • t : un tableau de dimension ITERMAX*NMAX; • n : la taille du système (nombre de variables et d'équations
Elle appelle les fonctions suivant
• void eq_newton _nlin(double x[NMAX],double f[NMAX])qui fournit l'expression des fonctions f1,... fk
• int sl_gauss_pivmax(double a[NMAX][NMAX],double b[NMAX],int n) • double al_norme_vect(double x[NMAX],int n)
void eq_newton_nlin(double x[NMAX],double eps,double t[ITERMAX][NMAX],int n){ double nor; double y[NMAX],f[NMAX],err[NMAX],fp[NMAX][NMAX]; int i,j,der,stop; for(i=0;i<ITERMAX;i++) for(j=0;j<NMAX;j++) t[i][j]=0; i=0; nor=2*eps; stop=1; while ((nor > eps) && (stop==1) && (i < ITERMAX-1)) { i++; stop=sl_gauss_pivmax(fp,f,n); if(stop!=0) { for(j=1;j<=n;j++) { y[j]=x[j]-f[j]; err[j]=y[j]-x[j]; x[j]=y[j]; t[i][j]=x[j]; } nor=al_norme_vect(err,n); } }}
double al_norme_vect(doublex[NMAX],int n){double t ,int i ;t=0 ;for(i=1 ;i<=n ;i++)t+=x[i]*x[i];t=sqrt(t);return(t);}
116
Fonction_Gauss_Pivot(double A[iN][iN], double F[iN]){
int i,j,k,l, iErr;double dMax,dPivot,dCoef,dS;double t[iN][iN];
for(i=0;i<iN;i++){for(j=0;j<iN;j++){t[i][j]=A[i][j];t[i][iN+1]=F[i];}}iErr=1;k=1;while(iErr==1 && k<iN){ dMax = fabs(t[k][k]); l=k;
for(i=k+1;i<iN;i++){if(dMax<fabs(t[i][k])){ dMax=fabs(t[i][k]); l=i;}
if(dMax!=0){if(l!=k){for(j=k;j<iN+1;j++){ dPivot=t[k][j]; t[k][j]=t[l][j]; t[l][j]=dPivot;}dPivot=t[k][k];
for(i=k+1;i<iN;i++){ dCoef=t[i][k]/dPivot;for(j=k+1;j<iN+1;j++){ t[i][j] -= dCoef*t[k][j];}
117
}}}else iErr=0;k++;}}
if(t[iN][iN]==0){iErr=0;}
if(iErr==1){ F[iN]=t[iN][iN+1]/t[iN][iN]; for(i=iN-1;i>=1;i--) { dS=t[i][iN+1];for(j=i+1;j<iN;j++){ dS -= t[i][j]*F[j]; F[i]=dS/t[i][i];} }}
return(iErr);
}
118
ANNEXE II
REPARTITION DES PRINCIPALES SOURCES D’ ENERGIE PAR FARITANY A MADAGASCAR
Antananarivo Fianarantsoa Toamasina Mahajanga Toliara Antsiranana Madagascar
Bois ramassé 56,7 83,0 75,8 74.7 68,3 83,1 71
Bois achetés 7,5 4,8 9,5 8,3 17,9 2,7 8,9
Charbon de bois 31,8 11,1 12,7 18,1 13,4 12,6 18,2
Gaz 2,1 0,1 0,4 0,7 0,4 0,4 0,9
Electricité 0,3 0,2 0,1 - 0,1 - 0,1
Pétrole lampant 0,8 0,7 1,0 0,6 0,5 1,9 0,7
Autres 0,9 0,2 0,5 0,6 0,4 0,5
119
ANNEXE III
120
RESUME
Les procédés de conversion en énergie de la biomasse peuvent se classer en fonction des caractéristiques spécifiques de la matière organique à valoriser, de la nature des techniques utilisées, des produits récupérés (gaz, solide, liquide) Parmi les principales voies possible, on peut distinguer : la voie thermochimique qui consiste à convertir la matière organique en un mélange gaz, solide, liquide, par une succession de traitements thermiques, comme la pyrolyse (600°C), la combustion directe (650°C), la gazéification (900°C) qui utilise un réactif, comme l’air, l’oxygène ou la vapeur d’eau.La voie biochimique est basée sur la fermentation de produits organiques, à forte teneur en eau, dans un milieu dépourvu d’oxygène. Pour cette filière on peut citer, entre autre, la fermentation méthanique et la fermentation alcoolique.Outre les bois-énergies, Madagascar dispose d’un énorme potentiel de résidus (agricole, élevage, agro-industrie, ordure ménagère) pouvant être transformés en énergie, mais toujours non exploités. En terme de quantité, ils sont estimés à 477 743 341,5 tonnes par an, soit 2 728 862,48TEP. La valorisation en énergie de cette ressource engendre un grand avantage sur le plan économique et surtout écologique.La gazéification des résidus du noix de coco donne un gaz pauvre (PCi : 5 à 6 MJ/kmole) composé de monoxyde de carbone (27%), H2 (15%), CO2 (6%), H2O (3%) et CH4(1.5%), ce gaz est utilisé essentiellement pour produire de la chaleur, pour produire de l’énergie électrique ,et comme carburant pour des véhicules
Titre : Contribution à la Valorisation énergétique de la biomasse à Madagascar et l’application de la gazéification sur les résidus de noix de cocoNombre de page : 136
Nombre de figure : 19
Nombre de tableau : 58
Mots clés : Combustion directe – Pyrolyse – Gazéification – Liquéfaction – Fermentation méthanique - Fermentation alcoolique- Valorisation énergétique de la biomasse à Madagascar- Gazéification des coques et bourres de coco
Auteur : RANAIVOSOA Andry Fenosoa
Encadreur : RANAIVOSON Léon Félix ,Maître de conférences
Adresse de l’ Auteur : Lot 8D Imerinafovoany Talatamaty- IVATO 105
Téléphone : 033 14 755 78
Email : [email protected]
121
122