RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin LA PYROLYSE DES SOUS ...

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

FACULTE DES SCIENCES

ECOLE DOCTORALE DE PHYSIQUE ET APPLICATION

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE Laboratoire de Thermodynamique, Thermique et Combustion

THÈSE Présentée à :

L’UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

Pour l’obtention : DU GRADE DE DOCTEUR EN PHYSIQUE

Option : ENERGETIQUE

par

RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin

Date de soutenance : 13/12/2014

Jury d’examen

Président : M. RAZAFINJATO Victor Professeur Titulaire

Directeur de thèse : M. RAKOTOMALALA Minoson Professeur Titulaire

Rapporteur interne : M. RANAIVO-NOMENJANAHARY Flavien Professeur Titulaire

Rapporteur externe : M. RAFAMANTANANTSOA Jean Gervais Professeur Titulaire

Examinateur : M. RAFANOMEZANTSOA Roger Marie Professeur Titulaire

LA PYROLYSE DES SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS

DE FAIBLE GRANULOMETRIE DE MADAGASCAR: INFLUENCE DES

PARAMETRES DE PYROLYSE SUR LES CARACTERISTIQUES DES

PRODUITS COMBUSTIBLES




UNIVERSITE D’ANTANANARIVO FACULTE DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

Laboratoire de Thermodynamique, Thermique et Combustion THÈSE

Présentée à : L’UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

Pour l’obtention : DU GRADE DE DOCTEUR EN PHYSIQUE

Option : ENERGETIQUE par

RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin

Date de soutenance : 13/12/2014

Jury d’examen Président : M. RAZAFINJATO Victor Professeur Titulaire Directeur de thèse : M. RAKOTOMALALA Minoson Professeur Titulaire Rapporteur interne : M. RAKOTO-NOMENJANAHARY Flavien Professeur Titulaire Rapporteur externe : M. RAFAMANTANANTSOA Jean Gervais Professeur Titulaire Examinateur : M. RAFANOMEZANTSOA Roger Marie Professeur Titulaire

LA PYROLYSE DES SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS

DE FAIBLE GRANULOMETRIE DE MADAGASCAR: INFLUENCE DES

PARAMETRES DE PYROLYSE SUR LES CARACTERISTIQUES DES

PRODUITS COMBUSTIBLES

Résumé

TITRE : LA PYROLYSE DES SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS DE

FAIBLE GRANULOMETRIE DE MADAGASCAR : INFLUENCE DES

PARAMETRES DE PYROLYSE SUR LES CARACTERISTIQUES DES PRODUITS

COMBUSTIBLES

RESUME :

La situation dans les pays en développement est critique étant donné la déforestation

chronique due à l’utilisation intensive et abusive du bois pour les besoins énergétiques et

pour l’exportation de bois d’œuvre.

Le charbon de bois est utilisé depuis plusieurs siècles en tant que combustible

domestique et pour ses propriétés réductrices, adsorbantes et déshydratantes dans les

industries chimique et métallurgique.

Le remplacement et la substitution de ce combustible traditionnel s’avèrent

indispensable.

D’un côté, ces pays en développement sont pour la plupart à vocation agricole avec des

activités économiques ou industrielles générant des sous produits et des déchets agricoles et

forestiers non valorisés.

Les Etudes et Recherches entamées sont disparates et n’arrivent pas à satisfaire les

besoins en solution des graves problèmes environnemental et énergétique.

La connaissance des caractéristiques des matières premières (biomasse) et des produits

de substitution, la compréhension des conditions opératoires optimales et des phénomènes

physico-chimiques sont donc essentielles pour le développement de la filière valorisation des

déchets agricoles et forestiers.

La pyrolyse de la biomasse est une des solutions proposées par les institutions de

recherche des pays développés. Les produits obtenus peuvent être récupérés pour constituer

des combustibles d’appoint pour les villes des pays en développement.

Mots clés : Pyrolyse, biomasse, charbon, jus pyroligneux, gaz incondensable.

Résumé

ABSTRACT:

The situation in developing countries is critical, given by chronic deforestation due to

the intensive and abusive use of wood for the energy needs and the wood export.

Charcoal has been used for several centuries as a domestic fuel and for its reducing,

adsorbent and dessicant properties in chemical and metallurgical industries.

The replacement and the substitution of this traditional fuel prove to be essential.

On a side, these developing countries was for the majority with agricultural vocation

with economic or industrial activities generating under products and not developed waste

(agricultural and forest).

Started studies and researches are disparate and do not manage to satisfy requirements

in solution for serious environmental and energy problems.

The knowledge of characteristics of the raw materials (biomass) and substitute products,

the comprehension of optimal operating conditions and the physicochemical phenomena are

thus essential for the development of the valorisation of the agricultural and forest waste.

Pyrolysis is one of solutions proposed by research centers of developed countries.

Obtained products, char, pyrolitic liquids and incondensable gas would be a combustible for

towns in developing countries.

Keywords : Pyrolyse, biomass, char, pyrolitic liquids, gas incondensable.

Thesis Director : Professeur RAKOTOMALALA Minoson

Thesard : RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin

Tel : 032 02 466 95

E-mail : [email protected]

Adresses : - CNRIT, BP 6294, 38 Rue Rasamimanana, Fiadanana

Antananarivo 101 Madagascar

- Lot FA IV 277 Malaho, Ampanefy

Antananarivo 102 Madagascar

Remerciements 7

Ce travail a été réalisé au Centre National de Recherches Industrielle et Technologique

(CNRIT) Antananarivo et au Laboratoire Biomasse Énergie et Environnement du

Département CIRAD-Forêts de Montpellier France, dans le cadre de la formation doctorale

de l’Université d’Antananarivo et des investigations de Recherche du Ministère de

l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique, sous la responsabilité de Monsieur

le Professeur Minoson RAKOTOMALALA, Directeur de l’Institut pour la Maîtrise de

l’Energie de l’Université d’Antananarivo. Qu’il trouve ici l’expression de ma gratitude et de

mes sincères remerciements pour m’avoir accepté au sein de son équipe de Recherche, les

pertinents conseils qu’il a prodigués m’ont été d’un apport majeur.

Je tiens à remercier profondément Monsieur Philippe GIRARD, responsable du

Laboratoire Énergie et Environnement au CIRAD-Forêts, pour l’accueil qu’il m’a réservé au

sein de son équipe, et pour avoir bien voulu orienter les travaux de Recherche en Laboratoire.

Le Ministère des Affaires Etrangères Français, par le biais du Service de Coopération

et d’Actions Culturelles de l’Ambassade de France à Madagascar a contribué largement à la

réussite et à l’achèvement de ces travaux en m’octroyant une bourse en alternance, qu’il

trouve ici l’expression de ma gratitude.

L’Etat Malagasy par le biais du Programme d’Investissement Public (PIP) a largement

contribué au bon déroulement des travaux et d’enquêtes sur terrain, je lui témoigne ma

gratitude.

Son Excellence M. Rafanomezantsoa Roger Marie, Professeur, Directeur du Centre

National de Recherches Industrielle et Technologique et Ancien Ministre du Commerce et de

l’Industrialisation a bien voulu accepter de nous laisser poursuivre ces travaux de recherche

au sein de l’établissement qu’il dirige, qu’il trouve ici le témoignage de notre sincère et

profonde gratitude.

Que Messieurs Joël Blin et Alfredo Di Napoli trouvent ici ma reconnaissance pour les

conseils et les aides qu’ils m’ont donnés pendant les travaux de laboratoire.

Tout le personnel du laboratoire Biomasse Energie du CIRAD Forêts de Montpellier et

du CNRIT Antananarivo m’a été d’une précieuse aide, je tiens à leur adresser mes vigoureux

remerciements.

A ma femme, qui n’a jamais cessé de me soutenir et de me témoigner son amour, je lui

adresse ma profonde reconnaissance, qu’elle trouve à travers mes travaux le témoignage de

mon amour et de ma gratitude.

Remerciements 8

Je tiens à remercier profondément Le Professeur Razafinjato Victor pour avoir bien

voulu accepter de présider le jury de soutenance de cette thèse. Que Messieurs Les

Professeurs Rafamantanantsoa Jean Gervais et Ranaivo-Nomenjanahary Flavien trouvent ici

mes sincères reconnaissances pour avoir bien voulu accepter d’être mes rapporteurs dans ce

travail. Je remercie profondément Mme La Professeur Randriamanantany Zely pour ses

encouragements et d’avoir bien voulu examiner mes travaux de thèse. .

Table des matières

Table des matières ...................................................................................................................... 9

INTRODUCTION ................................................................................................................ 27

CHAPITRE 1 : CONTEXTE ENERGETIQUE MONDIAL ET POTENTIEL

ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE A MADAGASCAR .................................................. 31

1.1 - CONSOMMATION D’ÉNERGIE DANS LE MONDE ............................................. 32

1.2 - Biomasse dans le monde .............................................................................................. 40

1.2.1 - Place de la biomasse ......................................................................................... 40

1.2.2 - Potentiel de la biomasse ................................................................................... 41

1.2.3 - Bois énergie ...................................................................................................... 42

1.3 - PRODUCTION DE CHARBON DANS LE MONDE. ........................................ 50

1.3.1 - Production de charbon en Afrique .................................................................... 50

1.3.2 - Production de charbon dans l’Union Européenne ........................................... 53

1.3.3 - Production de charbon de bois en Asie ............................................................. 54

1.3.3 -Production de charbon de bois au Brésil ............................................................ 56

1.4 - CONSOMMATION D’ENERGIE A MADAGASCAR ............................................. 57

1.4.1 - Généralités ........................................................................................................ 57

1.4.2 La situation de l’énergie Electrique ................................................................... 62

1.4.3 - Problématique du charbon de bois à Madagascar ............................................. 64

1.4.4 - Déclaration de la politique énergétique de Madagascar ................................... 65

1.4.5 - Production forestière ......................................................................................... 66

1.5 - ENERGIE BIOMASSE D’ORIGINE AGRICOLE A MADAGASCAR ................... 68

1.6 - ETUDE DE CAS DE LA VALORISATION DES SOUS PRODUITS AGRICOLES

ET FORESTIERS ................................................................................................................ 77

CHAPITRE II : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR LA PYROLYSE DE LA BIOMASSE 83

2.1 - COMPOSITION DE LA BIOMASSE ....................................................................... 84

2.1.1 Caractérisation chimique de la biomasse. ........................................................... 84

2.1.2 - Biomasses lignocellulosiques de type paille ..................................................... 87

2.2 LA PYROLYSE DE LA BIOMASSE .......................................................................... 89

2.3 LES DIFFERENTS PROCEDES DE PYROLYSE ...................................................... 92

2.3.1 La carbonisation par combustion partielle : ........................................................ 92

2.3.2 - La carbonisation par chauffage externe. ........................................................... 94

2.3.3 - Carbonisation par contact des gaz chauds. ....................................................... 95

2.4 - ETAT DES CONNAISSANCES DE LA PYROLYSE .............................................. 96

2.4.1 - Principes des réactions de pyrolyse de la biomasse. ......................................... 96

2.4.2 – Mécanismes réactionnels de la pyrolyse. ......................................................... 97

2.4.3 - Facteurs d'influence sur les réactions de pyrolyse. ........................................... 99

2.5 CONCLUSION. .......................................................................................................... 107

2.6 POSITIONNEMENT STRATEGIQUE ...................................................................... 109

CHAPITRE III : ETUDE EXPERIMENTALE DE LA PYROLYSE DES SOUS PRODUITS

AGRICOLES ET FORESTIERS DE MADAGASCAR: MATERIELS ET METHODES .. 111

3.1 - LES MATIERES PREMIERES ................................................................................ 112

3.1.1 – Description des matières premières ................................................................ 112

3.1.2 - Caractérisation des matières premières ........................................................... 113

3.1.3 – Granulométrie des matières premières ........................................................... 115

3.2 - PROCEDES UTILISES ............................................................................................. 117

3.2.1 – Four de carbonisation utilisé au laboratoire du CNRIT ................................. 117

3.2.2 – La pyrolyse lente en réacteur « cornu » ........................................................ 120

3.2.3 – La pyrolyse en four tubulaire ......................................................................... 125

3.2 4 – La pyrolyse sur le réacteur pilote à vis ........................................................... 129

3.3 - CARACTERISATION DES PRODUITS DE CARBONISATION ......................... 135

3.4 - BILANS MASSIQUES DE PYROLYSE ................................................................ 136

3.5 - ETUDES DES TRANSFERTS THERMIQUES. ...................................................... 138

3.5.1- Le modèle de transfert thermique ................................................................... 138

3.5.2 - Caractéristiques physiques du four pyrox et des matières premières : .......... 146

CHAPITRE IV : ANALYSES ET DISCUSSION DES RESULTATS DE PYROLYSE DES

SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS DE MADAGASCAR ....................... 149

4.1 - INTRODUCTON ....................................................................................................... 150

4.2 - REPETABILITE DES EXPERIMENTATIONS ...................................................... 151

4.2.1 - Répétabilité des expérimentations sur le four de carbonisation du CNRIT .... 151

4.2.2 – Etude de la répétabilité en pyrolyse sur le réacteur « cornu » ....................... 152

4.2.3 – Etude de la répétabilité en pyrolyse sur four tubulaire ................................... 153

4.2.4 - La répétabilité des expérimentations de pyrolyse sur le sur le reacteur a vis 156

4.3 - VALIDATION DE NORME ..................................................................................... 156

4.4 - PYROLYSE SUR LE FOUR DE CARBONISATION DU CNRIT ......................... 158

4.4.1 – Evolution de la température du four de carbonisation du CNRIT ................. 158

4.4.2 - Rendement massique sur le four de carbonisation du CNRIT ........................ 166

4.4.3 – Caractérisation des charbons obtenus sur le four de pyrolyse du CNRIT...... 170

4.4.4 - Le rendement 80 ............................................................................................. 173

4.5 - LA PYROLYSE SUR UN FOUR « CORNU » ........................................................ 174

4.5.1 - Evolution de la température de pyrolyse sur réacteur « cornu » .................. 174

4.5.2 - Rendement sur le réacteur “cornu” ................................................................. 176

4.5.3 - Caractérisation des charbons de pyrolyse sur le réacteur « cornu ». .............. 177

4.5.4 - Le rendement 80 (R80) ................................................................................... 178

4.5.5 - Rendement en liquide pyroligneux et en gaz condensables ............................ 179

4.6 - LA PYROLYSE SUR UN FOUR TUBULAIRE ...................................................... 180

4.6.1 - Evolution de la température en pyrolyse sur un four tubulaire ...................... 180

4.6.2 - La résolution numérique du modèle ............................................................... 182

4.6.3 – Résultats de la pyrolyse rapide sur le four tubulaire ...................................... 186

4.7 - PYROLYSE SUR LE REACTEUR PYLOTE A VIS .............................................. 207

4.7.1 - Débit d’alimentation du pyrolyseur à vis ........................................................ 207

4.7.2 - Evolution de la température de pyrolyse dans un réacteur pilote (TKE) ....... 208

4.7.3 - Rendement en pyrolyse sur le réacteur pilote à vis ......................................... 210

4.7.4 - La caractérisation des charbons de carbonisation en réacteur pilote à vis ...... 211

4.7.5 - L’analyse chromatographique en pyrolyse sur le réacteur a vis ..................... 212

4.7.5 - Le pouvoir calorifique ..................................................................................... 214

4.7.6 - La surface spécifique ...................................................................................... 215

4.8 - RENDEMENT EN LIQUIDE PYROLIGNEUX ...................................................... 215

4.9 - COMMENTAIRES ET DISCUSSION ..................................................................... 224

CHAPITRE V : ETUDE ÉCONOMIQUE DE LA FABRICATION DE CHARBON DE

SUBSTITUTION POUR L’APPROVISIONNEMENT DE LA VILLE

D’ANTANANARIVO. .......................................................................................................... 227

5.1- GENERALITES SUR LES CHARBONS DE SUBSTITUTION .............................. 228

5.2 - JUSTIFICATION DE L’ETUDE ECONOMIQUE .................................................. 228

5.3 - ANALYSE ECONOMIQUE ..................................................................................... 229

5.3.1 - Etude des besoins et du marché ...................................................................... 229

5.3.2 Origine et coût des matières premières ............................................................. 230

5.4 - Coût de production des charbons ............................................................................... 231

5.4.1 L’unité de production ........................................................................................ 231

5.4.2 Evaluation des coûts (en Ariary et en €) ......................................................... 235

5.4.3 - Mode de commercialisation ............................................................................ 239

5.5 - LE FINANCEMENT………………………………………………………………..248

5.6 - RECAPITULATIF ..................................................................................................... 247

CONCLUSION GENERALE ............................................................................................ 249

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ........................................................................... 251

ANNEXES ............................................................................................................................. 260

Nomenclature

Cf

Cp

Sc

Sp

C

CO

CO2

CH4

C2H2

C2H4

C2H6

D

L

hgp

hpc

H2

H2O

K

k

Ri

R

T

Tp

Tc

E

Qg

Pr

Taux de carbone fixe

Capacité Calorifique

Source charge – paroi

Source Paroi

Carbone

Oxyde de Carbone

Dioxyde de Carbone

Méthane

Acétylène

Ethylène

Ethane

Diamètre

Longueur

Coefficient de transfert gaz-paroi

Coefficient de transfert paroi-charge

Hydrogène

Eau

Constante

Coefficient

Rendement à la phase i

constante des gaz parfaits -1 -18,31J.K .molR =

Température

Température paroi

Température charge

Enthalpie

Flux massique

Nombre de Prandtl

% massique

J.Kg-1.°K-1

W.m-2.°K-1

W.m-2.°K-1

m

m

W.m-2.°K-1

W.m-2.°K-1

%

J.°K-1 mol-1

°K

°K

°K

J.kg-1

kgm-2s-1

Re

Pi

MV

Ce

H

PCI

PCS

ci

ki

Cpi

dt,

dx,

Nombre de Reynolds

Masse de la phase i

indice de Matières volatiles

taux de Cendre

Humidité

Pouvoir calorifique inférieur

Pouvoir calorifique supérieur

Concentration massique du composant i

Conductivité thermique du composant i

Chaleur spécifique composant i

Variation de temps

Variation de coordonnées

kg

%

%

%

J.kg-1.m-2

J.kg-1.m-2

kg.kg-1

W.m-1.°K-1

J.kg-1kg-1

°K

m

λg

ε

εi

εg

εc

εp

φ

σ

αg

ρ

ρi

∇T

∆h

Conductivité thermique

Porosité

Porosité de la phase i

Emissivité gaz

Emissivité charge

Emissivité paroi

Flux thermique

Constante de Boltzman

Coefficient d’absorption

Masse volumique

Masse volumique de la phase i

Différentiel de température

Chaleur latente de vaporisation

W.m-1.°K-1

m3.m-3

m3.m-3

kgm-2s-1

kg.m-3

kg.m-3

°K

J/kg-1

Liste des acronymes/abréviations

AIE – Agence International de l’Energie

ALENA - Accord de Libre Echange Nord Américain

AMS –Associaçao Mineiras de Silviculture

ANASE - Association des Nations de l’Asie du Sud Est

ASACR - Association Sud Asiatique de Coopération Régionale

BE - Bois Energie

BEPITA – Biomass Energy Plateforms Implementation for Training in Africa

BTG- Biomass Technology Group

CEI – Communauté des Etas Indépendants

CIRAD – Centre International de Recherche Agronomique pour le Développement

COMESA – Common Market of Est and South Africa

COOPENER- Coopération Energie

COTONA – Cotonnière d’Antsirabe

DISE – Direction Inter Service pour l’Environnement

DMEC – Direction de la Mécanisation

EIA – Energy Information Administration

FAO – Food and Agriculture Organisation

FAOSTAT – Food and Agriculture Organisation Statistic

FOFIFA – Foibe Fikarohana momban’ny Fiompiana sy Fambolena

GELOSE – Gestion Locale Sécurisée

GES - Gaz à Effet de Serre (GES).

GIEC - Groupement International des Experts Climatiques

HASYMA – Hasy Malagasy

IEF - Instituto Estadual de Florestas

JIRAMA – Jiro sy Rano Malagasy

MAEP – Ministère de L’Agriculture et de l’Elevage

MDP - Mécanisme de Développement Propre l’Energie

NAMA - Nationally Appropriate Mitigation Actions

OMH – Office Malgache des Hydrocarbures

ONE – Office National de l’Environnement

PED - Pays En Développement

PIB – Produit Intérieur Brut

PK - Protocole de Kyoto

PNB- Produit National Brut

REDD- Reduccing Emissions from Deforestation and Degradation ou Réduction des

émissions issues de la déforestation et de la dégradation forestière

RNB – Revenu National Brut

SELA – Système Economique Latino Américain

SIRAMA – Siramamy Malagay

ULCOS- Ultra Low Carbon diOxyde

UPR 42 – Unité Propre de Recherche N° 42

UWET- Unified Wood Energy Terminology

Liste des ANNEXES

ANNEXE I : Carte de feux de brousse : point de feux

ANNEXE II : Bilan énergétique (2001, 2005, 2008)

ANNEXE III : Résultats d’enquêtes réalisés par le Centre National de Recherches Industrielle

et Technologique (CNRIT) dans la région de Moramanga

ANNEXE IV : Résultats d’enquêtes réalisés par le Centre National de Recherches Industrielle

et Technologique (CNRIT) dans la région de Marovoay

ANNEXE V : Procédure pour la détermination de l’humidité du bois

ANNEXE VI : Procédure pour la détermination des taux d’humidité, de cendres, de matières

volatiles et de carbone fixe du charbon de bois

ANNEXE VII : Détermination de l’indice de matières volatiles dans le charbon de bois

ANNEXE VIII : Procédure pour la détermination du pouvoir calorifique supérieur et calcul du

pouvoir calorifique inférieur

ANNEXE IX : Proposition de Norme : Détermination des taux d’humidité, de cendres, de

matières volatiles et de carbone fixe de charbons à Madagascar

ANNEXE X : Profil de température de pyrolyse

ANNEXE XI : Puissance dégagée par la combustion de charbon de substitution

ANNEXE XII : Mesure de la surface spécifique par Quantasorb junior

ANNEXE XIII : Rendement et caractérisation - FOUR DU CNRIT

ANNEXE XIV : Rendement et caractérisation - REACTEUR CORNU

ANNEXE XV : Rendement et caractérisation - FOUR TUBULAIRE « PYROX »

ANNEXE XVI : Profil de température dans les différents réacteurs

ANNEXE XV : Courbes de tendance des profils de température de pyrolyse

ANNEXE XVVI : Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de sciure de pinus

ANNEXE XVII : Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de copeaux de bois de pinus

keshya

ANNEXE XVIII : Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de sciure de bois

d’Eucalyptus Robusta

ANNEXE XIX: Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de balle de riz

ANNEXE XX : Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de coques d’arachide

ANNEXE XXI : Perte de masse de charbon de substitution

ANNEXE XXII: Appareils de laboratoire utilisés pour la caractérisation des matières

premières et des charbons, pour l’analyse de liquide et de gaz de pyrolyse

Liste des figures

FIGURE 1.1 LA CONSOMMATION D’ENERGIE MONDIALE DE 1990 A NOS JOURS ET PROJECTION

JUSQU’EN 2035 33

FIGURE 1.2 : REPARTITION DE LA DEMANDE EN ENERGIE 34

FIGURE 1.3 : EVOLUTION DE LA CONSOMMATION D’ENERGIE PRIMAIRE : HISTORIQUE DEPUIS

1990 ET PREVISIONS JUSQU’EN 2035 34

FIGURE 1.4 : ESTIMATION DE LA RESERVE MONDIALE EN ENERGIE 35

FIGURE 1.5 : EVOLUTION DES EMISSIONS DE CO2 : HISTORIQUE DEPUIS 1970 ET PREVISIONS

JUSQU’EN 2020 36

FIGURE 1.6 : EMISSIONS DE CO2 PAR PAYS 37

FIGURE 1.7 : LA COUVERTURE FORESTIERE DE MADAGASCAR (SOURCE : IEFN) 58

FIGURE 2.1 : PRINCIPAUX COMPOSANTS DE LA BIOMASSE 84

FIGURE 2.2 : CHAINE DE LA MOLECULE DE CELLULOSE . 85

FIGURE 2.3 : LES DIFFERENTS MOTIFS DE LA CHAINE DES HEMICELLULOSES 86

FIGURE 2.4 : FORMULES STRUCTURALES DES MONOMERES COMPOSANTS DE LA LIGNINE . 86

FIGURE 2.5 LES DIFFERENTES VOIES DE LA CONVERSION THERMOCHIMIQUES DE LA

BIOMASSE 89

FIGURE 2.6 : DECOMPOSITION THERMIQUE DE MACROMOLECULES DE CELLULOSE. 91

FIGURE 2.7 : DECOMPOSITION THERMIQUE DES HEMICELLULOSES. 91

FIGURE 2.8 : DECOMPOSITION THERMIQUE DE LA LIGNINE. 91

FIGURE 2.9 : BILAN ENERGETIQUE D’UN FOUR A COMBUSTION PARTIELLE (FCP), 94

FIGURE 2.10 : INFLUENCE DE LA PRESSION SUR LA PERTE DE MASSE DE BOIS. 100

FIGURE 2.11 : PERTES DE MASSE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DES DIFFERENTS

CONSTITUANTS DU BOIS ET DU BOIS 101

FIGURE 2.12 : VARIATION DE RENDEMENT DES FRACTIONS SOLIDE, LIQUIDE ET GAZEUSE EN

FONCTION DE LA TEMPERATURE DE PYROLYSE 102

FIGURE 2.13 : POUVOIR CALORIFIQUE DU CHARBON EN FONCTION DE LA COMPOSITION

CHIMIQUE 103

TENEURS EN CARBONE FIXE ET MATIERES VOLATILES 103

FIGURE 2.14 : POUVOIR CALORIFIQUE DU CHARBON EN FONCTION DE LA COMPOSITION

CHIMIQUE . 103

FIGURE 3.1 : GRANULOMETRIE DE LA SCIURE DE PINUS KESHYA 117

FIGURE 3.2 : SCHEMA DE FONCTIONNEMENT DU FOUR DE CARBONISATION 118

FIGURE 3.3 : PHOTO DU FOUR DE CARBONISATION 118

FIGURE 3.4 : TEMPERATURE DE CONSIGNE DU FOUR DE CARBONISATION DU CNRIT 119

FIGURE 3.5 : SCHEMA DE PRINCIPE DE LA CHAINE DE PYROLYSE ET DE RECUPERATION DE JUS

ET DE GAZ PYROLIGNEUX 120

FIGURE 3.6 : SCHEMA DE PRINCIPE DU REACTEUR « CORNU » 121

FIGURE 3.7 : FIGURE : PHOTO DU REACTEUR DE PYROLYSE, « REACTEUR CORNU SFLI » 122

FIGURE 3.8 : COURBE DE L’EVOLUTION DE LA TEMPERATURE DE CONSIGNE DU FOUR

« CORNU ». 125

FIGURE 3.9 : SCHEMA DE PRINCIPE DU DISPOSITIF DE PYROLYSE SUR LE FOUR TUBULAIRE 126

FIGURE 3.10 : SCHEMA DE PRINCIPE DU FOUR TUBULAIRE « PYROX » 127

FIGURE 3.11: PHOTO DU FOUR TUBULAIRE « PYROX » 127

FIGURE 3.12 : SCHEMA DE PRINCIPE DE L’ELECTROFILTRE 128

FIGURE 3.13 : SCHEMA ET VUE 3-D DU CONTAINER A BOIS 130

FIGURE 3.14 : SCHEMA DES VANNES D’INTRODUCTION 131

FIGURE 3.15 : SCHEMA DE LA VIS DE PYROLYSE DANS LE TUBE 132

FIGURE 3.15 : PHOTO DU REACTEUR PILOTE A VIS 135

FIGURE 3.16 : SCHEMA DE LA DISPOSITION DU TUBE CYLINDRIQUE ET DE LA CUILLERE A

BIOMASSE 138

FIGURE 3.17 : VOLUME DE CONTROLE DANS LE TAS. 142

FIGURE 4.1 : PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE EN FOUR TUBULAIRE : 3 ESSAIS DE

REPETABILITE 153

FIGURE 4.2 : ETUDE DE LA REPETABILITE DES ANALYSES CHROMATOGRAPHIQUES DES

COMPOSES GAZEUX DE PYROLYSE DE COQUES D’ARACHIDES A 500°C 155

FIGURE 4.3 : COURBE DE LA TEMPERATURE DE CARBONISATION DE PINUS KESHYA ET

D’EUCALYPTUS ROBUSTA DE DIFFERENTE GRANULOMETRIE A 400°C 159

FIGURE-4.4 : PROFIL DE LA TEMPERATURE DE CARBONISATION DES BIOMASSES D’ORIGINE

AGRICOLE A 400°C DE TEMPERATURE DE CONSIGNE 161

FIGURE 4.5 : COURBE DE LA TEMPERATURE DE CARBONISATION DE PINUS KESHYA ET

D’EUCALYPTUS ROBUSTA DE DIFFERENTE GRANULOMETRIE A 500°C 162

FIGURE 4.6 : COURBE DE LA TEMPERATURE DE CARBONISATION DES SOUS PRODUITS

AGRICOLES A 500°C DE TEMPERATURE DE CONSIGNE 164

FIGURE 4.7 : COURBES D’EVOLUTION DE LA TEMPERATURE A DIFFERENTE TEMPERATURE DE

PALIER (400°C ET 500°C) 165

FIGURE 4.8 : EVOLUTION DU RENDEMENT EN CHARBON DE BOIS DE PINUS KESHYA EN

FONCTION DE LA GRANULOMETRIE (EN CARBONISATION SUR LE FOUR DE

CARBONISATION DU CNRIT) 167

FIGURE 4.9 : EVOLUTION DU RENDEMENT EN CHARBON DE BOIS DE D’EUCALYPTUS EN

FONCTION DE LA GRANULOMETRIE (EN CARBONISATION SUR LE FOUR DE

CARBONISATION DU CNRIT) 167

FIGURE 4.10 : EVOLUTION DU RENDEMENT DE CARBONISATION DE SOUS PRODUITS

AGRICOLES SUR LE FOUR DU CNRIT EN FONCTION DE LA TEMPERATURE 169

FIGURE 4.11 : DIAGRAMME DE LA CARACTERISATION DES CHARBONS DE CARBONISATION A

500°C DE SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS DE MADAGASCAR 171

FIGURE 4.12 : DIAGRAMME DE LA CARACTERISATION DES CHARBONS DE CARBONISATION A

400°C DE SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS DE MADAGASCAR 172

FIG. 4.13 RENDEMENT R80 DES SOUS PRODUITS DE MADAGASCAR EN PYROLYSE AVEC LE

REACTEUR DU CNRIT EN FONCTION DE LA TEMPERATURE 173

FIGURE 4.14 : PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE EN FOUR « CORNU » 175

FIGURE 4.15 DIAGRAMME DU RENDEMENT MASSIQUE EN PYROLYSE SUR FOUR « CORNU » DE

PINUS KESHYA ET D’EUCALYPTUS ROBUSTA DE DIFFERENTE GRANULOMETRIE 177

FIGURE 4.16 : CARACTERISATION DES CHARBONS OBTENUS PAR PYROLYSE EN FOUR

« CORNU » 178

FIGURE 4.17 : RENDEMENT R80 EN PYROLYSE SUR LE REACTEUR « CORNU » 179

FIGURE 4.18 : PROFIL DE TEMPERATURE A VIDE DU FOUR TUBULAIRE 181

FIGURE 4.19 : PROFIL DE TEMPERATURE DE CHAUFFE DE CARBURE DE SILICIUM A

DIFFERENTES TEMPERATURES SUR LE FOUR TUBULAIRE 181

FIGURE 4.22 : EVOLUTION DE LA TEMPERATURE CALCULEE ET LA CONVERGENCE DE LA

TEMPERATURE (STABILITE) 185

FIGURE 4.22 : COURBES DE PROFIL DE TEMPERATURE EN PYROLYSE DE SCIURES DE BOIS DE

PINUS KESHYA 187

FIGURE 4.23 PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE RAPIDE D’EUCALYPTUS ROBUSTA 187

FIGURE 4.24 : COURBES DE TEMPERATURE DE PYROLYSE RAPIDE DE SCIURES ET DE COPEAUX

DE BOIS DE PINUS KESHYA A 500°C 188

FIGURE 4.25 : PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE DE BALLES DE RIZ EN FOUR

TUBULAIRE A 700°C, 500°C, 400°C 189

FIGURE 4.26 : PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE DE COQUES D’ARACHIDES SUR FOUR

TUBULAIRE 190

FIGURE 4.27 : COURBE DE TENDANCE DE L’EVOLUTION DE LA TEMPERATURE DE LA

PYROLYSE RAPIDE DE PINUS KESHYA SUIVANT LES TEMPERATURES DE CONSIGNE 191

FIG. 4.28 : COURBE DE TENDANCE DE LA MONTEE EN TEMPERATURE DE LA PYROLYSE RAPIDE

DE SCIURE D’EUCALYPTUS ROBUSTA SUIVANT LES TEMPERATURES DE CONSIGNE 191

FIGURE 4.29 COURBE DE TENDANCE DE L’EVOLUTION DE LA TEMPERATURE DE LA PYROLYSE

RAPIDE DE BALLE DE RIZ SUIVANT LES TROIS TEMPERATURES DE CONSIGNE 192

FIGURE 4.30 : DIAGRAMME DES RENDEMENTS MASSIQUES DE LA PYROLYSE DE BOIS DE PINUS

KESHYA SUIVANT DIFFERENTES TEMPERATURES 193

FIGURE 4.31 : DIAGRAMME DES RENDEMENTS MASSIQUES DE LA PYROLYSE DE SCIURE

D’EUCALYPTUS SUIVANT DIFFERENTES TEMPERATURES 194

FIGURE 4.32 : DIAGRAMME DE RENDEMENT MASSIQUE EN PYROLYSE SUR FOUR TUBULAIRE

DE COPEAUX DE PINUS KESHYA 194


DE LA BALLE DE RIZ 194


DE COQUES D’ARACHIDE 195

FIGURE 4.35 : DIAGRAMME DES CARACTERISTIQUES DES CHARBONS DE PYROLYSE SUR UN

FOUR TUBULAIRE DE LABORATOIRE SUIVANT LA TEMPERATURE 200199

FIGURE 4.36 RENDEMENT R80 EN PYROLYSE SUR FOUR TUBULAIRE 200199

FIGURE 4.37 ANALYSE DE GAZ INCONDENSABLES LORS DE LA PYROLYSE DE SCIURE

D’EUCALYPTUS A 500°C 200

FIGURE 4.38 : CONCENTRATION DE GAZ INCONDENSABLES DE PYROLYSE DE BOIS DE PINUS

KESHYA SUIVANT LA TEMPERATURE 201

FIGURE 4.39 : CONCENTRATION DE GAZ INCONDENSABLES DE PYROLYSE DE SCIURES

D’EUCALYPTUS SUIVANT LA TEMPERATURE 203

FIGURE 4.40 : CONCENTRATION DE GAZ INCONDENSABLES DE PYROLYSE DE COPEAUX DE

BOIS DE PINUS KESHYA SUIVANT LA TEMPERATURE 204

FIGURE 4.41 : CONCENTRATION DE GAZ INCONDENSABLES DE PYROLYSE DE BALLES DE RIZ

SUVANT LA TEMPERATURE 205

FIGURE 4.42 : CONCENTRATION DE GAZ INCONDENSABLES DE PYROLYSE DE COQUES

D’ARACHIDES SUIVANT LA TEMPERATURE 206

FIGURE 4.43 : DEBIT D’ALIMENTATION DU PYROLYSEUR A VIS 207

FIGURE 4.44 : PROFIL DE TEMPERATURE A VIDE 208

FIGURE 4.45 : PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE DU REACTEUR PILOTE A VIS,

TEMPERATURE DE CONSIGNE : 450°C 209

FIGURE 4.46 : PROFIL DE TEMPERATURE DE PYROLYSE DU REACTEUR PILOTE A VIS,

TEMPERATURE DE CONSIGNE : 650°C 210

FIGURE 4.47 : RENDEMENT DE CHARBON DE PYROLYSE SUIVANT L’EVOLUTION DE LA

TEMPERATURE 211

FIGURE 4.48 : QUALITE DES CHARBONS DE PYROLYSE DE PIN EN FONCTION DE LA

TEMPERATURE SUR LE REACTEUR PILOTE A VIS 212

FIGURE 4.49 : RENDEMENT R80 212

FIGURE 4.50 : DIAGRAMME DES COMPOSANTS DU GAZ DE PYROLYSE DE PIN SUIVANT LA

TEMPERATURE SUR LE REACTEUR PILOTE A VIS 214

FIGURE 4.51 : DIAGRAMME DES COMPOSANTS DU GAZ DE PYROLYSE EN REACTEUR PILOTE A

VIS DE PIN SUIVANT LE TEMPS DE SEJOUR ; T : 750°C 214

FIGURE 4.52 : ANALYSE CHROMATOGRAPHIQUE TRE - 79,670 ms 217

FIGURE 4.53 : ANALYSE CHROMATOGRAPHIQUE TRE – 55,979 ms 218





FIGURE 4.58 : ANALYSE CHROMATOGRAPHIQUE TRE – 4, 707 ms 220

Liste des tableaux

Tableau 1.1 : Répartition de la consommation mondiale d'énergie

Tableau 1.2 : La consommation d’Energie mondiale, en Quadrillion de BTU

Tableau 1.3 : Approvisionnement total en énergie finale en Afrique, biomasse comprise

Tableau 1.4 : Potentiel annuel mondial en 2005 en déchets de bois et en déchets agricoles

Tableau 1.5 : Le bois comme source d'énergie

Tableau 1.6 : Production totale d’énergie primaire dans l’Europe des 27

Tableau 1.7 : Production d’énergie primaire renouvelable en bois en France

Tableau 1.8 : La production et la consommation de charbon de bois en Afrique

Tableau 1.9 : Production de charbon de bois dans l’Union Européenne

Tableau 1.10 : La production de charbon en Asie

Tableau 1.11 : Évolution de la Consommation de Charbon de bois au Brésil

Tableau 1.12 : Superficie de la couverture forestière en 2005

Tableau 1.13 : Les indicateurs de développement sur Madagascar

Tableau 1.14 : La Consommation d’énergie à Madagascar

Tableau 1.15 : Evolution de la consommation d’électricité

Tableau 1.16 : Comparaison des consommations d’électricité

Tableau 1.17 : Puissance installée 2010-2011

Tableau 1.18 : Production électricité 2010-2011

Tableau 1.19 : la production forestière à Madagascar

Tableau 1.20 : Situation de l’exploitation forestière

Tableau 1.21 : Principales cultures, superficies occupées et productions

Tableau 1.22 : Evolution de la production agricole de 1992 à 2007

Tableau 1.23 : Potentiel énergétique total de la biomasse à Madagascar

Tableau 1.24 : Potentiel de la biomasse en 2005

Tableau 1.25 : Production rizicole de la région de Marovoay (plaine de basse Betsiboka)

Tableau 1.26 : Production agricole de la région d’Itasy

Tableau 2.1 : Les différentes voies de la conversion thermochimique de la biomasse

Tableau 2.2 : Influence de la pression sur l’exothermicité des réactions produites au

cours de la montée en température.

Tableau 2.3 : Phases de la pyrolyse du bois en fonction de température de réaction, leurs

constituants et leurs caractéristiques.

Tableau 2.4 : Produits majoritaires de la pyrolyse en fonction de la technologie.

Tableau 2.5 : Influence de l’humidité du bois sur la pyrolyse de bois.

Tableau 3.1 : Analyse élémentaire (% sur matière sèche) des matières premières

Tableau 3.2 : Caractéristiques physiques des matières premières.

Tableau 3.3 : Caractéristiques chimiques des matières premières

Tableau 3.4- Classement des sous produits végétaux pour une utilisation à des fins

énergétiques

Tableau 3.4 : Caractéristiques de fonctionnement du four

Tableau 3.5 : Caractéristiques de fonctionnement du four « cornu »

Tableau 3.6 : Dimension du système d’alimentation

Tableau 3.7 : Dimensions du pyrolyseur.

Tableau 3.9: Normes en vigueur utilisées

Tableau 4.1 : Etude de la répétabilité des essais de détermination du rendement massique

Tableau 4.2 : Essais de répétabilité des essais de détermination de rendement massique

en four « cornu »

Tableau 4.3 : Essais de répétabilité des essais de caractérisation en four « cornu »

Tableau 4.4 : Etude de répétabilité des expérimentations de rendement et de bilan

massiques en pyrolyse sur four tubulaire

Tableau 4.5 : Etude de la Répétabilité des analyses chromatographiques de gaz de

pyrolyse de coques d’arachides

Tableau 4.6 : Répétabilité des essais de caractérisation

Tableau 4.7 Répétabilité des expérimentations de caractérisation de charbon de pyrolyse

sur le réacteur à vis

Tableau 4.8 : Comparaison des résultats de la détermination des taux de matières

volatiles

Tableau 4.9 : Comparaison des résultats de la détermination de la teneur en Cendres

Tableau 4.10 : Rendement massique de la pyrolyse sur four cornu

Tableau 4.11 : Les caractéristiques physiques et thermiques du Carbure de Silicium

(SiC)

Tableau 4.12 : Bilan massique en pyrolyse sur four tubulaire et vitesse de chauffe

Tableau 4.13 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de sciures de bois de pinus keshya Tableau 4.14 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de sciures de bois

d’eucalyptus

Tableau 4.15 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de copeaux de bois de pinus

keshya

Tableau 4.16 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de balles de riz

Tableau 4.17 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de coques d’arachides

Tableau 4.18 : Comparaison des pouvoirs calorifiques suivant les réacteurs

Tableau 4.19 : Gamme de teneur massique des familles de composés présents dans les

huiles de pyrolyse

Tableau 4.20 : Composantes de liquide pyroligneux de bois

Tableau 4.21 : Caractéristiques des huiles de pyrolyse comparées aux carburants

Conventionnels

Tableau 5.1 : Répartition des principales sources d'énergies par « faritany »

Tableau 5.2 : Comparaison des prix de chaque combustible

Tableau 5.3 : Détermination du nombre de jours de travail annuel

Tableau 5.4 : Liste des Equipements :

Tableau 5.5 : Personnel de l’unité de carbonisation

Tableau 5.6 : Récapitulation des investissements

Tableau 5.7 : Dépenses en carburant

Tableau 5.8 Dépenses en salaires

Tableau 5.9 : Frais d’amortissement

Tableau 5.10 : Coût de production par unité de produit

Tableau 5.11 : Fond de roulement

Tableau 5.12 : Besoins en Financement

Tableau 5.13 : Plan de financement de l’entreprise Tableau 5.14 : Tableau de remboursement

Tableau 5.15 : Conditions de crédit

Tableau 5.16 : Compte prévisionnel d’exploitation pour cinq ans

INTRODUCTION

Les objectifs et thèmes de la conférence Rio+20 ont été fixés dans une résolution de

l’Assemblée générale des Nations Unies adoptée le 24 décembre 2009 (A/RES/64/236).

L’objectif de la Conférence a été de renouveler l’engagement politique en faveur du

développement durable. Tout en évaluant les progrès réalisés et les lacunes encore à combler,

la Conférence a été structurée par deux thèmes :

• L’économie verte dans le cadre du développement durable et de l’éradication de la

pauvreté ;

• Le cadre institutionnel du développement durable.

Rio+20 a été précédée par trois autres grandes conférences sur le thème du développement

durable :

• Stockholm (Suède) en 1972

• Rio de Janeiro (Brésil) en 1992

• Johannesburg (Afrique du sud) en 2002

En outre, le protocole de Kyoto qui est un traité international ayant pour objectif de

réduire les gaz à effet de serre, acté en 1997, est le prolongement de la Convention-Cadre des

Nations Unies sur les Changements Climatiques (CCNUCC) adoptée en 1992 au sommet de

la Terre à Rio de Janeiro (Brésil). L’objectif du protocole de Kyoto est de parvenir durant la

période d’engagement 2008-2012 à la réduction des émissions de gaz à effet de serre

d’origine anthropique de 5,5% en moyenne (dans les pays engagés) par rapport aux niveaux

de 1990. Une seconde période d'engagement a été fixée lors du sommet de Doha en décembre

2012. Elle s'étend du 1er janvier 2013 au 31 décembre 2020.

Les résolutions prises auparavant à l’échelle internationale au travers les accords de

Kyoto sur l’effet de serre et le développement des énergies durables et renouvelables sont une

incitation à l’utilisation des énergies dites « vertes ». La biomasse est une source d’énergie

particulièrement intéressante, utilisée depuis longtemps à des fins énergétiques dans les

foyers, elle commence de plus en plus à faire l’objet de convoitises industrielles. Dans

certains pays (La Suède, La Finlande, La Hollande, Le Brésil et certains états des USA),

l’exploitation industrielle a atteint un niveau commercial.

L’intérêt croissant pour la valorisation énergétique de la biomasse se justifie en trois

principaux points :

• Importance, diversité et caractère renouvelable des ressources ;

• Lutte antipollution : faible émission de SO2 et d’imbrûlés, recyclage possible de CO2

;

• Débouchés pour une agriculture ayant de plus en plus de moyens de production.

Dans cette optique, il ne s’agit plus pour les pays industrialisés de se limiter à la

valorisation des résidus mais bien d’utiliser le potentiel agricole pour produire des matières

premières à des fins énergétiques (centrale thermoélectrique, biocarburant).

Dans les pays en voie de développement, la biomasse constitue la principale ressource

énergétique. Le bois de feu, le charbon de bois, les résidus agricoles et les déjections animales

sont autant de combustibles essentiels à la survie des populations pour la cuisson des aliments,

le chauffage et les activités artisanales. En zone urbaine, la satisfaction des besoins

énergétiques des populations pauvres fait appel à l’utilisation du bois et du charbon de bois.

Le problématique de l’approvisionnement dans ces cas là est un souci majeur pour les

énergéticiens.

D’un autre côté, la production de charbon de bois constitue encore de nos jours une

source de pollution de l’environnement. En effet, la déforestation associée à l’utilisation

abusive du bois de chauffe et au développement démographique induisant une augmentation

des besoins en terres cultivables surtout dans les pays en développement cause d’importants

dégâts.

La plupart des procédés classiques de carbonisation émettent des effluents gazeux

(acides, gaz à effet de serre, CO et CO2,…) qui représentent plus de 80% de la matière

première. Les technologies de conversion de la biomasse vers d’autres formes d’énergie plus

commodes pour les équipements industriels sont : la pyrolyse, la combustion et la

gazéification. Les produits obtenus sont des solides, des liquides et des gaz. Mais ces procédés

sont en majorité inaccessibles pour les populations en zones rurales dans les pays en voie de

développement, d’où les efforts portés sur l’accroissement des ressources, vers l’économie

d’énergie et surtout la substitution des combustibles traditionnels.

L’exploitation forestière, les cultures agricoles et les industries agroalimentaires sont

généralement à l’origine de la production d’une quantité importante de déchets dont la

valorisation à des fins énergétiques apporte une solution d’appoint aux problèmes liés à la

dégradation de l’environnement et à l’insuffisance de combustible énergétique.

Le cas de Madagascar est critique, la coutume agricole est de pratiquer le « tavy », qui

consiste à faire des cultures sur brûlis (voir carte en Annexe I). La disparition de la forêt qui

en résulte rend difficile l’approvisionnement des grandes villes en bois de chauffe et en

charbon de bois d’où la nécessité de trouver des solutions d’appoint et de substitution.

Les travaux effectués par quelques centres de recherche sur les pyrolyseurs sont

encourageants. C’est pour contribuer à la valorisation des sous produits agricoles et forestiers

de Madagascar et pour optimiser les caractéristiques des combustibles de substitution que le

présent travail est réalisé. Il vise l’amélioration des caractéristiques et la recherche des

conditions optimales d’obtention de charbons de substitution et des autres produits de

pyrolyse.

Quelques travaux réalisés sur la pyrolyse du bois à l’échelle de laboratoire et pilote ont

montré la possibilité d’augmenter significativement les rendements en charbon en maîtrisant

les paramètres de procédé. Les coûts de fabrication sont liés aux procédés et peu d’étude

systématique de la qualité de ces charbons de sous produits agricoles et forestiers en fonction

des conditions opératoires a été réalisée à ce jour.

Les objectifs poursuivis dans ce travail sont d’étudier l’influence des paramètres

importants sur la pyrolyse de sous produits agricoles et forestiers de faible granulométrie de

Madagascar, et de déterminer les conditions opératoires optimales pour l’obtention de

charbons qualitativement et quantitativement intéressants, de connaître les composantes de

jus pyroligneux en vue de valorisation et d’évaluer les taux des composantes gazeuses afin

de mettre en évidence sa combustibilité ainsi que de prévoir leur degrés de nocivité. La

reproductibilité et la répétabilité des essais et expériences sont montrées en travaillant aux

laboratoires du CNRIT et du CIRAD. Une proposition de norme pour la caractérisation des

charbons dans les laboratoires Malgaches et des pays en développement est avancée étant

donné les conditions, les infrastructures et les moyens existants et aussi du fait que

l’utilisation est en général pour la cuisson des aliments. A travers l’étude économique sont

montrées la viabilité et la faisabilité de l’utilisation des combustibles de substitution en

appoint. Ce travail devrait permettre à terme le développement d’une unité pilote de pyrolyse

de sous produits agricoles et forestiers à Madagascar.

Les matières premières représentatives des sous produits agricoles et forestiers de faible

granulométrie de Madagascar sont identifiées et caractérisées. Des essais de carbonisation

avec un four de laboratoire fabriqué au CNRIT sont réalisés dans un premier temps. Ensuite,

des essais de pyrolyse sur un four « cornu » et un four tubulaire de laboratoire sont entrepris.

Enfin un réacteur pilote continu est utilisé pour comparer les différentes conditions

d’obtention de charbon et d’autres produits de pyrolyse. La caractérisation systématique des

charbons obtenus a ensuite été menée et nous a permis d’identifier les conditions opératoires

optimales. Des hypothèses sont émises pour une étude des transferts thermiques de la

pyrolyse. Les résultats d’analyse de jus pyroligneux obtenus à partir des matières premières

de Madagascar sont exposés. Les gaz incondensables sont analysés suivant les conditions

opératoires et les matières premières. Une étude de faisabilité d’unité de fabrication de

charbon en mode continu de sous produits de bois est proposée pour une région susceptible

d’approvisionner Antananarivo en combustible domestique.

La présentation de ces travaux s’est faite en scindant cinq chapitres :

• Le chapitre 1 fait état du contexte énergétique mondial et de la potentialité énergétique des

sous produits agricoles et forestiers de Madagascar.

• Dans le chapitre 2 sont présentés quelques rappels bibliographiques sur la pyrolyse et les

procédés.

• Dans le chapitre 3 sont décrits les dispositifs expérimentaux, les méthodes et les

procédures développées pour la pyrolyse lente dans deux différents réacteurs, la pyrolyse

rapide en réacteur tubulaire, la pyrolyse en réacteur pilote continu et la caractérisation

des produits obtenus.

• Le chapitre 4 est consacré à la présentation et à l’analyse des résultats expérimentaux

obtenus lors des différentes expériences de pyrolyse.

• Le chapitre 5 présente une étude de faisabilité d’une unité de fabrication de charbon de

substitution à Madagascar.

• Finalement, dans la dernière partie sont énoncées les conclusions générales et les

principales perspectives suites à ce travail

CHAPITRE 1 : CONTEXTE ENERGETIQUE MONDIAL ET

POTENTIEL ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE A MADAGASCAR

32

1.1 - CONSOMMATION D’ÉNERGIE DANS LE MONDE

Depuis 1990 jusqu’ en 2002, une nette augmentation de la consommation de l’énergie

est confirmée, en Afrique et au Moyen Orient de plus de 50% et en Asie-Pacifique de plus de

42 %, tandis qu’à cause du développement technologique en Europe de l’Est, après

l’effondrement du mur de Berlin, elle y est en diminution. La candidature et l’intégration à

l’Union Européenne de plusieurs pays de l’Est ont accéléré cette tendance à la baisse.

Tableau 1.1 : Répartition de la consommation mondiale d'énergie (en MTEP)

Source : World Development Indicators database De 2002 à 2008, grâce aux efforts déployés par la communauté internationale à

traves les différents projets de conservation de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie,

la consommation énergétique est restée quasiment constante sauf en Afrique où beaucoup

reste à faire. Les plus gros consommateurs restent toujours l’Amérique et l’Asie (Les USA et

la Chine).

Cette consommation mondiale en énergie croît de 12 322 MTEP à 18 788 MTEP (505

quadrillon BTU à 770 quadrillion BTU) de 2008 à 2035 (figure 1.1). Pendant cette période, la

projection selon l’Energie Information Administration (EIA) nous montre que la demande en

Energie des pays membres de l’OCDE croit lentement de 0,6 % par an tandis que celle des

pays non OCDE et mondiale augmente respectivement de 2,3 % et de 1,6 % par an (tableau

1.2).

1990 2002 1990 / 2002

Afrique et Moyen Orient 582 875 + 50 %

Amérique 2 610 3 127 + 20 %

Asie et Pacifique 2 292 3 256 + 42 %

Europe de l'Ouest 1 336 1 609 + 12 %

Europe de l'Est 1 694 1 211 - 29 %

TOTAL 8 614 10 078 + 17 %

33

Quadrillion BTU

Figure 1.1 Consommation d’Energie mondiale de 1990 à nos jours et projection jusqu’en 2035 (1BTU =24,4 MTEP)

Tableau 1.2 : Consommation d’Energie mondiale, en Quadrillion de BTU

(source : Energy Information Administration, EIA / International Energy Outlook 2011) Environ 79 % de l'énergie consommée dans le monde est d'origine fossile repartie

respectivement en 35 % de pétrole, 23 % de charbon fossile et de 21 % de gaz naturel. Les

prévisions montrent qu’elle devrait encore croître de plus de 60 % d’ici 2030 (Figure 1.2) et

que la part d’utilisation du gaz et des autres énergies renouvelables va augmenter au détriment

de celle du pétrole, du charbon fossile, de la biomasse et du nucléaire.

34

Figure 1.2 : Répartition de la demande en énergie Néanmoins, au regard de la répartition des ressources d’énergie, les combustibles

fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon) garderont une part prépondérante par rapport aux

énergies nucléaires et renouvelables (Figure 1.3) [1].

Figure 1.3 : Evolution de la consommation d’énergie primaire : historique depuis 1990 et prévisions jusqu’en 2035 ; Source : Energy information Administration (EIA)

Demande globale en énergie de 2002 à 2030

1015 BTU

35

Selon le Groupement International des Experts Climatiques (GIEC), trois

orientations sont possibles : soit une forte présence de combustibles fossiles (le "tout

fossile"), soit la recherche d’un équilibre entre les diverses sources énergétiques et la

promotion de l’efficacité énergétique (le "mixte énergétique"), ou bien le développement des

technologies énergétiques alternatives (le "non-fossile") [2].

Les conséquences de l’augmentation permanente de l’utilisation des combustibles

fossiles sont de trois ordres :

- Diminution du stock.

L’échelle du temps d’utilisation et d’exploitation humaine est incomparable à celle de la

dégradation des matières organiques en matière fossile. A terme, les réserves vont être

épuisées (figure 1.4). Les estimations sont de l’ordre d’une quarantaine d’année pour le

pétrole, d’une soixantaine d’année pour le gaz et d’un peu moins de 200 ans pour le charbon.

Figure 1.4 : Estimation de la réserve mondiale par rapport à la production en 2003 Source : EIA (Energy information Administration)

- Augmentation des émissions des gaz à effet de serre.

L’exploitation industrielle des combustibles fossiles s’accompagne d’émissions de gaz,

Estimation de la réserve mondiale

Pétrole

3851 MTEP

Gaz 3855 MTEP

Charbon 11712 MTEP Pro

duct

ion

en 2

003,

(en

MT

EP

)

Années (de réserve par rapport à la production)

36

essentiellement de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4), dont la proportion a

augmenté de 50 % en un siècle (Figure 1.5). Ces gaz provoquent un effet de serre dont la

conséquence est le changement climatique.

Figure 1.5 : Evolution des émissions de CO2 : historique depuis 1970 et prévisions jusqu’en 2020 (source : EIA-Energy Information Administration)

- Dégradation de la santé humaine et de l'environnement :

Outre leurs conséquences globales sur l'effet de serre, la production et la consommation

d'énergie ont des incidences locales sur l'environnement. Elles ont notamment un impact de

mieux en mieux connu sur la qualité de l'air et la santé humaine, mais aussi parfois sur les

paysages et les écosystèmes.

Le protocole de Kyoto (PK) en 1997 dont l’objectif est de ramener à l’horizon de 2010 les

émissions à un niveau inférieur à 6% a été ratifié au début par plus de 160 pays. Les Etats

Unis d’Amérique qui produisent le plus de gaz à effet de serre (36,1%) n’ont cependant pas

ratifié ce protocole (figure 1.6). En 2005, le PK est entré en vigueur après la signature de la

Russie. Entre sa signature en 1997 et son entrée en vigueur en 2005, le PK a été ratifié en

plusieurs phases successives. A l'heure actuelle, 195 « Parties » (194 pays et l'Union

européenne) ont déposé leurs instruments de ratification, d’accession, d’approbation ou

d’acceptation du protocole de Kyoto.

Emissions de CO2 x 109 Tonnes d’équivalent Carbone

37

Figure 1.6 : Emissions de CO2 par pays Source : EIA (Energy information Administration)

Toutefois, le protocole n’engage réellement que 37 pays industrialisés. Selon la

convention sur le changement climatique de 1992, les pays développés doivent être à l’avant-

garde de la lutte contre les changements climatiques. Les pays en développement, y compris

le Brésil, la Chine, l’Inde et l’Indonésie, sont également parties prenantes au protocole mais

ne sont pas concernés par l’engagement de réduction d’émissions de Gaz à Effet de Serre

(GES).

Les Pays en Développement en particulier Madagascar ne sont pas soumis à ces

obligations. Toutefois, ils peuvent profiter pleinement du Mécanisme de Développement

Propre (MDP) en bénéficiant des financements de projets de développement propre et durable

par le marché de Carbone et ainsi contribuer à ce que les pays pollueurs puissent répondre à

leur obligation de réduction de GES. Le mécanisme de flexibilité et la mise en œuvre

conjointe sont les instruments utilisés à ces fins :

• Aux pays développés de trouver appui auprès des pays en développement pour l’achat

de crédits carbone leur permettant de remplir une partie de leurs engagements.

• Aux pays en développement de profiter pleinement du MDP et de pouvoir concrétiser

des projets de développement propres et durables en utilisant la synergie et la

complémentarité Nord-Sud .

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0

1. USA

2 Chine

3 Russie 4 Japon

5 Inde

78%

6 Allemagne

7 Angleterre

8 Canada

9 Corée-S

10 Italie

11 France

12 Australie

13 Mexique

14 Iran

15 Brésil

16 Afrique du Sud

17 Ukraine

18 Pologne

19 Espagne

20 Indonésie

Emissions de CO2 par pays (combustibles fossiles) en millions de tonnes

38

Concrètement, le MDP permet aux pays industrialisés de l’Annexe B du PK et à leurs

entreprises d’acheter des crédits d’émissions, utilisables au cours de la période 2008-2012,

pour se conformer à leurs engagements découlant du dit Protocole. L’achat de ces crédits

d’émissions se fait à travers des projets, réalisés dans les pays en développement, permettant

de réduire et/ou d’éviter les émissions de GES. Le MDP vise ainsi à engendrer des flux

financiers additionnels vers les pays du Sud, orientés dans des projets de développement

durable, tout en permettant aux pays industrialisés de réaliser plus efficacement des

réductions d’émissions de GES. La réduction d’une même quantité de GES est en effet moins

coûteuse dans les pays en développement que dans les pays industrialisés compte tenu des

efforts technologiques déjà réalisés dans ces derniers. Le MDP est donc basé sur des activités

de projets réalisés dans les pays en développement qui se traduisent par des réductions

d’émissions de GES. Il concerne, principalement, les opérateurs économiques et financiers

des pays, ayant ratifié le PK, qui interviennent dans le cadre des modalités fixées par les

instances du MDP. Les gouvernements, quant à eux, interviennent pour leur faciliter les

démarches, pour légiférer et réglementer, pour autoriser les projets et les investissements, et

pour promouvoir le MDP dont le principe peut être présenté schématiquement comme suit :

• Un pays industrialisé de l’Annexe B (ou un opérateur économique ou financier de ce

pays) achète les réductions d’émissions réalisées grâce à une activité de projet menée

dans un pays en développement.

• L’opérateur économique du pays en développement ou« pays hôte », qui réalise le

projet (par exemple la construction d’un parc éolien ou d’une microcentrale

hydraulique…), vend les réductions d’émissions au prix du marché du carbone (à titre

d’exemple, en 2004, entre 5 et 10 US dollars la tonne de CO2-eq) [3].

L’Europe des 15 en 2010 a globalement réduit à 4,7% son taux d’emission de GES mais

l’Italie, le Luxembourg et l’Autriche n’ont pas atteint les objectifs fixés pour 2008-2012 [4].

Dans les années à venir les NAMA, qui signifie Nationally Appropriate Mitigation

Actions (en français : Mesures d’atténuation appropriées au niveau national), issues des

négociations internationales sur les changements climatiques pourraient éclipser le MDP. Les

NAMA sont des programmes, des projets ou des actions volontaires qui mettent en œuvre des

politiques de développement qui atténuent les GES dans les pays en développement. Les

mesures sont élaborées à l’initiative des autorités nationales et le but des NAMA est de

permettre un financement international, efficace et à plus grande échelle.

Selon les données recueillies par l’entreprise Ecofys, le nombre de pays à la recherche

de financement pour développer des NAMA a pratiquement doublé au cours des six derniers

39

mois pour atteindre le nombre de 66. Simultanément, les prix des unités de réduction

d’émission de carbone stagnent en dessous de 1 € à cause des problèmes de surallocation que

traverse son principal débouché, le marché du carbone réglementaire de l’UE. Le nombre

d’enregistrements de projets sur le MDP est ainsi présentement en baisse. Cette tendance

s’appuie sur l’absence actuelle de politique climatique à l’échelle internationale alors que les

initiatives locales se multiplient. Tandis qu’un système planétaire ne sera pas défini avant

2015 et mis en œuvre avant 2020, les systèmes régionaux préfèrent faire appel à des solutions

locales, comme des crédits compensatoires domestiques par exemple, plutôt que d’utiliser le

MDP.

C’est dans ce contexte que les NAMA pourraient progressivement prendre la place du

MDP d’ici 2020. Alors qu’il est difficile de donner un chiffre, il est estimé que le potentiel de

réductions d’émission des NAMA pourrait dépasser significativement celui espéré de 2,5

milliards de tonnes d’ici 2020 pour le MDP [5].

Les projets de développement durable sont caractérisés par l’utilisation des sources

d’énergies renouvelables qui sont inépuisables. Fournies par le soleil, le vent, la chaleur de la

terre, les chutes d’eau, les marées ou encore la croissance des végétaux et le recyclage des

déchets, leur exploitation n’engendre pas ou peu de déchets ni d’émissions polluantes. On

qualifie les énergies renouvelables d’énergies “flux” par rapport aux énergies “stock”, elles-

mêmes constituées de gisements limités de combustibles fossiles : pétrole, charbon, gaz et

uranium [6]. La forme d’énergie renouvelable qui est traditionnellement utilisé dans le monde

et dans les pays en développement est la biomasse en particulier le bois énergie et le charbon

de bois.

D’un autre côté, en 2008 une initiative internationale et transnationale qu’est le REDD

(Reduccing Emissions from Deforestation and Degradation ou Réduction des émissions issues

de la déforestation et de la dégradation forestière) est lancée. Elle vise à lutter contre le

réchauffement climatique provoqué par les émissions de GES induites par la dégradation, la

destruction et la fragmentation des forêts. Elle est coordonnée par l'ONU qui a mis en place le

programme UN-REDD. Elle s'appuie sur des incitations financières et est indirectement liée

au marché de carbone. REDD+ correspond à la prise en compte de l’augmentation des stocks

de carbone, par exemple via des pratiques sylvicoles adaptées ou des plantations [6].

40

1.2 - BIOMASSE DANS LE MONDE

1.2.1 - Place de la biomasse

Depuis le 1er choc pétrolier de 1974 et à cause des fluctuations du prix de pétrole, la

filière biomasse connaît un regain d'intérêt, mais sous de nouvelles formes. Le développement

de technologies plus performantes, notamment en vue de la production d'électricité, est

aujourd'hui favorisé. En 2002, les énergies renouvelables représentaient 14% de la

consommation totale d'énergie primaire mondiale. La biomasse est la 1ère source d'énergie

renouvelable au niveau mondial. Elle comptait pour près de 80% dans la production

énergétique issue de différentes sources renouvelables. En effet, le bois est traditionnellement

utilisé depuis longtemps pour le chauffage mais a peu à peu été abandonné au profit de

sources d'énergies plus souples d'utilisation. La production d'électricité à partir de biomasse

représentait seulement 6% de la part d'électricité d'origine renouvelable mondiale.

L’énergie produite à partir de la biomasse représente la majeure partie de l’approvisionnement

final total de l’Afrique. Il est toutefois important de noter que les données sur la biomasse en

Afrique sont particulièrement problématiques. La plupart des pays ne disposent pas de bases

de données fiables et actualisées sur l’énergie, particulièrement en ce qui concerne la

biomasse [7]. En Afrique en 2002, les estimations disponibles indiquent que la biomasse

constituait 58 % de la consommation énergétique finale (AIE, 2004). Selon la même source,

la biomasse représentait 49 % de la fourniture totale en énergie primaire. Bien qu’elle ait

connu une baisse de sa part relative dans l’approvisionnement total en énergie primaire en

l’espace de 30 ans (de 62 à 49 %), la biomasse joue encore un rôle dominant dans le secteur

énergétique africain (tableau 1.3). La forte dépendance vis-à-vis de la biomasse est

particulièrement visible en Afrique subsaharienne, où elle représente jusqu’à 90 % de

l’approvisionnement en énergie primaire et, selon les estimations, 86 % de la consommation

énergétique dans certains pays.

Tableau 1.3 : Approvisionnement total en énergie finale en Afrique, biomasse comprise 2020 Taux de croissance

annuel (%) 2002-2020 Biomasse

(MTEP) Part de la biomasse dans

l’approvisionnement total (%) Biomasse

Afrique 367 43 1,9 Total PED

1127 18 1,1

Monde 1428 10 1,4

Source : AIE, 2004 in Karekezi et al., 2005

41

L'Afrique est la région du monde où le bois-énergie (BE) y joue son rôle le plus

critique. La dépendance des sous-régions de l'Afrique tropicale au bois comme source

d'énergie atteint entre 61 et 82 % de la consommation d'énergie primaire totale. Comparé à

d'autres régions, le continent africain a le taux de consommation de bois de feu (charbon de

bois inclus) le plus élevé par personne, représentant entre 90 et 98 % des besoins en énergie

ménagère [8].

1.2.2 - Potentiel de la biomasse

Contrairement aux autres énergies renouvelables, la biomasse jouit d'une disponibilité

importante. Là où les énergies éolienne, hydraulique, solaire ou géothermique sont limitées

par des contraintes liées au milieu environnant, la biomasse est une alternative plus souple.

La ressource en biomasse pour la production d'énergie est très diversifiée. Elle peut

provenir :

− de forêts naturelles ;

− de cultures dédiées à une utilisation énergétique ;

− de sous-produits de l'industrie du bois (déchets et sciures) et des bois de rebut ;

− de sous-produits de l'industrie agricole (paille de blé, balle de riz, coque de noix de

coco et de palmier, coques d’arachides, tiges de coton…).

L'importance et la nature du gisement dépendent de la région d'exploitation. Dans les

pays tropicaux, la biomasse utilisée est en général issue de forêts naturelles, de plantations

énergétiques (Eucalyptus cultivé en taillis à courte rotation (5 à 8 ans)) et des déchets

agricoles. Le cas exceptionnel du Brésil mérite d’être évoqué. Une industrie de fabrication

d'éthanol à partir de la canne à sucre, utilisé à l'échelle nationale dans les moteurs à essence

s’est développée spectaculairement.

L'estimation du potentiel de ressource mobilisable est nécessaire pour avoir une vision

claire des possibilités de développement de la biomasse énergie. Une étude sur le potentiel

mondial en résidus agricoles et déchets de bois est réalisée par l'entreprise BTG ("Biomass

Technology Group") basée aux Pays-Bas, dans le cadre du projet ULCOS (Ultra-Low Carbon

dioxide), qui vise à développer l'utilisation du charbon de bois en substitution au coke dans

l'industrie sidérurgique [9]. Ils ont répertorié pas moins de 455 MTEP de résidus agricoles et

225 MTEP de déchets de bois utilisables à des fins énergétiques (tableau 1.4).

42

Tableau 1.4 : Potentiel annuel mondial en 2005 en déchets de bois et en déchets agricoles pour la production d'énergie. Type de déchets En MTEP

déchets de bois 225

déchets agricoles : paille (blé, riz, orge) tiges de coton bagasse balle de riz

455 270 43 12 8

TOTAL 680

Source (projet ULCOS)

1.2.3 - Bois énergie

Dans le monde, le bois énergie est particulièrement utilisé pour le chauffage et la

cuisson. Le développement de cette filière se généralise.

• Bois énergie en Europe

Dans l’ensemble de l’Europe, la volonté est aujourd’hui forte de recourir au bois-

énergie, combustible renouvelable disponible pour la plupart des pays de l’union européenne.

En Europe le bois de chauffage représente 75% de la biomasse utilisée, soit 3,5% de la

consommation d’énergie fossile [10]. De la forêt boréale jusqu'à la forêt méditerranéenne,

l’Europe est largement boisée. La surface forestière couvre environ un tiers du territoire (115

millions d’hectares de forêt). 70% du couvert forestier est concentré dans cinq

pays (l’Allemagne, la France, la Finlande, la Suède et le Portugal). Dans la majorité des pays,

l’expansion en surface des forêts se poursuit en occupant notamment les espaces abandonnés

par l’agriculture. La récolte de bois est largement inférieure à l'accroissement annuel. En

moyenne, pour l'Europe 50% seulement de l'accroissement annuel est récolté. La situation

diffère selon les pays mais d'une manière générale, le potentiel de prélèvement - sans atteinte

au renouvellement des forêts - est encore large. Une bonne partie de ce potentiel est

mobilisable pour le bois énergie. Il est malgré tout difficile et délicat d'évaluer exactement

cette ressource bois énergie étant donné les nombreux facteurs locaux qui entrent en jeu : type

de forêt, type de sylviculture, implantation des industries du bois, débouchés existants pour

les différents sous-produits. En effet, le bois est une ressource naturelle utilisée à des fins

diverses, y compris comme source d'énergie renouvelable.

En 2010, le bois et les déchets du bois ont contribué à hauteur de 4,8 % à la

consommation intérieure brute d'énergie dans l'Union Européenne des 27 (UE27). Ils

constituaient la première source d'énergie renouvelable, représentant près de la moitié de la

43

consommation d'énergie renouvelable de l'UE27 (Tableau 1.5).

Cette part du bois énergie dans la production d’énergie primaire de l’Union Européenne

(tableau 1.6) ne couvre que 2 % de la consommation de son énergie totale. Le bois énergie est

la principale source d’énergie renouvelable de l’union européenne, en effet, il représente 49%

de la production d’énergie primaire à partir des énergies renouvelables .

Tableau 1.5 : Bois comme source d'énergie Le bois dans la consommation intérieure brute d'énergie, 2010 % de l'énergie totale % de l'énergie renouvelable

UE27 4,8 49 Belgique 2,4 58 Bulgarie 5,0 62

Rép. tchèque 4,4 71 Danemark 13,2 65 Allemagne 3,6 38

Estonie 13,4 96 Irlande 1,4 31 Grèce 2,9 38

Espagne 3,6 32 France 3,9 50 Italie 2,5 24

Chypre* 0,5 13 Lettonie 27,1 78 Lituanie 13,7 88

Luxembourg 1,0 36 Hongrie 5,9 77 Malte** : : Pays-Bas 1,6 46 Autriche 13,0 50 Pologne 5,8 81 Portugal 10,6 47

Roumanie 11,2 68 Slovénie 7,9 53

Slovaquie 4,0 52 Finlande 20,8 85

Suède 19,3 57 Royaume-Uni 1,0 30

** Aucune production : Données non disponibles, Source: Eurostat

L’Union Européenne place le bois énergie à un des premiers plans en matière

d’approvisionnement énergétique futur pour

l’augmentation de son indépendance énergétique et dans sa démarche de développement

durable. Elle avait comme objectif indicatif à partir de 2010, de fournir 12 % de sa

consommation intérieure brute d'énergie à partir de sources d'énergies renouvelables. La

puissance visée pour le chauffage bois énergie est de 10 000 MWth, soit une augmentation de

44

4,5 MTEP de la production. Cette évolution correspond à environ un million de logements

chauffés par le bois au moyen de chaudières individuelles, de chauffages collectifs et de

chauffages urbains, constituant un marché colossal.

Les efforts de développement sont surtout portés sur les chaufferies collectives et les

réseaux de chaleur, grâce à la mise en place de plans de soutien adaptés (comme en Autriche,

au Danemark, en Finlande, en Suède). Le potentiel de développement de chaufferies

automatiques au bois se situe surtout dans les zones éloignées des réseaux de distribution du

chauffage urbain et du gaz naturel. Les efforts de développement ont porté peu sur le

chauffage individuel, puisque plus de 85 % des logements de l’Union Européenne sont déjà

chauffés par d’autres systèmes individuels. Mais la modernisation des technologies pour les

particuliers devrait apporter des résultats encore plus importants [11].

Tableau 1.6 : Production totale d’énergie primaire dans l’Europe des 27 (en MTEP)

1998 2000 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2006

(%)

EU-27 940,5 942,8 933,0 933,0 933,2 927,2 923,1 891,4 871,2 100,0

Zone euro 435,0 436,5 434,9 440,1 442,9 446,1 458,6 448,9 451,7 51,8

Belgique 12,0 13,3 13,1 12,7 12,9 13,1 13,2 13,5 13,4 1,5

Bulgarie 10,2 9,0 9,8 10,3 10,5 10,1 10,2 10,6 10,9 1,3

R. Tchèque 30,5 27,7 29,6 30,2 30,4 34,1 32,8 32,4 33,1 3,8

Danemark 20,3 23,7 27,7 27,1 28,5 28,4 31,0 31,3 29,5 3,4

Allemagne 131,7 134,6 132,1 133,1 133,9 135,2 137,0 135,7 136,9 15,7

Estonie 3,2 3,0 3,2 3,4 3,7 4,2 4,0 4,2 3,9 0,4

Irlande 2,4 2,5 2,2 1,8 1,5 1,8 1,8 1,6 1,6 0,2

Grèce 10,0 9,4 9,9 9,9 10,5 9,9 10,3 10,3 10,1 1,2

Espagne 32,0 30,3 31,2 32,9 31,6 32,8 32,4 30,1 31,2 3,6

France 125,1 127,2 131,1 131,7 133,4 134,8 135,7 135,5 135,6 15,6

Italie 30,1 29,0 26,8 25,7 26,3 27,3 28,1 27,7 27,1 3,1

Chypre 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,0

Lettonie 1,8 1,6 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 1,8 0,2

Lituanie 4,4 3,5 3,2 4,1 4,8 5,1 5,0 3,7 3,2 0,4

Luxembourg 0,1 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0

Hongrie 11,9 11,5 11,2 10,8 11,1 10,7 10,2 10,4 10,3 1,2

Malte - - - - - - - - - -

Pays-Bas 62,9 59,4 57,2 60,9 60,4 58,4 67,7 61,9 60,8 7,0

Autriche 8,7 9,4 9,6 9,6 9,7 9,5 9,7 9,3 9,6 1,1

45

Pologne 86,8 82,8 78,4 79,4 79,1 78,7 78,0 77,7 76,8 8,8

Portugal 3,7 3,4 3,8 3,9 3,6 4,3 3,9 3,6 4,3 0,5

Roumanie 29,2 28,1 28,7 27,6 28,0 28,3 28,4 27,5 27,4 3,1

Slovénie 3,0 2,9 3,1 3,1 3,4 3,2 3,4 3,5 3,4 0,4

Slovaquie 4,7 5,2 6,0 6,4 6,5 6,3 6,2 6,3 6,3 0,7

Finlande 13,1 15,2 14,7 14,7 15,6 15,5 15,4 16,2 17,8 2,0

Suède 33,0 32,7 30,0 33,3 31,2 30,4 33,8 34,2 32,3 3,7

Royaume-Uni 269,5 277,6 269,1 258,7 254,9 243,2 223,2 202,5 183,9 21,1

Source : Eurostat

D’autres usages de la biomasse, soit pour la production de chaleur ou d’électricité, soit

pour la production de biocarburants, pourraient permettre la production de services

énergétiques sur des bases durables. Toutefois la disponibilité des terres, la concurrence avec

les cultures alimentaires et l’impact sur la biodiversité doivent être pris en compte.

Selon le tableau de bord des statistiques du bois énergie en France et étant donné

l'impossibilité d'estimer les stocks de bois constitués par les détaillants et les particuliers, on

adopte par convention que la production est égale à la consommation de bois combustible. Au

niveau français, la consommation de bois et de déchets de bois par la filière bois-énergie

s'élève à 9,3 MTEP par an (Tableau I.7).

Tableau 1.7 : Production d’énergie primaire renouvelable en bois en France Année 2003 2004 2005

Unité En KTEP En KTEP En KTEP

9 408 9 363 9 354

Source : DGEMP-observatoire de l’Energie (mai 2006)

L'ADEME a fait réaliser en 2002 une étude sur le potentiel des résidus générés par la

récolte des bois d'œuvre et d'industrie. Le potentiel énergétique de ces rémanents a été estimé

à 7,3 MTEP supplémentaires (soient 17 milliers de tonnes de bois sec valorisables sous la

forme de plaquettes forestières), ce qui offre quasiment la possibilité de doubler la

consommation annuelle de la filière bois-énergie en France. D'autre part, l'ADEME a estimé

en 2004 à 30 MTEP par an le potentiel supplémentaire de la biomasse végétale mobilisable

pour la production de biocarburants, de chaleur, d'électricité et d'hydrogène, mais aussi de

bioproduits industriels ("chimie verte").

L’accélération des ventes d'appareils de chauffage au bois favorisée par la mise en place

46

de crédit d'impôt (inserts des foyers fermés, mais aussi appareils indépendants et chaudières)

et la progression toujours soutenue des installations de chaufferies collectives et industrielles

ont été constatées (333 chaufferies au bois engagées en 2005 pour une puissance de 146 MW

dans le cadre du « Plan bois énergie 2000-2006 », conduit par l'ADEME) [12].

• Bois énergie en Afrique

Au niveau international, le nombre total de personnes dépendant de la

biomasse traditionnelle comme source de chauffage et comme combustible de cuisson était

estimé à environ 2,4 milliards en 2002 et devrait atteindre 2,6 milliards en 2030. Ce chiffre

s'explique surtout par la croissance démographique en Afrique.

Dans de nombreux pays d’Afrique, la demande locale d’électricité pour le pompage de

l’eau, pour l’irrigation et pour l’artisanat rural pourrait être satisfaite par des unités de

production d’électricité à partir de bois et de déchets végétaux. Cependant, la large diffusion

des technologies disponibles n’est pas encore effective à cause d’un manque de savoir-faire

local.

En Afrique, la biomasse est utilisée par une large majorité de la population pour

répondre à ses besoins en énergie, par le bois de feu et le charbon de bois essentiellement, de

68% au Kenya jusqu'à 94% au Burundi. Elle représente 80% de la consommation totale de

l'énergie en Afrique subsaharienne et jusqu'au tiers de l'économie totale des ménages.

Pour répondre à ce problème, l’ADEME, le CIRAD (Centre de Coopération

internationale en Recherche agronomique pour le Développement, UPR 42 Biomasse

Energie), l’Université catholique de Louvain et des partenaires du Sud ont mis en place le

projet BEPITA, soutenu par le programme COOPENER de la Commission européenne. Dans

ce contexte, des plates-formes de formation pérennes sont développées au Cameroun et au

Burkina Faso. Elles couvrent ainsi les problématiques de deux types de régions différentes,

les zones sèches et les zones humides, avec des potentiels énergétiques spécifiques [13].

Les données sur les statistiques d'énergie d'origine ligneuse en Afrique sont pour la

plupart des estimations et ne tiennent pas compte ces dernières années de l'évolution des

différents types de produits. Contrairement aux autres continents où les organismes

internationaux ou régionaux assurent périodiquement la diffusion de l’information, on ne

dispose pas pour l’ensemble de l’Afrique d’annuaires statistiques rassemblant les données sur

l’énergie pour chaque pays, ni d’ouvrages de synthèse sur les questions énergétiques.

L’information se trouve souvent disséminée dans divers documents, tantôt d’origine

nationale, mais leur accès est rendu difficile en l’absence d’une centralisation suffisante,

47

tantôt d’origine internationale, mais ils pâtissent alors d’une actualisation irrégulière qui

compromet la réalisation d’un panorama général [14]. Entre autres conséquences, cette

carence a certainement freiné le renouvellement des données et analyses concernant les

systèmes énergétiques africains.

Le Marché commun de l'Afrique orientale et australe (COMESA) composé de : Angola,

Burundi, Comores, Djibouti, Egypte, Erythrée, Ethiopie, Kenya, Madagascar, Malawi,

Maurice, Namibie, Ouganda, République démocratique du Congo, République-Unie de

Tanzanie, Rwanda, Seychelles, Soudan, Swaziland, Zambie et Zimbabwe, renferme 8 % des

forêts du monde. Bien que le quart environ des terres émergées de la région soit boisé, le

couvert forestier varie considérablement entre les pays. Ceux dont le couvert est le plus

étendu comprennent la République démocratique du Congo, l'Ouganda, la Zambie, la

Tanzanie et le Malawi. Les autres ont un couvert faible à modéré. Les utilisations comme bois

de feu et charbon de bois absorbent plus de 90 % du bois produit dans la région. Le COMESA

n'assure qu'une faible part des importations et exportations mondiales de produits ligneux. La

consommation en bois énergie y est de 255 millions de m3 soit 14 % de l’énergie primaire

totale.

La Communauté économique des Etats de l'Afrique de l'Ouest (CEDEAO) dont les

membres sont : Bénin, Burkina Faso, Cap-Vert, Côte d'Ivoire, Gambie, Ghana, Guinée,

Guinée-Bissau, Libéria, Mali, Mauritanie, Niger, Nigéria, Sénégal, Sierra Leone et Togo,

renferme 2 % des forêts du monde. Alors que 12 % seulement de la superficie des terres

portent un couvert forestier, 23 % entrent dans la catégorie des «autres terres boisées» qui

contribuent à la fourniture de divers produits forestiers, utilisées comme pâturages ou

favorisant la lutte contre la désertification. Plus de 90 % du bois produit par les pays de la

CEDEAO est utilisé comme bois de feu ou charbon de bois. Au sein de la CEDEAO, les

producteurs principaux de produits ligneux industriels sont le Nigéria, la Côte d'Ivoire et le

Ghana. La consommation de bois énergie est de 191 millions de m3, soit 10 % de l’énergie

primaire totale [15].

.

• Bois énergie en Asie, en Océanie et en Amérique.

La situation du bois énergie dans les autres régions du monde peut être définie par zone

et espace de développement économique.

Pour l’Association des Nations de l'Asie du Sud-Est (ANASE) dont les membres sont :

Brunéi Darussalam, Indonésie, Malaisie, Myanmar, Philippines, République démocratique

populaire lao, Singapour, Thaïlande et Viet Nam, près de la moitié de leur région est

48

recouverte de forêts tropicales qui représentent environ 6 % des forêts du monde.

Le Forum du Pacifique Sud dont les membres sont : Australie, Iles Cook, Fidji, Kiribati,

Iles Marshall, Etats fédérés de Micronésie, Nauru, Nioué, Nouvelle-Zélande, Palaos,

Papouasie-Nouvelle-Guinée, Iles Salomon, Samoa occidental, Tonga, Tuvalu et Vanuatu,

comprend moins de 3 pour cent des forêts du monde. Environ 86 % d'entre elles sont situées

en Australie et en Papouasie-Nouvelle-Guinée, mais elles sont très denses sur plusieurs îles,

en particulier les îles Salomon, la Papouasie-Nouvelle-Guinée et Vanuatu et, dans une

moindre mesure, Samoa et Fidji. D'importants programmes de plantation sont réalisés en

Australie et en Nouvelle-Zélande. La consommation de bois énergie est de 8,8 millions de m3

soit moins de 1% de l’énergie primaire totale.

Au sein de l’Accord de Libre-échange Nord-Américain (ALENA) dont les membres

sont : Canada, Etats-Unis d'Amérique et Mexique, un quart de sa superficie est recouverte de

forêts. A eux trois, ces pays renferment 15 pour cent des forêts du monde. Environ 90 %

d'entre elles sont situées aux Etats-Unis et au Canada, qui sont d'importants producteurs

mondiaux de bois. La consommation de bois énergie est de 111 millions de m3 ou 6% de

l’énergie primaire totale.

L’Association Sud-Asiatique de Coopération Régionale (ASACR) dont les membres

sont : Bangladesh, Bhoutan, Inde, Maldives, Népal, Pakistan et Sri Lanka, représente

seulement 2 % de la superficie forestière mondiale mais 22 % de la population de la planète y

vivent. Le couvert forestier est relativement faible (19 % de la superficie des terres émergées),

mais les «arbres hors forêt», notamment sur les terres agricoles, constituent une source

importante de produits forestiers ligneux et non ligneux, en particulier au Bangladesh, au Sri

Lanka, au Pakistan et dans certaines régions de l'Inde. Plus de 90 % de la production de bois

est utilisée comme bois de feu et charbon de bois dont les trois quarts sont consommés en

Inde seulement. Vingt pour cent de la production mondiale de bois de feu et de charbon de

bois est imputable à l'ASACR. Leur consommation en bois énergie est de 371millions de m3

ou 20 % de l’énergie primaire totale.

Pour La Ligue des Etats Arabes constituée des pays suivant : Algérie, Arabie saoudite,

Bahreïn, Comores, Djibouti, Egypte, Emirats Arabes unis, Iraq, Jamahiriya Arabe Libyenne,

Jordanie, Koweït, Liban, Maroc, Mauritanie, Oman, Palestine, Qatar, République Arabe

Syrienne, Somalie, Soudan, Tunisie et Yémen, la superficie forestière globale ne représente

que 1 % des forêts du monde. Le bois de feu et le charbon de bois sont les principaux produits

forestiers de ces pays. Leur consommation en bois énergie est de 35 millions de m3, soit 2 %

49

de l’énergie primaire totale [16].

Quant aux pays issus de l’ancienne Communauté des Etats indépendants (CEI) dont les

membres sont : Arménie, Azerbaïdjan, Bélarus, Géorgie, Kazakhstan, Kirghizistan,

République de Moldavie, Ouzbékistan, Fédération de Russie, Tadjikistan, Turkménistan et

Ukraine, ils représentent environ un quart des forêts du monde et 94 % des forêts du groupe

sont concentrées en Fédération de Russie, qui englobe à elle seule 22 % des forêts du monde.

La Bélarussie et la Géorgie sont aussi fortement boisés, tandis que les autres pays ont un

couvert forestier faible à modéré. La Fédération de Russie assure environ 90 % de la

production et de la consommation de produits forestiers de la CEI. La consommation en bois

énergie est de 25 millions de m3 soit 1 % de l’énergie primaire totale. Cette faible

consommation par rapport à l’abondance des ressources est due à la surexploitation et à

l’existence de produits pétroliers fossiles. Cependant, cette trop faible consommation est

sûrement sous estimée étant donné le retard du développement de la technologie dans bon

nombre de ces pays [17].

• Bois énergie et les Pays En Développement (PED).

L’utilisation traditionnelle de la biomasse constitue plus de la moitié de l’énergie

primaire dans la majorité des PED, voire plus de 80% dans certains pays d’Afrique. De plus,

300 millions de personnes vivant dans les zones froides, ont également recours à la biomasse

pour le chauffage. Le bois mais aussi les déchets agricoles sont brûlés pour la cuisson. Ces

utilisations posent de graves problèmes :

• La collecte du bois, corvée le plus souvent assumée par les femmes, est pénible et

demande beaucoup de temps ;

• Elles contribuent à la déforestation, due notamment à une mauvaise exploitation des

ressources dans les zones proches des grandes villes ;

• La fumée dans les habitations provoque des problèmes de santé, touchant

principalement les femmes et les enfants.

• Le stockage nécessite un espace non négligeable

• La commodité d’utilisation : la présence d’une personne est quasiment indispensable

durant la cuisson.

Toutefois, l’utilisation de la biomasse, traditionnelle aussi bien que moderne, peut

constituer une opportunité de progrès économique, social et environnemental. Pour y

parvenir, la gestion durable des forêts est la condition première afin de pérenniser la

50

ressource. Les utilisations énergétiques peuvent être alors mieux intégrées avec les autres

activités agricoles et sylvicoles. Les actions adéquates sont souvent peu ou pas coûteuses,

mais soulèvent des problèmes sociaux, fonciers et juridiques complexes, qui nécessitent une

participation forte des populations concernées. L’utilisation traditionnelle de la biomasse peut

être améliorée par la rationalisation du transport et la conversion du bois et des déchets

agricoles et forestiers en charbon (contribution de ce travail) ainsi que par l’introduction de

foyers améliorés, avec un meilleur rendement énergétique et une diminution des fumées à

l’intérieur des habitations. Ces actions doivent respecter les habitudes et traditions des

utilisateurs, tenir compte des possibilités locales de fabrication des fours, de la nature variable

des combustibles, ainsi que des conditions réelles d’utilisation.

1.3 - PRODUCTION DE CHARBON DANS LE MONDE.

De part son utilisation comme source primaire d'énergie et/ou comme matière première

dans l'industrie, le marché du charbon de bois est encore de nos jours important dans le

Monde. Mais les données disponibles de consommation et de production de charbon de bois

sont rares et éparses. Dans certains cas, les briquettes de résidus sont inclues et

comptabilisées, dans d’autres sources on ne cite que les charbons de bois obtenus à partir de

bois de forêts naturelles or à partir des plantations de cultures énergétiques on procède

également à la fabrication de charbon. Les statistiques nationales et internationales sur

l’énergie comportent rarement un niveau d’informations détaillées sur la consommation de

combustibles ligneux et de ses dérivés en particulier du charbon de bois par rapport aux

autres sources d’énergie conventionnelle. En plus, le peu d’informations disponibles sont

recueillies, compilées et présentées avec une terminologie différente, sans définitions claires,

alors que les unités et les facteurs de conversion utilisés pour les statistiques rendent la

comparaison, le cumul et l’échange extrêmement difficile et laborieux [18]. En 2001, une

séance de travail sur les moyens d’améliorer la méthodologie en vue de la définition, de la

classification, de la compilation et de la présentation des données et informations en matières

de combustibles ligneux a été organisée par la FAO dont le but a été d’aboutir à l’édification

de la Terminologie harmonisée en matière d’énergie ligneuse (Unified Wood Energy

Terminology ou UWET) [19].

1.3.1 - Production de charbon en Afrique

En Afrique, peu de statistiques sont disponibles. La situation est très différente d’un

51

pays à un autre, d’une région à une autre (riche ou pauvre) et d’un milieu à un autre (urbain

ou rural). Dans les zones arides telles que le Sahel, on est soumis à une crise énergétique du

fait des contraintes économiques et socio-écologiques. Dans ces zones, on compte peu de gros

producteurs structurés, et les investissements dans le secteur y sont nuls ou insignifiants

caractérisés par la production de charbon en meules ou en fosses. Dans les zones humides et

forestières (Côte d’Ivoire, Zaïre, Guinée, Afrique du Sud, Nigeria,…), les énormes ressources

en bois des forêts naturelles ou artificielles sont le plus souvent à l’origine de l’essor

économique régional. Dans ces zones, si la filière reste pour l’essentiel très informelle on y

trouve une structure beaucoup plus propice à l’émergence de technologies performantes au

niveau de la production. Mais là également, le degré de développement et les modes de

production sont très différents les uns des autres, la production et la consommation de

charbon diffèrent largement d’un milieu à l’autre (rural ou urbain) et d’un pays à l’autre.

La production de charbon de bois en Afrique représente environ 55% de la production

mondiale en 2006. En Amérique latine elle est de 27%, en Asie 15% tandis qu’en Amérique

du Nord, elle représente seulement 2%. Le plus gros producteur de charbon en Afrique

subsaharienne est le Nigéria (3592 Kt). L’Egypte est le pays de l’Afrique du Nord qui produit

le plus de charbon de bois. Pour Madagascar en 2006, elle est de 950 Kt. La production n’est

pas trop différente de la consommation dans bon nombre de pays Africains, à cause de

l’inexistence d’exportation et de flux commercial international. Le charbon de bois est

destiné à la consommation nationale domestique [20]. La Somalie, le Sierra Leone, le Libéria

et Le Ghana consomment le plus de charbon de bois par habitant. Pour Madagascar, elle est

de 48 Kg par habitant en 2006. En moyenne en Afrique, chaque personne consomme environ

25 Kg, en Asie, 20Kg et seulement 3 Kg en Amérique du Nord. L’utilisation de la houille en

Chine comme combustible explique une consommation de charbon de bois en Asie de 2 Kg

par habitant. Il faut remarquer que la consommation annuelle dans les villes Africaines peut

être très différente de la consommation nationale étant donné que la majorité de la population

utilise le bois Energie. A titre d’exemple dans la ville de Dakar, la consommation par habitant

est de 50 Kg environ tandis que dans tout le Sénégal elle n’est que de 9 Kg. D’un autre côté,

on peut constater que la consommation par habitant de la ville de Yaoundé au Cameroun n’est

que de 2 Kg par habitant ; ce chiffre est faible comparé à celui des autres villes africaines, ce

cas est dû à l’abondance de ressources ligneuses aux alentours de la ville entraînant

l’utilisation de bois Energie même en zone urbaine. La consommation nationale y est de 21

Kg par habitant [21].

52

Tableau 1.8 : Production et la consommation de charbon de bois en Afrique

Production Consommation Conso / habitant

1000 Kt 1000Kt Kg/per 2002 2003 2004 2005 2006 2002 2003 2004 2005 2006 2006 Algeria 575 589 604 619 631 575 589 604 619 631 19 Angola 221 229 238 247 255 221 229 238 247 255 15 Benin 41 40 205 210 216 41 40 205 210 216 25 Botswana 62 63 65 67 68 62 63 65 67 68 37 Burkina F 469 482 496 510 524 469 482 496 510 524 37 Burundi 264 269 275 280 286 264 269 275 280 286 35 Cameroon 353 362 372 381 391 353 362 372 381 391 21 RepCent Afr 21 21 21 21 21 21 21 21 21 21 5 Chad 328 337 346 355 364 328 337 346 355 364 35 Congo, De R 1535 1589 1646 1704 1764 535 11589 1646 1704 1764 29 Congo, Rep 5 5 3 3 3 5 5 3 3 3 1 Cote dIvoire 309 401 410 420 430 309 401 409 419 428 23 Egypt 1232 1249 1265 1282 1297 1228 1242 1255 1272 1287 17 Eritrea 152 156 160 163 167 152 156 160 163 167 36 Ethiopia 3061 3140 3221 3304 3386 3061 3140 3221 3304 3386 42 Gabon 16 17 17 18 18 16 17 17 18 18 14 Gambia 49 50 51 53 54 49 50 51 53 54 32 Ghana 752 752 752 752 1359 752 748 749 749 1357 59 Guinea 290 297 304 311 318 290 297 304 311 318 35 Kenya 17 17 18 18 18 17 17 18 18 18 18 Lesotho 82 84 85 87 89 82 84 85 87 89 45 Liberia 167 175 183 192 243 167 175 183 192 243 68 Madagascar 795 833 872 910 950 766 805 843 882 921 48 Malawi 409 418 426 436 446 409 418 426 436 446 33 Mali 103 106 110 113 117 103 106 110 113 117 10 Mauritania 141 146 152 158 163 141 146 152 158 163 54 Maroc 94 95 97 99 100 94 95 97 99 100 3 Mozambique 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 5 Niger 452 468 483 500 516 452 468 483 500 516 38 Nigeria 3249 3334 3421 3510 3592 3234 3319 3391 3481 3563 25 Rwanda 48 48 48 48 252 48 48 48 48 252 27 Senegal 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 9 Sierra Leone 312 320 328 336 345 312 320 328 336 345 60 Somalia 706 735 765 797 829 659 683 715 747 756 90 South Africa 41 201 127 189 189 10 183 100 154 165 3 Sudan 795 822 850 879 906 795 822 850 879 906 24 Tanzania 1243 1285 1328 1372 1416 1243 1285 1328 1372 1416 36 Togo 280 280 300 300 206 280 280 300 300 206 32 Tunisia 199 201 203 206 207 199 201 203 206 207 20 Uganda 752 772 792 814 836 752 772 792 814 836 28 Zambia 1041 1041 1041 1041 524 1041 1041 1041 1041 524 45 Zimbabwe 9 9 9 9 11 9 9 9 9 11 1 Afrique 20620 21649 22301 22925 23719 20496 21526 22152 22767 23550 25 Asie 7069 7237 6028 6194 6469 7098 7282 6147 6346 6644 2 N Amerique 959 982 930 940 902 982 1030 988 992 956 3 L América, 14766 15597 16001 12739 11786 14669 15498 15886 12571 11558 20 Monde 43828 45951 45746 43298 43456 43945 46047 45895 43527 43528 7

Source : FAOSTAT 2006

53

1.3.2 - Production de charbon dans l’Union Européenne

Les pays de l’UE sont de gros importateurs de charbon de bois. La France, l’Allemagne

et l’Espagne sont à la fois les plus gros consommateurs et producteurs de charbon de bois à

usage domestique. Les pays Nordiques tels que l'Allemagne ou la Hollande sont

principalement des consommateurs de charbon aggloméré, alors que les pays méditerranéens

utilisent essentiellement du charbon en morceau. Tous les pays d’Europe importent soit du

charbon de bois, soit du charbon actif destiné à l’activation sans qu’il y ait de distinction dans

les statistiques.

La production de charbon de l’Union Européenne de 1998 à 2002, représentée dans le

tableau 1.9 n’occupe qu’une part négligeable de la production mondiale [21].

Tableau 1.9 : Production de charbon de bois dans l’Union Européenne Pays Production de charbon de bois (en tonne)

1998 1999 2000 2001 2002

Autriche 0 0 0 0 0

Belgique 0 0 0 0 0

Danemark 0 0 0 0 0

Finlande 0 0 0 0 0

France 111 000 111 500 60 000 60 000 60 000

Allemagne 0 0 0 0 0

Grèce 10 000 10 000 11 591 10 830 10 830

Irlande 0 0 0 0 0

Italie 11 000 11 000 11 000 10 000 10 000

Luxembourg 0 0 0 0 0

Hollande 2 000 1 000 1 000 820 1 000

Portugal 23 000 23 000 23 000 19 000 21 000

Espagne 65 000 65 000 0 0 0

Suède 3 000 3 000 3 000 1 000 1 000

Grande Bretagne 5 000 5 000 5 000 5 000 5 000

Total Union

Européenne

230 000 229 000 114 591 106 650 108 830

Monde 38 669 580 39 401 095 39 248 846 40 776 148 42 407 468

Source : FAOSTAT (2004)

54

13.3 - Production de charbon de bois en Asie

Dans les pays de l’Asie et de l’Asie du Sud-Est, les statistiques sur la production et la

consommation de charbon de bois sont aussi rares. D’autant plus que la situation diffère pour

chaque sous région. Les données pour quelques pays selon la FAO illustrent la topographie

de la production de charbon de bois en Asie [17]. Les pays asiatiques qui font parties de la

CEI ne sont pas pris en compte ainsi que l’Israël et la Turquie.

L’Inde, la Chine et la Thaïlande sont les plus gros producteurs de charbon de bois en

Asie (tableau 1.10). En 2006, la production dans ces pays représente respectivement 35%,

21% et 16% de la production totale de charbon de bois en Asie.

La production, ces dernières années, reste constante en Inde. Une légère baisse est

constatée en Chine mais par contre augmente en Thaïlande.

Le Bengladesh, les Philippines, l’Indonésie, le Vietnam, le Myanmar et la Corée du Nord sont

également de gros producteurs de charbon de bois.

Les principaux exportateurs de charbon de noix de coco destiné à l’activation, au

marché européen sont le Viet Nam, le Sri Lanka, les Philippines et l’Indonésie mais ces

productions ne sont pas comptabilisées comme étant du charbon de bois.

55

Tableau 1.10 : Production de charbon en Asie

Source : FAOSTAT (2011)

Production de charbon de bois (en tonnes)

Pays 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Afghanistan 86 790 89 943 93 211 96 598 99 572 102 639 105 799 109 057 112 415

Arabie saoudite 31 481 32 602 33 764 34 967 36 041 37 149 38 290 39 467 40 680

Bahreïn 936 955 974 994 1 007 1 021 1 035 1 049 1 063

Bangladesh 296 916 300 445 304 016 307 629 310 896 314 200 317 536 320 909 324 317

Bhoutan 5 944 6 093 6 246 6 403 6 554 6 700 6 900 7 000 7 000

Brunéi Darussalam 249 255 261 267 272 300 300 287 292

Cambodge 31 845 32 255 32 669 33 090 33 467 33 800 34 200 34 624 35 019

Chine - Hong-Kong 16 047 15 766 15 491 15 219 14 939 14 700 14 400 14 127 13 867

Chine - Macao 1 300 1 300 1 291 1 271

Chine, continentale 1 767 479 1 761 281 1 755 106 1 748 952 1 748 952 1 733 200 1 725 400 1 717 640 1 709 900

Chypre 3 000 3 000 2 500 2 500 2 000 4 000 1 500 1 000 1 000

Émirats arabes unis 2 338 2 378 2 418 2 459 2 488 2 518 2 548 2 578 2 609

Inde 2 780 000 2 880 000 2 880 000 2 880 000 2 880 000 2 880 000 2 880 000 2 880 000 2 880 000

Indonésie 722 000 713 000 699 000 681 000 681 000 681 000 664 000 664 000 664 000

Iran 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000

Iraq 38 181 39 248 40 345 41 473 42 479 43 500 44 600 45 648 46 755

Japon 42 000 40 000 37 000 35 000 33 000 30 000 28 000 26 000 25 000

Jordanie 30 915 32 033 33 192 34 392 35 472 36 600 37 700 38 920 40 142

Kazakhstan 2 2 1 1 1 1 0 476 476

Koweït 2 375 2 433 2 494 2 556 2 602 2 649 2 697 2 746 2 796

Liban 11 408 11 380 11 351 11 323 11 233 11 100 3 000 3 000 10 880

Malaisie 26 837 27 157 27 480 27 808 61 000 17 000 17 000 28 609 28 813

Maldives 649 664 678 693 707 722 737 753 769

Mongolie 13 753 14 011 14 275 14 543 14 783 15 027 15 276 15 528 15 785

Myanmar 32 600 51 300 28 200 29 200 29 200 156 900 159 400 162 014 164 634

Népal 66 149 67 530 68 939 70 378 71 792 73 200 74 700 76 206 77 738

Oman 4 215 4 407 4 608 4 818 5 001 5 191 5 389 5 594 5 806

Pakistan 57 853 59 549 62 000 64 000 64 835 72 000 75 000 70 365 72 311

Philippines 110 000 138 000 93 000 215 000 326 000 608 000 610 000 464 000 359 000

Qatar 698 706 715 724 730 736 743 750 756

Rép arabe syrienne 2 700 2 700 2 700 2 700 2 700 2 700 31 300 32 132 32 935

République de Corée 8 000 6 000 6 000 10 000 27 000 12 000 8 000 31 728 11 000

Rép dém laos 17 608 18 042 18 486 18 941 19 363 19 800 20 200 20 685 21 146

Rép dém de Corée 144 718 146 438 148 178 149 939 151 258 152 600 153 900 155 286 156 652

Singapour 35 000 35 000 35 000 35 000 35 000 35 000 5 405 5 405 5 334

Sri Lanka 1 411 1 432 1 453 1 475 1 500 1 500 1 200 1 577 1 604

Thaïlande 1 232 306 1 247 294 1 262 465 1 277 820 1 293 772 1 309 900 1 326 300 1 342 836 1 359 600

Viet Nam 108 395 108 464 108 532 108 601 120 000 120 000 120 000 107 969 115 000

Yémen 38 251 40 052 41 938 43 913 45 816 44 000 49 900 52 034 54 288

Asie + (Total) 7 776 049 7 935 815 7 877 686 8 012 376 8 213 432 8 583 653 8 584 655 8 484 290 8 403 653

56

1.3.3 Production de charbon de bois au Brésil

Le Brésil est un des pays qui font le plus d’efforts en matière d’énergie renouvelable :

biocarburants et charbons de bois. Dans le reste du monde, il est parmi les pays les plus gros

producteurs de charbon de bois. A part la consommation pour la cuisson, la sidérurgie est

aussi un gros consommateur de charbon de bois. La consommation depuis 1997 jusqu’en

2004 est présentée dans le tableau 1.11. On constate une nette augmentation de la

consommation en 2004 de 29,202 millions de m3 à 36,92 millions de m3 soit 18,460 millions

de tonnes. Cette nette augmentation est due à une volonté de substituer les énergies fossiles

par des combustibles à faible émission de GES [22].

Tableau 1.11 : Évolution de la Consommation de Charbon de bois au Brésil Année Consommation de charbon de bois (en m3)

1997 26 050 000

1998 23 600 000

1999 26 400 000

2000 26 900 000

2001 26 220 000

2002 26 820 000

2003 29.202 000

2004 36 920 000

Source : AMS/IEF (AMS : Associaçaos Mineiras de Silvicultura/IEF :Instituto Estadual de Florestas)

57

1.4 - CONSOMMATION D’ENERGIE A MADAGASCAR

1.4.1 - Généralités

Madagascar possède d’importantes ressources énergétiques. Parmi les sources

d’énergie non renouvelables, figurent les combustibles solides (charbon, lignite, et tourbe), les

huiles lourdes, les sables et les grès bitumeux, ainsi que le pétrole qui semblent offrir des

perspectives prometteuses (au stade de recherche depuis une vingtaine d’années). Les

principales sources d’énergies renouvelables comprennent l’hydroélectricité et la biomasse

(bois, bagasse, balle de riz et différents déchets agricoles). Vu sa situation géographique, le

pays peut s’appuyer sur le Solaire, l’Eolienne ; L’énergie marémotrice et la géothermie sont

également envisageable.

Madagascar a une superficie totale de 587 295 km². Le climat dans les hauts-plateaux du

centre est tempéré, celui des côtes, tropical et dans le sud, aride. Selon la théorie du

Gondwana (dérive des Continents), il y a 150 millions d’année Madagascar s’est détachée de

l’Afrique. L’existence de vestiges forestiers un peu partout dans l’île, confirme l’hypothèse

que le couvert forestier avoisinait les 80% de la superficie totale de l’île.

Actuellement, la couverture forestière est réduite à environ 18,5 % de cette superficie

totale. La superficie cultivable par rapport à la superficie totale représente 11,54% et la

superficie cultivée par rapport à la superficie cultivable est de 54,11% en 2004 (Tableau 1 .12

et figure 1.7).

Tableau 1.12 : Superficie de la couverture forestière en 2005 (classification IEFN)

Noms Surface (ha) % par rapport à la

superficie du territoire Forêts denses humides 2 620 110 5,24

Forêts humides dégradées 424 508 0,85 forêts denses sèches 2 778 540 5,56

Forêts sèches dégradées 639 422 1,28 Forêts denses sclérophylles 155 025 0,31

Forêts ripicoles 1 039 338 2,08 Forêts littorales 23 478 0,05

Mangroves 265 911 0,53 Fourrés xérophiles 909 095 1,82

Fourrés xérophiles dégradés 299 937 0,60 Peuplement d'Eucalyptus 32 673 0,07

Peuplement de pins 69 313 0,14 TOTAL 9 257 350 18,53

Source : Traitement d’images ONE 2008

58

Figure 1.7 : Couverture forestière de Madagascar (source : IEFN) La population de Madagascar, dont 20 % vit en milieu urbain, est actuellement de 20

millions d’habitants environ avec un taux de croissance élevé, de 2,8 % par an (estimé à 19

millions en 2008 et 22 millions en 2013). Un faible nombre d’habitants au km2 (25 habitants

au km2) rend relativement élevé les coûts rendus de l'énergie.

Le RNB par secteur en 2007 est :

• Dans le secteur primaire : 23,8 % ;

La couverture forestière

59

• Dans le secteur secondaire : 14,9 % ;

• Dans le secteur tertiaire : 52,2 %.

Le pays fait partie des pays à faible revenu par habitant. Le RNB est de 400 $ en 2008.

Pourtant, les ressources naturelles sont relativement abondantes. Madagascar est riche en

produits miniers (mica - graphite - chromite - bauxite - ilménite etc.) et en ressources

énergétiques minérales (pétrole non exploité, charbon, uranium, grès bitumineux, …etc),

et possède une agriculture bien diversifiée. L’agriculture est l’occupation principale de la

population. La population agricole a diminué de 72 % en 2004 à 68 % en 2008 et 67 % en

2011. La valeur ajoutée engendrée par l’agriculture par rapport au PIB national est de

29 % [23].

Les principales cultures et spéculations sont :

• Les céréales (riz, maïs, blé, …) ;

• Les tubercules (manioc, patate, pomme de terre, « saonjo », igname) ;

• Les légumineuses (haricot, « voanjobory », pois de cap …) ;

• Les cultures temporaires industrielles (arachide, soja, coton, tabac, canne à sucre,

anacarde) ;

• Les cultures permanentes industrielles (café, cacao, poivre, girofle, vanille)

Les indicateurs de développement sur Madagascar sont représentés dans le tableau 1.13.

Tableau 1.13 : Indicateurs de développement sur Madagascar La population 1999 2002 2008 2010

Population, totale (millions) 15.1 16.4 19,9 21,7

Croissance de population (% annuel) 3.1 2.8 2,8 2,8

Espérance de vie (années) 59. 60 62 62

Environnement et Économie

Superficie (x1000 kilomètre carré) 587.0 587.0 587,0 587,0

PNB, (milliards de US$) 3.7 3.8 7.9 9.1

RNB par habitant, (US$) 250.0 230.0 400 420

PIB ($ milliards) 3.7 4.4 9.39 8.83

Croissance de PIB (% annuel) 4.7 -12.7 7.1 7.4

valeur ajoutée dans l'agriculture (% de PIB) 30.0 32.1 29 29

valeur ajoutée dans l'industrie (% de PIB) 13.8 13.3 16 16

valeur ajoutée dans les services (% de PIB) 56.2 54.7 55 55

60

Exportations des marchandises et des services (%

de PIB) 24.5 16.0 27 24

Importations des marchandises et des services (%

de PIB) 32.2 22.6 57 37

Formation brute de capital (% de PIB) 14.9 14.3 40 nd

Technologie et infrastructure

Abonnés à un opérateur mobile (pour 100

personnes)

41 39

Coût moyen de téléphone de l'appel local

(US$/3min) 0.1 0.1

0,1 0.1

PC (pour 1.000 personnes) 2.0 4.4

Utilisateurs d'Internet haut débit (pour100

personnes) nd nd 0.02 0.03

Routes pavées (% du total) 11.6 . 15/9 16.3

Départs d'avion 18.600.0 19.300.0 11861.0 11714.0

Source: World Development Indicators database, August 2013

La consommation totale d'énergie à Madagascar est présentée dans le tableau 1.14.

L’année 2002 a été marquée par la crise politique. Le pays tout entier a été paralysé et les

données statistiques des années 2003–2005 sont tronquées ou inexistantes. Le pays replonge

dans la crise en 2009, les données statistiques sont de nouveau tronquées et partiellement

disponibles sinon difficilement exploitables. Les tableaux du Bilan Energétique pour

Madagascar ont été recueillis auprès du Ministère de l’Energie (Annexe II).

En 2001, la consommation d’énergie est dominée par l’utilisation des combustibles

ligneux qui compose 70,9 % de la consommation totale. Les produits pétroliers arrivent en

seconde place à 14,1 %. Le taux d’utilisation du charbon est de 10,9 % de cette

consommation totale, ce qui s’explique par les besoins en combustible d’une population

urbaine, pauvre et grandissante (exode rural et appauvrissement de la population).

L’électricité qui est l’énergie la plus utilisée par l’industrie, le commerce et l’éclairage

urbaine est de 1,9 % seulement. Le charbon fossile ne représente qu’une part infime de la

consommation nationale d’énergie (environ 0,8 %). La bagasse est utilisée partiellement par

l’industrie sucrière, sa part dans la consommation totale d’énergie est de 0,9 %. Pays

producteur de riz, Madagascar dispose de la balle de riz comme combustible énergétique,

61

mais elle ne représente que 0,3 %. Quant aux autres formes d’énergie, elles occupent 0,2 % de

la consommation d’énergie totale du pays. Les énergies Nouvelles et Renouvelables ne sont

donc que marginalement utilisées. Des opérateurs économiques sont intéressés par

l’exploitation de la houille de Sakoa dans le sud de Madagascar. Le CNRIT a été sollicité

pour trouver des solutions semi industrielles de la distillation de houille pour une utilisation

dans des foyers améliorés en collaboration avec le secteur privé et le WWF Madagascar.

En 2008, à cause des différentes crises, la situation énergétique de Madagascar n’a pas

beaucoup évoluée. La consommation de combustible ligneux a légèrement augmenté jusqu’à

73 % de la consommation d’énergie totale. L’utilisation des produits pétroliers a diminué à

11,5 % : la hausse permanente des prix en est certainement la cause. Le charbon de bois reste

à 11,1 % de la consommation d’énergie totale. Le taux de consommation d’électricité est à 2

%, ceux de la bagasse et de la balle de riz sont restés respectivement à 0,9 % et à 0,3 %. La

part du charbon minéral dans la consommation d’énergie totale a légèrement diminuée : 0,6

%, étant donné que l’essor des 2 usines de transformation et d’ensachage de ciment ainsi que

de l’usine d’extraction de Nickel et de Cobalt d’Ambatovy a été freiné par les différentes

crises successives. Grâce aux efforts des organismes et organisations mondiaux de lutte

contre la dégradation de l’environnement, les autres formes d’énergie comme les Energies

Nouvelles et Renouvelables ont gagné du terrain. Son pourcentage d’utilisation bien que

toujours modeste par rapport à la consommation totale d’énergie a triplé (0,6 %).

L’augmentation de la part de ces autres formes d’énergie (1,6 %) en 2005 s’explique par

l’électrification rurale développée par l’Agence de Développement de l’Electrification Rural

(ADER) dans plusieurs localités. Mais la récession de la filière est due aux manques moyens,

de suivis, de maintenance et de politique soutenue de promotion.

Tableau 1.14 : La Consommation d’énergie à Madagascar

Forme d'énergie Consommation en KTEP

Pourcentage par rapport au total

Taux de croissanc

e annuelle

2001 2005 2008 2001 2005 2008 2001-

2008 (%) Combustibles

ligneux 2268,1 2324,9 2975,4 70,9 70,3

73,0

4,4

Produits pétroliers

451,6 448,0 468,4 14,1 13,5 11,5

3,7

Electricité 61,4 72,3 81,2 1,9 2,2 2,0 4,6

62

Charbon de bois

352,8 371,3 453,9 10,9 11,2 11,1

4,0

Charbon minéral

24,9 10,2 23,9 0,8 0,3 0,6 -0,5

Bagasse 27,6 18,1 37,9 0,9 0,6 0,9 5,3

Balle de riz 8,5 10,9 12,8 0,3 0,3 0,3 7,2

Autres 8,4 50,8 23,7 0,2 1,6 0,6 26,0

Total 3194,9 3306,5 4076,3 100,0 100,0 100 3,9

Source : Ministère de l’énergie et des mines (Madagascar)

1.4.2 La situation de l’énergie Electrique

La production de L’électricité est assurée par JIRAMA qui totalise 114 centres de

production électrique. 100 sont des centres alimentés par des groupes thermiques diesel,

tandis que les restes sont des centres alimentés par des centrales hydroélectriques.

La JIRAMA intervient dans 66 des 232 communes urbaines de Madagascar.

La consommation d’électricité a connu une hausse de 4 % entre les premiers semestres

2004 et 2005. Cependant, cette croissance cache une disparité au niveau des secteurs où une

augmentation importante est constatée au niveau du secteur primaire, ménages et du secteur

tertiaire. Par contre, la consommation du secteur secondaire connaît une stagnation.

Tableau 1.15 : Evolution de la consommation d’électricité (en%) Structure de la

consommation 2005 Consommation 1er semestre 2005/1er semestre 2004 Moyenne tension 29,0 1,7

Ménages 36,0 8,3 Secteur primaire 0,3 55,8 Secteur secondaire 24,0 -0,3 Secteur tertiaire 10,0 6,3 Eclairage public 0,7 -1,2 Consommation générale 100 4,0 Source : JIRAMA, société de production d’électricité malgache

Si on se réfère à la situation du mois de juin 2005, mois du début du délestage (aux

heures de pointes, la distribution d’énergie s’effectue par intermittence et par quartier), une

comparaison de la consommation par rapport au mois de juin 2004 montre que les grandes

63

industries (le secteur secondaire et moyenne tension) ont été les plus touchées. Un recul de la

consommation d’énergie signifie une diminution de l’activité et une récession économique.

Tableau 1.16 : Comparaison des consommations d’électricité (juin 2004/juin 2005) Juin 2004

(KWH) Juin 2005 (KWH)

Variation juin2005/juin2004 (en%)

Moyenne tension 27 942 797 27 112 167

-3,0 Ménages 31 058 471 33 109 774

6,6

Secteur primaire 154 128 6 812 457 223 734

45,2 Secteur secondaire 23 351 042 22 292 568 -4,5

Secteur tertiaire 9 207 282 9 400 959 2,1 Eclairage public 797 123 455 440 -42,9

Source : JIRAMA, société de production d’électricité malgache

Le prix élevé de l’électricité est un facteur bloquant pour une utilisation domestique.

La seule utilisation indispensable pour la population malgache est pour l’éclairage et les

appareils électroménagers. Le prix du KWh varie de 166 à 525 Ar (7 à 21 centimes d’€). Une

utilisation pour la cuisson et le chauffage de l’électricité est irréaliste pour le ménage

malgache [24].

Tableau 1.17 : Puissance installée 2010-2011

Unité 2010 2011 Evolution% Puissance Hydraulique

JIRAMA MW 108 800 104 870 -4%

Puissance Hydraulique PRIVEE

MW 22 776 22 776 0%

Puissance Système solaire JIRAMA

MW 7 7 0%

Puissance Thermique JIRAMA

MW 206 678 208 937 1%

Puissance Thermique PRIVEE - Groupes en

location MW 89 754 109 956 18%

Puissance installée totale MW 428 015 446 546 4%

(Source : JIRAMA, Direction de de la Production Electricité (DPE))

Si on se réfère aux puissances installées en 2010 et 2011 (Tableau 1.17), l’évolution est

toujours de 4%.

64

Tableau 1.18 : Production d’électricité 2010-2011

(Source : JIRAMA, Direction de de la Production Electricité (DPE)) La production de l’électricité (Tableau 1.8) était de 1 350 162 MWh en 2012 et de

1 423 397 MWh en 2013 soit une augmentation annuelle de 5% [24].

1.4.3 - Problématique du charbon de bois à Madagascar

Le charbon de bois est une énergie domestique incontournable à Madagascar selon une

étude de l’Unité de Recherche en Partenariat « Forêt et Biodiversité de Madagascar » et du

CIRAD en collaboration avec le FOFIFA (MONTAGNE P., [25]) :

• La demande urbaine et rurale est incompressible

Plus de 80% de la consommation totale en énergie du pays est d'origine ligneuse et le bois de

feu représente la seule énergie actuellement accessible pour les campagnes tandis que le

charbon de bois reste la principale source d’énergie des foyers urbains. Les données de 2005

et 2008 montrent une augmentation du nombre de population utilisant l’énergie d’origine

ligneuse. Les crises politiques mentionnées et la hausse du prix du baril de carburant fossile

expliqueraient cette nette augmentation.

• Le rendement de transformation du bois en charbon dans les meules et les fosses est

seulement de 10 %.

• Les populations riveraines sont souvent exclues du système de production et de

commercialisation des charbons.

Ainsi dans le schéma directeur de gestion des énergies domestiques, proposé par l’Office

National pour l’Environnement (ONE) de Madagascar [26], avec la Gestion Locale Sécurisée

(GELOSE) qui consiste à procéder à un « Transfert de pouvoir de gestion légal » aux

communautés locales de base, les communes rurales auront le droit d'usage des ressources

naturelles à condition qu'elles les gèrent correctement en suivant des plans d'aménagement. La

production du charbon de bois pourrait être une source de revenus considérable pour la

commune, et pour cette raison le cahier de charge pour le Transfert de Gestion doit inclure

Unité 2010 2011 Evolution

% Production Hydraulique JIRAMA MWh 637175 595442 -7% Production Hydraulique PRIVEE MWh 73785 94895 22%

Production Système solaire JIRAMA MWh 8 8 1% Production Thermique JIRAMA MWh 314800 383671 18%

Production Thermique PRIVEE - (Achat d'énergie) MWh 3338 21565 85% Production Thermique PRIVEE - (Location) MWh 160698 172067 7%

Production Brute Totale MWh 1 189 804 1 267 648 6 %

65

cette activité. L’objectif est de créer une structure de soutien pour la professionnalisation des

charbonniers dans le cadre de ces programmes « gélose/Transfert de Gestion ». Un système

de taxation devrait être introduit, ainsi qu'un dispositif de contrôle pour son application : La

taxe proposée est différentielle, avec une taxe simple pour les communes gélosées (dont 80-90

% des recettes sont pour le compte de la commune) et une taxe double pour les autres

communes qui ne gèrent pas ses ressources (elles ne bénéficieront pas d’aucune recettes). Les

recettes hors communes gélosées seront utilisées pour financer le dispositif de contrôle. Ce

système de taxation fournira des bénéfices aux communes afin de mieux gérer leurs

ressources. Aux transporteurs d'aller chercher les produits dans les communes gélosées, et aux

utilisateurs de charbon de réduire la consommation par l'utilisation des fourneaux économes.

Avec une bonne communication et le renforcement de la capacité institutionnelle, les

communes pourront augmenter les recettes de la taxe.

La carbonisation améliorée constitue une opportunité importante pour rendre

opérationnelle le contrat « GELOSE», qui est pour la commune une occasion de prendre en

mains le développement durable de sa région

Les dispositions réglementaires sur la taxation de la fabrication, du transport et de la

vente de charbon ainsi qu’en matière de contrôle permettent d’optimiser les recettes pour les

communes « gelosées ».

1.4.4 - Déclaration de la politique énergétique de Madagascar

Dans sa déclaration de politique de développement des énergies renouvelables à

Madagascar, le ministère de l’énergie et des mines [27] a énoncé que :

• L’énergie est le moteur de toutes les initiatives de la lutte contre la pauvreté.

• Elle est indispensable à la satisfaction des besoins quotidiens.

• Le bois est la principale source d’énergie utilisée par une grande partie des ménages

malgaches pour leur besoin quotidien (éclairage, cuisson…). C’est la raison pour

laquelle dans la déclaration de politique énergétique du Ministère de l’Energie et des

Mines de Madagascar on se propose : « d’accélérer la substitution de l’énergie bois

par d’autres sources telles que le solaire, l’éolienne, l’hydroélectricité et le gaz

butane ».

• Il faut réussir impérativement à concilier la poursuite d’une politique énergétique

soutenue et la réduction de ses impacts négatifs sur l’environnement et la santé.

L’effort est, en fait, de promouvoir des solutions profitables à tous actuellement et

66

pour les générations futures. Ces efforts consistent notamment à :

o revaloriser les déchets (ménagers, industriels ou agro-alimentaires) à des fins

énergétiques,

o promouvoir l’usage moderne de l’énergie avec des équipements efficaces,

o développer le management environnemental dans les entreprises et les

collectivités par la promotion des éco-produits,

o favoriser l’utilisation d’énergies renouvelables pour substituer aux énergies

traditionnelles.

Une politique nationale des combustibles ligneux doit s'insérer étroitement dans une

politique nationale de l'énergie couvrant toutes les formes d'utilisation d'énergie, étant donné

que l'accroissement des disponibilités de combustibles ligneux nécessite un apport

correspondant en combustibles liquides, électricité, etc... Néanmoins il est possible, dans une

première étape, de commencer par le bois de feu et le charbon de bois, et autres combustibles

utilisés par les ménages en quantités appréciables.

Les trois principaux aspects à prendre en considération dans l'élaboration d'une

politique des combustibles ligneux sont les suivants:

o Importance et caractéristiques actuelles des ressources ligneuses, et évolution future.

o Structure actuelle de la consommation de bois de feu et charbon de bois, et évolution

future probable.

o Modes actuels de production et de distribution, et possibilités d'amélioration et de

rationalisation.

1.4.5 - Production forestière

a) Filière

Les besoins domestiques des ménages sont la première destination de la production

forestière (tableau 1.19). La fabrication de charbon de bois pour le ravitaillement des zones

urbaines se fait par carbonisation en meule traditionnelle. Les bois d’œuvre sont

essentiellement destinés à la construction, à l’industrie de transformation et à l’exportation.

67

Tableau 1.19 : la production forestière à Madagascar

Produit U. 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Taux

* (%)

Bois non débités

m3 41806 34187 96516 75189 78197 69200 69047 10,8

Bois débités

m3 132116 70837 109116 99446 48075

5 396220 346627 27,0

Charbon de bois (CB)

t 619470 614600 765101 621960 -nd 589156 665070 1,2

Bois de chauffe

BC) stère 5576429 4181502 5454540 3298421 -nd 2761312 6990786 4,2

Source : Ministère des Eaux et Forêts Malgache (23/05/02) * Taux d’accroissement moyen annuel à partir de 1996

b) Résidus de l’exploitation forestière

Selon la région, la structure du peuplement, la technique sylvicole utilisée, l’objectif et

la technique d’exploitation, les résidus laissés en forêt ont une qualité et des caractéristiques

très diversifiées. Il existe plusieurs types d’exploitations forestières dont le plus répandu

dans les PED consiste à abattre les arbres et les ébrancher sur place. Les résidus sont alors

les houppiers, les branches et les souches. La quantité de matière sèche récoltable est

assez faible à l’hectare et il faut déployer des moyens mécaniques (tracteur) pour les

évacuer. En même temps, dans les régions où sont essentiellement exploités les bois d’œuvre,

les résidus sont souvent trop hétérogènes et difficiles d’accès (pistes rares, branches

fracassées…), de sorte que les coûts de conditionnement et de transport s’avèrent encore trop

excessifs. A Madagascar, les résidus d’exploitation laissés en forêt représentent 50% des

grumes, soit 198.110 m3. Leur grande dispersion, leur isolement et leur difficulté d’accès, font

que leur utilisation par les industriels n’est pas rentable.

c) Résidus de l’industrie de transformation du bois

L’avantage des résidus de transformation du bois est leur concentration sur un site. Les

copeaux et les sciures ont l’avantage d’être déjà concentrés sur le lieu de transformation. Le

plus souvent, les sciures sont déversées dans la nature, car leur élimination est trop coûteuse.

Elles sont ainsi utilisables à 100%. Leur volume représente 30% de l’équarri entré en usine.

Les bois débités (tableau 1.19) sont en générale des espèces de pin et d’eucalyptus. Le volume

68

de bois précieux (palissandre ou bois de rose) est négligeable. Leurs masses volumiques sont

respectivement estimées entre 350 Kg/m3 et 450 Kg/m3 et entre 550 Kg/m3 et 750Kg/m3, et

le pouvoir calorifique moyenne du bois est supposé à 18,4 MJ/Kg [28]. Les 346 627 m3 de

bois débités produisent 103 987 m3 de déchets (sciures et copeaux). La masse totale de

déchets utilisables est de 51 994 tonnes qui représentent ainsi 956 689 GJ ou 22,850 KTEP

d’énergie. En comparant avec les données du bilan énergétique (Annexe II), l’énergie

obtenue par l’utilisation des déchets forestiers de première transformation (après débitage) est

de 0,7 % de l’énergie primaire totale qui est de 3194,8 KTEP ou 1% de l’énergie primaire en

bois énergie qui est de 2268,2 KTEP. Etant donné leur proximité, ces résidus peuvent être

facilement utilisés à des fins énergétiques pour les besoins propres des exploitants (tableau

1.20), de leur unité de transformation et des villages ou villes environnants. Les exploitants

sont définis comme étant les opérateurs et les entreprises œuvrant dans la filière sylvicole

(plantation, reboisement, amélioration de variétés…) avec une surface moyenne

d’exploitation de l’ordre de 266 ha. Dans ces exploitations, les activités sont souvent

génératrices de déchets disponible et facilement utilisable

Tableau 1.20 : Situation de l’exploitation forestière (2001) Localisation Exploitants (Nbre) Superficie Totale (ha) Superficie moyenne (ha)

Antananarivo 7 1105 158

Antsiranana 19 5340 280

Fianarantsoa 25 6541 261

Mahajanga 21 2635 125

Toamasina 116 26254 226

Toliara 18 12980 720

Total 206 54855 266

Source : Ministère des Eaux et Forêts (Madagascar)

1.5 - ENERGIE BIOMASSE D’ORIGINE AGRICOLE A MADAGA SCAR

La population malgache est à près de 73 % rurale et tire ses revenus de l’agriculture.

Parmi les activités génératrices de résidus en quantité importante se trouvent la culture et la

transformation du riz, du maïs, de l’arachide, de la noix de coco, des noix de cajou

(anacardes) et de la canne à sucre. La production et la superficie des produits agricoles, sont

présentées dans le tableau 1.21. Le potentiel énergétique de la biomasse issue des sous

produits agricoles est estimé à partir de ces données et de leurs pouvoirs calorifiques [28].

69

Tableau 1.21 : Principales cultures, superficies occupées (ha) et productions (t)

Source : Direction des Systèmes d’information – Service des Statistiques agricoles – MAEP – 2006. Tableau 1.22 : Evolution de la production agricole (en 1000 tonnes) de 1992 à 2007

(*) : Provisoire ; (**) : estimées Sources : in Enquêtes agricoles 95/96 - Service des Statistiques (DISE/MAEP)- Service des Statistiques agricoles/DMEC/MAEP

70

Le riz constitue l’aliment de base de la population malgache. Ainsi, cette activité occupe

33,95% des superficies cultivées et 18,37% des terres cultivables. Deux types de riziculture

sont pratiqués à Madagascar : la riziculture irriguée, 78,71% en superficie, et la riziculture

pluviale sur « tanety » (8,4%) ou sur « tavy » (12,86%). Le « tavy », un mode d’acquisition de

nouvelles terres à cultiver, consiste à abattre et brûler une portion de forêt. Il est

essentiellement pratiqué sur le versant oriental du pays aux dépens de la forêt humide de l’Est,

et est considéré à juste titre comme étant à l’origine et restant une menace pour cet

écosystème. La riziculture sur « tanety », par contre, se pratique essentiellement sur des

pentes, exposant ainsi le sol à l’érosion.

Dans certaines régions, les terres aptes à la riziculture sont très réduites, comme le cas

du Sud malgache où elles se limitent aux abords immédiats et aux alluvions des berges des

cours d’eau, ou dans le Sud-est où la plaine côtière est très étroite, d’autres céréales viennent

compléter le riz, notamment le maïs. Les communautés rurales de ces régions font parfois

face à des disettes, et n’ont d’autres moyens que de se rabattre sur les ressources disponibles

dans la nature, comme les tubercules sauvages ou la chasse. Cette cueillette, pratiquée à

l’échelle d’une région peut entraîner des pertes en superficie de forêts et en espèces

endémiques.

La culture des légumineuses est une activité à cycle court, pratiquée parfois en contre

saison dans les rizières notamment sur les Hauts-Plateaux, en ce qui concerne le haricot. Les

régions de l’Ouest, du Sud-ouest et du Sud produisent plus de pois de cap et d’autres

légumineuses (lentilles, ers …).

Les cultures industrielles temporaires sont surtout pratiquées sur le versant occidental

du pays. Elles nécessitent la plupart du temps l’utilisation de fertilisants. Les cultures de rente,

par contre, sont pratiquement l’apanage de la partie nord et du versant oriental du pays.

Certaines, comme la vanille, le poivre, sont pratiquées sous bois, et leur valeur marchande

très élevée incite les paysans à étendre ou à s’adonner à leur culture en propension. Malgré la

disponibilité physique de terres cultivables, l’augmentation de la production agricole,

notamment les produits alimentaires de base, n’a pas suivi pas le rythme démographique : le

taux d’augmentation annuelle de la production est de 0,7 % de 1992 à 2003, alors que le taux

de croissance démographique est de 3%. On constate qu’une amélioration du rendement à

partir de 2005 a réduit cet écart [29].

71

Tableau 1.23 : Potentiel énergétique total de la biomasse à Madagascar en 2001. Matières

premières

Production

(t)

Superficie

(ha)

Sous

produits

Résidu

par

produit

(%)

Quantité

(t)

Energie

potentiellement

utilisable

Taux %

Energie

primaire

En GJ (KTEP)

Paddy 2 800 000 1400 000 Pailles 125 3500000 50660000 1206 30,5

Balles de

riz

30 840000 11760000 280 7

Canne à

sucre

3 350 000 67 000 Bagasse 30 1005000 17587500 418 10,6

Coton

(graines)

27 370 28 553 tiges 365,6 100000 1740000 41,43 1,0

Coques

et autres

66 18065 274588 6,5 0,17

Maïs

(grains)

170 000 200 000 tiges 300 510000 8160000 194 4,9

rafles 400 680000 11492000 273,6 6,9

Arachide 34 140 47 250 coques 33 11266 176444 4 0,11

Noix de

coco

36 800 10 900 coques 16 5888 112100 2,6 0,07

bourres 30 11040 84368 4,4 0,11

Palme 45 000 3 020 coques 7 3150 57000 1,3 0,03

fibres 18 8100 102000 2,4 0,06

Total 5394861 102204000 2433 61,5

Source : Ministère de l’agriculture et de l’élevage (Madagascar) et estimation

En 2001, la riziculture est la première activité économique de Madagascar en termes de

volume, contribuant à hauteur de 12% du PIB et 43% du PIB agricole, et pratiquée par plus

de 1.721.000 exploitants. A la base de l’alimentation de la population malgache, la

consommation de riz est classée parmi l’une des plus fortes au monde. Le riz est cultivé sur la

plus grande partie du territoire, mais les régions les plus productrices sont, Ambatondrazaka,

Sofia, Imerina, Haute Matsiatra, Amoron ‘i Mania, Tamatave, Vakinakaratra et Mahajanga

(Marovoay et Sofia).

72

La paille de riz est obtenue par battage des gerbes de riz préalablement séchées. Le ratio

paddy/paille est de 1/1,25. La production annuelle de paddy étant de 2.800.000 tonnes, on

peut estimer à 3.400.000 tonnes la masse de paille de riz produite sur tout Madagascar. Pour

un pouvoir calorifique de 14,9 MJ/Kg son potentiel énergétique est de 1206 KTEP. Mais la

paille de riz est actuellement totalement utilisée pour l’alimentation du bétail, l’artisanat, la

construction des cases et la fertilisation minérale du sol par compostage et leur disponibilité

est saisonnière (3 à 4 mois dans l’année).

La balle de riz est issue du décorticage et du tamisage du paddy sec. Elle représente

30% du poids de ce dernier, soit une quantité de 840.000 tonnes pour tout le territoire. En

prenant son pouvoir calorifique égal à 14 MJ/Kg, le potentiel énergétique de la balle de riz

s’élève à 280 KTEP. La balle de riz est dans certains cas (région d’Antananarivo), utilisée

pour l’alimentation animale notamment porcine. Dans d’autres régions qui produisent du riz

plus que leur consommation locale (régions de Marovoay, lac Alaotra, Amoron’i Mania et

Sofia), elle est abandonnée ou éliminée. L’avantage en est que cette ressource est transportée

à la décortiquerie où elle est ensuite entassée. Les coûts de transport sont ainsi réduits. On

suppose donc que la moitié de la quantité de la balle de riz disponible soit utilisée pour

l’alimentation animale et le reste c’est à dire 420.000 tonnes serait disponible comme source

d’énergie. L’énergie obtenue est de 140 KTEP. Le potentiel énergétique de la balle de riz

comptabilisé par le Ministère de L’Energie et des Mines Malgache dans le bilan énergétique

du pays (Annexe II) est de 8,5 KTEP, ce qui représente seulement 6% du potentiel.

De part sa superficie, la culture du maïs occupe la troisième place de l’activité agricole

et concerne 700 000 exploitants. Il existe 24 grandes exploitations dans la région du

Vakinankaratra et 10 dans le Menabe. Les grandes zones de culture sont localisées dans le

Moyen Ouest (région Sakay), les Hauts Plateaux et le Sud-ouest. Pour une tonne de graine de

maïs, on obtient 3 tonnes de rafles et 4 tonnes de tiges et feuilles. Avec une production

nationale de 170.000 tonnes par an, 510.000 tonnes de rafles et 680.000 tonnes de tiges et

feuilles sont générées. Le pouvoir calorifique de la rafle est de 16 MJ/Kg. Celui des tiges est

de 6.9 MJ/Kg. Le potentiel énergétique des rafles s’élève à 194,3 KTEP et celui des tiges et

des feuilles à 373,6 KTEP. Les tiges et feuilles sont aussi quelquefois compostées et/ou

calcinées pour fertiliser les terres. En utilisant la moitié de la production nationale, les rafles

de maïs représentent 97 KTEP d’énergie potentiellement utilisable.

La filière coton est à l’origine d’une grande quantité de biomasse. Tuléar est la région

où le coton est le plus cultivé. Cependant il existe aussi des plantations dans la région de

Mahajanga (Sofia). La société « HASYMA » possède 4 installations d’égrenage dont une à

73

Tuléar, Ambahikily et Ambilobe. Elle détient le monopole depuis l’abandon récent de la

société « COTONA ». Depuis 1999, la production et la superficie de culture n’ont fait que

chuter notamment à cause des aléas climatiques et la baisse du prix d’achat au producteur. La

culture du coton concernait 1358 groupements de producteurs en 2002. La production

annuelle est de 27.370 tonnes de coton graine. Les quantités de tiges de coton coupées après

la récolte sont de 3 à 4,5 tonnes/ha. La masse de résidus disponibles est donc de 100.000

tonnes. Pour un pouvoir calorifique de 17,4 MJ/Kg, leur potentiel énergétique est de 41,4

KTEP. Les tiges sont soit compostées soit incinérées sur les champs afin d’apporter les

minéraux nécessaires à la prochaine récolte. Les coques et déchets de coton sont obtenus lors

de la transformation du coton et constituent 40 % du coton brut, soit 274.588 tonnes pour

l’ensemble du pays. Pour un pouvoir calorifique de 15,2 MJ/Kg, leur potentiel énergétique

s’élève à 273,6 KTEP. Ils sont essentiellement utilisés pour la fertilisation et l’amendement

des sols et sont donc indisponibles, d’autant plus que les lieux de plantation sont éloignés des

grandes agglomérations et le coût de transport est aussi un facteur bloquant pour leur

utilisation comme ressources énergétiques urbaines.

Les noix de coco poussent abondamment sur toute la côte Est et Nord Ouest. Les lieux

de plantation se situent dans les régions Sava, Manakara, Tamatave, Sofia et Melaky pour

une quantité de 36.800 tonnes (9.200 tonnes de coprah). L’essentiel de la production vient de

la société SOAVOANIO à Sambava (transformation et commercialisation). Les cultures sont

à 50 % familiales et 50 % industrielles. La transformation de la noix de coco en coprah et

huile génère des déchets : les coques et les bourres. Les coques constituent 16 % de la noix,

soit une quantité annuelle de 5.900 tonnes. Leur pouvoir calorifique étant de19 MJ/Kg, leur

potentiel énergétique au niveau du pays est de 2.6 KTEP. 30 % des noix de coco donnent des

bourres, dont la masse totale est de 11.040 tonnes. En prenant leur pouvoir calorifique à

16.7MJ/Kg, le potentiel énergétique est de 4.4 KTEP. La disponibilité est saisonnière ; 75%

de la production est récoltée de mars à mai. Les noix de coco sont cassées et ouvertes dans les

villages et sont ensuite transportées vers l’usine.

Les palmeraies sont concentrées surtout dans la région de Tamatave (Savonneries

Tropicales). Celles de la région de Manakara ne produisent plus assez étant donné le

vieillissement des plantations. Elles occupent une superficie de 3.020 ha. La production est de

45.000 tonnes par an. Sa transformation est destinée à produire de l’huile de palme, du

palmiste et de l’huile de palmiste. Les résidus sont des fibres qui représentent 18% du régime,

soit une quantité de 8.150 tonnes. En prenant un pouvoir calorifique égal à 12,6 MJ/Kg, le

potentiel énergétique est de 2,4 KTEP. Les coques constituent 7% du régime, soit une totale

74

de 3.171 tonnes. Avec un pouvoir calorifique à 18 MJ/Kg, le potentiel énergétique est de

1,35 KTEP. Elles sont actuellement totalement utilisées comme combustible pour la

chaudière en autoconsommation.

La canne à sucre est cultivée dans l’ensemble du pays, surtout dans les régions côtières

Diana, Mahajanga, Menabe, Sofia, Tamatave et Vatovavy. Sa culture s’étend sur une

superficie de 67.000ha, avec une production estimée à 3.350.000 tonnes. Après le broyage et

le pressage de la canne, il reste la bagasse qui représente 30 à 35 % du produit brut, soit

1.005.000 tonnes par an. Son pouvoir calorifique étant de 17,5 MJ/Kg, son potentiel

énergétique s’élève à 418,75 KTEP. Dans les usines de transformation de la société d’Etat

SIRAMA (Ambilobe, Namakia, Nosy-Be et Brickaville), ces bagasses sont utilisées comme

combustibles dont la vapeur alimente des turbines et des chaudières. L’électricité et la chaleur

produites alimentent l’usine et les habitations des employés. Cependant, la vieillesse des

infrastructures limite le rendement énergétique et de nouvelles installations adaptées

permettraient d’augmenter la production d’électricité de façon considérable. L’usine

SIRANALA de Morondava aussi utilise les bagasses pour leur besoin en combustible. La

campagne dure environ 4 mois, de fin mai à fin octobre. Dans le bilan énergétique (Annexe

II) , l’énergie primaire issue de la bagasse ne représente que 27,6 KTEP soit 6,6 % du

potentiel existant. Cette ressource est entièrement utilisée en autoconsommation.

La filière arachide est aussi génératrice de déchets. La moitié de la production nationale

d’arachide provient de la province d’Antananarivo et de Tuléar. Cette production s’élève à

35.410 tonnes par an. La coque d’arachide représente 33% du produit brut et son pouvoir

calorifique est de 15.1 MJ/Kg. Avec 11.685 tonnes de coque, le potentiel énergétique des

déchets d’arachide s’élève à 4.2 KTEP. Les coques peuvent être utilisées dans son intégralité

comme une ressource énergétique. Leur utilisation est facilitée par leur transformation

(séchage et écossage) au sein des villages.

En essayant d’utiliser ces déchets disponibles, Madagascar dispose de 2433 KTEP

d’énergie potentiellement utilisable, ce qui présente 61,5 % de l’énergie primaire totale du

pays dans le bilan énergétique annuel de 2001.

Dans ce bilan énergétique, établi par le Ministère de l’énergie et des mines, l’énergie

primaire est de 3963 KTEP. Madagascar importe 715 KTEP de produits pétroliers. La facture

énergétique était estimée à 299 millions d’euros en 2001 (selon le calcul de l’Office Malgache

des hydrocarbures Malgache (OMH)). La valorisation énergétique de la biomasse permettrait

donc de faire une économie de devises sur ces importations énergétiques.

Bien que plusieurs données statistiques sont provisoires ou estimées (tableau 1 24) dans

75

les documentations fournies par les services des ministères concernés, nous allons estimée

l’évolution du potentiel de la biomasse pour l’année 2005.

Tableau 1.24 : Potentiel de la biomasse en 2005 Matières

première

s

Productio

n

(t)

Sous

produit

s

Taux

de

résidu

par

produi

t (%)

Quantité

(t)

Energie

potentiellement

utilisable

Taux %

Energie

primair

e

En GJ En

KTEP

Paddy 3392000 Pailles

125

4240000 63176000 1507,7

8

45,6

Balles

de riz

30 1017600 14246400 340,01 10,28

Canne à

sucre

2446200 Bagasse 30 733860 12842550 305,78 9,248

Coton

(graines)

8100 tiges 365,6 2961360 515276,64 12,27 0,371

Coques

et autres

66 5346 81259,2 1,93 0,058

Maïs

(grains)

391 000 tiges 300 1173000 183872000 4377,9 132,4

rafles 400 1564000 10791600 256,94 7,771

Arachide 61000 coques 33 20130 303963 7,24 0,219

Total 1171529

6

285829048,8

4

6809,8

5

205,947

En 2005, la production annuelle de paddy étant de 3 392.000 tonnes, on peut estimer

à 4 2400.000 tonnes la masse de paille de riz produite sur tout Madagascar. Pour un pouvoir

calorifique de 14,9 MJ/Kg son potentiel énergétique est de 1508 KTEP environ. Mais la

paille de riz est totalement utilisée pour l’alimentation du bétail, l’artisanat, la construction

des cases et la fertilisation minérale du sol par compostage et leur disponibilité est saisonnière

(3 à 4 mois dans l’année). Si on prend 30% de cette potentialité, l’énergie obtenue est de 15

% de la consommation totale annuelle d’énergie qui est de 3306,5 KTEP.

76

La balle de riz est issue du décorticage et du tamisage du paddy sec. Elle représente

30% du poids de ce dernier, soit une quantité de 1 017 600 tonnes pour tout le territoire. En

prenant son pouvoir calorifique égal à 14 MJ/Kg, le potentiel énergétique de la balle de riz

s’élève à 340 KTEP. La balle de riz représente 10 % de la consommation d’Energie totale.

Avec une production nationale de 391.000 tonnes de maïs par an, 1 173.000 tonnes de

rafles et 1 564.000 tonnes de tiges et feuilles sont générées. Le potentiel énergétique des

rafles s’élève à 255 KTEP et celui des tiges et des feuilles à 4377 KTEP. Les tiges et feuilles

sont aussi quelquefois compostées et/ou calcinées pour fertiliser les terres. En utilisant le tiers

de la production nationale, les tiges et feuilles de maïs représentent 44% de la consommation

annuelle d’énergie et les rafles avec 85 KTEP d’énergie potentiellement utilisable,

représentent 2,5 % de la consommation annuelle d’énergie.

La bagasse qui représente 30 à 35% du produit brut, soit 12 842 550 tonnes par an, avec

un pouvoir calorifique étant de 17,5 MJ/Kg, son potentiel énergétique s’élève à 306 KTEP ou

9% du potentiel énergétique

La récolte de coton a spectaculairement diminué d’un tiers à cause de la fermeture des

usines de fabrication de tissu et la chute du prix des matières premières. On peut négliger

l’utilisation des sous produits de coton, d’arachide, de noix de coco et de palme..

Pour l’année 2005, la potentialité énergétique des sous produits agricoles peut substituer

jusqu’à 80% environ de la consommation annuelle d’énergie.

77

1.6 - ETUDE DE CAS DE LA VALORISATION DES SOUS PRODUITS

AGRICOLES ET FORESTIERS

L’objectif de produire des charbons de substitution pour l’approvisionnement des villes

conduit à procéder à l’étude de cas concret pour plusieurs localités. Nous allons prendre le cas

de trois régions producteurs de riz et de bois : celles de Marovoay, de Mangoro et d’Itasy-

Sakay.

Une étude de la faisabilité de la valorisation des sous produits forestiers a été réalisée

par le CNRIT dans la région de Mangoro (voir Annexe III) au nord est de la Capitale

Antananarivo. Les enquêtes et les collectes des données dans la région ont permis de

connaître la production de déchets forestiers.

Mangoro est une région allant du centre (mais au nord d’Antananarivo) à la côte-est

Malgache. Elle est connue comme étant une zone forestière, pluvieuse et chaude avec une

forte pluviosité annuelle de 2000mm à 3000mm et une altitude moyenne de 800m.

L’exploitation forestière est la principale source de revenu de la population. Les différentes

activités autour des exploitations génèrent des déchets

Des enquêtes dans cette région ont eu pour objet de recueillir des données relatives aux

sous produits de bois valorisables et à leurs utilisations.

Presque la totalité de la réserve forestière de la région appartient à la Société

FANALAMANGA. Elle est la seule source d’approvisionnement de tous les exploitants

forestiers de cette zone.

Cette société possède encore actuellement un domaine exploitable de 38 164 ha de bois

de pins et de 3000 ha d’eucalyptus.

Les 3 grandes sociétés d‘exploitation forestière œuvrant dans la région produisent

312m3 de sciures et de copeaux disponibles par jour. En se basant sur l’utilisation exclusive

de pinus keshya on peut estimer à plus de 140 tonnes par jour la quantité de matières

premières. En supposant une carbonisation en meule traditionnelle, avec un très faible

rendement on arrive à avoir environ une quantité annuelle de 7 200 tonnes de charbon.

78

Une étude de la faisabilité de la valorisation des sous produits et agricoles a été

réalisée par le CNRIT dans la région de Marovoay (voir Annexe IV) dans le nord ouest de

Madagascar. Les enquêtes et les collectes des données dans la région ont permis de connaître

la production rizicole durant la campagne 2001 – 2002. (Tableau 1.25)

Tableau 1.25 : Production rizicole de la région de Marovoay (plaine de basse Betsiboka) (Campagne 2001 – 2002) Produits locaux

( variétés de Riz)

Surface

cultivable (ha)

Surface cultivée

(ha)

Production par

saison paddy (t)

Rendement par

hectare

Asara 2.000 1.300 2.600 2

Atriatry 16.000 1.900 10.000 2,5

Jeby 20.000 13.000 39.000 3

Total 38.000 16.250 51.600

Les 42,76 % des terres cultivables seulement sont exploités. Pour une saison culturale la

filière rizicole peut assurer la disponibilité de 17.200 tonnes de balles de riz, ce qui à 50%

d’utilisation équivaut à 26 KTEP. La production de charbon dans cette localité est de 20

tonnes environ par an. L’utilisation directe pourrait combler les besoins en énergie nécessaire

aux nombreuses décortiqueries de la ville. La carbonisation et la transformation en briquettes

permettraient d’approvisionner en charbon de substitution, le chef lieu de province Mahajanga

situé à une centaine de km.

79

Quant à la région d’ITASY SAKAY, elle peut approvisionner la Capitale Antananarivo

et les chefs lieux des communes environnantes en combustibles de substitution. La

production agricole dans cette région est représentée dans le tableau 1.26.

Tableau 1.26 : Production agricole de la région d’Itasy en 2001-2002 Miarinarivo Soavinandriana Ankadinondry/

Sakay

Totale

Région

Itasy-Sakay

Riz Prod.agricole (t) 73690 68689 15500 157879

rendement (t/ha) 3.8 2,5 2.5

Balle de riz (t) 27974 20607 4650 47364

Arachide Prod. agricole (t) 1 409 4 638 - 6 047

rendement (t/ha) 1 1 -

Coque (t) 465 1531 1996

Maïs Prod.agricole (t) 6 538 38 214 3 750 48 502

rendement (t/ha) 1.9 2,5 3

Rafles (t) 26152 152856 15 000 194008

La disponibilité de 47 340 tonnes de balles de riz, de 1996 tonnes de coques d’arachide

et de 194 008 tonnes de rafles de maïs est assurée chaque année. En prenant toujours

l’hypothèse d’utilisation de 50 % de ces déchets, l’énergie potentiellement disponible est

d’environ 44 KTEP. Ces déchets sont inutilisés et leur transformation en combustible de

substitution peut contribuer à résoudre les problèmes de déforestation et d’insuffisance

d’énergie dans la ville d’Antananarivo. Les plantations de maïs requièrent des surfaces

dégagées non négligeables, les problèmes d’énergie se posent alors pour les planteurs. Ils

doivent se déplacer loin pour la collecte de bois de chauffe et la fabrication de charbon de

bois. La substitution d’une partie de leur besoin en énergie par la carbonisation de rafles de

maïs est une des solutions d’appoint envisageables. La région d’ITASY-SAKAY est desservie

par une route de bonne qualité sans interruption toute l’année et se trouve à une centaine de

km de la capitale.

Pour la région d’Andaingo, près d‘Ambatondrazaka, une stagiaire française venue du

CIRAD de Montpellier a été encadré par le Département Energétique du CNRIT pour la

valorisation de la biomasse en vue d’une électrification rurale. Le rapport de stage a fait

80

l’objet d’une soutenance de mémoire de DESS à l’Université Paris-Sud 11 : « Energies

Renouvelables et Développement - Cas de la production décentralisée à partir de la biomasse

pour le développement rural de Madagascar » par Maîwen Le Bouil.

CONCLUSION

L’étude bibliographique sur la situation énergétique dans le monde et à Madagascar a

montré que le charbon de bois constitue encore de nos jours une source d’énergie importante

Celui-ci devrait dans le futur se développer au détriment des énergies fossiles mais les

exigences énergétique et environnementale imposées par les accords de Kyoto sont une base

solide pour le développement des énergies durables et renouvelables telles que la biomasse.

L’utilisation des énergies fossiles dans le monde ne cesse de s’accroître. Les prévisions

montrent qu’elle devrait encore croître à l’avenir. Mais les stocks seraient épuisés dans les

prochaines années (Pétrole à 40 ans, le gaz à 60 ans, le charbon fossile à environ 200 ans).

La biomasse dans le monde jouit d'une disponibilité importante et représente une

alternative plus souple. La ressource en biomasse pour la production d'énergie est très

diversifiée (forêts naturelles, cultures dédiées à une utilisation énergétique, sous-produits

agroforestiers). Le potentiel de ressource mobilisable est estimé à pas moins de 455 MTEP

de résidus agricoles et 225 MTEP de déchets de bois utilisables à des fins énergétiques.

La production de charbon de l’Union Européenne n’occupe qu’une part négligeable de

la production mondiale mais celle de l’Afrique représente environ 55% de cette production.

En Afrique, la dépendance envers le bois de feu et charbon de bois pour la cuisson des

aliments et autres activités génératrices de revenus pour les besoins quotidiens est quasi-

totale, ceci n'est pas sans conséquences sanitaires (maladies respiratoires, cécité), écologiques

(déboisement) et sociales (femmes obligées à la corvée de bois de plus en plus loin de leur

domicile)". La majorité des africains n'ont pas accès à l'électricité ; pour autant il existe un

formidable potentiel de développement des énergies renouvelables.

A Madagascar la déforestation due à l’utilisation abusive du bois (exploitation

forestière, culture sur brûlis, combustible domestique) ne cesse de s’étendre. L’utilisation du

bois de chauffe et du charbon de bois prend une part prépondérante dans l’aggravation de la

situation. En adoptant des solutions d’appoint et de substitution, on peut contribuer au

ralentissement de ce fléau, d’autant plus que les déchets agricoles et forestiers sont abondants

et inutilisés. L’introduction d’une politique de combustible ligneux efficace dans la politique

nationale d’énergie est nécessaire.

81

En adoptant une politique d’utilisation et de valorisation de déchets, l’énergie

potentiellement utilisable est de 2443 KTEP ce qui représente 61,5% de la consommation

d’énergie à Madagascar en 2001 et de plus de 80% en 2005 même en suivant des hypothèses

très réductrices.

Une solution fiable et viable est la pyrolyse des déchets de bois et des sous produits

agricoles étant donné leur abondance et son existence à proximité des utilisations

potentielles. En générale l’existence de circuit d’acheminement dans les villes et grandes

localités facilite la commercialisation.

83

CHAPITRE II : PYROLYSE DE LA BIOMASSE :

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

84

2.1 - COMPOSITION DE LA BIOMASSE

L'objet du présent paragraphe est de rappeler brièvement la composition de la biomasse

et de faire une description sommaire des différents éléments de sa structure.

2.1.1 Caractérisation chimique de la biomasse.

Les principaux éléments chimiques de la biomasse sont constitués de carbone, d’azote,

d’Oxygène, d’extractibles et de minerais constituant les cendres (silice, calcium, potassium,

magnésium…).

En général, la plupart des auteurs classent les composants chimiques de la biomasse

anhydre en deux groupes de substances : les substances extractibles et les substances

fondamentales. La Figure 2.1 présente les principaux composants issus de ces substances.

Figure 2.1 : Principaux composants de la biomasse

La biomasse la plus utilisée pour la transformation thermochimique est le bois. Les

principaux constituants de la biomasse sont pour la plupart identiques à ceux du bois mais

avec des proportions diverses (dans les feuilles, les tiges, les grains ou les pailles).

Rousset [30] a décrit précisément la structure des trois polymères principaux composant

le bois. Il s'agit de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine, qui sont étroitement liées.

a) La cellulose.

La cellulose est un homopolysaccharide composé d’unités α-D - glucopyranose unies

par des liaisons glucidiques 1 - 4 pour constituer le composé principal de tissu de la biomasse.

Sa structure moléculaire est complètement linéaire et présente une forte tendance pour former

l’intra et l’intermoléculaire au moyen de liaisons hydrogène, donnant une structure cristalline.

De part sa structure fibreuse et ses liaisons hydrogène fortes, la cellulose est assez stable et

Substances extractibles

Composition chimique de la biomasse

Substances fondamentales

Matières organiques Matières inorganiques Polyphénols Polysaccharides

Tanins Résines Cendres Lignine Cellulose Hemicelluloses

85

résistante vis à vis de la plupart des solvants chimiques. Chaque chaîne linéaire élémentaire

contient environ 200 molécules monomères (glucoses) et est associée à d’autres chaînes pour

former des microfibrilles, puis les fibrilles et enfin la fibre cellulosique. Le degré de

polymérisation de la cellulose peut se situer entre 1000 et 3000 unités de glucose [31].

La Figure 2.2 ci-après, représente un polymère de glucose constitué de longues molécules

linéaires de forme (C6H10O5)n, de conformation régulière et hautement orientées [32].

Figure 2.2 : Chaîne de la molécule de cellulose [32].

b) Les hémicelluloses.

Initialement, les hémicelluloses étaient classées comme des produits biosynthétiques de

la cellulose. Aujourd’hui on considère que les hémicelluloses font partie d’un groupe

hétérogène de polysaccharides avec un degré de polymérisation plus faible que la cellulose

(figure 2.3). La structure des motifs de chaîne des constituants monomères des

hémicelluloses, varie selon les types de biomasse [32].

b-1)

86

b-2)

Figure 2.3 : les différents motifs de la chaîne des hemicelluloses [32].

c) La lignine.

La lignine est une substance amorphe, avec un haut poids moléculaire, constitué de base

polymérique phénolytique. La structure moléculaire de la lignine n’est pas encore bien définie

en raison des difficultés de son extraction sans altération. Sa constitution chimique est

différente suivant les espèces et pour le même végétal.

Il faut remarquer que la lignine de la biomasse de type bois résineux est constituée

principalement de groupements guaïacylpropane avec une faible quantité de groupement

parahydroxyphénylpropane. Par contre, la lignine de bois des feuillus comprend des

groupements guaïacylpropane et syringylpropane, en proportion variable, ainsi que des

groupements parahydroxyphénylpropane [33].

Sur la figure 2.4 sont représentés les monomères de la lignine constitués par les alcools

courmarylique, coniferylique et sinapylique ou les aldéhydes correspondants.

Figure 2.4 : Formules structurales des monomères composants de la lignine [33].

d) Les extractibles.

87

• Les extraits organiques.

Ce sont des substances qui peuvent être extraites avec des solvants organiques. La

teneur et la composition varient avec les espèces de biomasse. La plupart, des composants

extractibles, est concentrée dans les espaces cellulaires vides. On en trouve parfois dans la

paroi cellulaire. De nombreuses essences contiennent des substances extractibles qui se

caractérisent facilement de part leur couleur ou odeur. Elles sont parfois toxiques pour les

bactéries, les champignons et les termites [34]. On cite quelques composants extractibles du

bois des feuillus : les triterpènes sont essentiellement représentés dans les feuilles de la région

tempérée et tropicale ; les glyrécides, les cires et leurs constituants sont aussi trouvés dans le

bois de feuillus. On trouve aussi des composants aromatisés comme les phénols, les lignanes,

les quinones, les tanins, les flavonoïdes, etc. Les aspects qualitatif et quantitatif varient

souvent suivant l’espèce ou la partie de l’arbre (cœur, aubier, branches, racines, etc.)

[35].

• Les extraits minéraux.

Les composés inorganiques de la biomasse sont entièrement contenus dans les cendres

après l’incinération complète de sa matière organique. En général, le pourcentage des

composés minéraux dans le bois est faible (bois tempérés de 0,1 à 1,0% et bois tropicaux

jusqu’à 5%). Dans la biomasse d’origine agricole et forestière, les minéraux majoritaires sont

la silice, le calcium, le potassium et le magnésium. Certains types peuvent avoir jusqu’à 30%

de cendre [35].

2.1.2 - Biomasses lignocellulosiques de type paille

Il est nécessaire de souligner quelques différences entre la biomasse de type bois et la

biomasse lignocellulosique de type paille qui représente l’ensemble de la biomasse ligneuse

résultant des cultures énergétiques (autres que le bois) : la paille et la balle de riz, l’orge, les

fibres de noix de coco, la canne à sucre….

Cette partie regroupe l’essentiel des informations nécessaires à une différentiation

micro-structurale et chimique de ces végétaux par rapport au bois.

a) Structure anatomique de la biomasse de type paille

En générale, la morphologie générale des biomasses de type paille est identique aussi à

88

celle de la canne à sucre. Une tige est une succession de tiges élémentaires, chacune

comportant un nœud et un entrenœud. La coupe transversale montre une section droite

grossièrement circulaire ou ovale et comportant :

- à la périphérie, une couche épidermique monocellulaire et silicifiée (« épiderme »

d’épaisseur 0,2 à 0,6 mm), qui forme une couronne autour d’une masse tendre de tissu

végétal. La constitution fibreuse de l’épiderme rend la tige très résistante mécaniquement, et

sa structure cireuse, la rend imperméable à l’eau et à la sève.

- au centre, une masse de tissu constituée de cellules longitudinales (0,5-1µm d’épaisseur

de paroi) : ce sont des fibres parenchymes et des vaisseaux conducteurs. La concentration de

fibre est plus importante au fur à mesure que l’on se rapproche de la périphérie de la tige, et

leur diamètre moyen beaucoup plus faible. Les cellules parenchymateuses assurent à la fois le

transport, le stockage de sève et la résistance mécanique de la tige. La microscopie d’une

paroi cellulaire montre une série de ponctuations de 1 à 2 µm de diamètre, permettant le

transport intercellulaire de la sève.

Le point d’attachement des feuilles, sur la tige, se situe à la base des nœuds. Les feuilles

sont constituées d’une gaine tubulaire d’épaisseur fine, prolongée par le « limbe ». La gaine,

formée de cellules parenchymes, entoure la tige. Les feuilles portent également des cellules

siliceuses, en forme d’épines.

b) Constituants chimiques de la biomasse de type paille

Pour ce qui est de la composition chimique des végétaux de type paille, il faut signaler

qu’ils ne présentent pas de différences fondamentales par rapport aux bois. Seules les

proportions relatives des principaux constituants varient, dans le sens d’une faible teneur en

lignine. Aussi, les taux de matières minérales peuvent être relativement élevés. Notons que

ces différents indices chimiques peuvent varier dans des proportions importantes compte tenu

de l’hétérogénéité des types de cellules constituant l’ensemble de ces végétaux [36].

89

2.2 LA PYROLYSE DE LA BIOMASSE

Les trois principales conversions thermochimiques de la biomasse couramment

développées correspondent à la pyrolyse, à la gazéification et à la combustion (Figure 2.5). La

pyrolyse sera l'objet de notre étude du fait de ses enjeux futurs. La pyrolyse peut être lente,

rapide et flash.

Figure 2.5 Les différentes voies de la conversion thermochimiques de la biomasse [36].

La conversion de la biomasse par voie thermique est fonction des paramètres utilisés

comme la vitesse de chauffe, la pression, la température et le temps de séjour. La pyrolyse est

essentiellement une décomposition thermique en absence ou à fort défaut de gaz oxydant

(oxygène ou l’air), produisant une phase solide (charbon), liquide (jus pyroligneux composés

d'une solution aqueuse légère et une phase organique lourde) et gazeuse (gaz incondensables)

Selon GRAHAN et al. [37], on distingue trois types de pyrolyse :

• Pyrolyse lente ou conventionnelle.

Elle est caractérisée par une vitesse de chauffe inférieure à 10°C/seconde, une température

finale inférieure à 500°C et un temps de séjour des produits relativement élevé (supérieur à 5

secondes pour la phase vapeur et supérieur à la minute pour les solides). Les produits

principaux sont du jus pyroligneux et du charbon de bois.

• Pyrolyse flash.

Elle est caractérisée par une vitesse de chauffe comprise entre 10 et 103 °C/seconde, une

température finale modérée comprise entre 500 et 600°C et un temps de séjour de la phase

90

vapeur inférieur à la seconde. La production du jus est alors favorisée au détriment du

charbon de bois et des gaz incondensables.

• Pyrolyse rapide.

Cette dernière se caractérise par une vitesse de chauffe comprise entre 103 et 105 °C/seconde,

une température finale supérieure à 600°C et un temps de séjour de la phase vapeur inférieur à

0,5 seconde. Le rendement en gaz incondensables à pouvoir calorifique moyen (contenant des

hydrocarbures légers saturés et insaturés) est favorisé au détriment du charbon et du jus

pyroligneux.

Cependant, si l’on considère l'ensemble de ces procédés, la pyrolyse lente est de loin la

plus appliquée industriellement.

Les procédés de conversion thermochimique de la biomasse sont ainsi présentés dans

le tableau suivant :

Tableau 2.1 : Différentes voies de la conversion thermochimique de la biomasse

Procédé Conditions opératoires ϕ = Q/Q0 Produits primaires

Carbonisation

(pyrolyse lente à 400-

500°C)

Absence d’oxygène 0 Charbon

Liquéfaction

(pyrolyse flash à 500-

600°C)

Absence d’oxygène 0 Combustible liquide

Gazéification

(température à 700°C et

plus)

Oxygène limité 0,30 – 0,35 Combustible gazeux

Produits chimiques gazeux

Combustion Excès d’oxygène 1,0 – 1,4 Chaleur

où

Q est la quantité (en Kg) d’air à insuffler lors d’un traitement thermochimique,

Q0 la quantité d’air strictement nécessaire pour assurer la combustion complète d’un

kilogramme de combustible :

La décomposition thermique de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine se

traduit par chacune des réactions suivantes respectivement [38] [39] [40] :

91

Figure 2.6 : Décomposition thermique de macromolécules de cellulose.

Figure 2.7 : Décomposition thermique des hémicelluloses.

Figure 2.8 : Décomposition thermique de la lignine.

Il faut préciser, par ailleurs, qu’un certain nombre de phénomènes thermochimiques

secondaires accroissent la diversité des produits obtenus et rendent encore plus complexe la

compréhension des mécanismes de la pyrolyse.

La composition et les proportions relatives des trois principaux produits de la pyrolyse

(charbon, liquide et gaz) varient en fonction des paramètres de pyrolyse (vitesse de chauffage,

température maximale, durée du maintien à température maximale, atmosphère de réaction,

addition de catalyseurs) et des paramètres propres à la matière première (nature, humidité,

taille et forme, structure et composition chimique).

92

La température est certainement le facteur le plus important qui conditionne les

rendements et les propriétés physico-chimiques des produits. On admet ainsi que la

dégradation thermique des matières ligno-cellulosiques suit une loi de cinétique qui est celle

de premier ordre d’ARRHENIUS, tendance observée par divers auteurs [41]. On pose en

pratique l’équation suivante (ou une de ses variantes):

)(exp)()(

ccc

RT

EkK

dt

d ρρρρρρ−

−−=−−=−

E1

avec

K : constante de vitesse de la réaction de pyrolyse (s-1) ;

k : facteur préexponentiel d’Arrhenius (s-1) ;

E : énergie d’activation (kJ/Kg) ;

R : Constante des gaz (kJ.Kg-1.K-1) ;

ρ : densité de la matière à l’instant t (Kg.m-3) ;

ρc : densité du charbon en fin de pyrolyse (Kg.m-3).

Dans le cas de la pyrolyse du bois et de ses sous produits, les valeurs suivantes de E/R

ont été trouvées : 9500 K, 8810 K, 14700 K, 50946 K. Pour ce qui est des valeurs de k, des

variations importantes avec des valeurs de plus 1020 peuvent être obtenues [42].

2.3 LES DIFFÉRENTS PROCÉDÉS DE PYROLYSE

L’essentiel des procédés de pyrolyse actuellement développés au stade industriel ou

semi-industriel privilégie la production de charbon de bois. Il s’agit de procédés de pyrolyse

lente, à pression atmosphérique, sans atmosphère de réaction particulière et sans adjonction de

catalyseurs. Ils peuvent être classés selon trois catégories en fonction de la source de chaleur

utilisée pour fournir l’énergie de carbonisation :

2.3.1 La carbonisation par combustion partielle :

Dans ce procédé, la source thermique est la combustion d’une partie de la charge. La

charge de bois est disposée à l’intérieur d’une enceinte étanche (terre, brique, métal). Des

ouvertures judicieusement disposées permettent l’admission de l’air nécessaire à la

combustion de la partie de la charge qui fournit la chaleur nécessaire à la carbonisation. La

régulation de la combustion s’effectue en agissant simultanément ou alternativement sur les

93

entrées d’air et les sorties de fumées. Tout excès d’air se traduira par une combustion trop

importante de la charge et tout défaut d’air entraînera une baisse de qualité du produit voire

même une extinction. Les produits condensables et gazeux, rarement récupérés sont rejetés

dans l’atmosphère.

Tous les systèmes utilisant ce mode sont de type artisanal. On note également un très

faible rendement de production (moins de 20% sur sec) de la biomasse totale initiale avec des

pertes d’énergie importantes et une qualité du charbon très hétérogène.

Les principaux avantages de la carbonisation en four à combustion partielle (FCP) sont

les suivants :

• Bon transfert de chaleur entre la source et la charge, en raison du contact direct.

• Grande facilité de construction à partir de matériaux divers tels que les briques, l’argile

et le métal.

• Possibilité de carboniser du bois avec un taux d ‘humidité élevée.

Cependant les inconvénients majeurs sont :

• Les rendements de conversion typiques peuvent être inférieurs à 12-16% si les

technologies sont mal maîtrisées notamment au niveau de l’admission d’air.

• Les émissions qui représentent au moins 50% de l’énergie initiale du bois sont dilués

par l’azote ainsi leur pouvoir calorifique est faible ce qui les rend difficilement utilisables.

• La pratique de cette technologie dépend essentiellement du savoir-faire de la personne

chargée de la carbonisation. En plus, la conduite dépend des critères de contrôles subjectifs

qui sont difficiles à normaliser et se traduit bien souvent par des résultats aléatoires et exige

une surveillance continue.

Bien difficile à évaluer précisément, le bilan énergétique d’une carbonisation en FCP

peut être représenté approximativement comme suit :

94

Figure 2.9 : Bilan énergétique d’un four à combustion partielle (FCP), source BRIANE et DOAT [43]

Avec,

1 - pertes par vaporisation de l’eau

2 - Pertes par rayonnement + convection

3 - Chaleur de carbonisation

4 - Gaz + goudrons pyroligneux

5 - Charbon

2.3.2 - La carbonisation par chauffage externe.

L’énergie nécessaire est fournie à la charge, placée dans une enceinte close, par un

foyer de chauffe externe, par l’intermédiaire d’une surface d’échange (vase clos, cornu). Ce

procédé, actuellement utilisé pour de faibles productions de charbons de bois de très bonne

qualité permet d’obtenir du charbon avec un rendement avoisinant les 30% (sur sec). Les

paramètres thermiques sont fixés à partir de la source thermique dont la régulation est

facilement maîtrisable. La valorisation des condensables et des gaz de pyrolyse peut être

envisagée. Pour ce genre de systèmes, les calories nécessaires à la combustion proviennent de

la combustion externe de tout ou une partie des gaz résiduaires, contrairement à la

carbonisation par combustion partielle où les calories proviennent de la masse

lignocellulosique elle-même et le rendement pondéral de carbonisation est compris entre 28 et

32% sur anhydre [44].

Four cornu-tunnel

Le procédé original permet d’atteindre des niveaux de productions de 5000 à 6000 T/an.

La charge est faite par des wagonnets d’une douzaine de m3 traversant successivement une

1

2 3 4

5

BIOMASSE

95

zone de séchage, une zone de pyrolyse et enfin une zone de refroidissement. L’énergie

nécessaire au procédé résulte de la combustion des fumées de pyrolyse transmise à la charge

par l’intermédiaire d’un échangeur thermique. Le fractionnement est limité, les wagonnets

parallélépipédiques acceptant des produits de 2 m de longueur. Toutes les opérations à

l’exception du chargement par chariot élévateur sont automatisées.

Four cornu verticale.

Le module de production du four est constitué d’une enceinte verticale isolée dans

laquelle vient se glisser un cornu. Les gaz de pyrolyse sont évacués dans la partie haute de la

cornu et sont dirigés : vers une torchère pendant la durée du séchage, vers le brûleur situé sous

la cornu pour permettre d’entretenir la carbonisation, enfin vers le brûleur d’un autre module

dont le cycle se trouve à un stade différent de carbonisation. Par un choix judicieux des

déphasages de cycle entre 2-3 ou 4 modules, une unité de production peut optimiser la

récupération de l’énergie disponible dans les fumées.

2.3.3 - Carbonisation par contact des gaz chauds.

L’énergie nécessaire à la carbonisation est fournie par des gaz chauds provenant d’un

foyer externe (il peut s’agir des gaz de pyrolyse brûlés) et mis en contact direct avec la

charge. Ce procédé donne un bon rendement de production mais son exploitation exige un

choix limité de matières premières aussi est il surtout utilisé pour les fours industriels

fonctionnant en continu. Ces systèmes permettent d’une part d’améliorer le rendement de

production de charbon et d’autre part de permettre la récupération par condensation des gaz

des différents produits chimiques : alcool de bois au méthylène, acides acétique et formique,

goudrons solubles. La variation des gaz peut également être envisagée par combustion, afin

de produire de la vapeur haute ou basse pression, utilisable pour actionner une turbine ou

servir à des fins diverses de chauffage ou de séchage.

Les procédés de ce type commercialisés sont les fours de la société LAMBIOTTE. Ce

sont des fours verticaux, entièrement automatisés et possèdent une capacité de production

variant de 1500 à 2500 t/an. Les gaz chauds de la zone de carbonisation sont directement

réinjectés à la tête du four sans incinération préalable. Le surplus de fumées est brûlé en

torchère sans une revalorisation de l’énergie générée. Ces types de fours ne comportent pas de

séchoir en amont. L’humidité de la matière première a de fortes incidences sur les conditions

de fonctionnement [44].

96

2.4 - ETAT DES CONNAISSANCES DE LA PYROLYSE

Nous avons vu que la pyrolyse est une décomposition thermochimique en absence ou en

fort défaut d’air ou d’oxygène pour aboutir à la formation de produits solide, liquide et

gazeux. Il s’agit d’un processus complexe mettant en jeu à la fois des réactions

endothermique et exothermique, des phénomènes de transferts et d'hydrodynamique.

2.4.1 - Principes des réactions de pyrolyse de la biomasse.

La pyrolyse lente à moins de 500°C ou carbonisation est une décomposition thermique

de la matière en l’absence ou à fort défaut d’oxygène. La dégradation thermique par pyrolyse

agit par décomposition successive des principaux constituants (hémicelluloses, cellulose et

lignine), de stabilité thermique différente. Les ruptures des liaisons et les processus de

réarrangement au sein des polymères constituant la biomasse conduisent à un très grand

nombre de produits.

Le schéma des mécanismes fondamentaux proposé par SHAFIZADEH [45] met en

évidence un ensemble complexe de schémas réactionnels, dont de nombreuses réactions

secondaires intervenant rapidement après la formation de certains composés organiques dans

ou hors du produit soumis au traitement.

Les études concernant les mécanismes réactionnels : études fondées sur les analyses

thermiques et thermogravimétriques et études basées sur l’analyse des produits de pyrolyse

ont permis d’identifier différentes chaînes de réaction qui se produisent pendant la pyrolyse

de la biomasse.

Les principales réactions de pyrolyse pour l’obtention du charbon peuvent être

généralement séparées en réactions endothermique et exothermique [46].

Les réactions endothermiques sont les suivantes:

Dévolatilisation.

Bois + chaleur méthane + hydrocarbures condensables + charbon

Réaction de gaz à l’eau.

C + H2O + chaleur CO + H2 E2

Conversion catalytique.

C + 2H2O + chaleur CO2 + 2H2 E3

Reverse-BOUDOUARD.

C + CO2 + chaleur 2CO E4

97

Les réactions exothermiques sont les suivantes:

Oxydation.

C + O2 CO2 + chaleur E5

Hydrogazéification.

C + 2H2 CH4 + chaleur E6

Réaction de conversion.

H2O + CO CO2 + H2 E7

Méthanation (catalytique).

CO + 3H2 CH4 + H2O + chaleur E8

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O + chaleur E9

2CO + 2H2 CH4 + CO2 + chaleur E10

Dans la zone d’oxydation, le carbone réagit avec l’oxygène de l’air pour produire du

CO2. Cette réaction exothermique est essentielle pour fournir l’énergie nécessaire aux

réactions dans les zones de gazéification, pyrolyse et séchage.

Certaines de ces réactions étant des réactions équilibrées, elles sont soumises aux lois

régissant les équilibres chimiques telles que la loi de modération (principe de Lechatelier) et

la loi de VAN HOFF.

2.4.2 – Mécanismes réactionnels de la pyrolyse.

Il est difficile de synthétiser l'ensemble des travaux menés sur les mécanismes

réactionnels en pyrolyse du bois du fait de la relative dispersion des résultats par rapport aux

conditions opératoires employées et la nature des composés étudiés. Plusieurs processus de

dégradation ont été proposés dans la littérature scientifique et nous présentons ci-dessous les

plus importants à quoi les auteurs font tout le temps référence :

En traitement pyrolytique, les composants chimiques du bois (la cellulose, les

hémicelluloses et la lignine) sont les principaux éléments décomposés. Le charbon, les

volatiles et les gaz qui en découlent représentent les produits des réactions. Ainsi, la cinétique

réactionnelle de la pyrolyse serait la somme de cinétiques individuelles de dégradation de la

biomasse. MASHIO et al. [47], rapportent que les mécanismes réactionnels de pyrolyse du

bois peuvent être séparés en trois étapes de décomposition de ses constituants :

Le premier – est appelé pré-pyrolyse. Pendant cette étape quelques réarrangements internes

(élimination d’eau, apparition de radicaux libres, formation de carbonyl, carboxyl et groupes

hydroperoxyde) se présentent. Une légère perte de masse est déjà observée surtout par

émission de vapeur d’eau, de CO et de CO2.

98

Le deuxième – correspond à la principale étape de la pyrolyse. Elle se caractérise par la

décomposition du matériau lignocellulosique avec une vitesse de décomposition maximale.

Le troisième – correspond à la formation de résidu solide (charbon).

DIELBOD [48] caractérise les phénomènes réactionnels de la pyrolyse par les différents

types de réactions suivantes :

Réactions primaires : ce sont de réactions de pyrolyse mettant en jeu la matière

première solide qui va se transformer en un certain nombre de produits primaires. Ce

sont essentiellement des réactions de déshydratation et de fragmentation, conduisant

principalement aux constituants du jus pyroligneux.

Réactions secondaires : ce sont les réactions mettant en jeu les produits primaires

obtenus lors de la première phase de décomposition.

SHAFIZADEH et CHIN [49] ont proposé que la décomposition thermochimique de

la matière lignocellulosique se réalise en quatre phases de réactions :

• Rupture des liaisons hydrogène et départ de l’eau absorbée ;

• Dépolymérisation par transglycosylation conduisant principalement au lévoglucosane et

formation de sucres (au-dessus de 250°C) ;

• Déshydratations des sucres, formation des produits volatiles. Les décarboxylations sont

importantes comme en témoigne le dégagement de CO2 observé ;

• Condensations de certains produits de décomposition en résidu fortement carboné

(charbon) à plus forte température.

Une autre manière de décrire les mécanismes de décomposition thermochimique des

principaux constituants du bois consiste à les identifier en fonction de la température :

• Jusqu’à 200°C les mécanismes sont caractérisés principalement par la perte d’eau, avec

l’apparition d’une faible quantité de CO, de CO2 et d’hydrocarbures provenant de la

dégradation d’hémicelluloses.

• De 200 à 280°C, on observe le dégagement de gaz incondensables CO et CO2 et de

vapeurs condensables constituées en grande partie d’acide acétique, de méthanol et d’eau

formée. Cette étape correspond à la décomposition des hemicelluloses et de celluloses

amorphes dans le bois.

• De 280 à 500°C, on constate un dégagement important des vapeurs condensables

constituées d’acide acétique, de méthanol et des goudrons. Les gaz incondensables sont

présents de façon minoritaire.

Les deux premières étapes sont endothermiques. L'exothermicité de la dernière étape

permet une élévation de la température jusqu'à 400-450°C sans apport extérieur de chaleur.

99

2.4.3 - Facteurs d'influence sur les réactions de pyrolyse.

Les interactions gaz - solide et liquide – solide, ainsi que les réactions secondaires en

phase gazeuse, sont importantes en pyrolyse, puisqu’elles peuvent conduire à une

recondensation ou repolymérisation de macromolécules organiques morcelées, à des

craquages thermiques, catalytiques et à des réactions d’oxydation ou de réduction. Parmi les

nombreux paramètres qui peuvent influencer ces types de réactions, on recense comme

important la pression, la température finale, le temps de séjour de différentes phases, la

vitesse de montée de température, l’humidité et la structure de la matière première.

a) - La pression.

Quelques études sur la pyrolyse de la biomasse sous pression ont été réalisées ces

dernières années. La plupart des auteurs ont noté une augmentation des rendements en

charbon. Les modifications de rendement en résidu solide s’accompagnent de variations dans

la composition élémentaire de ce solide suivant le mode de préparation adopté. Ces variations

pourraient être dues à divers facteurs comme la modification des cinétiques des réactions

primaires ou secondaires. La structure et la composition moléculaire des résidus pourraient

présenter des différences entre les échantillons et aussi au sein d’un même échantillon [50].

Une hypothèse avancée sur l'amélioration du rendement en charbon serait le rôle joué

par le temps de séjour sur les matières volatiles à la phase vapeur dans le réacteur et pas

simplement de l’élévation absolue de la pression. Dans son étude CAPART [51] signale que

le bois pyrolysé sous haute pression subirait des réactions secondaires où les goudrons ou

d’autres composés condensables piégés, à cause de la pression, dans les pores du bois, sont

craqués en gaz et en matériaux carbonés, augmentant ainsi le rendement du solide. Lorsque la

pression augmente, la température correspondant au maximum d’exothermicité est déplacée

vers les hautes températures. La perte de masse de la biomasse diminue avec la pression alors

que l’exothermicité augmente (Tableau 2.2). Cela est certainement du à des réactions

secondaires des gaz de pyrolyse qui ne peuvent s’échapper vers l'extérieur du fait de la

pression. Ce phénomène serait exactement le contraire de ceux obtenus par la pyrolyse sous

vide où les gaz sont rapidement évacués du réacteur. Lorsque la pression augmente, le

rendement en charbon croît à haute température, ceci étant dû aux réactions secondaires [39] .

100

Tableau 2.2 : Influence de la pression sur l’exothermicité des réactions produites au cours de la montée en température.

Pression (bar)

20 8 2 Zone de température pour

l’exotherme (°C) 235 – 320 235 – 315 239 – 309

Température correspondant au maximum du pic

exothermique (°C) 278,9 277,4 273,8

∆H (J/g) 111,35 102,14 90,0

Source : AVAT [52]

CAPART [51] a démontré que sous les mêmes conditions de température et de flux de

gaz (vitesse de circulation de l'azote identique dans le réacteur), la vitesse de pyrolyse

augmente avec la pression (figure 2.10). Cette augmentation de la vitesse de pyrolyse en

fonction de la pression est certainement due à une amélioration du transfert thermique externe

plutôt qu’à un accroissement de la cinétique propre à la réaction.

Figure 2.10 : Influence de la pression sur la perte de masse de bois : - 1 bar ; -

15bars et - 25 bars [].

De la même façon, ANTAL et al. [53] confirment que l’augmentation de la pression

améliore le transfert de chaleur dans le réacteur, conduisant à l'obtention d'un charbon aux

caractéristiques plus homogènes. D’autre part, ils ont constaté que les rendements en charbon

n'étaient plus grandement influencés par les pressions entre 11 bars et 33 bars. Pour ces deux

conditions opératoires, ils ont obtenu respectivement 50.8% et 51.0% de charbon avec 28.8%

et 29.3% de matières volatiles, pour une température finale de 450°C. Des auteurs comme

NUMAZAWA S. [54] abondent dans ce sens, l’augmentation des résidus carbonés

s’accompagne d’une augmentation des matières volatiles.

Fra

ctio

n de

mas

se

Temps (s)

υ

ν

σ

101

b) - La température finale.

Il est bien connu que de tous les facteurs jouant sur la pyrolyse, la température est un

des facteurs les plus importants pour le rendement en charbon (Figure 2.11) [49]. La

température de pyrolyse est un facteur qui conditionne les propriétés physico-chimiques du

charbon de bois. La résistivité électrique de charbon est également influencée par la

température finale.

Elle est de l’ordre de 1 Ω.m à une température dépassant 900°C. Par conséquent, les charbons

peuvent être utilisés pour la fabrication d’électrodes [55]. Une diminution du module

d’élasticité dynamique du bois est constatée près de 330°C et après le module augmente pour

atteindre sa valeur initiale à une température de carbonisation près de 900°C. Lorsqu’on opère

à haute température (>650°C), les produits majoritairement formés sont des gaz [56]. Sur la

Figure 2.12 sont représentées les différentes étapes de la pyrolyse du bois en fonction de la

température. Le Tableau 2.3 rassemble les données en termes de rendement et caractéristiques

des différents produits obtenus au cours des différentes étapes de la pyrolyse du bois [57]. La

qualité du charbon peut aussi être influencée par la température réactionnelle de la pyrolyse.

A titre d'exemple, l'obtention d'un charbon à haute teneur en carbone fixe de l'ordre de 85%

nécessite une cuisson autour de 500°C.

Figure 2.11 : Pertes de masse en fonction de la température des différents constituants

du bois et du bois

Comme le montrent les Figure 2.13 et Figure 2.14, le pouvoir calorifique supérieur du

charbon qui traduit également la qualité du charbon, dépend à la fois de la constitution

chimique finale du charbon, des matières volatiles et du taux de cendres. Il est nécessaire de

102

bien contrôler le procédé en vue d'obtenir des charbons à la fois homogènes et de qualité.

Figure 2.12 : Variation de rendement des fractions solide, liquide et gazeuse en fonction

de la température de pyrolyse (d’après la revue Armines citée par BRIANE et DOAT

[58]).

Tableau 2.3 : Phases de la pyrolyse du bois en fonction de température de réaction, leurs constituants et leurs caractéristiques [57].

103

Figure 2.13 : Pouvoir calorifique du charbon en fonction de la composition chimique Teneurs en carbone fixe et matières volatiles [57].

Figure 2.14 : Pouvoir calorifique du charbon en fonction de la composition chimique : Teneurs en matières volatiles + cendres et cendres et [57].

c) - La vitesse de chauffe.

La vitesse de montée en température dans le réacteur est également un facteur qui joue

un rôle significatif sur la pyrolyse de la biomasse et donc sur le rendement en charbon. Une

vitesse de montée en température élevée (1000°C/s), à des températures inférieures à 650°C,

associée à une évacuation rapide des produits, favorise la production de liquides. A des

températures plus élevées (>650°C), les produits majoritairement formés sont les gaz. Ces

vitesses élevées de montée en température défavorisent la production de charbon. Le Tableau

2.4 résume les principes de réaction pyrolytique.

104

Tableau 2.4 : Produits majoritaires de la pyrolyse en fonction de la technologie.

Types de pyrolyse

Cours de pyrolyse Produits

majoritaires Temps de

séjour de la phase solide

Montée en température

finale

Température finale maximale

(°C) Pyrolyse lente Carbonisation Conventionnelle

Heures

5 à 30 min

très lente

lente

400 à 500

600

solide

gaz, liquide, solide Pyrolyse rapide Flash Flash-liquide Flash-gaz Ultra

0,5 à 5 s

< 1 s > 1 s

< 0,5 s

Relativement

Rapide Rapide

Très rapide

650

< 650 > 650 1000

Liquide Liquide

Gaz Gaz

Source : BEENACKERS et BRIDGWATER [59]

d) - L’humidité initiale du bois.

De nombreux travaux ont été menés sur l'influence de l'humidité lors de la pyrolyse du

bois sous pression atmosphérique. ANTAL et al. [60] ont constaté que la vapeur d’eau n’avait

aucune influence sur la cinétique de pyrolyse de la cellulose à pression atmosphérique.

Pourtant, ces mêmes auteurs ont revu leur jugement concernant le rôle de l'humidité du bois

sur les cinétiques pour la pyrolyse sous pression. NUMAZAWA S. [54] rapportent que

l’humidité joue sur la vitesse de décomposition lorsque la cellulose est pyrolysée sous

pression atmosphérique et diminue la vitesse de la pyrolyse en fonction de la réduction de la

concentration des radicaux libres. BOHNKE [61] argumente que l’humidité initiale du bois a

une influence sur la perte de masse totale, et sur les cinétiques et les transferts de chaleur et de

masse. La présence d’eau et de vapeur d’eau peut accélérer la décomposition et la dégradation

de molécules par hydrolyse du substrat et le réarrangement des produits intermédiaires. Ce

processus est connu comme hydrothermolyse. En haute température, les teneurs de CO2 et H2

sont aussi fonction du réactif [62]. CORTÉ [63[63] rapporte que le volume total de gaz de

pyrolyse augmente fortement avec le taux d’humidité du bois à température élevée. Cette

augmentation est essentiellement due à l’accroissement des volumes d’hydrogène et de CO2.

Il cite aussi que l’eau d’humidification du bois favorise la gazéification du carbone en

minimisant la formation de la phase liquide.

BEAUMONT [39], rapporte que l’augmentation de l’humidité a pour effet d’augmenter

le rendement en charbon et de diminuer le rendement en pyroligneux (Tableau 2.5). Ceci,

vient du chauffage de la matière qui est retardé par l’absorption de chaleur due à la

vaporisation de l’eau. La quantité de l’eau formée par la pyrolyse reste sensiblement

constante. Il a observé également une diminution des rendements de différents produits

105

organiques particulièrement sensibles pour le méthanol, l’acide formique, l’acide propionique,

et les hydro-cétones.

Tableau 2.5 : Influence de l’humidité du bois sur la pyrolyse de bois.

Fractions de pyrolyse du bois (% massique)

(%) Humidité du bois

0 7.6 26.2

Charbon 24.6 27.4 27.7 Jus pyroligneux 64.1 61.3 60.3

Gaz (par différence) 11.3 11.2 12.0

Tous ces auteurs ont constaté leurs résultats sur les travaux effectués à la pression

atmosphérique.

En ce qui concerne l’effet de l’humidité du bois sur le rendement de procédé pressurisé,

les références sont très limitées. De nombreux auteurs montrent que pour une pyrolyse sous

pression, l’humidité n’a pas beaucoup d’influence sur les rendements en charbon. Elle

intervient cependant économiquement parlant car elle conduit à des durées de pyrolyse plus

longues et énergiquement plus coûteuses.

e) - La matière première.

Toutes les biomasses peuvent être carbonisées, toutefois, ils ne fournissent pas de

charbon de la même qualité. Les quantités de charbon recueillies dépendent de la nature de la

matière première. La formation de charbon a lieu au fur et à mesure de la dégradation de ses

constituants. Sur l’aspect physique, il est classiquement établi par exemple qu'un bois dense

forme un charbon dense, l’écorce se transforme en poussière, l’aubier en charbon moins dense

et que le cœur et les bois malades ou pourris se transforment en charbon de mauvaise qualité,

beaucoup plus fragiles et friables.. Concernant l’aspect chimique, la matière première initiale

peut significativement influencer la qualité des charbons. Les biomasses riches en

carbohydrates (pentosannes et celluloses) entraînent le plus souvent un volume plus élevé de

pyroligneux condensables. Les rendements en charbon sont élevés pour la lignine (55 à 60

%), faibles pour la cellulose et les carbohydrates en général (20 à 25%) selon Briane et Doat

[58]. Les autres composés de la biomasse influent sur la propriété des charbons obtenus,

comme la toxicité des fumées, la facilité d’allumage et les matières minérales constituant les

cendres.

f) - La granulométrie

Dans l’étude de BASNAYKE [64], on évoque l’effet de la taille des particules sur les

106

réactions de pyrolyse. Les fractions obtenues lorsqu’on traite des petites particules de chacun

des composants de la biomasse à une température donnée, ne peuvent pas être égalisées avec

la somme totale de la masse résiduelle obtenue par des grosses particules pour cette même

température. Nous allons voir les raisons pour lesquelles il y a cette divergence de la masse

résiduelle en fonction de la taille des particules, en regardant un exemple d'une étude faite par

Beaumont. Il a fait varier la granulométrie de 0,056 à 0,125 mm et de 0,25 à 0,5 mm, le débit

d'introduction (d'alimentation) étant de 0,5 g/min, les déductions de l'auteur sont les

suivantes :

- Une taille de particule plus grosse donne plus de charbon et moins de jus pyroligneux.

- La composition du gaz et des jus varie légèrement avec la granulométrie; en particulier la

température des maxima de rendement de certains produits se déplace avec la granulométrie.

Selon lui ces résultats peuvent s'interpréter en considérant l'effet de la taille du grain sur la

cinétique de chauffage : plus le grain n’est gros, moins vite il se réchauffe et la pyrolyse se

produit en moyenne à une température plus basse. Il ajoute que la pyrolyse éclair n'est donc

pas parfaitement isotherme et elle l'est d'autant moins que le grain est plus gros.

Selon ANTAL [65] qui a développé un modèle pour expliquer les différences

concernant les masses résiduelles et la gamme des produits obtenus dus aux différentes

conditions expérimentales : l'amplitude de la pression et des valeurs du débit, et leurs

interactions, sont responsables des réactions préférentielles qui ont lieu. Il a pu imposer ces

conditions indépendamment, en variant le débit (ou le temps de résidence du gaz) et la

pression sur des petites particules (considérées comme des surfaces fines). Donc la pression

partielle dans la particule est presque la même que la pression imposée dans le réacteur; ainsi

le débit est inversement proportionnel au temps de résidence des produits de pyrolyse en

phase gazeuse dans le réacteur.

En comparant les résultats obtenus par ceux de Beaumont pour les différentes tailles

de particules, les mêmes déductions sont constatées pour de grosses particules, la masse

résiduelle a augmenté et la quantité de gaz moindre (pour une montée en température lente).

Pour les grosses particules, il y a des pressions partielles plus élevées et ayant des débits

internes bas (des temps de résidence plus longs) dans le profil de la particule, les réactions

exothermiques donnant du charbon, sont favorisées.

BASNAYKE [64] mentionne dans son œuvre que la taille des particules est limitant

pour une étude cinétique, que le facteur important concernant la dimension caractéristique

d'un lit de particules fines est la profondeur du lit plutôt que la taille des particules. Un tas de

particules plus fines impose une condition de diffusion entre les particules plus importantes,

107

où il y aura des réactions secondaires produisant plus de charbon.

Il est utile de connaître les dimensions qui conviennent à une étude cinétique pour

éviter la dominance des réactions secondaires. Simmons a calculé, à partir d'une équation qui

tient compte des valeurs expérimentales pour le transfert de chaleur interne, la chaleur de

réaction et la cinétique (simplification de la réaction du premier ordre), et il a trouvé que la

dimension de particule qui permet une investigation cinétique est de 0,01 cm à 0,02 cm;

jusqu'à environ 450-500°C. Il a appelé cette dimension " thermiquement épaisse" pour une

étude cinétique. De plus, si le transfert de chaleur externe à la surface de la particule est lent,

les limitations de la température maximale seront plus basses pour la même dimension. Des

expériences ont été menées sur les différentes épaisseurs de cellulose, dans les mêmes

conditions, avec une vitesse de chauffage de 1000°C/s, pour vérifier si l'épaisseur utilisée est

thermiquement épaisse. Il a établi que les différences des produits formés ne sont pas

significatives pour les épaisseurs de moins de 0,02 cm (environ). En revanche, une épaisseur

de 0,04 cm produit moins de pyroligneux et il y a une augmentation correspondante des

produits gazeux. En bref, sous l'influence de la diffusion interne pour des granulométries plus

importantes, et de la diffusion externe entre des particules très fines, plus de charbon et de gaz

sont produits.

g) La densité

La densité peut beaucoup varier d’une espèce d’arbres à une autre, d’une biomasse à

une autre. On pourrait croire que la densité influe beaucoup sur le rendement de charbon de

pyrolyse. Une récente étude de M.A. CONNOR et M.H. VILJOEN du « département of

chemical Engeneering, de l’Université de Melbourne en Australie » dans BRIDGEWATER

and BOOCOOKE [66], a montré qu’il n’y a pas de relation simple évidente entre la densité

ou la perméabilité et le rendement de charbon. La tendance à avoir une augmentation du

rendement de charbon suivant une forte densité et une faible perméabilité n’est qu’apparente.

La perméabilité change au fur et à mesure que la pyrolyse avance. Une étude de la structure et

de l’évolution de cette structure pendant la pyrolyse donnerait plus d’indications qui seraient

sûrement différentes d’un arbre à l’autre, d’une espèce à l’autre et d’une biomasse à une autre

aussi est il surtout utilisé pour les fours industriels fonctionnant en continu.

2.5 CONCLUSION.

Les travaux de recherche sur la pyrolyse de la biomasse ont montré que l’humidité, la

108

température finale, la vitesse de chauffe, les constituants de la matière première et la

granulométrie jouent un rôle important sur les réactions de conversion dans le cas d’une

transformation à pression atmosphérique.

La pyrolyse sous pression permet d’obtenir de haut rendement en charbon avec

néanmoins une qualité limitée de celui-ci, du fait des taux de carbone fixe inférieurs à 80%,

valeur requise pour qu'un charbon soit considéré de bonne qualité, mais en même temps le

coût de revient aussi augmente.

En général, la température finale est le facteur le plus important dans la dégradation

thermo physique de la biomasse. Selon la température finale du processus, on fait du séchage,

de la torréfaction, de la pyrolyse lente ou flash et de la gazéification. L'obtention d'un

charbon à haute teneur en carbone fixe de l'ordre de 85% nécessite une cuisson autour de

500°C. Lorsqu’on opère à haute température (>650°C), les produits majoritairement formés

sont des gaz.

On a constaté, d’après les résultats de quelques études que l’augmentation de

l’humidité a pour effet d’augmenter le rendement en charbon et de diminuer le rendement en

pyroligneux. Ceci, vient du chauffage de la matière qui est retardé par l’absorption de chaleur

due à la vaporisation de l’eau. Cependant pour une pyrolyse sous pression, l’humidité n’a pas

beaucoup d’influence sur les rendements en charbon. Elle intervient cependant

économiquement parlant car elle conduit à des durées de pyrolyse plus longues et

énergiquement plus coûteuses.

La forte densité ni la faible perméabilité n’explique en aucun cas la hausse de

rendement de charbon.

Les constituants de la matière première influent sur la quantité de produits de

pyrolyse : c’est la lignine qui donne le plus de charbon tandis que les minéraux sont réduits en

cendre. Les autres constituants jouent un grand rôle dans la formation de jus pyroligneux et de

gaz.

Sous l'influence de la diffusion interne pour des granulométries plus importantes, et de

la diffusion externe entre des particules très fines, plus de charbon et de gaz sont produits.

Ainsi pour les fines particules, il faut donc considérer la dimension " thermiquement épaisse"

pour une étude cinétique. De plus, si le transfert de chaleur externe à la surface de la particule

est lent, les limitations de la température maximale seront plus basses pour la même

dimension de particules.

109

2.6 POSITIONNEMENT STRATEGIQUE

Dans les Pays En Développement (PED), l’approvisionnement en charbon de bois des

villes devient problématique. Il s’agit d’apporter une solution d’appoint par

l’approvisionnement de ces villes en charbon de substitution obtenu par la pyrolyse de sous

produits agricoles et forestiers.

Dans le cas de Madagascar, il s’agit de la pyrolyse de sous produits qu’on trouve

abondamment, notamment des sciures et copeaux de bois de pinus keshya et d’eucalyptus

globulus, de la balle de riz …

D’après les études antérieures, il est établi que la densité dépend de chaque espèce, de

l’individu, des parties du bois (haut, bas, tiges…), de l’âge et de l’endroit ; que la conductivité

thermique dépend de l’humidité, de l’espèce, et change suivant la température, notamment au

cours de la pyrolyse. Quant à l’humidité, elle dépend des conditions de stockage, des

conditions atmosphériques et elle se maîtrise par le biais d’un autre processus

thermochimique qu’est le séchage nécessitant de l’énergie et provoquant une augmentation du

coût de revient du charbon. La pyrolyse sous pression pour la production de charbon destiné à

remplacer les combustibles domestiques n’est pas à préconiser étant donné l’augmentation du

coût de revient.

A ce jour, aucun modèle cinétique ne permet de prédire le développement de la

structure poreuse au cours de la carbonisation de la biomasse. Il est de ce fait difficile de

prévoir l’issue de la transformation d’une matière végétale quelconque en charbon et d’en

connaître la structure. De ce fait, étudier l’influence des paramètres de pyrolyse sur la qualité

des charbons consiste à caractériser les charbons en variant soit la température, soit la

vitesse de chauffe et/ou la granulométrie.

La caractérisation des charbons se fait suivant des normes de procédure européennes,

dans des laboratoires européennes. L’établissement de norme applicable suivant la

disponibilité et la possibilité des appareillages et matériels dans les PED, notamment à

Madagascar est un des objectifs de ce travail.

Le matériel joue un rôle important dans le processus de pyrolyse. Les meules utilisées

dans les PED sont difficilement maîtrisables et leur rendement est faible.

L’étude de la pyrolyse se fait sur des fours « cornu » permettant la prédiction des

caractéristiques de qualité des charbons. Pour une production industrielle, économiquement

rentable, les fours « cornu » à lit fixe présentent un désavantage lié à leur alimentation et au

110

défournement.

L’utilisation de réacteur à lit fluidisé permet de procéder à une pyrolyse continue et

présente une possibilité d’automatisation de l’alimentation. La pyrolyse de la biomasse sur un

réacteur pilote à vis est étudiée en vue d’éventuel transfert de technologie dans les PED. Les

phénomènes qui se déroulent au moment de l’alimentation de la biomasse sont similaires à

celles qui se déroulent à l’intérieur d’un four tubulaire à introduction instantanée de la

biomasse. Le four tubulaire « Pyrox » est utilisé pour cette étude afin de prédire la qualité et

le comportement des charbons de biomasse.

En marge de la production de charbons, les effluents gazeux en vue de leur valorisation

énergétique sont étudiés suivant les paramètres de pyrolyse. L’analyse chromatographique des

gaz donne une indication sur l’évolution des composants gazeux pendant la pyrolyse.

La Pyrolyse de sous produits agricoles et forestiers est étudiée sur le four « cornu »

disponible au laboratoire du CNRIT d’Antananarivo Madagascar. Le comportement et

l’évolution des qualités des charbons sont vérifiés par la Pyrolyse sur le four « cornu » de

laboratoire du CIRAD de Montpellier.

La Pyrolyse sur le réacteur tubulaire permet d’étudier les phénomènes similaires à

celles qui se produisent pendant l’alimentation des réacteurs à lit fluidisé.

La Pyrolyse sur un lit fluidisé et la caractérisation des produits obtenus sont étudiées sur

le réacteur pilote à vis

La qualité des charbons est déterminée en caractérisant les produits de pyrolyse obtenus.

Les composantes des jus pyrolygneux sont obtenues par analyse chromatographique.

Les gaz incondensables issus de la pyrolyse sur le four tubulaire sont analysés par

chromatographie en phase gazeuse.

L’étude et l’analyse économique de la faisabilité d’une installation de carbonisateur de

sous produits agricoles et forestiers pour la vente de ces charbons à Antananarivo concluent

ces travaux.

111

CHAPITRE III : ETUDE EXPERIMENTALE DE LA

PYROLYSE DES SOUS PRODUITS AGRICOLES ET

FORESTIERS DE MADAGASCAR: MATERIELS ET

METHODES

112

3.1 - LES MATIERES PREMIERES

Les matières premières étudiées ont été choisies en fonction de leur disponibilité et

leur abondance à Madagascar.

3.1.1 – Description des matières premières

Les deux variétés de bois les plus exploitées sont le pinus keshya et l’eucalyptus

robusta :

Le pinus keshya (ou keshya) est un arbre qu’on trouve partout à Madagascar. Il est utilisé

pour les travaux de charpenterie, la confection de cageot et de meubles. Dans les petites

exploitations forestières et les petites et moyennes entreprises de transformation de bois, leurs

déchets (sciures et copeaux) sont souvent inutilisés, occupent de la place et parfois polluent

l’environnement.

On observe une dynamique de plantations paysannes spontanées qui s'est développée

depuis un siècle sur les Hautes Terres et en particulier sur la zone orientale des Hautes

Terres autour d'Antananarivo. L'Eucalyptus Robusta, est arrivé à Madagascar au début du

siècle. La gamme d'utilisation du bois d'Eucalyptus robusta est plus large que celle du pin

même si la fabrication de meubles en pin se développe rapidement (GUENEAU [67]). Les

plantations d'Eucalyptus les plus proches de la capitale contribuent rapidement à

l'approvisionnement énergétique en bois de feu puis en charbon de bois des ménages

urbains les plus favorisés. On assiste depuis quelques années à un développement sensible

de la consommation urbaine de bois d'œuvre d'Eucalyptus. L'urbanisation et le

développement des chantiers de construction et de travaux publics maintiennent la

demande de sciages de bois de charpente et/ou de coffrage à un niveau élevé. Pour cette

gamme de produits les malgaches ont découvert que leurs bois de plantations forestières

fournissaient des produits adaptés à la demande. Le pin et l'eucalyptus sont à la fois

concurrents et complémentaires sur ce marché. On peut affirmer que sur les Hautes Terres

Orientales, l'Eucalyptus est la culture qui a connu sur un siècle le développement le plus

spectaculaire. Dès qu'une piste s'ouvre les paysans commencent à investir les tanety

déboisées de longue date pour installer des plantations d'Eucalyptus (Bertrand [68]).

Un des objectifs de ces travaux est de proposer une alternative à l’utilisation abusive et

intensive du bois de chauffe et du charbon de bois, d’où le choix des déchets de ces deux

arbres (sciures, copeaux et morceaux de bois massif) comme matières premières d’étude.

Les résidus agricoles et agro-industriels représentent un potentiel énergétique très

113

important pour le pays comme nous l’avons exposé au précédent chapitre :

• Le riz est l’aliment de base des malgaches, chaque famille rurale possède ses parcelles

de rizière. La balle de riz est la biomasse la plus présente dans tous les villages.

• Les rafles de maïs sont souvent abandonnées sur le lieu de décorticage. Comme on l’a

mentionné auparavant, la culture de maïs peut être considérée comme étant la

troisième Cette énorme quantité de biomasse peut être transformée en combustible de

substitution.

• Les collines déforestées de longue date sont des pâturages pauvres couverts de landes à

bozaka (graminées, type persoon, bana grass, hyparrhénia rufa (Vero), heteropogon

contortus (Danga) et éricacées. En effet en raison de la rareté des ressources

ligneuses sur les Hautes Terres, le « bozaka », l’herbe séchée est toujours utilisée

comme combustible domestique.

• Les coques de noix de coco, d’anacardes et d’arachides représentent une biomasse

qu’on trouve abondamment à proximité des usines de transformation sur le territoire

malgache.

Etant donné qu’on ne dispose pas de matières premières suffisantes de

Madagascar pour l’alimentation du pyrolyseur à vis, du copeau de pin de France a été

utilisé.

3.1.2 - Caractérisation des matières premières

L’analyse élémentaire détermine la quantité de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et

de matières minérales sans tenir compte de la manière dont les éléments sont combinés entre

eux. Le tableau 3.1 présente l’analyse élémentaire des matières premières d’étude.

Tableau 3.1 : Analyse élémentaire (% sur matière sèche) des matières premières

Espèce C

%

H

%

N

%

O

%

sciures de pinus keshya 48,9 5,2 0,2 45,2

copeaux de pinus keshya 49,2 5,6 0,2 45,1

morceaux de pinus keshya 49,5 5,3 0,2 44,8

sciures d’eucalyptus robusta 48,6 5,7 0,1 45,8

copeaux d’eucalyptus robusta 48,5 6,2 0,2 44,0

morceaux d’eucalyptus robusta 45,5 6,0 0,8 42,6

balles de riz 38,9 5,1 2,1 37,9

114

rafles de mais 46,6 5,7 0,6 41,4

coques d’anacardes 53,5 5,3 0,7 41,2

Herbes 47,8 5,7 1,1 35,1

coques d’arachides 47,9 5,2 0,8 41,5

coques de noix de coco (coprah) 49,9 5,4 0,9 41,8

Copeaux de pin (France- 3cmx1,5cmx0,5cm) 45,28 5,7 <0,3 42,7

Les caractères physiques des matières premières sont représentés dans le tableau 3.2

Tableau 3.2 : Caractéristiques physiques des matières premières.

Espèce Humidité

%

Cendres

%

PCI

kJ/Kg

sciures de pinus keshya 11,2 0,5 19385

copeaux de pinus keshya 12,3 0,5 19417

bois massif de pinus keshya 12,6 0,6 20236

sciures d’eucalyptus robusta 9,5 0,3 19800

copeaux d’eucalyptus robusta 10,4 0,5 19830

bois massif d’eucalyptus robusta 15,5 0,9 19950

balles de riz 10,9 23,8 15286

rafles de mais 15,2 3,8 16718

coques d’anacardes 4,8 1,4 21550

Herbe, hyparrhénia rufa 10,1 10,1 16767

coques d’arachides 8,3 1,5 20575

coques de noix de coco (coprah) 11,6 4,2 17978

Copeaux pin (France-3cm x 1,5cm x 0,5cm) 15 0,2 19300 :

Une première comparaison des valeurs obtenues permet d’observer que pour ces

matières premières végétales, les compositions élémentaires sont d’un même ordre de

grandeur excepté pour la balle de riz. La balle de riz représente la famille des biomasses

lignocellulosiques de type paille. Son taux de cendre est très élevé, dans notre cas il est de

l’ordre de 28,4 %. Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) de la balle de riz, des rafles de maïs

et de l’herbe n’est pas par contre très élevé.

Les coques de noix de coco, d’anacardes et d’arachides présentent un PCI élevé, ce qui

justifie une attention particulière dans toute démarche d’utilisation de la biomasse comme

115

combustible de substitution. L‘humidité est dans tous les cas un peu élevé du fait que les

matières premières ont été prélevées dans des conditions d’entreposage habituelles sans

aucun traitement préalable ou séchage.

Lors des travaux réalisés au laboratoire biomasse énergie du CIRAD à Montpellier sur

le four « cornu », les matières premières choisies pour procéder à l’étude de l’influence de la

granulométrie sur la qualité du charbon de pyrolyse sont le pinus keshya et l’eucalyptus

robusta de Madagascar.

Pour les essais au laboratoire du CIRAD sur four « cornu » et sur le four tubulaire, nous

avons pris les sciures, les copeaux, et les morceaux de bois de pinus keshya et d’eucalyptus

robusta. La biomasse d’origine agricole utilisée est la balle de riz. Les analyses ont été faites

au laboratoire « CIRAD-Amis » et au laboratoire du centre de recherche FOFIFA

d’Antananarivo. Les principaux constituants pris en considération sont la cellulose, la lignine,

l‘hémicellulose et les extraits aux solvants (tableau 3.3)

Tableau 3.3 : Caractéristiques chimiques des matières premières

Espèce Cellulose

%

Lignine

%

Hémicellulose

%

Autres

Extraits

sciures de pinus keshya 43,1 28,4 26,5 1,0

Copeaux de pinus keshya 41,6 29,2 25,2 2,2

Morceaux de pinus keshya 39,5 30,7 24,9 2,1

sciures d’eucalyptus robusta 37,6 33,5 22,1 5,0

copeaux d’eucalyptus robusta 37,2 34,9 23,0 4,2

morceaux d’eucalyptus robusta 35,0 35,9 23,8 4,2

balles de riz 39,9 24,7 25,6 6,5

Herbes, hyparrhénia rufa 28,8 20,9 38,7 5,6

Rafles de maïs 30,5 25.6 31,1 9,0

Coques d’anacardes 30,1 34,8 27,4 6,3

Coques d’arachides 31,0 33,2 30.8 4.2

Coques de noix de coco 28,9 35,4 30,2 5,0

3.1.3 – Granulométrie des matières premières

D’après le classement donné par l’Institut Française de l’Energie (IFE) [28], ces

biomasses résiduelles font partie des sous produits de faible granulométrie, excepté les coques

116

de noix de coco et les rafles de maïs (Voir tableau 3.4). Afin de pouvoir comparer les effets et

les influences de la granulométrie, on a procédé à l’étude sur différentes granulométries de ces

matières premières : la sciure, les copeaux et le bois massif en morceaux de moins de 2 cm de

longueur.

Tableau 3.4- Classement des sous produits végétaux pour une utilisation à des fins énergétiques

Granulométrie

Faible Moyenne Forte

Paille hachée Noyaux de fruits Bois découpé

Balle de riz Coques de palmistes Coques de noix de coco

Herbes hachée Copeaux de canne Taillis découpés

Sciure de bois Copeaux de bois

Déchets de coton Morceaux de bois

Bagasse Rafles de maïs

Déchets de tournesol

Déchets de céréales

Coques d’arachide

Coques de café

Rafles de raisin

Source : « Les déchets, source d’énergie », vol. 1, p. 21, IFE

La granulométrie résulte de la combinaison de plusieurs facteurs : du type de broyeur

utilisé, de la présence d’un crible et du diamètre des perforations, de la forme de la matière

première (diamètre des branches, résidus de scieries, palettes), l’humidité de la matière à

broyer, de l’affûtage des outils de coupe...

La granulométrie de la matière obtenue par broyage des plaquettes influence

l’alimentation des unités de conversion de la biomasse. Les problèmes le plus fréquemment

relevés sont dus à la présence de fines ou de longues (queues) dans le broyat.

La méthode de caractérisation de la granulométrie (dimensions et distribution de la taille des

particules) est en cours de normalisation en Europe (CEN TC 335). Le principe général est de

faire passer une quantité de matière donnée au travers d’un jeu de tamis aux mailles de

dimensions différentes, de recueillir les fractions retenues par les différents tamis et de les

peser. Différents types de tamis sont envisageables : tamis vibrants horizontaux à un, deux ou

trois étages et tamis rotatifs.

117

La granulométrie des sciures de bois de pinus keshya et celle de l’eucalyptus robusta sont

obtenues par tamisage. Chaque fraction retenue par les différents tamis a la même masse

(figure 3.1). Un brassage homogène de toutes les fractions de même masse permet d’avoir des

sciures de même granulométrie.

[0,1]mm

[1;2]mm

[2;3]mm

[3,4]mm

Figure 3.1 : Granulométrie de la sciure de pinus keshya

3.2 - PROCEDES UTILISES

Les essais et expériences se sont déroulés au laboratoire du CNRIT à Antananarivo et

au laboratoire biomasse énergie du CIRAD forêts de Montpellier.

L’étude de la carbonisation sur un four à chauffage externe a été réalisée au laboratoire

du CNRIT.

Un four « cornu » de laboratoire a été utilisé pour l’étude de l’influence de la

granulométrie pendant la pyrolyse lente.

Un four tubulaire de marque « Pyrox » a servi pour l’étude de l’influence de la montée

en température et de la température finale sur les produits de pyrolyse.

Ensuite, un réacteur pilote à vis à grand débit a permis de faire une évaluation du

rendement et de la qualité des charbons obtenus en conditions proches de celles de la

production de charbon en quantité commerciale.

3.2.1 – Four de carbonisation utilisé au laboratoire du CNRIT

A Madagascar, on a procédé à une carbonisation en four avec chauffage externe sans

dispositif de récupération de liquide et de gaz.

a) Description du four

C’est un four cylindrique avec une carcasse métallique. L’intérieur est en matériau

118

réfractaire. Le chauffage externe est constitué par des résistances électriques reliées à un

potentiomètre permettant de fixer la température de consigne. Un tuyau d’évacuation sert de

cheminée pour la sortie des gaz et des fumées. Le couvercle est en matière réfractaire. Le

schéma de principe et la photo du four de carbonisation sont présentés dans les figures 3.2 et

3.3.

Figure 3.2 : Schéma de fonctionnement du four de carbonisation

Figure 3.3 : Photo du four de carbonisation

~ 220 V

Couvercle isolant

Isolant

Résistances chauffantes

T : thermocouple

Récipient en céramique

biomasse

Tuyau d’évacuation

(cheminée)

Thermocouple de contrôle

119

Le profil de température du four à vide pour une consigne de 500 °C est représenté sur

la figure 3.4.

Figure 3.4 : Température de consigne du four de carbonisation du CNRIT

b) – Mode opératoire

La biomasse est pesée avec une balance de précision à 0,1g près, ensuite entreposée

dans un récipient en céramique au fond du four. Une pâte d’argile sert de recouvrement à ce

récipient pour assurer l’étanchéité et empêcher la combustion. La fixation de la température

de palier se fait à l’aide du potentiomètre. La durée de palier est déterminée à partir du

moment où la température n’évolue plus et reste constante jusqu’à l’extinction du four. Les

caractéristiques du four sont présentées dans le tableau 3.4.

Quand la température monte, l’argile de recouvrement se fissure pour laisser passer la

fumée et les gaz, en même temps de l’air entre probablement par ces ouvertures. Une

partie de la biomasse entre alors en contact de l’air.

Les essais sont réalisés trois fois afin de s’assurer de la répétabilité des

expérimentations.

120

Tableau 3.4 : Caractéristiques de fonctionnement du four Température de palier (°C) 400

500

Vitesse de chauffe ( °C/min) 2,3 2,6

Durée de palier (h) 3 3

Puissance (W) < 2 x 3000 < 2 x 3000

3.2.2 – La pyrolyse lente en réacteur « cornu »

Le pilote de carbonisation utilisé est celui du laboratoire LB2E qui se compose d’un

réacteur cornu chauffé par des résistances électriques. Il est commandé par ordinateur

permettant l’acquisition de données et la régulation de la température du réacteur. De plus il

dispose d’un procédé annexe de récupération des effluents liquide et gazeux. Le principe de

fonctionnement est présenté sur la figure 3.5.

Figure 3.5 : Schéma de principe de la chaîne de pyrolyse et de récupération de jus et de

gaz pyroligneux

Filtre 1

Réacteur

- - Thermocouple : haut cornu,

centre cornu, de contrôle

- Circuit de gaz et de jus de pyrolyse

- Circuit d’eau froide

- Condenseurs

CG : Compteur à

gaz

Entrée

d’eau

C1

C2

Tc

Tcc Thc

Sortie d’eau

Pot de récupération de jus pyroligneux

Ordinateur de commande Torchère

C1, C2

Thc, Tcc, Tc Filtre 2

Ballon de

récupération

de gaz

121

a) Description du réacteur « cornu ».

Le réacteur de carbonisation utilise un procédé de chauffage électrique externe. La

carbonisation a lieu en vase clos et l’énergie de traitement est fournie à la charge par

l’intermédiaire de résistances chauffantes en évitant tout contact direct entre la biomasse et la

source thermique. Le milieu fermé permet de réaliser une carbonisation à l’abri de l’air qui

pourrait conduire à une combustion de la matière ligneuse. Le schéma de principe et la photo

du four « cornu » sont présentés sur les figures 3.6 et 3.7.

Figure 3.6 : Schéma de principe du réacteur « cornu »

Elément chauffant

isolation Boulons de fermeture

Sortie gaz de pyrolyse

Entrée azote

Coffret contrôle

(régulateur)

Thc : Thermocouple haut cornu Tcc : Thermocouple centre cornu

Tc:Thermocouple

de contrôle

Biomasse

122

Figure 3.7 : Photo du réacteur de pyrolyse, « réacteur cornu SFLI »

b) Récupération des huiles

Les liquides (sous forme gazeuse ou sous forme de fines gouttelettes) ainsi que les gaz

incondensables s’échappent du réacteur « cornu » et circulent dans un premier échangeur

constitué d’un tube simple entouré d’une calandre refroidi par une circulation d’eau brute

froide. Cette première étape de refroidissement permet de condenser les produits organiques

présents dans le gaz, ces huiles sont récupérées dans un pot de recette lui même refroidi grâce

à une circulation d’eau brute froide.

123

c) Récupération des gaz

Les gaz incondensables après barbotage dans le pot de recette circulent dans un

second échangeur de technologie similaire au premier afin de condenser le maximum d’huiles

et de goudrons qui pourraient éventuellement être encore présents. Les gaz traversent ensuite

un tube en U garnie de billes de verre. Le gaz est ensuite amené à traverser un récipient

contenant de la paille de fer. De la même manière que le tube en U, le récipient sert à piéger

un maximum de produits organiques qui aurait pu être entraîné sous forme d’aérosols. Le

volume de gaz incondensables est mesuré par un compteur à gaz de type Schlumberger. Les

incondensables sont ensuite soit récupérés dans des ballons en verre pour analyse, soit brûlés

par une torchère.

d) Récupération des solides

Le solide carboné reste dans le récipient métallique à l’intérieur du réacteur en fin de

pyrolyse. Sa température ne doit pas excéder 60°C lors de l’ouverture du réacteur, en effet il

peut éventuellement s’enflammer au contact de l’air ambiant si la température reste élevée.

Pour la récupération du charbon, le premier couvercle est soulevé, ensuite les boulons de

fixation sont desserrés pour l’enlèvement du deuxième couvercle. On retire le récipient

métallique dans lequel se trouve le solide carboné.

e) Mode opératoire

Un test de pyrolyse utilise un protocole simple, la saisie des données étant facilitée par

une interface informatique. D’un point de vue global nous pouvons décomposer un essai de

carbonisation en trois étapes successives. La première phase consiste à augmenter la

température jusqu’à un palier fixé au préalable. La deuxième étape a pour objectif de

maintenir la température à ce palier pendant une durée déterminée. La troisième phase est le

refroidissement du réacteur jusqu'à la température ambiante. Les caractéristiques de

fonctionnement du four « cornu » sont présentées dans le tableau 3.5.

Tableau 3.5 : Caractéristiques de fonctionnement du four « cornu » Température (°C) <800

Vitesse de chauffe (°C/min) 0< à <10

Durée de palier (h) <6

Capacité effective (litre) 8

124

Puissance (W) 6000

Marque S.L.F.I

• Chargement du réacteur.

La biomasse est placée dans un récipient métallique de l’ordre de grandeur de la

capacité du réacteur. Le positionnement des thermocouples est décrit dans le schéma de

fonctionnement du dispositif (figure 3.5) : au centre du tas de biomasse, sur la partie haute de

la cornu, à la base des résistances pour la température de consigne. Le couvercle, muni de son

joint d’étanchéité, est ensuite soigneusement posé puis fixé par des boulons assurant

l’étanchéité complète du système. Un deuxième couvercle assure le calorifugeage de la partie

haute du four. Le système de récupération de jus et de gaz décrit auparavant est

soigneusement relié au réacteur.

• Programmation de l'essai.

La programmation est faite avec un logiciel développé sur « génie » commandé par un

ordinateur, l’acquisition des différentes températures est enregistrée toutes les deux minutes

sous Excel. Un contrôle des éventuelles fuites est réalisé. Les défauts et imperfections sont

corrigés et rectifiés, le cas échéant. Puis le réacteur est chauffé de la température ambiante

jusqu’à la température de consigne en suivant la vitesse de chauffage définie auparavant.

Cette température est maintenue pendant trois heures pendant lesquelles se déroulent

différentes réactions de pyrolyse. Au-delà de cette période, l’expérimentation est terminée et

le chauffage est arrêté. La courbe sur la figure 3.8 décrit l’évolution de la température de

consigne du début de l’essai de pyrolyse jusqu’à l’arrêt du four. Le refroidissement du four

n’est pas enregistré.

125

Figure 3.8 : Courbe de l’évolution de la température de consigne du four « cornu ».

3.2.3 – La pyrolyse en four tubulaire

Le dispositif utilisé est un four tubulaire de marque « Pyrox» du laboratoire LB2E qui

se compose d’un réacteur chauffé par des résistances électriques externes, d’un ordinateur de

commande permettant l’acquisition de données et la régulation de la température du réacteur,

de plus il dispose d’un procédé de récupération des effluents liquide et gazeux. Le schéma de

principe du dispositif de pyrolyse rapide est présenté sur la figure 3.9.

a) Description du four

Le réacteur de carbonisation utilise un procédé de chauffage externe. La carbonisation a

lieu en vase clos et l’énergie de traitement est fournie à la charge par l’intermédiaire de

résistances chauffantes, évitant tout contact direct entre la biomasse et la source thermique. Le

milieu fermé permet de réaliser la carbonisation à l’abri de l’air. L’entrée et sortie de la

biomasse se fait dans une cuillère à longue manche. Une partie du tube du réacteur est en

retrait et éloigné des résistances chauffantes, permettant à la biomasse d’être à l’abri de l’air

en n’étant pas encore en contact de la chaleur. L’entrée du four est au bout de ce tube.

Pyrolyse sur "Cornue : SLFI 8 litres"

0

100

200

300

400

500

600

00:0

1

00:2

5

00:4

9

01:1

3

01:3

7

02:0

2

02:2

6

02:5

0

03:1

4

03:3

8

04:0

2

04:2

6

04:5

0

05:1

4

05:3

8

06:0

2

06:2

6

temps (hh:mm)

tem

péra

ture

s (°C

)

Consigne

126

Figure 3.9 : Schéma de principe du dispositif de pyrolyse sur le four tubulaire

Elle est fermée hermétiquement, mais la manche de la cuillère peut toujours glisser permettant

d’amener la biomasse du bout du tube au centre du réacteur sans laisser filtrer de l’air qui

pourrait conduire à une combustion de la matière ligneuse. A la sortie de l’enceinte, des

résistances chauffantes permettent de maintenir les produits de pyrolyse à chaud afin

d’empêcher toute condensation non récupérable à l’intérieur du four. Une circulation d’un

débit faible d’azote permet l’entraînement de ces effluents liquides et gazeux. Cette condition

est réalisée en balayant l’ensemble de la chaîne avec de l’azote dont le débit est de 30 l/h. La

température d’entrée de l’azote est maintenue par un autre four à un niveau assez élevé pour

prévenir à toute perturbation thermique. A l’entrée et à la sortie du dispositif sont entreposés

des compteurs analytiques FLONIC SCHLUMBERGER sur lesquels on peut lire le débit

d’azote et des gaz de pyrolyse. Le schéma de principe et la photo du four sont montrés sur la

figure 3.10 et 3.11

Sac de récupération

de gaz

Compteur à gaz

Ballon de récupération

de jus pyrolygneux

N2

Coffret de commande

Almemo

Tre

Trc

Réacteur

- - Thermocouple : résistances chauffantes

résistances externes et dans la

biomasse

- Circuit de gaz et de jus de pyrolyse

- Circuit d’eau froide

Entrée

d’eau

C1

C2

Tb

Ordinateur de commande

C1, C2

Trc, Tre, Tb

Electrofiltre

Sortie d’eau

127

Figure 3.10 : Schéma de principe du four tubulaire « Pyrox »

Figure 3.11: Photo du four tubulaire « Pyrox »

Circuit azote

Circuit eau de

Coffret de commande et

contrôle (régulateur)

Trc : Thermocouple résistances chauffantes

Tb: Thermocouple

à l’intériieur de la

biomasse Résistances externes

Résistances chauffantes

Biomasse

Longue manche :

entrée et retrait

de la biomasse

Tre : Thermocouple résistances externes

128

b) Description des procédés de récupération des produits de pyrolyse

Le dispositif de récupération des produits de pyrolyse sous formes de solides, de

liquides et de gaz est représenté dans le schéma de principe du four (Figure 3.9).

• Récupération des huiles

Les liquides (sous forme gazeuse ou sous forme d’aérosols) ainsi que les gaz

incondensables s’échappent du four et circulent dans un premier échangeur constitué d’un

tube en verre refroidi par une circulation d’eau brute froide de robinet. Cette première étape

de refroidissement a pour objectif de condenser les huiles et les goudrons qui sont récupérées

dans un ballon bi col en verre lui même refroidi à l’aide d’un mélange Ethanol-Azote liquide.

Ce mode de refroidissement permet d’atteindre une température descendant jusqu’à – 50°C.

Néanmoins de fines gouttelettes et des aérosols peuvent encore s’échapper à travers ces deux

moyens de captage. Un électrofiltre alimenté par une source haute tension est connecté pour

récupérer le plus de condensables (Figure 3.12). Il est composé d’une enveloppe de verre pour

la conduite des gaz, d’une anode sous forme de tige décentrée et d’une cathode. La cathode

est composée de deux plaques de métal incurvées. La base de l’électrofiltre est reliée à la

sortie du ballon bi col qui recueille les aérosols condensés.

Figure 3.12 : Schéma de principe de l’électrofiltre

129

• Récupération des gaz

Les gaz incondensable issus de la dégradation de la biomasse après avoir traversé

l’électrofiltre circulent dans un autre échangeur de technologie similaire au premier

condenseur afin de les rendre plus propre encore. Le compteur à gaz de type Schlumberger

permet de quantifier le volume de gaz issu de la pyrolyse. Il faut noter que ce compteur

permet également de vérifier la fuite au niveau du réacteur et de ses différentes connexions.

• Récupération des solides

Le solide carboné reste dans le réacteur en fin de pyrolyse. Sa température ne doit pas

excéder 60°C lors de l’ouverture du réacteur, en effet il peut éventuellement s’enflammer au

contact de l’air ambiant si la température reste élevée. La cuillère est retirée de l’intérieur du

four pour le pesage du charbon.

b) Mode opératoire

D’un point de vue global, un essai de pyrolyse rapide se décompose en trois étapes

successives. La première phase consiste à augmenter la température jusqu’à un palier fixé au

préalable. La deuxième étape à pour objectif de maintenir un palier compris entre 50°C et

950°C sur une durée de 0 à 1heure. La troisième et dernière phase est le refroidissement du

réacteur jusqu'à la température ambiante

3.2 4 – La pyrolyse sur le réacteur pilote à vis

a) Description du pyrolyseur

Le pyrolyseur est composé d’un tube à l’intérieur duquel les copeaux sont pyrolysés par

des résistances électriques, d’une vis de transport, de deux vannes d’alimentation, d’un

container de stockage muni de balance et de vis d’alimentation et d’un pot de récupération de

charbon. Une armoire de contrôle commande les systèmes d’alimentation en solide et une

autre régule le système de chauffage (voir la photo du pyrolyseur à vis sur la figure 3.15)

130

Stockage de bois

Figure 3.13 : Schéma et vue 3-D du container à bois

Le pyrolyseur est fait pour 15 Kg/h de combustible. Les copeaux de bois sont introduits dans

un container de 200 Kg en acier, pour permettre la réalisation de plusieurs heures

d’expériences. Comme montre la figure 3.13, les copeaux de bois sont en contact direct avec

la vis qui les amène directement vers les vannes du pyrolyseur. Le container est recouvert

pour empêcher les fuites. Le container est muni d’une balance, il est fixé sur des rails et peut

ainsi glisser facilement en avant ou en arrière.

Vis d’alimentation

La vis apporte les copeaux de bois du container décrit auparavant vers le pyrolyseur. La

vis d’alimentation s’arrête avant que la vanne n’alimente le pyrolyseur en faisant tomber le

combustible.

Tableau 3.6 : Dimension du système d’alimentation Tube Vis

Diamètre Int 0,160 Diamètre Ext (m) 0,150

Epaisseur (m) 0,003 Diamètre Int (m) 0,036

Diamètre Ext (m) 0,166 Epaisseur (m) 0,0048

Longueur (m) 2,310 Pas (m) 0,105

Inclination (º) 30 Longueur (m) 2,310

131

Les vannes d’alimentation

Figure 3.14 : Schéma des vannes d’introduction

Considérant la nécessité de maintenir l’intérieur du pyrolyseur à l’abri de l’air, les copeaux de

bois ne peuvent pas être introduits directement.

Pour introduire les copeaux de bois dans la vis transporteuse, deux vannes sont fixées.

La vanne de bas est actionnée pour arrêter l’alimentation de la vis tandis que la vanne de haut

est ouverte pour l’introduction de matières premières dans le compartiment. Ensuite la vanne

de haut est fermée au moment ou le vannes de bas est ouvert pour alimenter la vis.

Vanne

d’alimentation

haut

Vanne

d’alimentation bas

bas

132

Le tube pyrolyseur

Description de la vis :

Le pyrolyseur est muni d’un transporteur à vis à l’intérieur d’un tube horizontal. Les

vannes d’introduction sont reliées au tube et y laissent tomber les copeaux de bois. Le

combustible se déplace le long du tube pour y être pyrolysé.

• Les résistances électriques :

La chaleur nécessaire pour la pyrolyse est obtenue par des résistances électriques

chauffantes fixées autour du tube.

Figure 3.15 : schéma de la vis de pyrolyse dans le tube

Tableau 3.7 : Dimensions du pyrolyseur.

Tube du pyrolyseurs Vis du pyrolyseur

Diamètre int. (m) 0,265 Diamètre ext. (m) 0,250

Epaisseur(m) 0,006 Diamètre int (m) 0,060

Diamètre ext. (m) 0,277 Epaisseur (m) 0,004

Longeur (m) 3,855 Pas (m) 0,175

Longueur (m) 3,855

Vis Moteur de la vis Tube

Vanne d’alimentation

Chambre de prélèvement d’échantillons

133

Description des procédés de récupération des produits de pyrolyse

Le solide se déverse dans un pot de prélèvement d’échantillons. Ce système est

constitué d’une mannette, d’un racleur et d’une vanne à compression.

b) Mode opératoire

• Fonctionnement de la balance et des capteurs de pesage

La trémie d’alimentation repose sur trois capteurs de pesage (cellules de chargement)

qui répercutent le poids de celle-ci à un indicateur de pesage au travers d’une interface ; cet

indicateur est de marque XK 3100-B3 et doit avant usage être bien calibré et réglé.

Après chargement de la trémie, la masse de la matière première est décrémentée au fur

et à mesure que celle-ci est consommée.

• Armoire de commande

C’est cette armoire qui commande tout le fonctionnement de l’installation ; Elle est

mise en marche à partir du bouton situé sur sa face latérale gauche. Après la mise sous tension

de l’armoire, il faut appuyer sur le bouton RESET pour le réarmement. Il faut vérifier ensuite

l’état des boutons de contrôle des différentes parties de l’installation (vis d’alimentation,

vannes, vis du pyrolyseur, ventilateur, etc.).

• Fonctionnement de la vis de convoyage

La vitesse de rotation de la vis de la trémie est constante et fixée à 1/6 trs/s. Son

fonctionnement est programmé au niveau du tableau de commande à travers la

programmation. Mais l’alimentation doit se faire de façon manuelle (par des seaux, etc…). La

trémie peut dès le départ être remplie avec la matière première (des plaquettes de bois).

Le fonctionnement de cette vis peut aussi être obtenu en actionnant manuellement sur le

bouton approprié au niveau du tableau de commande.

• Fonctionnement des vannes de chargement du pyrolyseur

Les deux vannes de chargement fonctionnent de façon alternative ; lorsque la première

est ouverte, la seconde doit rester fermée et ne s’ouvre qu’au moment où la première se ferme.

Ces vannes sont commandées au niveau du tableau de commande à travers une

programmation. Il est important que de noter que dans ce programme, c’est l’instant

d’ouverture de la seconde vanne (ou de fermeture de la première) qui commande le début de

fonctionnement de la vis de chauffage qui est alors fixé à un temps de retard sur cet instant.

Le fonctionnement de ces vannes peut aussi être obtenu en actionnant manuellement sur

134

les boutons appropriés au niveau du tableau de commande.

• Fonctionnement de la vis du pyrolyseur

Tout comme la vis de convoyage, la vis du pyrolyseur a une vitesse de rotation

constante et fixée à 1/6 trs/s. La vis du pyrolyseur a 22 pales reparties sur 3,85m ; une particule

mettra donc théoriquement 132 secondes (6s/trs x 22 trs) pour traverser le pyrolyseur. Cette

durée a été confirmée expérimentalement où on a relevé une moyenne temporelle de 130

secondes. Le fonctionnement automatique de cette vis est programmé au niveau du tableau de

commande. Son fonctionnement manuel peut aussi être obtenu en actionnant manuellement

sur le bouton approprié au niveau du tableau de commande

• Prélèvement des échantillons

Les échantillons peuvent être prélevés selon un système de prélèvement manuel

assurant bien l’étanchéité. Pour ce faire, on utilise la première manette pour ouvrir et laisser

tomber l’échantillon pendant le fonctionnement de la vis. La fermeture se fait à l’aide de

cette même manette en inversant la manipulation. Ensuite utiliser le racleur pour pousser

l’échantillon dans la première chambre de stockage ; une fois que l’échantillon a été

complètement raclé, ouvrir la vanne à l’aide du bouton prévu à cet effet (petit bouton noir)

pour ainsi laisser tomber par gravité l’échantillon dans le récipient de prélèvement. Une fois

ce processus terminé, décrocher le récipient en s’assurant que l’air n’y pénètre (pour éviter

la combustion de l’échantillon encore chaud)

135

Figure 3.15 : Photo du réacteur pilote à vis

3.3 - CARACTERISATION DES PRODUITS DE CARBONISATION

Les produits carbonés obtenus pendant la carbonisation sur le four du CNRIT ont été

caractérisés suivant un protocole spécifique propre au CNRIT. Les procédures suivies

adaptées aux moyens existants sont présentées en Annexe VI.

La détermination de l’humidité a été réalisée en utilisant une étuve et une balance de

précision (Annexe VII).

Les taux de cendre sont déterminés en calcinant les charbons dans un four de laboratoire

à une température de 750°C.

Quant aux matières volatiles, elles sont déterminées par chauffage des charbons dans

un four à moufle jusqu’à une température de 750°C pendant 20min en absence d’air.

Le taux de Carbone Fixe est calculé à partir des autres données mesurées.

136

D’un côté, les normes utilisés dans les milieux scientifiques et de recherche européens

sont parfois inapplicables pour les laboratoires de recherche de la majorité des pays en

développement à cause de l’insuffisance et/ou l’inexistence de moyens, d’un autre, la

connaissance des caractéristiques des charbons de bois et de substitution s’avère plus

qu’indispensable pour prévenir aux gaspillages et à l’utilisation abusive des ressources tout en

préservant l’environnement. Cette démarche est donc indispensable mais nécessite une

validation par comparaison avec les normes internationales en vigueur

L’étude de la pyrolyse lente sur four « cornu » et de la pyrolyse sur four tubulaire a été

réalisée au laboratoire LB2E.

Les charbons récupérés sont caractérises en vue de leur valorisation en tant que

combustible énergétique. La détermination du P.C.S. et du P.C.I est faite en utilisant une

bombe calorimétrique.

. Pour une détermination rapide de la surface spécifique, on a recours à la méthode

monopoint. Les mesures d’adsorption d’azote ont été effectuées à l’aide de l’appareil

Quantasorb. La surface spécifique a été déterminée en utilisant un Quantasorb junior dont le

protocole d’utilisation et le mode d’emploi est explicité en Annexe

La détermination de l’humidité, du taux de cendre, du taux de carbone fixe et du taux de

matières volatiles a été réalisée suivant les normes Européennes

Tableau 3.9: Normes en vigueur utilisées Test pratiqué Normes utilisés

Humidité NF B 55 101

Pouvoir calorifique NF M 03 005

Taux de cendre NF B 55 101

Taux de matière volatile NF B 55 101

Taux de carbone fixe NF B 55 101

Surface spécifique

Les procédures expérimentales de ces tests sont détaillées et présentées en Annexe VI.

3.4 - BILANS MASSIQUES DE PYROLYSE

Pour chaque expérimentation, le rendement massique de chaque phase est exprimé par

rapport à la masse anhydre de la biomasse suivant la formule suivante :

137

100)(

)(x

aBiomasse

aPiRi = E.11

où :

Ri - rendement de la phase i, en % ;

Pi (a) - masse de la phase i anhydre (solide ou pyroligneux), en

gramme ;

Biomasse(a) - masse de biomasse anhydre, en gramme.

Masse de biomasse anhydre – elle a été déterminée en séchant la biomasse dans une étuve

à 105° C ± 2°C, jusqu’à poids constant, conformément à la procédure de détermination de

l’humidité en Annexe VII

Masse de la phase i anhydre – Sa détermination dépend de la nature de la phase (solide ou

liquide). Dans le cas du charbon, celui-ci a été pesé immédiatement après sa sortie du

réacteur à température ambiante pour l’obtention de la masse anhydre. Les jus

pyroligneux quant à eux sont constitués d’une fraction aqueuse et organique plus ou

moins lourde. Ils sont récupérés dans un récipient en sortie des condenseurs. Par

différence entre la masse totale et celle du récipient, on obtient la masse du jus

pyroligneux.

Masse des gaz – la masse de gaz peut être déterminée en tenant compte du volume total de

gaz enregistré au compteur à gaz (0.1 litre de précision), et de la composition des gaz obtenue

par analyse chromatographique. Ainsi, la masse totale de gaz est calculée en utilisant la

formule suivante

100.)(4.22

)(..%.)(.1000)(

3

lts

gMolMasseComposéNmVgazggazdeMasse

n

i∑= E.12

où Vgaz - Volume de gaz en Nm3.

% Composé - Pourcentage volumique du composé gazeux i

Masse Mol. - Masse molaire du composé gazeux i (g/mol)

∑ - somme des masses de i à n composés gazeux

Pendant l’étude de la carbonisation sur le four à chauffage externe du CNRIT, les

rendements en jus pyroligneux et en gaz ne sont pas connus, étant donné que l’objet essentiel

est la connaissance des caractéristiques des solides carbonés.

138

La masse de gaz pendant l’étude de pyrolyse lente sur four « cornu » est obtenue par la

différence entre la masse des produits solides carbonés et celle des liquides pyroligneux, étant

donné que l’analyse chromatographique des composantes des gaz n’a pas été faite. L’étude a

été orientée essentiellement sur l’effet de la granulométrie.

Tandis que pendant la pyrolyse rapide sur le four tubulaire, le gaz est récupéré dans des

sacs. L’analyse chromatographique a été réalisée sur un Micro Chromatographe en Phase

Gazeuse (CPG) à double colonnes nous permettant de connaître les composants et les

volumes des gaz majoritaires (CO, C02, N2, O 2) et des gaz minoritaires (H2, CH4, C2H2,

C2H6). Connaissant la masse molaire et le volume on en déduit la masse de chaque composant

gazeux.

Le bilan massique est le pourcentage de la somme des masses des produits obtenus à

chaque phase par rapport à la masse de biomasse introduite.

3.5 - ETUDES DES TRANSFERTS THERMIQUES.

L’évolution de température dans le four de laboratoire Pyrox est étudiée afin de prédire

le profil correspondant aux différents types de pyrolyse (lente ; rapide ; flash) suivant les

conditions initiales imposées.

3.5.1- Le modèle de transfert thermique

Figure 3.16 : schéma de la disposition du tube cylindrique et de la cuillère à biomasse

Tube

cylindrique

cuillère

139

Le thermocouple pour l’évolution de la température de la biomasse est placé au centre

et au milieu de la cuillère. Le schéma de la disposition du tube cylindrique et de la cuillère est

présenté sur la figure 3.16.

La biomasse située au centre et milieu de la cuillère est soumise à des échanges

thermiques qui s’effectuent suivant différents modes entre les trois éléments constitutifs du

réacteur :

- échange gaz/paroi par convection et rayonnement

- échange gaz/solides par convection et rayonnement

- échange solides/paroi découverte par rayonnement

- échange solides/paroi couverte par conduction et rayonnement

a) Convection gaz/paroi

Il existe différentes corrélations indiquant le coefficient de transfert par convection hgp

entre un gaz et la paroi intérieure d’un cylindre :

hgp (x)= 23,7 Qg0,67 (1) E13

hgp(x)= 0,036 0,055

g 0,8 0,33Re PrD

x

D

L

λ

(2) E14

avec : hgp [en W.m-2.K-1], x étant la distance depuis l’entrée du four en mètre (m) ;

Qg est le flux massique de gaz [en Kg.m-2 .s-1] ; D est le diamètre en m;

λg est la conductivité thermique du gaz [W.m-1.K-1] ;

Certains auteurs mentionnés dans les études de FOFANA [70] ont trouvés des valeurs

empiriques. WES [71] fut le premier à mesurer des valeurs de hgp ; il obtient 5 W.m-2.K-1 pour

un four vide balayé par de l’air à 100°C en convection pure. Cette valeur concorde bien avec

celles obtenues par TSCHENG [72], toujours en l’absence de rayonnement, pour des débits

comparables et des températures comprises entre 100°C et 300°C. WATKINSON [73] a

étudié les transferts en présence d’une flamme (Tg=900°C) et il a mesuré

hgp = 20 W.m-2.K-1, ce qui montre l’importance du rayonnement dans ce cas.

Re est le nombre de Reynolds ; Le nombre de Reynolds étant un nombre sans dimension liant

la viscosité, la masse volumique, et une longueur de référence ici, le diamètre.

Pr est le nombre de Prandtl ; Le nombre de Prandtl est un nombre sans dimension. Il

représente le rapport entre la diffusivité de quantité de mouvement ν et la diffusivité

thermique

140

b) Rayonnement gaz/paroi, gaz/solide, paroi découverte/solide

Dans les calculs d’échanges thermiques par rayonnement, la situation la plus difficile

est celle où les différentes températures locales ne sont pas faciles à maîtriser. Pour une

approche purement numérique à quelques pour cent près, les échanges radiatifs sont localisés

dans une section du four : le flux entre deux surfaces (ou entre un volume gazeux et une

surface) distantes de plus d’un diamètre du four, est négligeable.

Même en se limitant aux échanges dans une section, Selon GOROG [74], le traitement

numérique des transferts par rayonnement reste lourd car les surfaces ne sont pas isothermes.

Néanmoins, plusieurs formules ont été proposées en supposant les surfaces et le gaz

isotherme, notamment, pour le flux entre le gaz et la charge.

4 4 1( )

1/ 1/ 1g sg s

T Tφ σε ε

= −+ −

E15

( )4 4( )

1

2s

g g g Ts sT Tεφ σ ε α+ = −

E16

- (σ constante de Stephan Boltzman, εg émissivité du gaz ; αg coefficient d’absorption du

gaz ; Tg et Ts températures du gaz et de la charge).

La formule précédente, où αg est calculé à la température de la charge, donne des résultats très

cohérents avec l’expérience. Elle s’applique aussi au rayonnement gaz/paroi.

L’expérience montre que l’échange de chaleur est plus facile entre le gaz et la charge

qu’entre le gaz et la paroi.

c) Flux de chaleur reçu par la surface supérieure de la charge

L’expérience montre que l’échange de chaleur est plus facile entre le gaz et la charge

qu’entre le gaz et la paroi. Ainsi, WEW [71] a mesuré hgs= 60 à 100 W/m2K, soit hgs=15.hgp.

TSCHENG [72] obtient un rapport de 10 entre les deux coefficients de transfert.

WATKINSON [73], en présence de flamme fait la même constatation : le flux de chaleur

transféré à la charge est environ 10 fois celui cédé à la paroi. BARR [74], par des mesures

beaucoup plus précises, obtient un rapport plus faible entre ces deux flux : entre un et deux

seulement.

141

d) Transfert solide/paroi couverte

La face intérieure de la paroi de la cuillère oscille en température pendant la fluidisation

de la charge dans le four : elle s’échauffe lorsqu’elle est exposée au gaz, puis se refroidit au

contact de la charge, en lui cédant une certaine quantité de chaleur. Ce phénomène de transfert

d’énergie du gaz vers la charge via la paroi porte le nom de régénération. Le sens de

l’échange de chaleur peut s’inverser lorsque la charge progresse le long du four : le transfert

peut se faire alors de la charge vers la paroi. C’est le cas pour les procédés où la source de

chaleur se trouve dans le gaz.

Par contre, lorsque la source thermique se trouve dans la paroi (chauffage en double

enveloppe), l’échange se fait bien sûr toujours au profit de la charge et il est alors fondamental

de la quantifier puisque c’est la seule source d’énergie. Une fois connu le flux paroi/charge, le

coefficient de transfert hpc ne peut en être déduit que si l’on a mesuré les températures paroi et

charge près de leur surface de contact, ce qui n’est pas aisé. Si on suppose la charge isotherme

dans une section et la température de la paroi constante, on obtient alors un coefficient de

transfert global, qui, comme pour le transfert gaz/charge, résulte de deux résistances en série :

une résistance paroi/surface qui dépend du contact paroi/charge et une résistance surface/cœur

qui dépend de la fluidisation et de la conductivité thermique. C’est pourquoi les valeurs de hpc

ainsi mesurées dépendent de la vitesse d’écoulement, du taux de remplissage, des diffusivités

thermiques de la paroi et de la charge.

e) Calcul numérique

La méthode numérique proposée est basée sur l’évolution d’un volume de contrôle

(VC) dans le tas du produit traité. Elle consiste à discrétiser le tas et à écrire un bilan

thermique et un bilan de la matière dans chacun de ces volumes élémentaires. Les équations

ainsi obtenues sont résolues à chaque pas de temps.

Cette formulation présente un intérêt pour la maîtrise des différents phénomènes de

changement de phase où les propriétés thermophysiques des matériaux évoluent de façon

importante avec la température. Cette approche du modèle de traitement est schématisée par

la figure suivante.

142

Figure 3.17 : Volume de contrôle dans le tas.

On tient compte de cette façon des phénomènes de couplage entre les effets thermiques

et cinétique chimique :

- les échanges thermiques avec le milieu externe (en l’occurrence rayonnement avec la

zone de paroi surplombant le tas dite "ciel") ;

- la consommation interne de chaleur locale par changement de phase endothermique ;

- la production interne de chaleur locale par réactions chimiques ;

- la convection thermique due à l’écoulement vertical des fumées dans le tas et au

sommet du tas ;

- l’enthalpie de la réaction de pyrolyse est prise nulle dans les calculs.

Bilan d’énergie

En appliquant la relation d’accumulation locale d’énergie à un volume de contrôle du

tas borné par l’interface avec le ciel et par la paroi de la cuillère supposé comme ayant les

mêmes caractéristiques et subissant les mêmes quantités de chaleurs que le tube, nous

obtenons l’équation suivante :

( ) ( )p CP ray conv re

DC T k T S S S S

Dtρ = ∇ ⋅ ∇ + + + + . E17

- S’agissant d’un solide dont la pression ne dépend pas de la température, le terme de

compression à masse volumique constante est nul. T est la température du matériau

( K ), ρ sa masse volumique ( 3kg m− ), pC sa chaleur spécifique ( 1 1J kg K− − ). Le

terme source S représente dans ce cas les termes sources suivant [ 3W m− ] :

y

z

x dx

dy

dz

143

CPS : terme source de changement de phase ;

rayS : terme source de rayonnement thermique à l’interface (volume de contrôle - ciel) ;

convS : terme source de convection thermique ;

reS : terme source de réactions chimiques.

Le matériau est supposé se comporter comme un composé moyen avec des propriétés

thermophysiques moyennes. Ses propriétés moyennes en fonction des n composants sont

décrites par les relations :

1

1n

i

i i

cρρ=

= ∑ , E18

1

n

i ii

k c k=

=∑ , E19

,1

n

p i p ii

C c C=

=∑ , E20

1

n

i ii

cφ φ=

=∑ , E21

1

ni

ii i

cε ρ ερ=

= ∑ E22

où ic est la concentration massique ( / )kg kg du composant i , iρ sa masse volumique

3( )kg m− , ik sa conductivité thermique 1 1( )W m K− − , ,p iC sa chaleur spécifique

1 1( )J kg K− − , iφ sa teneur en eau ( / )kg kg et iε sa porosité 3 3( / )m m .

Pour chaque volume de contrôle de longueur dz, de hauteur dy et de profondeur dx,

nous définissons dans ce qui suit l’expression des termes source cités dans l’équation E17.

- Scp : Terme source de changement de phase

Evaporation

CPS correspond à la somme des puissances thermiques par unité de volume consommées par

la vaporisation de l’eau et la dévolatilisation des matières volatiles contenues dans le volume

de contrôle. Pour la vaporisation d’eau, cette puissance est exprimée en fonction de la chaleur

latente de vaporisation de l’eau ,v Eh∆ 1( )J kg− :

, , ( )CP E v E E

dS h c

dtρ= ∆ . E23

144

Dévolatilisation

Pour une matière volatile MVi dotée d’une chaleur latente de vaporisation ,v MVih∆ 1( )J kg− :

, , ( )CP MVi v MVi MVi

dS h c

dtρ= ∆ . E24

De ce fait, le terme source de changement de phase s’exprime selon :

, ,1

( ) ( )MVn

CP v E v MVi MVii

d dS h h c

dt dtρ φ ρ

=

= ∆ + ∆∑ . E25

Si les composants volatiles sont regroupés en un seul composant, nous avons :

, ,( ) ( )CP v E v MV MV

d dS h h c

dt dtρ φ ρ= ∆ + ∆ E26

Terme de source de rayonnement

Le transfert d’énergie par rayonnement thermique prend effet au sommet du tas exposé au

ciel. Les surfaces mises en jeu sont considérées comme étant absorbantes totalement

diffusantes, avec une émissivité constante. Le gaz se trouvant dans la zone (G) (voir figure

3.18) est considéré comme une surface semi-transparente. Par le biais de cette dernière

hypothèse, nous pouvons établir l’expression des flux nets entre les différentes surfaces.

La puissance thermique échangée par le sommet du tas avec la zone de la paroi de la cuillère

dominant le ciel et le gaz contenu dans le ciel s’exprime par :

4 4 4 41 2 2( ) ( )ray paroi Gdq S S T T GS T Tσ σ= − + −& , E27

où σ est la constante de Stefan-Boltzmann ( 8 2 45.67510 W m K− − − ).

Le gaz est supposé se comporter tel une surface de rayonnement ayant une émissivité Gξ . Les

différentes zones mises en jeu sont schématisées dans la figure 3.17. Les facteurs de vue 1 2S S

et 2GS sont des fonctions des aires des surfaces rayonnantes et des émissivités des trois

zones :

1 2 1 2( , , , , )paroi tas GS S dA dAξ ξ ξ= F , E28

2 1 2( , , , , )paroi tas GGS dA dAξ ξ ξ′= F ' , E29

où tasξ est le coefficient d’émissivité du tas (ici 0.9tasξ ≈ pour un matériau richement

carboné) et paroiξ est l’émissivité de la paroi. La surface 2dA correspond à la surface totale

exposée au ciel (voir aussi figure 4° suivant la relation :

2 ( )sommet sommet w edA dA dx dz dy dy= = + − , E30

Nous en déduisons le terme source de puissance de rayonnement par unité de volume :

145

4 4 4 4

1 2 2( ) ( )ray paroi Gray

dq S S T T GS T TS

dV dx dy dz

σ σ− + −= =& . E31

Figure 3.18 : Zones de rayonnement dans le ciel du tas.

Terme de source de convection :

convS correspond à la puissance thermique par unité de volume échangée avec les fumées

circulant à travers le tas. Si la convection forcée est négligée, la puissance est exprimée par la

relation :

( ) ( )fum sp fum fumdq A dx dy dz h T T= −& , E32

où spA est la surface spécifique moyenne du tas (1m− ) et fumh le coefficient de convection

associé au flux de fumées s’écoulant à travers le tas 2 1( )W m K− − ; de ce fait :

( )fumconv sp fum fum

dqS A h T T

dV= = −

&. E33

reS : Terme source de réactions chimiques :

reS est composé des différentes chaleurs de réaction ayant lieu dans le produit solide. Les

réactions existantes dans notre cas se résument à la réduction du carbone existant dans le

x

y

Sommet du tas de la

biomasse

Paroi libre

G

146

solide. La chaleur produite par cette réduction est basée sur la chaleur de dégradation dégagée

par la réaction (C + ½ O2 → CO) notée C COh →∆ et sur la chaleur consommée par la réaction

d’hydro-gazéification (C + H2O → CO + H2) notée 2/ HCOCh →∆ se produisant aux

températures les plus élevées

Le terme source de réactions chimiques s'exprime alors par ( 3W m− ) :

reS = ,C réduitf C COh →∆ ( )ccdt

d ρ + ,C réduitf2/ HCOCh →∆ ( )cc

dt

d ρ E34

où ,C réduitf est la fraction de concentration de carbone consommée.

Les Conditions aux limites et initiales :

L’entrée de matière solide dans le tube de pyrolyse s’effectue à un débit massique fixe

sm& (Kg s-1) à la températureinitT .

Le tas échange de l’énergie thermique par conduction latérale avec la paroi à température

constante paroiT . Il échange de plus à la surface un flux thermique convectif avec les fumées

s’écoulant dans le ciel. Ce flux est alors défini par :

,sup,

( )tas fum tas fum tasconv surf

h A T TS

V− ∆ −

=∆

. E35

3.5.2 - Caractéristiques physiques du four pyrox et des matières premières :

La température imposée au début de l’expérience est de 27°C (T°initiale), la

température finale étant 700°C.

Le Diamètre du tube est : D=53 mm, Sa Longueur est de L= 1000 mm,

Le Diamètre de la cuillère est de : d= 25 mm, la longueur étant : l= 55 mm

Le matériau est en Acier inox.

La matière première utilisée pour le calcul étant la sciure de bois :

- Sa masse volumique est de :

=> masse volumique de la sciure = masse volumique bois* porosité

La Porosité de la sciure de bois est de 0,55

M = (455Kg/m3*/055) = 250 Kg/m3;

- Sa conductivité thermique effective est obtenue en utilisant une corrélation empirique

fonction de la température :

147

λ = -6,6667.10-7T2+2,0190.10-3T-0,16679 [W.m-1K-1] E35

- La teneur en eau : (sec = 0 Kg/Kg ; humide : 10%)

- L’émissivité du bois : ε = 0,9 pour une large gamme de longueur d’onde.

148

Capacité calorifique :

Cp = 4,6439.102 + 4,9732T-3,9008.10-3T-2 + 1,4855.10-6T3-2,8868-10T4 [J.Kg-1.K-1]

Les Températures initiale et finale pour l’étude cinétique sont de 27°C 700°C.

149

CHAPITRE IV : ANALYSE ET DISCUSSION DES

RESULTATS DE PYROLYSE DES SOUS PRODUITS

AGRICOLES ET FORESTIERS DE MADAGASCAR

150

4.1 - INTRODUCTON

Les expériences ont été effectuées de la manière suivante :

• Premièrement, une carbonisation en four de laboratoire du CNRIT est réalisée sur les

déchets de deux espèces de bois souvent utilisées à Madagascar pour les besoins

énergétiques (le pinus keshya et l’eucalyptus robusta) et sur les sous produits agricoles

susceptibles d’être utilisés comme combustible de substitution étant donné leur

abondance.

• Ensuite, une pyrolyse lente en four « cornu » a été réalisée pendant laquelle ont été

étudiés les effets de la granulométrie pour ces deux espèces de bois. Les rendements en

jus pyroligneux et en gaz sont déterminés.

• La Pyrolyse en four tubulaire de marque Pyrox a été réalisée pour étudier les influences

de la vitesse de chauffe et de la température finale sur les matières premières

suivantes : sciures, copeaux de pinus keshya et sciures d’eucalyptus d’une part, la

biomasse de sous produits agricoles représentée par la balle de riz et les coques

d’arachide d’autre part. Les concentrations en gaz sont aussi déterminées.

• Enfin, une pyrolyse en réacteur pilote à vis à grand débit fabriqué par TKE a permis de

simuler un comportement plus proche des conditions réelles d’obtention de charbons de

substitution.

Les charbons obtenus par la pyrolyse sur chaque type de réacteur sont ensuite

caractérisés. Ensuite pour chaque procédé, les résultats expérimentaux sont discutés à partir

des caractéristiques suivantes :

• Les profils de températures pendant les différentes expérimentations de pyrolyse.

• Les rendements massiques des produits obtenus.

• La caractérisation des charbons.

• La composition, volume et masse de gaz.

La présentation des résultats des essais et expériences de pyrolyse se décompose en :

• Courbes d’évolution des profils de température pour les différents procédés étudiés et

les matières premières utilisées.

• Courbes et diagrammes des rendements des produits obtenus à l’issu de la pyrolyse.

• Courbes et diagrammes de la caractérisation des charbons.

• Courbes et diagrammes de la composition, des volumes et de la masse de gaz dans

l’étude de pyrolyse rapide et la pyrolyse en réacteur pilote à vis.

151

4.2 – REPETABILITE DES EXPERIMENTATIONS

L’étude de la répétabilité des expérimentations a été faite en réalisant trois essais avec

les mêmes conditions opératoires. Les valeurs moyennes et les écarts par rapport à la

moyenne sont calculés. L’estimation de l’écart par rapport aux valeurs moyennes permet de

juger de la répétabilité des essais et des expérimentations.

4.2.1 - Répétabilité des expérimentations sur le four de carbonisation du CNRIT

a) Rendements massiques.

L’écart entre les différents rendements de charbon est dans tous les cas inférieur à 3,6%,

c’est tout à fait acceptable aux vues de la variabilité des matériaux composant la matière

première et des erreurs possibles de mesure et de lecture. Les résultats obtenus pour l’étude de

la répétabilité des expérimentations sur le four du CNRIT en pyrolyse à 500°C de température

de palier, sont présentés dans le tableau 4.1.

Tableau 4.1 : Etude de la répétabilité des essais de détermination du rendement massique

Espèces

Conditions opératoires : T (500°C) ; V :

(2,6°C/min)

Rendement massique (% sur anhydre)

Numéro de l’essai Moyenne Ecart

moyen

%

écart 1,0 2,0 3,0

Charbon de sciures de pinus keshya 29,5 28,9 28,2 28,9 0,3 1,2

Charbon de copeaux de pinus keshya 29,6 31,0 30,9 30,5 0,4 1,4

Charbon de bois massif, pinus keshya 31,2 31,9 31,9 31,6 0,2 0,5

Charbon de sciures d’eucalyptus 29,7 29,8 32,0 30,5 0,8 2,5

Charbon de copeaux d’eucalyptus 29,3 32,4 32,7 31,4 1,1 3,4

Charbon de bois massif d’eucalyptus 31,3 32,0 32,6 31,9 0,7 2,2

Charbon de balle de riz 38,5 36,0 37,8 37,4 0,7 1,9

Charbon de rafles de maïs 32,6 32,1 30,9 31,9 0,5 1,5

Charbon de coques d’anacardes 27,3 26,4 29,9 27,9 1,0 3,6

Charbon d’herbes, hyparrhénia rufa 33,1 33,6 31,3 32,7 0,7 2,1

Charbon de coques d’arachides 29,5 29,4 31,2 30,0 0,6 1,9

Charbon de coques de noix de coco 32,7 30,7 30,0 31,1 0,8 2,5

152

b) Caractérisation des charbons

Les essais de caractérisation sont répétés trois fois dans les mêmes conditions

opératoires. Les résultats sont représentés dans les tableaux en Annexe XIII, dans tous les

cas, on constate un pourcentage de l’écart ne dépassant pas 2,90 %. Cette valeur est

acceptable étant donné la variabilité des matières premières, les erreurs possibles de mesure et

de lecture.

4.2.2 – Etude de la répétabilité en pyrolyse sur le réacteur « cornu »

Les essais de répétabilité des expérimentations sur le réacteur « cornu » SFLI, 8 litres,

du laboratoire Biomasse Energie du CIRAD de Montpellier sont représentés dans les tableaux

4.2. et 4.3. L’écart en rendement de charbon est inférieur à 1,7, valeur acceptable. Celui du

gaz est de 4,10%, cet écart est imputable à la possibilité d’existence de fuite dans le circuit de

récupération.

Tableau 4.2 : Essais de répétabilité des essais de détermination de rendement massique en four « cornu »

Numéro de l’essai

Conditions opératoires T (600°C) ; V (5°C/min)

Rendement massique (% sur bois anhydre) Bilan de masse (%) Charbon Jus pyroligneux Gaz

1 32,86 49,95 14,19 97 2 32,45 50,10 15,45 98 3 31,61 50,65 16,74 99

Moyenne 32,31 50,22 15,46 98 %Ecart 1,70 0,26 4,10 -

Tableau 4.3 : Essais de répétabilité des essais de caractérisation en four « cornu »


Conditions opératoires T (600°C) ; V (5°C/min)

Rendement massique (% sur bois anhydre)

Matières volatiles Cendres Carbone fixe 1 11,2 3,3 85,1 2 10,7 3,3 86,3 3 10,6 3,1 86,2

Moyenne 10,9 3,2 85,9 %Ecart 2,75 3,12 0,93

Du point de vue qualitatif, la répétabilité des essais de la pyrolyse lente sur four cornu

est acceptable, l’écart en matières volatiles est inférieur à 2,75% aux vues des erreurs

possibles de mesures et pesage.

Etant donné la faible valeur des cendres, l’écart de 3,12 % est acceptable.

153

4.2.3 – Etude de la répétabilité en pyrolyse sur four tubulaire

a) Profil de température

Les températures de pyrolyse affichent le même profil dans tous les cas en refaisant

les essais dans les mêmes conditions opératoires. Le profil de température pour trois essais

différents de pyrolyse est présenté dans la figure 4 .1.

Repétabilité de la de Pyrolyse sur four Pyrox Matières premières : coques d'arachides

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Temps [mn]

Tem

péra

ture

en

°C Température de Pyrolyse de la biomasse [Tb]-essai 1

Température de Pyrolyse de la biomasse [Tb]-essai 2

Température de Pyrolyse de la biomasse [Tb] -essai3

Figure 4.1 : Profil de température de pyrolyse en four tubulaire : 3 essais de répétabilité

b) Rendement et bilan massiques.

Les résultats obtenus pour les rendements et les bilans massiques sont rassemblés dans

le Tableau 4.4. L’écart en rendement de charbon est inférieur à 3,35%. Cette valeur est

acceptable étant donné les différentes erreurs possibles dues aux mesures et pesage.

Il est à noter que les bilans matières obtenus sont répétables en termes de rendement et

de bilan. Un bilan global moyen de 93,7% est obtenu lors de ces essais laissant supposer une

erreur systématique d’environ 6% due aux différentes pertes. Plusieurs facteurs peuvent

expliquer un tel écart ; le premier d’entre eux est la condensation d’une fraction des jus

pyroligneux non récupérable sur les parties froides du réacteur et des condenseurs. Un

deuxième facteur difficilement contrôlable serait la présence de faibles fuites dans le réacteur.

Bien que des contrôles de ces fuites soient réalisés systématiquement à froid, il est fort

possible que les contraintes thermiques couplées à des pressions élevées favorisent

l’apparition de micro fuites au cours de la pyrolyse. Le troisième facteur est l’erreur de

154

mesure et de pesage.

Tableau 4.4 : Etude de répétabilité des expérimentations de rendement et de bilan massiques en pyrolyse sur four tubulaire


Conditions opératoires : T de consigne (500°C)

Rendement massique (% sur bois anhydre)

Bilan de masse (%) Charbon Jus pyroligneux Gaz par analyse**

1 18,27 46,48 29,08 93,83

2 19,56 45,33 27,35 94,24

3 19,92 44,02 26,11 93,05

Moyenne 19,25 45,28 27,51 93,71

Ecart moyen 0,65 0,57 0,86 0,20

% Ecart 3,35 1,27 3,14 0,22

c) Analyse chromatographique

De la même manière, les volumes des différents composés gazeux analysés au cours

des différentes expérimentations sont présentés dans la figure 4.2. Cette étude préliminaire

met en avant une bonne répétabilité des résultats de détermination de rendement pour les

phases solide, liquide et gazeuse.

Tableau 4.5 : Etude de la Répétabilité des analyses chromatographiques de gaz de pyrolyse (de coques d’arachides) T (°C)

H2 CH4

1 2 3 M Ecart

moyen %

Ecart 1 2 3 M Ecart

Moyen % Ecart

500 8,64 8,34 8,88 8,62 0,187 2,17 11,83 11,19 12,07 11,70 0,340 2,90 500 7,32 7,29 7,70 7,43 0,174 2,34 12,34 12,42 12,90 12,56 0,231 1,84 500 8,83 8,45 8,42 8,57 0,174 2,03 12,68 11,76 12,33 12,26 0,332 2,70

T (°C) CO 1 2 3 M Ecart Moyen % Ecart

500 30,96 31,26 32,24 31,49 0,504 1,60 500 30,22 30,22 30,89 30,44 0,297 0,98 500 32,30 30,54 31,97 31,60 0,708 2,24

T(°C) CO2

1 2 3 M Ecart moyen % Ecart 500 30,20 29,39 31,82 30,47 0,676 2,22 500 29,50 30,07 31,76 30,44 0,656 2,15 500 30,76 29,93 31,70 30,80 0,454 1,47

155

1

3

H2

1

H2

2

H2

3

CH

4 1

CH

4 2

CH

4 3

CO

1

CO

2

CO

3

CO

2 1

CO

2 2

CO

2 3

C2H

4 1

C2H

4 2

C2H

4 3

C2H

6 1

C2H

6 2

C2H

6 3

0

5

10

15

20

25

30

35

% de gaz en volume

N° des expériencesComposition des gaz

Répétabilité des analyses chromatographiques

H2 1

H2 2

H2 3

CH4 1

CH4 2

CH4 3

CO 1

CO 2

CO 3

CO2 1

CO2 2

CO2 3

C2H4 1

C2H4 2

C2H4 3

C2H6 1

C2H6 2

C2H6 3

Figure 4.2 : Etude de la répétabilité des analyses chromatographiques des composés

gazeux de pyrolyse de coques d’arachides à 500°C

Enfin, il faut souligner que le rendement de la fraction gazeuse est sous-estimé du fait d’une

analyse non exhaustive des composants

Caractérisation

D’un point de vue qualitatif, l’écart en matières volatiles est inférieur à 2,5 %, c’est une

valeur acceptable, étant donné la possibilité des erreurs de mesure et de pesage. L’écart de

plus de 5,8% observé pour les cendres est peu significatif aux vues de la faiblesse de la

teneur en cendres des charbons.

T (°C)

C2H4 C2H6

1 2 3 M Ecart

moyen %

Ecart 1 2 3 M Ecart

Moyen %

Ecart 500 2,60 2,51 2,71 2,61 0,069 2,66 1,43 1,38 1,48 1,43 0,033 2,30 500 2,47 2,50 2,61 2,53 0,056 2,22 0,62 0,63 0,65 0,63 0,009 1,48 500 3,40 3,31 3,46 3,39 0,052 1,53 0,64 0,61 0,62 0,63 0,012 1,84

156

Tableau 4.6 : Répétabilité des essais de caractérisation Echantillon de charbon A 500°C

Matières Volatiles en % Cendres en %

1,0 2,0 3,0 M

Ecart moyen

% Ecart 1,0 2,0 3,0 M

Ecart Moyen

% Ecart

Coques d'arachides

19,5

19,1

19,2

19,3

0,117 0,61 4,7 4,8 5,1 4,9 0,117 2,40

Sciures de pinus keshya

22,3

22,5

22,3

22,4

0,067 0,30 1,2 1,2 1,3 1,2 0,033 2,70

Balles de riz

4,3 4,2 4,2 4,2 0,033 0,79 31,4

31,2

31,5

31,4

0,083 0,27

Sciures d’eucalyptus

10,

2

10,

3

9,5 10,

0

0,250 2,50 0,5 0,6 0,6 0,6 0,033 5,88

Copeaux de pinus keshya

21,

3

21,

4

21,

3

21,

3

0,033 0,16 1,5 1,6 1,6 1,6 0,033 2,13

4.2.4 - La répétabilité des expérimentations de pyrolyse sur le sur le réacteur a vis

Les essais de caractérisation des charbons obtenus sur le réacteur à vis sont répétés trois

fois dans les mêmes conditions opératoires. Les résultats sont représentés dans le tableau 4.7.

Un faible écart des valeurs de matières volatiles est mis en évidence (0,27%). On constate un

pourcentage de l’écart à 4,16% pour les cendres. Cette valeur est estimée acceptable étant

donné la faiblesse du teneur en cendre.

Tableau 4.7 Répétabilité des expérimentations de caractérisation de charbon de pyrolyse sur le réacteur à vis Echantillons de charbon

pyrolysé à 450°C

Matières Volatiles en % Cendres en %

N°1 N°2 N°3 M Ecart moyen

% Ecart N°1 N°2 N°3 M Ecart Moyen

% Ecart

Copeaux de pin

24,6 24,4 24,4 24,5 0,065 0,27 1,2 1,1 1,1 1,1 0,048 4,16

4.3. Validation de norme

Une comparaison des résultats obtenus en utilisant les procédures mises en place au

laboratoire du CNRIT avec les résultats obtenus par l’utilisation de la norme NF B 55 101 a

157

été nécessaire. Cette démarche vise à suggérer au bureau des Normes du Ministère de

l’Economie et de l’Industrialisation malgache, des procédures propres et adaptés aux

laboratoires de recherche malgaches, étant donné que les moyens et les appareillages

nécessaires manquent et ne sont pas parfois disponibles sur place. Les procédures de

détermination des taux de cendres et de matières volatiles utilisées au CNRIT sont exposées

en Annexe IX

La détermination du taux d’humidité suit la même procédure que pour la Norme NF B

55 101. Le taux de Carbone Fixe est obtenu par la même formule utilisée dans cette norme.

Tableau 4.8 : Comparaison des résultats de la détermination des taux de matières volatiles

Norme NF B 55 101 Norme proposée par le

CNRIT

Echantillon

s de charbon

pyrolysé à 500°C

Détermination du taux de Matières Volatiles

Détermination du taux de matières Volatiles

écart

%

écart Méthode du double creuset

Recouvrement par couvercle en céramique

Chauffage à l’abri de l’air à 950°C

Chauffage à l’abri de l’air à 750°C

N°1 N°2 N°3 M N°1 N°2 N°3 M

Copeaux de pin

24,6 24,4 24,4 24,5

23,2 23,4 23,3 23,3 1,2 5,0

Tableau 4.9 : Comparaison des résultats de la détermination de la teneur en Cendres

Norme NF B 55 101 Norme proposée par le CNRIT

Charbon pyrolysé à 500°C

Détermination du taux de Cendres

Détermination du taux de Cendres

Ecart %

ECART

Méthode : combustion dans un four à moufle

Méthode : combustion dans un four de laboratoire

Calciner une nacelle de silice au four à 950°C pendant 20 min

Calciner à 750°C pendant 1h

N°1 N°2 N°3 M N°1 N°2 N°3 M

Copeaux de pin

1,2 1,1 1,1 1,15 1,2 1,2 1,3 1,2 0,1 8,1

158

En utilisant les procédures utilisées au laboratoire du CNRIT, l’écart pour la

détermination des matières volatiles se situe aux alentours de 5%. Tandis que pour la

détermination de la teneur en cendres, cet écart ne dépasse pas 8,1%.

Ces procédures peuvent être avancées comme étant la norme de caractérisation des

charbons à Madagascar en tenant compte de ces écarts pour toutes comparaisons de résultats

avec des tests réalisés dans des laboratoires français. Les différences sont :

A la place de double creuset, il suffit de procéder au recouvrement d’un creuset par une pâte

céramique ou d’argile, la température est de 750°C tandis que le temps de séjour est de 1h.

4.4 - PYROLYSE SUR LE FOUR DE CARBONISATION DU CNRIT

Les matières premières utilisées sont les deux espèces de bois abondamment utilisés

pour les besoins énergétiques, pour la construction, pour la confection de cageots et meubles

que sont le pinus keshya et l’eucalyptus robusta pris sous différentes granulométries (la

sciure, les copeaux et en morceaux) d’une part et les déchets agricoles qui sont les balle de riz,

les rafles de maïs, les coques d’arachide, les coques d’anacarde et les hyparrhénia rufa

(plantes herbacés) d’une autre.

4.4.1 – Evolution de la température du four de carbonisation du CNRIT

a) Pyrolyse à 400°C

Les essais sur le four de carbonisation du CNRIT se sont déroulés suivant le protocole

défini suivant :

La vitesse de montée en température est de : 2,2°C/min ;

La Température de palier est fixée à 400°C ;

L’évolution de la température pour les deux espèces de bois (pinus keshya et eucalyptus) de

granulométrie différente (sciures, copeaux et morceaux) est représentée sur la figure 4.3.

159

Profil de température de carbonisation

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

sciures de pinus keshyaà 400°C

copeaux de pinuskeshya à 400°C

morceaux de pinuskeshya à 400°C

sciures d’eucalyptusrobusta à 400°C

copeaux d’eucalyptusrobusta à 400°C

morceaux d’eucalyptusrobusta à 400°C

Température à vide

Figure 4.3 : Courbe de la température de Carbonisation de pinus keshya et d’eucalyptus robusta de différente granulométrie à 400°C

De façon générale, la pyrolyse de composés carbonés est le siège de phénomènes

physiques tels que les transferts thermiques et de matières, et les réactions chimiques plus ou

moins complexes. Tous ces phénomènes jouent un rôle plus ou moins important sur la

pyrolyse et de nombreux travaux fondamentaux sont encore menés de nos jours en vue d’une

meilleure compréhension.

La première phase de montée en température suit une pente identique pour les

différentes espèces jusqu’à un peu plus de 100°C. Cette phase est atteinte entre 1h30 pour la

sciure de pin et 1h50 pour les morceaux d’eucalyptus. L’allure générale des courbes met en

évidence une première étape de montée en température correspondant à l’échauffement du

bois et aux premières réactions endothermiques de pyrolyse.

Cette phase de montée en température peut s’expliquer par un phénomène de

vaporisation de l’eau contenue dans le bois. Plusieurs mécanismes de transport et de

vaporisation de l’eau peuvent intervenir : la diffusion d’eau libre ou liée sous forme de

vapeur, l’évacuation de vapeur par convection. Ces phénomènes de vaporisation se

manifestent lorsqu’on atteint la température d’équilibre eau-vapeur. Cette étape correspond

au séchage de la matière première.

La différence entre l’évolution de la température à vide et celle avec de la biomasse est

due à l’humidité.

160

Une étape caractérisée par une élévation rapide de la température s’ensuit. La rapidité

de la montée en température dans la deuxième phase peut s’expliquer par les différentes

réactions pyrolytiques du bois : les réactions primaires et secondaires. L’exothermicité des

réactions est montrée par une brusque augmentation da la température.

La température commence à se stabiliser entre 3h et 3h10 autour de 400°C. La

température maximale ne dépasse pas la température de consigne. On peut en déduire que

dans le four de carbonisation du CNRIT, on est en présence de pyrolyse c’est-à-dire en

absence d’air ou d’oxygène sinon la combustion peut élever la température au-dessus de la

température de consigne.

Les profils de température de pyrolyse à 400°C des sous produits agricoles sont

présentés dans la figure 4.4. Globalement, les mêmes phénomènes que ceux exposés

précédemment se produisent.

Pour les sous produits agricoles, le séchage se termine entre 1h15 et 1h 45 environ. Pour

la balle de riz et l’hyparrhénia rufa, ce temps de séchage est de 1h15, pour les coques de noix

de coco il est de 1h30 tandis que celui des coques d’anacarde est de 1h45. Ensuite, on

constate une élévation de température due aux réactions primaires et secondaires. Une

accélération de cette augmentation marque l’exothermicité de certaines réactions. Après

350°C, la température commence à se stabiliser. Elle est complètement stabilisée à partir de

4h de pyrolyse.

161


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

balles de riz

rafles de mais

herbes, hyparrheniarufa

coques d’anacardes

coques d’arachides

coques de noix decoco

Figure-4.4 : Profil de la température de Carbonisation des biomasses d’origine agricole

à 400°C de température de consigne

.

162

b) Profils de température à 500°C

Les courbes de température pour le pinus Keshya et l’eucalyptus Robusta suivant trois

granulométries différentes à une température de palier de 500°C sont représentées dans la

figure 4.5.

Le temps de séchage est constaté entre 1h15 et 1h30. Il est plus court que

précédemment.

La 2ème phase de la montée en température se fait plus vite entre 1h30 et 3h.

Elle est complètement stabilisée au-delà de 3h30 de temps de pyrolyse.

La température ne dépasse pas 500°C, on est donc en présence d’une pyrolyse (absence

ou présence d’un peu d’air ou oxygène) sinon la combustion ferait augmenter la température.


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

sciures de pinus keshya

copeaux de pinus keshya

morceaux de pinus keshya

sciures d’eucalyptus robusta

copeaux d’eucalyptusrobusta

morceaux d’eucalyptusrobusta

à vide

Figure 4.5 : Courbe de la température de Carbonisation de pinus keshya et d’eucalyptus robusta de différente granulométrie à 500°C

163

La granulométrie influe sur le profil de température. La température de la sciure monte

plus vite que celle des copeaux ou celle des bois massif. L’explication en est que le morceau

de bois massif se réchauffe moins vite et la pyrolyse se produit à une température plus

basse. Comme la conductibilité thermique du bois est faible, une forte granulométrie entraîne

un temps de réaction plus long et les échanges de chaleur par convection se font lentement.

Par contre, la montée en température est plus lente pour les copeaux par rapport à la

sciure et aux morceaux de bois massif. La faiblesse de la masse volumique et de la quantité de

matières premières en est probablement la cause.

Le pinus keshya est un résineux dont la dégradation thermique de la cellulose

caractérise l’évolution de son profil de température. SHAFIZADEH [70] a constaté que la

pyrolyse de cellulose à une température moins de 300°C correspond à la réduction du degré

de polymérisation (processus de désintégration), et à plus de 300°C la formation de produits

carbonés et des gaz sont privilégiés.

Les feuillus dont fait partie l’eucalyptus sont riches en produits légers et en

hémicelluloses dont la décomposition se fait surtout entre 180°C à 320°C, selon

BEAUMONT [39]. Pour SOLTES et ELDER [70], cette décomposition se produit entre

200°C et 260 °C mais la différence peut être attribuée aux conditions opératoires et aux

matériels utilisés.

La température de la biomasse ne monte jamais au-delà de la température de chauffage,

ce qui laisse supposer qu’on est proche de la carbonisation en absence ou avec peu d’air

(pyrolyse). Les fissures de l’argile de recouvrement ne laissent donc passer que peu d’air qui

aurait pu oxyder le carbone fixe et faire monter davantage la température.

Les courbes de température de pyrolyse des sous produits agricoles sont représentées

dans la figure 4.6.

Le séchage s’effectue entre 1h et 1h30 de temps.

La température monte rapidement entre 1h30 et 3h de temps. Elle commence à se

stabiliser après 450°C. Elle est pratiquement stabilisée après 4h de temps.

L’évolution de la température des coques d’anacardes est supérieure à celle des autres

sous produits. Celle de la balle de riz est la plus basse.

La première phase qui est le temps séchage est toujours observée à une température de

100°C environ, elle est plus rapide pour la biomasse de sous produits agricoles étant donné

que leur densité et masse volumique sont faibles.

164


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

balles de riz

rafles de mais

herbes

coquesd’anacardes

coquesd’arachides

coques de noix decoco (coprah)

Figure 4.6 : Courbe de la température de Carbonisation des sous produits agricoles à 500°C de température de consigne

c) Comparaison entre les deux profils de température

La température finale de carbonisation est certainement le facteur le plus important qui

conditionne l’allure de la courbe de température. Pour deux différentes températures finales

de carbonisation, les profils de température sont représentés sur la figure 4.7. La même pente

jusqu’à la température de séchage environ 100°C est constatée, ensuite une montée plus

rapide pour une température de consigne de 500°C environ s’en suit. Cette montée est

d’autant plus rapide que la température finale est plus élevée. Une troisième phase quasiment

asymptotique à cette température est dans notre cas observée. La température maximale

constante confirme le fait qu’on est en pyrolyse (en absence ou peu d’air).

165


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

sciures de pinuskhashya à 500°C

morceaux de pinuskhashya à 500°C

sciures de pinuskhashya à 400°C

morceaux de pinuskhashya à 400°C

Figure 4.7 : Courbes d’évolution de la température à différente température de palier

(400°C et 500°C)

Le temps de séchage se réduit en élevant la température finale. Nous remarquons que la

pyrolyse commence toujours à se stabiliser au –delà de trois heures. Les phénomènes de

dégradation se passent dans un intervalle de température de 100°C à 500°C.

En comparant les sciures et morceaux d’Eucalyptus, on constate les mêmes résultats : la

réduction du temps de séchage en élevant la température finale.

166

4.4.2 - Rendement massique sur le four de carbonisation du CNRIT

a) Influence de la granulométrie

Le rendement massique est la masse de produits carbonés solides obtenus après la

pyrolyse par rapport à la masse de matières premières initiales. Le rendement est influencé

par la granulométrie qui joue un rôle non négligeable dans le processus de formation de

charbon. Une particule plus fine de bois de pinus keshya ou d’eucalyptus donne moins de

charbon qu’un copeau. Ce dernier lui-même en donne encore moins qu’un morceau de bois

massif. L’illustration de ce cas est sur la figure 4.8 pour le bois de pinus keshya et sur la

figure 4.9 pour l’eucalyptus de différentes granulométries (sciures, copeaux, morceaux de

bois massif).

L’explication en est probablement par le fait que des matières volatiles issues des

premières réactions encore emprisonnées à l’intérieur des particules avant d’être pyrolysées

subissent des réactions secondaires responsables de la formation de matières carbonées

additionnelles. Ce phénomène est un transfert de masse. Dans les morceaux de bois de taille

plus grande, le temps de résidence est plus long. Plus de matières volatiles restent

emprisonnées pour former des résidus carbonés, d’où cette augmentation de rendement de

charbon.

Le rendement de charbon est de 28,9 % pour la sciure de pinus keshya pyrolysée à

500°C. Dans les mêmes conditions, il est de 31,6 % pour les morceaux de bois de pinus

keshya. Ces résultats que nous avons obtenus sont similaires à ce que VARHEGYI et al [71]

a observés. Il a remarqué l’augmentation du rendement résiduel pendant la carbonisation de

biomasse de 20 à 29% quand la taille des particules augmente de moins de 120µm à un

morceau de 2 mg.

Nous avons constaté également cette augmentation de rendement suivant la

granulométrie pendant la pyrolyse d’eucalyptus robusta. De 29,8 % pour la sciure, le

rendement monte à 31,9 % pour les morceaux. Ces résultats sont également obtenus en

comparant les rendements suivant la granulométrie pour une température de pyrolyse de

400°C (voir les résultats sur le tableau en Annexe XIII)

167

Pinus Keshya

Sciures

Copeaux

Morceaux

27,5

28

28,5

29

29,5

30

30,5

31

31,5

32

rendement en %

Rendement massique de carbonisation à 500°CFour CNRIT

Sciures

Copeaux

Morceaux

Figure 4.8 : Evolution du rendement en charbon de bois de pinus keshya en fonction de

la granulométrie (en carbonisation sur le four de carbonisation du CNRIT)

Eucalyptus

Sciures

Copeaux

Morceaux

28,5

29

29,5

30

30,5

31

31,5

32

rendement en%

Rendement massique de la carbonisation à 500°C

Sciures

Copeaux

Morceaux

Figure 4.9 : Evolution du rendement en charbon de bois de d’eucalyptus en fonction de

la granulométrie (en carbonisation sur le four de carbonisation du CNRIT)

168

b) Influence de la température

La température finale est un facteur important dans le processus de formation de

charbon. Elle contrôle largement la qualité (la quantité de matières volatiles et le taux de

carbone fixe) [71].

Le rendement de charbon de sciure de pinus keshya est de 28,8 % à 500°C de

température de pyrolyse et augmente jusqu’à 31,7 % à 400°C. Celui de l’eucalyptus est de

29,8 % à 500°C et de 30,9 à 400°C. Les rendements des copeaux et des morceaux de ces

deux espèces à ces deux températures de carbonisation sont représentés dans le tableau de

l’Annexe XIII et suivent les mêmes tendances.

Les rendements en charbon de balles de riz, de coques d’arachides, de coques

d’anacardes et de noix de coco pyrolysées sur le four de carbonisation du CNRIT à 400°C et

500°C sont représentés sur la figure 4.10. Dans tous les cas, l’augmentation du rendement de

charbon est obtenue en réduisant la température maximale du réacteur. Les études récentes sur

les effets de la température finale sur les caractéristiques et l’évolution des résidus carbonés

(Schenkel [73]) confirment ces résultats. Il obtient un rendement diminuant de 38% à 23%

pour une température augmentant de 400°C à 800°C avec une vitesse de chauffe entre 2°C à

10°C/min.

L’explication en est que le processus de dégradation des constituants de la biomasse

continue au fur et à mesure de l’élévation de la température. Le séchage et le commencement

de la dégradation des hémicelluloses apparaissent avant 200°C, la décomposition totale des

hémicelluloses et des celluloses amorphes est observé entre 200°C et 320°C environ. A partir

de 320°C apparaît la dégradation de la lignine et en même temps la cellulose continue de se

décomposer.

169

Rendement de charbon de sous produits agricoles en carbonisation sur le four "CNRIT"

0

5

10

15

20

25

30

35

40C

harb

on d

e ba

llede

riz

Cha

rbon

de

raf

les

de m

aïs

Cha

rbon

de

coqu

esd’

anac

arde

s

Cha

rbon

d’h

erbe

s,hy

perh

ania

ruf

a

Cha

rbon

de

coqu

esd’

arac

hide

s

Cha

rbon

de

coqu

es d

e no

ix d

eco

co

Matières premières

Ren

dem

ent e

n %

à 500°C

à 400°C

Figure 4.10 : Evolution du rendement de carbonisation de sous produits agricoles sur le

four du CNRIT en fonction de la température

c) Influence de la matière

Chaque matière première est caractérisée par son rendement. A même condition de

carbonisation le rendement du pinus keshya est constaté plus faible que celui de l’eucalyptus.

Ceci peut s’expliquer par le taux de lignine plus élevé dans l’eucalyptus. (33,5 à 35,9 %).

BRIANE et DOAT [64] confirment que les rendements en charbon sont élevés pour la

lignine.

La quantité de charbon peut être élevée à cause de la présence initialement ou par

prétraitements de cendres et de matières alcalins. C’est le cas du charbon de balles de riz dont

le taux de cendres atteint jusqu’à 28,6%. Dans la biomasse type paille, les taux de matières

minérales peuvent être relativement élevés. Notons que ces différents indices chimiques

peuvent varier dans des proportions importantes compte tenu de l’hétérogénéité des types de

cellules constituant l’ensemble de ces végétaux [30]. La structure squelettique en silice de la

balle de riz constitue une résistance au transfert de masse et retarde la migration de produits

volatils de décomposition venant de l’intérieur vers la surface. Le temps de rétention est plus

long, donc une évolution simultanée en surface des produits de décomposition des

hémicelluloses de l’intérieur et des produits de décomposition des celluloses de l’extérieur

prennent place. Ce qui augmente le rendement de charbon. Le rendement de charbon de balle

170

de riz obtenu de 36,91% en pyrolyse à 500°C et de 37,45% en pyrolyse à 400°C confirme ces

allégations.

4.4.3 – Caractérisation des charbons obtenus sur le four de carbonisation du CNRIT

Pendant les essais de carbonisation à Madagascar, les procédures suivies pour la

caractérisation de ces charbons sont montrées en Annexe XIII. Elles ont été élaborées et

sont proposées par le CNRIT comme normes à Madagascar étant donné que les matériels

souvent disponibles dans les laboratoires de la plupart des pays en voie de développement ne

permettent pas de se conformer aux normes Européennes ou Mondiales.

La caractérisation des charbons obtenus anhydre à 400°C et 500°C est présentée sur

les figures 4.11 et la figure 4.12. Les caractères chimiques à définir sont : L’indice de

matières volatiles (MV), le taux de Carbone Fixe (Cf) et le taux de cendre (C). Ils se calculent

en élevant l’humidité.

Les taux de cendre varient de 4,0 à 7,4 % pour les charbons de biomasse d’origine

forestière. La condition de stockage à l’air libre sans aucune précaution particulière peut bien

être l’explication de ces valeurs qui semblent un peu élevées (présence de poussière et autres

matières indésirables).

Cette teneur en cendre est élevée pour la biomasse d’origine agricole : environ 35 %

pour la balle de riz, 14,7 % pour les rafles de maïs, entre 6,9 % et 13,2 % pour les différentes

coques et environ 18% pour l’herbe hypparhénia rufa.

Le taux de carbone fixe est entre 73,5 % et 77,0 % pour la biomasse d’origine

forestière et pour les coques. Celui de la balle de riz, de l’herbe, hyparrhénia rufa et des rafles

de maïs est plus faible respectivement (49,7 %, 67,4 % et 69,6 %), on peut expliquer ce fait

par l’abondance de cendres.

Le taux de matières volatiles est de l’ordre de 10 à 20 % dans ces charbons.

Pour une température de pyrolyse à 400°C, les taux de matières volatiles sont un peu

plus élevés au dépend du taux de Carbone fixe. L’explication en est par le fait qu’à l’intérieur

des biomasses, l’évolution thermochimique n’est pas complète. Lorsque la température de

pyrolyse augmente, le taux de carbone fixe augmente. Le taux de MV diminue tandis que

celui de la cendre reste quasiment constant.

171

Figure 4.11 : Diagramme de la caractérisation des charbons de carbonisation à 500°C de

sous produits agricoles et forestiers de Madagascar

.

Caractérisation des charbons de carbonisation en fo ur "CNRIT"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90S

ciu

res

de

pin

us

kash

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ux

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ya

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ux

d'e

uca

lyp

tus

glo

bu

lus

mo

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ptu

sg

lob

ulu

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Ba

lles

de

riz

rafle

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ypp

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coq

ue

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'ara

chid

es

coq

ue

s d

e n

oix

de

co

co


rend

emen

t en

%

MV en % (500°C)

Ce en % (500°C)

Cf en % (500°C)

172

Le taux de cendre ne change pratiquement pas étant donné qu’il est insensible au

traitement thermique sauf au- delà de la température de fusion.

Figure 4.12 : Diagramme de la caractérisation des charbons de carbonisation à 400°C de

sous produits agricoles et forestiers de Madagascar

Caractérisation des charbons de carbonisation en fo ur "CNRIT"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Sci

ure

s d

e p

inu

s ka

shya

cop

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ux

de

pin

us

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mo

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ue

s d

'ara

chid

es

coq

ue

s d

e n

oix

de

co

co


rend

emen

t en

%

MV% (400°C)

Ce en % (400°C)

Cf en% (400°C)

173

4.4.4 - Le rendement 80

Le rendement 80 (R80) apporte une précision sur la qualité des charbons. Le

rendement et le Carbone fixe contenus dans le charbon sont pris en compte et rapportés à un

taux de carbone fixe de référence équivalent à 80%.

R80 = (Rt*Cf/80) E36

Où Rt – rendement de charbon (%)

Cf est le teneur en Carbone fixe obtenu en enlevant l’humidité, les Matières Volatiles et les

Cendres du charbon.

Sur le réacteur de pyrolyse (carbonisation) utilisé à Madagascar, le rendement R80 des

charbons de sous produits agricoles et forestiers de Madagascar en fonction de la température

est représenté par les diagrammes de la figure 4.13.

Fig. 4.13 Rendement R80 des sous produits de Madagascar en pyrolyse avec le réacteur du CNRIT en fonction de la température

174

A 400°C de température de consigne, les rendements R80 des charbons de sous produits

sont entre 25,5 et 32,3%. La pyrolyse des coques de noix de coco permet d’avoir un charbon

avec un rendement R80 assez élevé de 32,3%. Le rendement R80 en charbon de balle de riz

par contre est faible, 25,5%.

Suivant la granulométrie des sous produits de bois, une légère variation est constatée.

Le Rendement R80 de Charbon de sciure de pinus keshya est de 28,0 %, tandis que ceux des

copeaux et des morceaux sont respectivement de 28,1 et 28,2%. De même pour l’eucalyptus

robusta, la pyrolyse de sciure, des copeaux et des morceaux a produit des charbons de

rendement R80 respectivement égal à : 29,5 %, 29,6 % et 29,8 %.

En élevant la température à 500°C, les rendements R80 en charbon sont entre 23,9 et

30,7% pour ces sous produits de Madagascar. La pyrolyse des coques de noix de coco permet

d’avoir un charbon avec un rendement R80 assez élevé de 30,7 %. Le rendement R80 en

charbon de balle de riz est le plus faible, 23,9 %.

Suivant la granulométrie des sous produits de bois, une légère variation est toujours

constatée. Le Rendement R80 de Charbon de sciure de pinus keshya est de 26 %, tandis que

ceux des copeaux et des morceaux sont respectivement de 26,4 et 27,2 %. Pour l’eucalyptus

robusta, la pyrolyse de sciure, des copeaux et des morceaux a produit des charbons de

rendement respectivement égal à : 26, 26,4 et 27,2 %.

4.5 - LA PYROLYSE SUR UN FOUR « CORNU »

4.5.1 – Evolution de la température de pyrolyse sur réacteur « cornu »

Un four « cornu » de laboratoire SFLI (voir les figures 3.5, 3.6, 3.7, chapitre III) est

utilisé pour la pyrolyse. Le profil de température de pyrolyse de la sciure et des morceaux de

bois de pinus keshya est représenté sur la figure 4.14

175

Figure 4.14 : Profil de température de pyrolyse en four « cornu »

Sur la courbe de température, on observe en fonction du temps, deux pentes distinctes

qui caractérisent l’enchaînement séquentiel des deux étapes de séchage et de pyrolyse.

Jusqu’à environ 100°C, on assiste à un phénomène de séchage. C’est toujours la phase

endothermique avec départ d’eau. Ensuite on peut voir qu’il y a amorce des réactions de

pyrolyse en commençant par les réactions primaires. A cette étape, commence le dégagement

de gaz oxygénés jusqu’à environ 320°C. A partir de ce moment commence le début de départ

des hydrocarbures pour finir à la phase à hydrocarbures (entre 380°C et 500°C). A partir de

320°C on remarque une relance de la montée en température qui est due aux réactions

secondaires exothermiques. A la fin de la pyrolyse, la température commence à se stabiliser

vers 510°C sans toutefois être constante qu’on peut expliquer par une présence d’un petit peu

d’air dans les interstices et les tuyauteries de récupération de jus et de gaz pyroligneux (l’air

par dépression est probablement attiré vers le centre de la « cornu » où a lieu la pyrolyse). En

fixant la température de consigne à 600°C, l’intérieur de la biomasse atteint une température

de pyrolyse de 510°C. La combustion d’une petite partie du charbon par l’injection d’un peu

0

100

200

300

400

500

600

00:00 02:00 04:00 06:00

températures (°C)

temps (h:mn)

Pyrolyse sur "Cornue : SLFI 8 l itres"

Sciures de Pinus Kashya

Consigne

Morceaux de bois massif de pinus kashya

176

d’air dans les tuyauteries élève la température jusqu’à environ 570°C sans toutefois arriver à

600°C. L’explication en est la faible conductivité thermique de l’air et de la biomasse. La

température de palier finale est fixée à 600°C pour que la température de stabilisation dans la

biomasse soit autour de 500°C. La température de la biomasse sur le four du CNRIT est aussi

aux environs des 500°C pour une série de processus de carbonisation.

L’influence de la taille des particules est mise en évidence par une légère diminution de

la température suivant le temps de pyrolyse. Un morceau plus grand de bois met plus de

temps à atteindre la température de pyrolyse que le petit grain de sciure qui est chauffé plus

vite par convection ensuite par rayonnement. La figure 4.14 montre une évolution de la

température de pyrolyse de morceaux de bois plus lente que celle de la sciure. La convection

qui est prédominante par rapport au rayonnement est caractérisée par l’écoulement et les

propriétés thermiques du gaz vecteur. Il faut cependant noter que dans notre cas, il n’y a pas

de gaz vecteur afin de reproduire les conditions se rapprochant de celles qu’on a utilisées au

laboratoire du CNRIT, la convection est donc naturelle.

4.5.2 - Rendement sur le réacteur “cornu”

Influence de la granulométrie

Comme annoncé précédemment, le rendement dépend de la granulométrie, la

pyrolyse lente sur le four « cornu » du laboratoire Biomasse Energie de l’UPR 42 du CIRAD

Forêt de Montpellier confirme les résultats trouvés pendant la pyrolyse sur le four de

carbonisation du CNRIT. Le rendement en charbon de morceaux de bois de pinus keshya et

d’eucalyptus robusta est plus élevé que celui des sciures (voir tableau 4.10). La valeur du

rendement résiduel de sciure de pinus keshya est de 29,78 % et celui des morceaux est de

32,32%. Ces résultats sont confirmés pour le bois d’eucalyptus (30,37% et 31,09%).

Tableau 4.10 : Rendement massique de la pyrolyse sur four cornu Espèce Masse

matières premières

(g)

Masse charbon

(g)

Rendement en charbon

(%)

Masse jus pyroligneux

(g)

Rendement en jus

pyroligneux (%)

Rendement en

gaz

(%)

Sciures de pinus keshya 2027,4 603,8 29,78 996,3 49,16 15,08 Copeaux pinus keshya 574,5 174,0 30,29 291,1 49,74 14,97 Morceaux pinus keshya 2124,5 686,5 32,32 1067 50,22 15,47 Sciures de bois d’eucalyptus robusta

2101,9 632,0 30,37 1028,7 48,04 15,98 Copeaux d’eucalyptus robusta

974,0 299,3 30,73 406,9 50,73 15,14 Morceaux d’eucalyptus robusta

1957,2 608,5 31,09 987,6 50,46 15,59

177

Rendement massique de pyrolyse sur four cornue

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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ceau

x de

boi

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pin

us k

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Cop

eaux

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bois

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pinu

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Sci

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Mor

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Cop

eaux

de

bois

d’eu

caly

ptus

robu

sta

Sci

ures

de

bois

d’eu

caly

ptus

robu

sta


Rendement

Rendement en gaz (%)

Rendement en jus pyroligneux(%)Rendement en charbon (%)

Figure 4.15 Diagramme du rendement massique en pyrolyse sur four « cornu » de pinus

keshya et d’eucalyptus robusta de différente granulométrie.

4.5.3 – Caractérisation des charbons de pyrolyse sur le réacteur « cornu ».

En four « cornu », la pyrolyse de bois de pinus keshya et d’eucalyptus de différente

granulométrie est étudiée aussi pour une recherche des conditions d’amélioration et

d’obtention de charbon de substitution.

Les produits carbonés obtenus par la pyrolyse sont caractérisés suivant les normes

françaises utilisées au Laboratoire Biomasse Energie du CIRAD (Annexe V…Annexe VIII).

Le taux de Carbone Fixe dépasse les 80 %. Pour la sciure de pinus Keshya, Cf est égale à

81,9 %, ceux des copeaux et sciures sont respectivement 80,7 % et 80,1 %. Pour la sciure, les

copeaux et les morceaux de l’eucalyptus Robusta, Cf sont respectivement 83,5 %, 81,6 % et

80,2 %. Les Taux de cendre des deux espèces de bois pour les trois granulométries sont

respectivement 3,2 %, 3,4 %, 3,5 % pour le pinus et 4,1 %, 5 %, 5,3 % pour l’eucalyptus.

Tandis que les matières volatiles varient entre 12,2 et 16,3 %. (Figure 4.16 et tableau en

Annexe XII).

178

Caractérisation des charbons de pyrolyse sur four " cornue"

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sciures de boisde pinus kashya

Copeaux de boisde pinus kashya

Morceaux de boisde pinus kashya

Sciures de boisd’eucalyptus

globulus

Copeaux de boisd’eucalyptus

globulus

Morceaux de boisd’eucalyptus

globulus


Ren

dem

ent e

n %

Matières Volatiles (MV) * en %

Cendres (Ce) * en%

Carbone Fixe (Cf)* en %

Figure 4.16 : Caractérisation des charbons obtenus par pyrolyse en four « cornu » (* : Anhydre)

4.5.4 Le rendement 80 (R80)

Un bon critère d’évaluation des qualités de charbon est le rendement associé à son taux

de Carbone fixe rapporté à un taux de carbone fixe à 80 % (taux jugé satisfaisant pour les

charbons).

179

0

5

10

15

20

25

30

35

Rendement en %

Sciures de bois depinus kashya

Copeaux de bois depinus kashya

Morceaux de boisde pinus kashya

Sciures de boisd’eucalyptus

globulus

Copeaux de boisd’eucalyptus

globulus

Morceaux de boisd’eucalyptus

globulus

Rendement R80 sur le réacteur "Cornu" du CIRAD

Figure 4.17 : Rendement R80 en pyrolyse sur le réacteur « Cornu »

Les morceaux de pinus keshya et d’eucalyptus ont le plus de rendement rapportés à leur

Cf, respectivement 31,9 % et 31,7 %. Les rendements sont au-dessus de 30 % pour les trois

granulométries. Selon GIRARD [56], les meules traditionnelles ont un rendement de moins

de 10% quand elles sont mal-conduits. En utilisant des réacteurs de type « cornu » le

rendement de charbon dans les PED peut être multiplié par trois.

4.5.5 - Rendement en liquide pyroligneux et en gaz condensables

En plus des produits solides carbonés, on obtient du jus pyroligneux et du gaz

incondensable. Le liquide est recueilli par condensation des aérosols et des vapeurs. Les

rendements en liquide de la sciure, des copeaux et des morceaux de pinus Keshya sont

respectivement : 48,1 %, 49,7 % et 50,2 %. Ceux des sciures, copeaux et morceaux

d’eucalyptus Robusta sont respectivement 48,9 %, 50,1 % et 50,4 %. Près de la moitié de la

biomasse est donc recueillie comme liquide. La valorisation énergétique du jus pyroligneux

est envisageable pour ne pas perdre dans la nature une part importante de la matière première.

Le rendement en gaz est entre 18,4 % et 21,1 % pour les deux espèces suivant les trois

granulométries. L’analyse des constituants des gaz se feront ultérieurement en pyrolyse sur

180

un four tubulaire.

Remarques :

• Le bilan masse n’apporte aucune indication étant donné que la pyrolyse a été effectuée

à une température ne dépassant pas 650°C, température ne favorisant pas la production

de gaz combustible, aucune analyse chromatographique n’a pas été réalisée. En plus

dans ce cas, on n’a pas mis d’azote comme gaz vecteur, donc le gaz obtenu est

sûrement mélangé avec un peu d’air circulant à l’intérieur du circuit de récupération.

Par différence, le rendement en gaz se situe autour de 15%

• Un essai de pyrolyse en réacteur « cornu » de ce type dure 6h de temps ensuite on laisse

à peu près une journée pour le refroidissement avant de décharger le charbon. Le

nettoyage, la préparation et l’assemblage du circuit de récupération de jus et de gaz

demandent environ 2 jours.

4.6 - LA PYROLYSE SUR UN FOUR TUBULAIRE

4.6.1 – Evolution de la température en pyrolyse sur un four tubulaire

Pour la caractérisation du four tubulaire, les profils de température à vide (figure 4.18)

et les profils de température de chauffage de Carbure de Silicium (SiC) (figure 4.19) suivant

les trois températures de consigne ont été déterminés. Etant donné les propriétés remarquables

du Carbure de Silicium, son chauffage ne produit aucunes réactions. Sa température de fusion

est élevée (tableau 4.11) ; il a une bonne résistance aux chocs thermiques avec une inertie

chimique, en même temps il présente une grande conductivité thermique et une faible

dilatation thermique susceptibles de provoquer des perturbations. Le profil de température

d’un tas de Carbure de Silicium est pris comme évolution de température témoin pour la

pyrolyse rapide.

Tableau 4.11 : Caractéristiques physiques et thermiques du Carbure de Silicium (SiC) Chaleur spécifiques (J/K/Kg)

750 Ténacité (MPa.m1/2) 2,5-3,5

Conductivité thermique

(W/m/K) à 20 °C

63-155 Masse volumique (g/cm3) 3,2

Dilatation linéaire

(x10-6) de 20 à 1000°C

4-5 Dureté (Mohs) 420

Point de fusion (°C) 2500 Masse volumique (g/mole) 40,1

181

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 11 21 31 41 51 61

Temps en mn

Températ ure de consigne : 500°C

t empérat ure de consigne : 400°C

Températ ure de consigne : 700°C

Figure 4.18 : Profil de température à vide du four tubulaire

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57

temps en mn

Température en°C

Figure 4.19 : Profil de température de chauffe de Carbure de Silicium à différentes températures sur le four tubulaire

182

4.6.2 La résolution numérique du modèle

• Structure du modèle

Le modèle peut être divisé en trois sous - modèles qui simulent chacun un aspect

différent du processus: le transfert de chaleur, la chimie de la pyrolyse et le transfert de masse

pour la phase fluide. Les trois sont enchaînés. Le transfert de chaleur est le moteur du

processus de pyrolyse, il entraîne les réactions chimiques de pyrolyse. Ces dernières

produisent des gaz et des liquides qui vont ensuite s’écouler dans le réacteur.

Le modèle de transferts thermiques repose sur la méthode numérique nodale. Cette

méthode est largement utilisée dans les applications de transfert de chaleur en régime

transitoire ou continu, notamment dans les milieux non homogènes [76]. Elle permet la

construction de modèles de transfert thermique simples et elle est dans cette étude plus

adaptée que la méthode des volumes finis ou des éléments finis.

La géométrie cylindrique du réacteur offre une symétrie. Une grille représente cette

discrétisation présentée en figure 4.20. Chaque point de la grille représente un élément de

volume du réacteur. Toutes les propriétés physiques et chimiques de cet élément sont

considérées comme égales à celles du centre de la section axiale. De plus, par symétrie, seule

la moitié de la section axiale du réacteur est simulée.

Pour simuler les interactions entre la zone de pyrolyse et les parois du réacteur, une

distinction est faite entre bois pyrolysé (points blancs) et bois non pyrolysé (points noirs).

Dans le cas présent, la distance optimale entre deux nœuds voisins est de l’ordre du

millimètre, le pas de temps de la milliseconde.

• Prédiction des transferts de chaleur

Le modèle de transfert de chaleur utilisé prend en compte deux champs de température

distincts pour la phase solide et pour celle gazeuse. Dans le bilan de l’énergie du lit de

particules, les transferts par conduction et par rayonnement pour la phase solide sont couplés.

La chaleur des réactions hétérogènes, ainsi que les échanges convectifs avec le fluide sont eux

intégrés comme un terme source. La phase fluide échange de la chaleur seulement par

convection avec le solide, les transferts conductifs et radiatifs étant négligés.

On se place dans la stationnarité des phénomènes, et en premier lieu à résoudre l’équation de

transfert de chaleur pour prédire le comportement des particules en présence de chaleur. La

cinétique de transfert de masse et de convection suivant le fluide vecteur est à étudier

ultérieurement.

L'équation se réduit à

183

U (ur,) : vitesse du fluide vecteur

Cp : capacité calorifique

Tf ; Température finale

o o o o

• • • o

• • • o

• • • o

o o o o

Figure 4.20 : Grille nodale

L’équation de transfert de chaleur pour un nœud i entouré par les nœuds j est donnée par E37

[76]. C’est une transformation de l’équation de transfert thermique déjà énoncé en tenant

compte des sources de convection et/ou de radiation et/ou chimique.

∑ ∑+=i i

kiijpi idt

dTCm φφ E37

Le terme Φi j représente le flux de chaleur échangé par le nœud i avec le nœud j et le

terme Φk i représente les sources de chaleur dans le nœud i , soit la chaleur de réaction et le

flux convectif solide - fluide. Les flux de chaleur échangés par deux nœuds voisins s’écrivent

en fonction des températures des deux nœuds et de la caractéristique de transfert du matériel.

Il est fonction de la géométrie du réacteur et des propriétés de transfert de chaleur du milieu

poreux.

La simulation numérique du modèle de transfert thermique a été réalisée en prenant une

option unidirectionnelle et les hypothèses suivantes (figure 4.21) :

∂

∂+

∂∂

+∂

∂=

∂∂

><+∂

∂><

2

2

2

21

z

T

r

T

rr

T

z

Tu

r

TuC

fff

p

f

z

f

rpp λερ

184

• Nombre de volume de contrôle (VC) : 500

• Le terme source (S) est la somme de la source de la charge (Sc) et celle de la paroi (Sp),

compte tenu des réactions et changements chimiques (Sc) il est pris égal à 60 W/m2K

tandis que Sp : 5 W/m2 K (voir E13 et E16) [70] ;

• La conductivité thermique est de 0,35 W/m²K pour le bois, sa densité est le produit de la

masse volumique et de la porosité :( m =450 kg/m3 pour le pinus keshya et la porosité

est de 0,55) : d =255 kg/m3

• La capacité calorifique dans le cas de pyrolyse dans un tube cylindrique est une fonction

empirique du temps proposée par Kantorovich et Bar-Ziv [91].

Cp = 464+4.9T-(0.0039T-2) + 0.00000149T3-(0.000000000288/T-4).

• Le nombre de pas est de 30 avec 10 nœuds.

• Les conditions initiales Ti =27°C et Tf =700°C

• Vitesse de fluide : 0,3 m/s

Name : HUC_1D_2.txt

This file 1D Heat Transfer is just for inspection purpose!

1.000000000000000E-005 <= Distance Lx (west-east)

500 <= Number of control volumes

0.35 <= Condutivity

60 <= Sc Source term (S = Sp*T+Sc)

5 <= Sp Source term (S = Sp*T+Sc)

2 <= State of simulation: 1 is steady, 2 is unsteady

1 <= Method: 1 is Gauss-Sidel, 2 is Tab. LU

27 <= Initial temperature

255 <= Density

464+4.9*T-(0.0039/T*T)+0.00000149*T*T*T-(0.000000000288/T*T*T*T) <= Specific heat

185

1.00000000000000 <= Interval of time

30 <= Number of steps in the time

10 <= Unsteady state for the node

Figure 4.21 Encadré du fichier «Data file» de la résolution numérique

Figure 4.22 : Evolution de la température calculée et la convergence de la Température (stabilité)

Un profil de montée en température calculé est satisfaisant pour notre modèle.

(figure 4.22). On est en pyrolyse rapide de la biomasse. Mais il faut confronter avec d’autres

valeurs de la capacité calorifique pour que partout à l’intérieur du tas de la biomasse, on est

assuré d’être en présence de pyrolyse .rapide de la biomasse.

Le calcul de la stabilité montre une convergence du calcul de la température même au-

186

delà de 10 nœuds.

4.6.3 – Résultats de la pyrolyse rapide sur four tubulaire

a) Evolution de la température

Pour chaque matière première utilisée (sciure et copeaux de pinus keshya, sciure

d’eucalyptus, balles de riz et coques d’arachides), les températures de consigne ont été

respectivement de: 400°C, 500°C, 700°C.

Le temps de séjour est de 20min environ. C’est le temps nécessaire à la pyrolyse totale

de la quantité de biomasse introduite dans la cuillère du four (après ce temps on ne constate

plus d’évolution de la quantité de jus pyroligneux condensé dans le récipient de réception).

Les profils de température de sciure de pinus keshya sont représentés sur la figure 4.23.

Le temps que met la biomasse pour atteindre la température de consigne est plus long

pour une température de palier plus basse. Pour une température de 400°C, la température de

palier est atteinte vers 14 mn ; pour 500°C, elle est atteinte aux environs de 7mn, quant à

700°C, à peu près 4mn. Ceci est du à la différence de flux de chaleur imposée à la biomasse.

On ne distingue pas de séparation de phase pendant la montée en température. La

puissance de la rampe et la faible teneur en humidité du bois en est la cause. Les profils de

température de la pyrolyse de l’eucalyptus robusta sont représentés dans la figure 4.23. Les

mêmes comportements sont constatés pour les sciures d’eucalyptus, une phase de séchage est

remarquée, ceci est dû à une légère humidité de l’eucalyptus. On ne distingue pas d‘énorme

différence de profil de température suivant les espèces. La puissance de la rampe et les

transferts thermiques dictent l’évolution de la pyrolyse.

Les profils de température de la pyrolyse rapide des copeaux de pinus keshya et

d’eucalyptus suivant ces différentes températures de palier sont représentés dans les figures en

annexe X.

187

Profil de Température de Pyrolyse rapideMatières premières : sciures de pinus kashya

0

100

200

300

400

500

600

700

8000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Temps (mn)

Tem

péra

ture

(°C

) Température de la biomasse à 400°C(Tb)Température de la biomasse à 500°C

Température de la biomasse à 700°C

Figure 4.22 : Courbes de Profil de température en pyrolyse de sciures de bois de pinus

keshya

Pyrolyse flash de sciures d'eucalyptus sur le r

0

100

200

300

400

500

600

700

800

14:0

1:30

14:0

4:15

14:0

7:00

14:0

9:45

14:1

2:30

14:1

5:15

14:1

8:00

14:2

0:45

14:2

3:30

14:2

6:15

14:2

9:00

14:3

2:00

14:3

4:45

14:3

7:30

14:4

0:15

14:4

3:00

14:4

5:45

14:4

8:30

14:5

1:15

14:5

4:00

14:5

9:45

15:0

2:30

temps (mn)

Tem

péra

ture

en

°C

Figure 4.23 : Profil de température de pyrolyse rapide sciure d’eucalyptus robusta

188

Profil de température suivant la granulométrie (Sciures <3,36mm et copeaux de pinus kashya)

0

100

200

300

400

500

600

0 5 10 15 20

Temps (mn)

Tem

péra

ture

(°C

)

Température de pyrolyse de la sciure

Température de pyrolyse des copeaux

Figure 4.24 : Courbes de température de pyrolyse rapide de sciures et de copeaux de

bois de pinus keshya à 500°C

Le profil de température du pinus keshya suivant différentes granulométries (sciure et

copeaux) est présenté sur la figure 4.24. La température de pyrolyse de la sciure monte et

atteint la consigne plus vite que celle des copeaux. Le transfert thermique se fait plus vite à

travers les fines particules comme on l’a déjà mentionné. Ce résultat est confirmé par

ZANZI, SJOSTROM and al. dans leur étude sur la pyrolyse rapide [77].

Les profils de température de la pyrolyse rapide de la biomasse agricole de Madagascar,

(balle de riz et coques d’arachide) sont représentés respectivement sur les figures 4.25 et

4.26. La pyrolyse de la biomasse d’origine agricole a permis de mettre en évidence une

première phase de montée en température jusqu’à 100°C. L’explication en est que l’humidité

de la biomasse est un peu élevée d’où la pertinence de l’étape de séchage. Ensuite la

température monte jusqu’à la température de palier. On n’observe pas l’effet des réactions

secondaires exothermiques aux environs de 320°C. On peut expliquer ce fait par la puissance

et la vitesse de chauffe élevées du réacteur. Pour la balle de riz, les températures de palier

sont atteintes respectivement à 15 mn, 12 mn et 10 mn.et pour les coques d’arachide à 14 mn,

10 mn et 9 mn. Les temps pour atteindre les températures de palier sont plus longs parce que

les matières premières sont plus humides (on constate une première phase de séchage). La

température de la biomasse reste constante quand la température de palier est atteinte. Le gaz

189

vecteur circulant à l’intérieur du four est l’azote. Il n’y a pas aucune réaction de combustion

en absence de l’air et ou d’oxygène, ce qui confirme le fait qu’on observe cette partie

constante de la courbe.

Température de Pyrolyse sur Four Pyrox Matières premières : Balles de riz

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57

Temps [mn]

Tem

péra

ture

en

°C Température de Pyrolyse de la biomasse à700°C

Température à 500°C


Figure 4.25 : Profil de Température de pyrolyse de balles de riz en four tubulaire à 700°C, 500°C, 400°C

Le profil de température de la pyrolyse de coques d’arachide de Madagascar sur le four

tubulaire est représenté la figure 4.26.

190

Température de Pyrolyse sur four Pyrox Matières premières : coques d'arachides

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

Temps [mn]

Tem

péra

ture

en°

C Température de pyrolyse de la biomasse à700°C



Figure 4.26 : Profil de température de Pyrolyse de coques d’arachides sur four tubulaire

b) Calcul de vitesse de chauffe atteinte par la biomasse

Les pentes des différentes courbes de la vitesse de chauffe sont calculées (voir figure

4.27 pour le pinus keshya) afin de confirmer qu’on est précisément en présence de pyrolyse

rapide. La montée en température se fait respectivement à 35°C/min, 13°C/min et 9°C/min.

On est en présence de pyrolyse rapide pour les deux premières vitesses de chauffe. Nous

avons remarqué que pour la température de palier égale à 400°C, on est en présence de

pyrolyse lente, sa vitesse de montée en température est moins de 10°C/mn. Ces constatations

sont confirmées par les pentes trouvées pour la pyrolyse de la sciure d’eucalyptus robusta

respectivement 29,7 °C/mn, 13,7 °C/mn et 7,9 °C/mn (figure 4.28). Mais par contre pour les

copeaux, pour une température de consigne égale à 400°C, on retrouve la pyrolyse rapide

(10,4°C/mn). Les pentes des profils de l’évolution de la température sont représentées en

Annexe X. La puissance de la rampe et la densité de la matière première explique cette

vitesse de chauffe plus élevée (> 10°C).

Pour les biomasses agricoles, les pentes qui représentent les vitesses de chauffe pendant

la Pyrolyse sont représentées dans la figure 4.29 pour la balle de riz. Suivant les trois

températures de consigne, leurs vitesses de chauffe sont 43,2 °C/mn, 13,8 °C/mn et 10,4 %.

Dans ce cas, on est toujours en pyrolyse rapide. Pour les coques d’arachides, suivant les trois

consignes on est aussi en pyrolyse rapide (Annexe X).

191

Montée en Température de Pyrolyse rapideMatières premières : sciures de pinus kashya

y = 9,0102x

y = 12,779x

y = 35,209x

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Temps (mn)

Tem

péra

ture

(°C

) Montée en température (400°C)

Montée en température (700°C)

Montée en température (500°C)

Linéaire (Montée en température(400°C))Linéaire (Montée en température(500°C))Linéaire (Montée en température(700°C))

Figure 4.27 : Courbe de tendance de l’évolution de la température de la pyrolyse rapide de pinus keshya suivant les trois températures de consigne

Courbe de tendance de la pyrolyse flash de sciure d 'éucalyptus

y = 13,72x - 12,727

y = 29,757x - 84,994

y = 7,975x + 44,7

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

12.10.2004 14:05:32

12.10.2004 14:06:02

12.10.2004 14:06:32

12.10.2004 14:07:02

12.10.2004 14:07:32

12.10.2004 14:08:02

12.10.2004 14:08:32

12.10.2004 14:09:02

12.10.2004 14:09:32

12.10.2004 14:10:02

12.10.2004 14:10:32

12.10.2004 14:11:02

12.10.2004 14:11:32

12.10.2004 14:12:02

12.10.2004 14:12:32

12.10.2004 14:13:02

12.10.2004 14:13:32

12.10.2004 14:14:02

12.10.2004 14:14:32

Temps [jj.mm.aaaa hh:mn:ss]

Tem

péra

ture

en

°C A 500°C

A 700°C

A 400°C

Linéaire (A 500°C)



Fig. 4.28 : Courbe de tendance de la montée en température de la pyrolyse rapide d e sciure d’eucalyptus robusta suivant les trois températures de consigne

192

Courbe de tendance de la pyrolyse flash de balle de riz

y = 10,368x + 36,19

y = 14,883x + 44,03

y = 43,231x + 52,667

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

29.1

0.20

04 1

2:00

:44

29.1

0.20

04 1

2:01

:14

29.1

0.20

04 1

2:01

:44

29.1

0.20

04 1

2:02

:14

29.1

0.20

04 1

2:02

:44

29.1

0.20

04 1

2:03

:14

29.1

0.20

04 1

2:03

:44

29.1

0.20

04 1

2:04

:14

29.1

0.20

04 1

2:04

:44

29.1

0.20

04 1

2:05

:14

29.1

0.20

04 1

2:05

:44

29.1

0.20

04 1

2:06

:14

29.1

0.20

04 1

2:06

:44

29.1

0.20

04 1

2:07

:14

29.1

0.20

04 1

2:07

:44

29.1

0.20

04 1

2:08

:14

29.1

0.20

04 1

2:08

:44

29.1

0.20

04 1

2:09

:14

29.1

0.20

04 1

2:09

:44

29.1

0.20

04 1

2:10

:14


Tem

péra

ture

en

°C A 400°C

A 500°C

A 700°C




Figure 4.29 Courbe de tendance de l’évolution de la température de la pyrolyse rapide de balle de riz suivant les trois températures de consigne

c) Rendement en pyrolyse sur four tubulaire

• Influence de la température finale Les rendements massiques de pyrolyse de chaque matière première dans un four

tubulaire sont représentés sur les figures 4.30, 4.31, 4.32, 4.33 et 4.34. Les résultats

confirment la diminution de rendement de charbon en élevant la température finale. Ce

rendement en charbon diminue de 31,44 % à 18,27 % en élevant la température de 400°C à

700°C pour la sciure de pinus keshya. Le rendement en jus pyroligneux est un peu élevé de

54,6 % à 400°C, il diminue à 46,5 % pour une température de 700°C. Quant au rendement de

gaz, il augmente suivant la température : de 8,9 % à 400°C, elle monte jusqu’à 29,1 % pour

une température de 700°C.

Pour la sciure d’eucalyptus, le rendement de charbon diminue de 31,6 %, à 25,7 %

jusqu’à 19,4 %. Le rendement en jus pyroligneux est de 42,4 %, 42,0 % et 41,8 %. Le

rendement de gaz augmente respectivement de 23,45 %, à 28,4 % jusqu’à 32,7 %. Pour les

copeaux de pinus keshya, l’élévation de température confirme aussi cette diminution du

193

rendement. Le rendement est respectivement de 30 %, 22,5 % et 17,7 %. Le rendement en jus

pyroligneux est respectivement de 54,5 %, 52,6 % et 48,3 %. Le rendement en gaz augmente

de 10,0 %, à 19,7 jusqu’à 27,8 %.

Rendement massique de la pyrolyseMatières premières : sciures de pin sur four Pyrox

granulométrie<3,36mm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400 500 700

Température en °C

Ren

dem

ent e

n %

Rendement Gaz (%)

Rendement Liquide(%)

Rendement Charbon (%)

Figure 4.30 : Diagramme des rendements massiques de la pyrolyse de bois de pinus keshya suivant différentes températures

Rendement massique de la pyrolyse sur four PyroxMatières premières : sciures d'eucalyptus

granulométrie<3,36mm

0

20

40

60

80

100

120

400 500 700

Température en °C

Ren

dem

ent e

n %

Rendement Gaz (%) (%)

Rendement Liquide (%)


194

Figure 4.31 : Diagramme des rendements massiques de la pyrolyse de sciure d’eucalyptus suivant différentes températures

Rendement massique de la pyrolyseMatières premières : copeaux de pin sur four Pyrox

granulométrie>3,36mm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400 500 700

Température en °C

Ren

dem

ent e

n % Rendement Gaz (%)



Figure 4.32 : Diagramme de rendement massique en pyrolyse sur four tubulaire de copeaux de pinus keshya

Rendement massique de la pyrolyseMatières premières : Balles de riz sur four Pyrox

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400 500 700

Température en °C

Ren

dem

ent e

n %

Rendement Gaz(%)



Figure 4.33 : Diagramme de rendement massique en pyrolyse sur four tubulaire de la balle de riz

195

Rendement massique de la pyrolyseMatières premières : Coques d'arachide sur four Pyr ox

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400 500 700

Température en °C

Ren

dem

ent e

n %

Rendement Gaz (%)



Figure 4.34 : Diagramme de rendement massique en pyrolyse sur four tubulaire de coques d’arachide

• Influence de la vitesse de chauffe

Dans le cas de la pyrolyse en four tubulaire, en plus de l’influence de la température

finale de pyrolyse, ce faible rendement en charbon de sciure de bois pyrolysé à 700°C peut

aussi être expliqué par une vitesse de chauffe élevée (déterminée par le calcul de la pente de la

courbe de température). L’allure de la courbe de température est déterminée à partir de

l’équation de linéaire dont la pente détermine la vitesse de chauffe (figures 4.28, 4.29 et

tableau 4.11).. A une vitesse de consigne de 700°C correspond une vitesse de chauffe de

35°C/mn. Cette vitesse de chauffe élevée correspond à une pyrolyse rapide. La vitesse de

chauffe de la pyrolyse d’eucalyptus est ainsi égale à 29,3°C/mn. Le rendement de charbon à

700°C est de 18,27 % tandis qu’à 400°C il est de 31,6 %. A conditions égales de pyrolyse, il

n’y a pas trop de différence entre les rendements de charbon de sciure de bois de pinus keshya

et d’eucalyptus bien qu’on remarque un rendement légèrement élevé pour l’eucalyptus

(figures 4.31, 4.33 et tableau 4.11) . C’est la cinétique de transfert thermique qui prédomine

par rapport à l’influence de la matière lignocellulosique.

Le rendement massique de la pyrolyse de balle de riz est représenté sur la figure 4.33. Le

rendement en charbon qui est de 44,95 %, reste très élevé pour les biomasses d’origine

agricoles.

196

La vitesse de chauffe est donc un facteur limitant. Ce résultat confirme ce que

VIOLETTE [78] a énoncé depuis le 19è siècle, il a rapporté que le rendement en charbon

produit lentement au-delà de 6h de temps est plus élevé que celui d’un autre, produit très vite.

L’aspect physique du premier est dur, il est bien cuit et a une structure dense alors que le

charbon produit à vitesse rapide est léger et friable. De même, au début du siècle dernier,

KLAR [79] a présenté un tableau sur les produits de la distillation de bois qui montre l’effet

de la vitesse de chauffe. Le changement de carbonisation lente en rapide fait diminuer le

rendement de 2 à 10% suivant les espèces. G00S [80] vers les années 50 a aussi observé que

l’exposition soudaine de la biomasse à une haute température donne un faible rendement,

tandis que BRUNNER [81] vers les années 80 a trouvé une relation logarithmique linéaire

entre la vitesse de chauffe et le rendement de charbon issu de la pyrolyse de cellulose.

Récemment, LEDE et ses collègues [82,83], BOUTIN et ses collègues [84,85],

BROIDO et ses collègues [86] , SHAFIZADEH et ses collègues [87], ont travaillé sur la

cellulose, une des principales composantes la biomasse à un grand flux de densité de chaleur.

Tous ont prédit une amélioration du rendement de charbon suivant la diminution de la vitesse

de chauffe. Cependant, il n’est pas recommandé d’utiliser une trop faible vitesse de chauffe

pour la pyrolyse à cause de non rentabilité économique et qu’en dessous d’une certaine

vitesse de chauffe l’augmentation du rendement atteint une limite. BYRNE et NAGLE [88] a

montré que les particules de bois ne rétrécissent et ne subissent aucun craquage quand la

vitesse de chauffe est inférieure à 15°C/h et cette caractéristique est utilisée en séchage de

bois d’œuvre.

• Influence de la granulométrie

La comparaison de la pyrolyse de sciure et de copeaux de pinus keshya ne permet pas

de donner des indications significatives parce que la cinétique de transfert est prédominante

dans un réacteur tubulaire à vitesse de chauffe élevée. Les rendements de charbon, de liquide

pyroligneux et de gaz sont très proches (tableau 4.11).

197

c) Bilan massique

Les rendements en liquide de la pyrolyse sur le four tubulaire sont représentés dans le

tableau 4.12. Les rendements augmentent de 46,48 % à 54,65 % en fonction la diminution de

la température pour les sciures de pinus keshya tandis que le rendement en gaz diminue de

29,08 % à 8,16 %.

Pour les copeaux, de pinus keshya, le rendement en liquide varient de 48,27 % à 54,49

% et en gaz de 27,75 % à 10,03 %.

L’influence de la granulométrie n’est pas mise à l’évidence étant donné que le bilan

massique présente une marge d’erreur de 5,75% à 8,87%. On peut affirmer que pour les pinus

keshya, le rendement en jus pyroligneux est élevé et que à 700°C de température finale on

récupère jusqu’à 29% de gaz au détriment du charbon.

Les biomasses d’origine agricole représentées par les balles de riz et les coques

d’arachide par contre produisent toujours beaucoup de charbon, avec un rendement

respectivement de 44,95 %, 39,43 % et 32,14 % pour les balles de riz et 42,33 %, 34,43 % et

28,95 % pour les coques d’arachide quand elles sont pyrolysées à 400°C, 500°C et 700°C.

Leurs rendements en liquide pyroligneux sont respectivement 38,47 %, 43,34 % et

44,34 % pour les balles de riz et 39,58 %, 43,71 % et 45,11 % pour les coques d’arachide. En

même temps à 700°C, ils produisent du gaz à environ 20 %.

Tableau 4.12 : Bilan massique en pyrolyse sur four tubulaire et vitesse de chauffe SCIURES DE PIN

Température (°C)


Rendement Liquide(%)

Rendement Gaz (%)

Bilan massique (%)

Vitesse de chauffe (°C/mn)

400 31,44 54,65 8,16 94,25 35,2 500 24,86 50,93 15,34 91,13 12,8 700 18,27 46,48 29,08 93,83 9

COPEAUX DE PIN Température (°C)



Rendement Gaz (%)

Bilan massique (%)


400 30,08 54,49 10,03 94,6 40,6 500 22,54 52,64 19,72 94,9 18,5 700 17,17 48,27 27,75 93,19 10,1

SCIURES D’EUCALYPTUS Température (°C)



Rendement Gaz(%)

Bilan massique


400° C 31,60 42,38 23,45 97,43 29,7 500°C 25,71 42,02 28,44 96,15 13,7

198

700°C 19,36 41,80 32,70 93,38 7,9 BALLE DE RIZ

Température (°C)



Rendement Gaz(%)

Bilan massique


400 44,95 38,47 10,9 94,32 43,23 500 39,43 43,34 14,9 97,67 14,88 700 32,14 44,34 18,48 94,96 10,37

ARACHIDE Température (°C)



Rendement Gaz (%)

Bilan massique


400 42,33 39,58 12,21 94,12 36,26 500 34,43 43,71 17,88 96,02 18,63 700 28,95 45,11 19,47 93,53 12,52

d) Caractérisation des charbons de pyrolyse en four tubulaire

La détermination de la qualité de charbon de pyrolyse sur four tubulaire est illustrée par la

figure 4.35. Le Carbone fixe augmente suivant la température quelque soit la matière

première. La pyrolyse à 400°C et 500°C permet d’avoir du charbon de moindre qualité étant

donné que le carbone fixe est au dessous de 80%. Il faut élever la température à 700°C pour

avoir un charbon à plus de 80%

Les matières volatiles varient de 8% à 18 % pour le bois et elles ne représentent que

moins de 8% pour la balle de riz et les coques d’arachide.

Le taux de cendre pour le bois ne varie presque pas et sa valeur est inférieure à 2% dans tous

les cas. Quant à la balle de riz, son taux de cendre est un peu élevé (Figure 4.35).

e) Rendement R80

Le rendement de sous produits forestiers reste pas plus de 25 %, la balle de riz à moins 30%.

Ce faible rendement est du à son temps de séjour qui est de 20 mn environ. La pyrolyse rapide

ne favorise pas l’obtention de charbon.

199

0%

20%

40%

60%

80%

100%

RENDEMENT

400 500 700 400 500 700 400 500 700 400 500 700 400 500 700

Sciures de pinuskhashya

Sciures d’eucalyptus Balles de riz Coques d’arachides Copeaux de pinuskhashya

TEMPERATURE en °C

CARACTERISATION DES CHARBONS DE PYROLYSE SUR FOUR T UBULAIRE

Cendres

Matières Volatiles

Carbones Fixes

Figure 4.35 : Diagramme des caractéristiques des charbons de pyrolyse sur un four

tubulaire de laboratoire suivant la température

a) Rendement R80

0

5

10

15

20

25

30

35

Re

nd

em

en

t e

n %

400°C 500°C 700°C 400°C 500°C 700°C 400°C 500°C 700°C

Sciure de Pinus keshya Sciure d'eucalyptus Balle de riz

Température

Rendement tenant compte du taux de carbone fixe en pyrolyse de pin avec le réacteur pilote à vis

Rendement R80

Rendement massique

charbon

Figure 4.36 Rendement R80 en pyrolyse sur four tubulaire

b) Concentration de gaz non condensables

200

Les gaz recueillis au bout du circuit de récupération sont analysés par un micro

Chromatographe en Phase gazeuse. Les condensables sont retenus dans un récipient bicol

réfrigéré par azote liquide et par un électrofiltre. Les résultats d’analyse pour chaque matière

première et pour chaque température de consigne sont reproduits en annexe XVI. Le résultat

pour la sciure d’Eucalyptus Robusta pyrolysé à 500°C est représenté sur la figure 4.37.

Figure 4.37 Analyse de gaz incondensables lors de la pyrolyse de sciure d’Eucalyptus à 500°C

Dans le tableau 4.12 sont représentées les valeurs des gaz majoritaires : CO, CO2 et CH4

et des gaz minoritaires : H2, C2H4 etC2H6 contenus dans la totalité du volume recueilli en

même temps que le gaz vecteur N2. La figure 4.38 décrit l’évolution de la concentration des

gaz produits par pyrolyse de sciures de pinus keshya suivant la température.

201

Tableau 4.13 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de sciures de bois de pinus keshya

Température

(°C)

H2 CH4 CO CO2 C2H4 C2H6 N2

400 0,141 0,3310 2,97 4,41 0,021 0,026 88,469

500 2,163 4,208 6,714 6,025 0,170 0,177 80,551

700 5,660 4,363 12,033 3,845 0,476 0,333 69,973

Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse depinu s keshya

0

10

20

30

40

50

60

H2 CH4 CO CO2 C2H4 C2H6

% v

ol

400°C

500°C

700°C

Figure 4.38 : Concentration de gaz incondensables de pyrolyse de bois de pinus keshya

suivant la température

A une température de pyrolyse de 400°C (figure 4.38), les gaz obtenus sont surtout le

dioxyde de carbone (CO2) et l’oxyde de carbone (CO) respectivement 38,24 % et 25,75 %.

Les autres composants sont de faibles valeurs : l’hydrogène H2 est à 1,2 %, CH4 à 2,8 %,

C2H4 à 0,18 % et C2H6 à 0,23 %.

A une température de 500°C, la pyrolyse de pinus keshya dégage le plus de CO, égale

34,521 %. En même temps les autres constituants aussi augmentent. Les CO2, CH4, H2, C2H4

et C2H6 sont respectivement à 30,978 %, 21,636 %, 11,271 %, 0,910 % et 0,874.

Tandis qu’à une température de pyrolyse de 700°C, les taux de gaz combustibles sont

202

élevés : le CO à 40 %, le H2 à 18,8 % et le CH4 à 14,5 %. Les autres composants (CO2, C2H4

et C2H6 ) ont des taux de concentration faibles respectivement à 12,8 %, 1,6 % et 1,1 %.

Ainsi, la pyrolyse à 400°C de pinus keshya sur four tubulaire dégage du gaz à effet de

serre et sa composition ne permet pas d’en faire un combustible efficace.

Les moins polluants sont les gaz produits à 700°C (CO2 à 12,8 % seulement), les taux

des composants H2, C0 et CH4 sont élevés d’où la possibilité pour en faire des gaz

combustibles.

Le tableau 4.14 représente les valeurs des concentrations de gaz de pyrolyse de sciure

d’eucalyptus recueilli en même temps que le gaz vecteur N2.

A 400°C, le taux de dioxine de carbone (CO2) est aussi élevé mais moins que celui du

pinus keshya à la même température de pyrolyse. Il est de 30,54%. Les taux de gaz

combustibles (H2, C0 et CH4) sont à 4,15 %, 27,8 % et 7,8 %. Dans les mêmes conditions,

ces valeurs sont légèrement supérieures par rapport à celles du pinus keshya. Les

hydrocarbures augmentent aussi légèrement (C2H4 à 0,43 % et C2H6 à 0,67 %).

L’évolution des taux de concentration des gaz d’eucalyptus suivant la température suit cette

même tendance. A 700°C on produit du gaz combustible et la proportion de GES est la plus

faible (Figure 4.39)

Tableau 4.14 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de sciures de bois d’eucalyptus

Température

(°C)


400 0,464 0,870 3,099 3,408 0,048 0,075 88,844

500 2,223 3,033 12,049 5,672 0,424 0,257 75,720

700 4,658 3,852 14,509 4,395 0,478 0,297 69,897

203

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

% en Vol


Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de sciures de bois d'eucalyptus à différentes tempé ratures,

Temps de séjour : 20mn

400°C

500°C

700°C

Figure 4.39 : Concentration de gaz incondensables de pyrolyse de sciures d’eucalyptus

suivant la température

Pour les copeaux de pinus keshya, le gaz produit à 500°C de pyrolyse est le plus

polluant. Quand on augmente la température à 700°C, la proportion de GES diminue et on

produit beaucoup plus de gaz combustible (H2et CO). Le diagramme de concentration de gaz

est représenté sur la figure 4.40.

204

Tableau 4.15 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de copeaux de bois de pinus keshya

Température

(°C)


400 0,431 0,675 3,774 2,746 0,081 0,101 89,767

500 1,599 1,539 6,696 1,811 0,162 0,123 84,755

700 4,312 3,283 11,818 3,676 0,528 0,289 73,067

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

en % vol


Analyse chromatographique des gaz de pyrolyse de copeaux de Pinus Keshya à différentes températur es

temps de séjour : 20mn

400°C

500°C

700°C

Figure 4.40 : Concentration de gaz incondensables de pyrolyse de copeaux de bois de

pinus keshya suivant la température

205

Pendant la pyrolyse des biomasses d’origine agricole (balle de riz et coques d’arachide), on ne

produit pas assez de gaz incondensables (H2, CO et éventuellement CH4). D’après le bilan

massique le taux de gaz n’excède pas les 20 %. A 500°C, l’émission de GES (CO2) occupe

35 % des gaz incondensables et à 700°C, le taux de H2 reste à environ 13 %, le CO à un peu

moins de 30% et le CH4 est à environ 8 % pour la balle de riz (Figure 4.41). A haute

température les coques d’arachides peuvent faire l’objet de matières premières pour la

gazéification.

Tableau 4.16 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de balles de riz

Température

(°C)


400 0 0,123 2,44 3,938 0,011 0,021 89,436

500 0,856 1,428 5,333 4,475 0,262 0,169 88,320

700 2,363 1,677 5,427 3,230 0,237 0,163 81,968

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

%en vol


Analyse chromatographique des gaz de pyrolyse de balle de riz à différentes températures,


400°C

500°C

700°C

Figure 4.41 : Concentration de gaz incondensables de pyrolyse de balles de riz suivant la

température

Quant aux coques d’arachides, l’analyse de leur gaz de pyrolyse a permis de connaître les

taux de concentration suivants : à 500°C, H2 est aux environs de 7%, le CO à 38 % et le CO2 à

206

un peu plus de 25 %. Les taux d’hydrocarbure ne sont pas très élevés (figure 4.42). A 700°C,

le taux de CO excède les 40 % et le H2 est à 10 % environ tandis que le CH4 est à peu près 10

%. Le taux de CO2 par contre n’est pas très élevé, 25 %. La concentration d’hydrocarbure

n’est pas élevée. On remarque qu’à 400°C, le taux d’H2 est minimal (~0%).

Tableau 4.17 : Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse de coques d’arachides Température

(°C)


400 0 0,637 3,63 2,564 0,076 0,047 88,7

500 1,17 1,58 4,26 3,89 0,35 0,19 85,47

700 2,971 3,283 11,818 3,6757 0,508 0,289 73,0533

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

% en Vol


Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de coques d'arachide à différentes températures,


400°C

500°C

600°C

Figure 4.42 : Concentration de gaz incondensables de pyrolyse de coques d’arachides suivant la température

Dans certains projets de conversion de la biomasse, la pyrolyse est conduite de manière

à privilégier la formation de gaz de synthèse (CO et H2) utilisables en l’état dans des turbines

ou convertibles en combustibles liquides par le procédé Fisher-Tropsch.

Les résultats obtenus pour les biomasses d’origines forestières et agricoles de

Madagascar confirment les études antérieures de ZANZI et al [77] en 2002 de LAHMIDI H.

207

[86] en 2006. Bien que la concentration des différents gaz de pyrolyse puisse varier suivant

les conditions opératoires, ils sont généralement composé de : CO, CO2, H2, CH4, C2H2, C2H4,

C2H6 et C6H6 selon (MASCHIO et al [87].

Remarque : Les deux composants des gaz de pyrolyse C2H2 et C6H6 ne sont pas déceler

par les Micro Chromatographe en Phase Gazeuse portables, ils sont en quantités infimes.

4.7 - PYROLYSE SUR LE REACTEUR PYLOTE A VIS

4.7.1- Débit d’alimentation du pyrolyseur à vis

Débit alimentation

y = 47,123x

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00

Temps (s)

Mas

se (

g) Masse (g)

Linéaire (Masse (g))

Figure 4.43 : Débit d’alimentation du pyrolyseur à vis

Le débit d'alimentation maximale du pyrolyseur à vis est estimé à 47,123 g/s. On peut

faire varier le débit de 0 à 170 Kg par heure. La figure 4.43 montre la courbe de débit

d’alimentation du pyrolyseur. Sur la figure 4.44 sont représentés les Températures à vide

mesurées le long du tube.

208

Température à vide du pyrolyseur à vide

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 60 120 180 240 300

Longueur en cm

Tem

péra

ture

en

°C

Profil de température à vide(450°C de consigne)"

Profil de température à vide(650°C de consigne)"

Figure 4.44 : Profil de température à vide

4.7.2 – Evolution de la température de pyrolyse dans un réacteur pilote (TKE)

La température de la biomasse le long du tube est représentée sur la figure 4.45 pour

une température de palier fixé à450°C. L’inertie de température à l’entrée du tube est due à

l’échange de chaleur avec la biomasse froide et à l’ouverture de la vanne d’entrée. A la sortie

du tube pyrolyseur un échange de chaleur avec la partie extérieure non chauffée est à l’origine

de la perturbation de température (présence d’air), mais dans la plus grande partie du tube, la

biomasse est soumise à une température ne dépassant la température de consigne.

209

Température moyenne à 450°C de pyrolyse sur le réacteur à vis

matière première : pin

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Temps en h

Te

mp

éra

ture

en

°C

Moyenne le long du tube

Figure 4.45 : Profil de température de pyrolyse du réacteur pilote à vis, température de consigne : 450°C

Pour une température de consigne égale à 650 °C, la température est plus homogène

(figure 4.45), l’augmentation de la température à la sortie est assez faible. La puissance de la

rampe est plus conséquente. Bien que la température à l’entrée soit plus faible, la biomasse est

déjà en pyrolyse (~500°C). Le comportement de la biomasse pendant le moment de son

introduction est similaire à ce qu’on observe dans le four tubulaire à introduction de biomasse

par une cuillère à manche. L’étude de la pyrolyse sur le four tubulaire prend alors toute son

importance.

Etant donné que la température est encore assez élevée à la sortie, il est important de

procéder à l’enlèvement du charbon après refroidissement au risque d’une combustion en

contact de l’air.

210

Profil de température de pyrolyse avec le réacteur pilote à vis

Matières premières : pin température imposée à 650°C

0

100

200

300

400

500

600

700

en heures

Te

mp

éra

ture

en

°C

Figure 4.46 : Profil de température de pyrolyse du réacteur pilote à vis, température de

consigne : 650°C

4.7.3 – Rendement en pyrolyse sur le réacteur pilote à vis

Sur ce type de réacteur, le rendement de charbon qui est de 32% obtenu à 450°C est

assez élevé. L’augmentation de température réduit le rendement en charbon comme le montre

la figure 4.47. A 750°C Il est de 19%. Vu la difficulté de s’assurer de l’étanchéité du

pyrolyseur, le bilan masse n’a pas été réalisé. L’ouverture et la fermeture des vannes

d’alimentation facilitent l’entrée d’un peu d’air.

211

Figure 4.47 : Rendement de charbon de pyrolyse suivant l’évolution de la température

4.7.4 – La caractérisation des charbons de carbonisation en réacteur pilote à vis

Dans la figure 4.48 est représentée l'influence de température sur la qualité du charbon.

Tout d'abord, le Taux de cendres est très bas (approximativement 1.2%). Il n’est pas sensible

au changement de température. Le taux de carbone fixe augmente avec la température tandis

que les matières volatiles tendent à diminuer. Ces résultats sont très classiques et ont été

observés sur les autres types de réacteurs étudiés et par beaucoup d’auteurs [88, 89].

450°C550°C

650°C750°C

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ren

dem

ent (

%)

Température (°C)

Cendres

Matières Volatiles

Carbone Fixe

212

450°C550°C

650°C750°C

0102030405060708090

100

Ren

dem

ent (

%)

Température (°C)

Carbone Fixe

Matières Volatiles

Cendres

Figure 4.48 : Qualité des charbons de pyrolyse de pin en fonction de la température sur le réacteur pilote à vis

0

5

10

15

20

25

30

Re

nd

em

en

t e

n %

450°C 550°C 650°C 750°C

Température

Rendement tenant compte du taux de carbone fixe en pyrolyse de pin avec le réacteur pilote à vis

Rendement R80 en fonction de la température

Figure 4.49 : Rendement R80 Le rendement R80 donne plus de précision sur la qualité du charbon en rapportant le

rendement massique à son taux de Cf étalonné par un Cf à 80%, jugé comme étant une bonne

qualité des charbons combustibles.

Le rendement diminue de 29,4 % à 22,56 % en augmentant la température de 450°C à

750°C.

4.7.5 – L’analyse chromatographique en pyrolyse sur le réacteur a vis

213

Pour la pyrolyse en réacteur pilote, la figue 4.50 montre l’influence de la température

sur la concentration des gaz non condensables.

H2 CO CH4 CO2 C2H4 C2H6 N2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

450°C

550°C

650°C

750°C

% vol

Figure 4.50 : Diagramme des composants du gaz de pyrolyse de pin suivant la

température sur le réacteur pilote à vis

Les concentrations molaires de H2, CO, et CH4 augmentent avec la température. Les

hautes concentrations de H2 (plus haut que 20%) pour une température au-dessus de 650 °C

peuvent être dues à la gazéification partielle dans le réacteur de pyrolyse à cause du long

temps de résidence. Cela est confirmé par l'observation sur la figure 4.50, de l'influence du

temps de séjour sur les gaz non condensables produits pour une pyrolyse à 750°C. La

concentration de H2 augmente de façon continue suivant le temps de la résidence. À 750°C, le

H2 et le CO sont comparables. Au contraire, le taux de CO baisse suivant l’augmentation du

temps de séjour.

214

H2 CO CH4 CO2 C2H4C2H6 N2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Concentration de gaz de pyrolyse de pin en réacteur pilote à vis suivant le temps e séjour

15min

30 min

60 min

% vol

Figure 4.51 : Diagramme des composants du gaz de pyrolyse en réacteur pilote à vis de pin suivant le temps de séjour ; T : 750°C

4.7.6 – Le pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique est une des caractéristiques importantes pour un combustible. Il

est lié au taux de carbone fixe et de cendres dans la matière. Les cendres sont des

composants inorganiques qui ne subissent aucune transformation lors de la pyrolyse. Ils

réduisent la capacité calorifique du charbon en s’incrustant dans les cavités des micropores.

Son évolution suivant la pyrolyse dans les différents réacteurs est montrée dans le tableau

4.18 suivant :

Tableau 4.18 : comparaison des pouvoirs calorifiques suivant les réacteurs Matières premières PCI (anh)

(kJ/Kg)

En four de

carbonisation

(500°C)

PCI (anh)

(kJ/Kg)

En four

cornu

(600°C)

PCI (anh)

(kJ/Kg)

En four

tubulaire

(500°)

PCI (anh)

(kJ/Kg)

(750°C)En

reacteur

pilote à vis

Sciures de bois pinus keshya 32 033 33 545 29 157 -

Sciures de bois d’eucalyptus 33 324 33 666 30 728 -

copeaux de bois de pinus keshya 31 987 33 703 29 225 -

215

copeaux de bois d’eucalyptus 33 431 33 672 - -

Morceaux de bois de pinus keshya 31 969 33 758 - -

Morceaux de bois d’eucalyptus 33512 33 793 - -

balles de riz 22 768 - 23 119 -

rafles de mais 23 640 - - -

Coques d’anacarde 26 819 - - -

Coques de noix de coco 26 437 - - -

Coques d’arachides - - 25 569 -

Copeaux de pin (France) - - - 35089

4.7.7 – La surface spécifique

La surface spécifique est l’étendue de la surface accessible, par unité de masse. Elle

couvre aussi bien les surfaces internes qu’externes et s’exprime en m²/g de charbon anhydre.

La surface spécifique des charbons obtenus a été déterminée sur le Quantasorb junior suivant

la méthode et le protocole décrits en Annexe XII. Pour le charbon de la sciure d’eucalyptus

elle est de 234,1 6 m²/g, celle du charbon de la sciure de pinus keshya est de 216,6 m²/g. Pour

les charbons de morceaux d’Eucalyptus elle de 326,8m²/g. La surface spécifique du charbon

de la balle de riz a été calculée, elle est de 146,9m²/g.

Une grande surface spécifique signifie que le charbon obtenu peut être utilisé comme

charbon actif étant donné que les molécules d’impureté peuvent s’incruster à l’intérieur des

surfaces internes, ce qui n’est pas le cas.

Quant aux coques d’arachide et de noix de coco, leur surface spécifique est

respectivement 834,5 m²/g et 588,2m/g.

Ces deux types de charbon ont une surface spécifique relativement grande et sont

susceptibles de capturer des molécules d’impuretés dans de l’eau ou de l’huile. Les coques

d’arachide méritent une attention particulière (purification d’eau et d’huile).

4.8 – RENDEMENT EN LIQUIDE PYROLIGNEUX

Les composantes du liquide pyroligneux qui dépendent de la matière première, de la

température finale, de la pression et de la vitesse de chauffe feront l’objet d’une étude plutôt

chimique. Les jus pyroligneux pendant la pyrolyse sur four « cornu » du CIRAD sont

recueillis par condensation. Les utilisations commerciales des huiles de pyrolyse sont

considérées comme étant une source de plus value spécialement en industrie chimique dans le

216

court terme et comme un produit de substitution des carburants d’origine fossile à long terme.

Des produits chimiques, des parfums et des conservateurs alimentaires peuvent aussi être

obtenu par la pyrolyse. L’extraction de l’ethanol fournit le biocarburant de deuxième et

troisième génération. Etant donné un pouvoir calorifique un peu élevé du à la présence de

goudron, l’ajout de liquide pyroligneux aux sous produits agricoles ayant un faible pouvoir

calorifique permet d’avoir des combustibles énergétiques de substitution en grande quantité.

La quantité d’huile tourne autour de 50%. Pour le pinus keshya, elle varie de 49,14% à

50,22% selon la granulométrie (sciure, copeaux et morceaux). Quant au rendement de jus

pyroligneux d’eucalyptus robusta respectivement pour la sciure, les copeaux et les morceaux,

il est de 48,94 %, 50,13 % et 50,46 %. Ces résultats sont représentés dans le tableau 4.6. Ces

huiles se présentent typiquement sous la forme d’huile brun foncé. Ils contiennent plusieurs

centaines de composés chimiques dans des proportions variables, depuis des composés

volatils à faible poids moléculaire (tel que formaldéhyde et acide acétique) jusqu’à des

composés plus complexes à haut poids moléculaire (phénols et sucres). Le laboratoire

Biomasse Energie du CIRAD a effectuée une caractérisation des huiles de pyrolyse de bois.

La composition est classée en 12 grandes familles chimiques reproduites dans le tableau

suivant :

Tableau 4.19 : Gamme de teneur massique des familles de composés présents dans les huiles de pyrolyse Familles des composés (% massique sur base humide)

Acides 2,8-7,2

Alcools 0-0,6

Aldéhydes 1,4-7,0

Aromatiques 0-0,4

Furanes 1,1-3,0

Guaiacoles 0,5-4,3

Cétones 2,7-5,8

Phénols 0,2-2,2

Pyranes 0-0,7

Sucres 3,0-13,1

Syringoles 0-3,3

Autres 0-1,4

D’autre part, la composition élémentaire des huiles montrent que celles-ci sont

fortement oxygénées et en définitive très peu différente de la composition de la biomasse.

217

Les résultats de l’analyse chromatographique de liquide pyroligneuse de Bois de

Madagascar sont représentés dans les figures 4.52 à 4.58 suivant des temps de rétention

différents. Leur comparaison avec les résultats de l’analyse de jus pyroligneux de bois

français effectué par le laboratoire du CIRAD (Tableau 4.20) nous a permis de trouver

quelques constituants. Une étude plus complète des constituants de ces biomasses de

Madagascar est à suggérer pour d’autres investigations ultérieures. Une liste comparative

de ces constituants est donnée ci-après :

Acetaldehyde, Méthanol, Acétone, 2-3 Butandon, Pyridine, O-Xylen,0-crésol, 2hydro-1-

Methyl-1-cyclopentosane-one, Phénol, 4-Méthylguaïacol, Levoglucosan, Ethanol….

Figure 4.52 : Analyse chromatographique Tre - 79,670 ms

218

Figure 4.53 : Analyse chromatographique Tre – 55,979 ms


219



220


Figure 4.58 : Analyse chromatographique Tre – 4, 707 ms

221

Tableau 4.20 : Composantes de liquide pyroligneux de bois

Code RTFID RTTCD Name

MIBK 10,114 3,45 MIBK

A1 5,167 23,19 Acide Formique

A2 8,488 20,67

Acide Acetique

A3 13,97 24,47 Acide Propionique

A4 17,524 25,67

Acide Isobutyrique

A5 19,72 28,14 Acide Butyrique

A6 23,018 29,77 Acide Isovalerique

A7 25,731 32,39 Acide valerique

A8 29,484 34,78 Acide Isocaproique

A9 31,15 36,34 Acide Hexanoique

A10 36,071 40,01 Acide Heptanoique

A11 0 51,28 Acide Levulinique

A12 0 53,94 Acide Benzoique

A13 0 50,10 Acide Glycolique

B1 4,159 1,37 Acetaldehyde

B2 5,702 2,92 2-3-Butandion

B3 6,881 Hydroxyacetaldehyde

B4 8,365 3,25

2-3 Pentandione

B5 10,481 6,86 Pyridine

B6 14,606 28,52

Ethylene glycol

B7 17,911 13,14 3-Picolin

B8 18,576 21,47 Furfural

B9 22,255 16,54 2-Methylcyclopenten-1-one

B10 27,235 26,17 5-Methyl-2-furfuraldehyde

B11 33,347 41,37 Phenol

B12 36,318 32,35 Veratrol

B13 37,732 43,89 P-Cresol

B14 40,151 44,04 2-4 Dimethylphenol

B15 42,843 40,81 Isoquinoline

B16 45,958 56,05 3-Methoxycatechol

B17 48,186 61,12 Catechol

B18 49,903 60,32 3-Methyl catechol

B19 50,033 49,38 Isoeugenol cis

B20 52,26 51,94 Isoeugenol trans

B21 59,338 66,50

A-Naphtol

B22 64,246 67,63 Syringaldehyde

B23 75,774 73,72

Fluoranthene

C1 4,223 1,89 Methanol

C2 4,642 1,58 Acetone

C3 7,163 3,49 2-5 Dimethylfurane

C4 9,066 12,96 Acetol

222

C5 14,131 8,73 2-Picoline

C6 15,927 4,98

P-Xylen

C7 17,742 6,68 O-Xylen

C8 20,828 15,25

Anisol

C9 23,231 23,73 2-acethylfuran

C10 27,976 23,18 3-Methyl-2-cyclopentenone

C11 28,527 21,59 Indene

C12 34,182 36,66 Guaiacol

C13 37,272 31,96 Naphtalen

C14 37,845 44,21 M-Cresol

C15 41,431 39,28 Quinoline

C16 45,205 40,51 1,2,3-Trimethoxybenzene

C17 47,572 46,61 Eugenol

C18 52,843 69,54 Hydrochinone

C19 56,629 51,40 Fluoren

C20 60,161 67,83 B-Naphtol

C21 65,232 61,88

Phenantren

C22 77,566 75,96 Pyrene

D1 0 1,35

Formaldehyde

D2 4,539 Ethanol

D3 6,312 Benzene

D4 8,088 Pentanal

D5 9,838 3,20 Toluene

D6 15,968 5,19 M-Xylen

D7 18,174 13,84 4-Picoline

D8 18,517 15,94 2-Cyclopenten-1-one

D9 21,849 29,83 Alcool furfurylique

D10 26,173 22,75 2-3 Benzofuran

D11 31,581 35,81 2-Hydroxy-1-methyl-1-cyclopenten-3-one

D12 36,03 41,61

O-Cresol

D13 36,489 40,46 Maltol

D14 39,618 39,99

4-Methyl Guaiacol

D15 43,351 48,32 3,4-Dimethylphenol

D16 48,742 49,86 Syringol

D17 49,923 46,19 1,3,5-trimethoxybenzen

D18 52,058 45,29 Acenaphthene

D19 52,916 57,96 Vaniline

D20 57,911 65,85 3,5-Dimethoxyphenol

D21 61,855 76,28 Levoglucosan

D22 65,72 62,00 Antracen

223

Tableau 4.21 : caractéristiques des huiles de pyrolyse comparées aux carburants conventionnels Biomasse Huiles de

pyrolyse

Diesel Fioul

domestique

Masse

volumique

Kg/m3 à

15°C

550 1220 854 963

Composition %C 50 48,5 86,5 86,5

%H 6 6,4 12,8 11,8

%O 44 42,5 - -

%S - - 0,9 2,1

Viscosité cSt à 50°C 13 2,5 351

Point flash °C 66 70 100

Poor Point °C -27 -20 21

Cendres % en masse <5 0,13 <0,01 0,03

Soufre % en masse - 0 0,15 2,5

Eau % en masse 20-60 20,5 0,1 0,1

PCI MJ/Kg 18 17,5 42,9 40,7

Acidité pH - 3 - -

La présence d’oxygène, comparativement aux combustibles liquides classiques tels que

le diesel ou les fiouls domestiques, conduit à des caractéristiques différentes notamment en

terme de densité, de pouvoir calorifique et d’acidité. Les propriétés de ces huiles en sont

reprises ci-après :

Stabilité : les huiles de pyrolyse contiennent des quantités variables d’eau (15 à 30). Elle peut

tolérer l’ajout d’une quantité d’eau plus ou moins importante, jusqu’à une certaine limite qui

se situe vers 30% au-delà de laquelle une séparation de phase est constatée. En outre ces

huiles sont photo et thermolabiles. Il convient donc de les stocker convenablement.

Masse volumique : La masse volumique des huiles, d’environ 1,2 Kg/litre, est très élevée

comparée à celle des combustibles liquides classiques (0,85- 0,96 Kg/l). Cette contrainte

ajoutée au fait que son pouvoir calorifique est plus faible que celui des combustibles

classiques, a des implications directes sur la conception et la spécificité du matériel à

employer (notamment les pompes).

Viscosité : La viscosité des huiles de pyrolyse peut varier de valeurs aussi faibles que 25 cS

jusqu’à des valeurs de plus de 1000 cS, selon la teneur en eau, la quantité de composés légers

224

et le temps de stockage de l’huile. La viscosité des huiles est un des facteurs importants dans

la plupart leurs applications.

Distillation : Après avoir été collectées les huiles de pyrolyse ne peuvent être ramenées à

l’état de vapeur. Si on chauffe le liquide à des températures supérieures ou égales à 100°C en

vue d’enlever l’eau (outre des fractions plus légères), il réagit rapidement et produit un résidu

solide carboné d’environ 50% en masse et un distillat contenant des produits primaires et

secondaires en plus de l’eau. L’huile est donc chimiquement instable et cette instabilité

augmente avec la température.

Matières minérales : la forte teneur en cendres ou en matières solides (fines particules de

charbon ou de sable) constitue indiscutablement une des plus forte contrainte pour des

applications directes. L’absence de composés soufrés est un des principaux avantages.

4.9 - COMMENTAIRES ET DISCUSSION

Profil de températures

La température évolue beaucoup plus vite au sein de la biomasse de faible granulométrie

(sciures). La cause en est probablement une diffusion de la chaleur plus efficace. On constate

que dans les fours à vitesse de chauffe plus lente (four de carbonisation du CNRIT et four

« cornu »), on peut mettre en évidence la phase de séchage caractérisée par une première

pente de la courbe.

Pendant la pyrolyse sur le four Cornu du CIRAD, la phase de séchage est mise en

évidence, une phase de dégradation des hémicelluloses peut être observée et la phase

exothermique suit. En effet on observe une remontée de température avant d’atteindre la

partie constante correspondant à la température de consigne. Les réactions primaires et

secondaires peuvent être mises en évidence séparément.

En pyrolyse sur four tubulaire, la cinétique des transferts de chaleur prédomine, les

différentes phases de la pyrolyse se superposent. Si les matières premières ne sont pas trop

humides on ne dissocie même pas le temps de séchage. La pyrolyse rapide dans le four

tubulaire est à confirmer par le calcul de la vitesse de chauffe au sein de la biomasse.

Sur le réacteur pilote à vis, la pyrolyse se déroule le long du tube avec une température

quasi homogène, le comportement de la biomasse pendant son introduction est similaire au

comportement des biomasses introduites dans le four tubulaire.

Rendement

Le rendement en charbon dépend de la granulométrie. La sciure de bois pyrolysée

produit moins de charbon que les morceaux massifs.

225

Il est aussi fonction de la température de palier de la pyrolyse qui est le paramètre le

plus déterminant. En élevant la température, le rendement diminue.

La vitesse de chauffe est aussi importante que la température finale pour l’obtention de

charbon. Une vitesse élevée réduit le rendement.

Le rendement en jus pyroligneux pour la biomasse d’origine forestière est environ à 50

%, tandis que celui des gaz est entre 14 et 32%. Le Rendement en gaz est élevé quand la

température est au dessus de 700°C.

Qualité du charbon

La température de pyrolyse représente le paramètre prépondérant pour le rendement en

charbon et les caractéristiques du charbon (teneurs en matières volatiles et en carbone fixe).

La qualité de charbon est fonction de la température étant donné que le taux de carbone fixe

augmente avec la température mais il faut en même temps tenir compte de la diminution de la

masse de charbon obtenue pour des raisons économiques. Le taux de matières volatiles qui

sont souvent sources d’odeur et de dégagement de fumée diminue en augmentant la

température de pyrolyse. Le pouvoir calorifique des charbons augmente avec la température.

Gaz

Les sous produits forestiers pyrolysés à une température proche de 700°C produisent le

plus de gaz combustible (mélange de H2, CO et de méthane CH4).

Entre 400°C et 500°C le dégagement de dioxyde de Carbone est le plus accentué. La

température dans les meules traditionnels est moins de 500°C, l’émission de GES dans ces

meules artisanales de fabrication de charbon sans récupération de gaz et de jus est donc très

polluant pour l‘environnement et que l’on perd en même temps de l’énergie dans

l‘atmosphère.

La pyrolyse des sous produits agricoles comme la balle de riz permet également de

récupérer et d’utiliser une quantité non négligeable de gaz combustibles.

Dans les réacteurs pilotes à vis, étant donné leur taille et l‘impossibilité de fermer

totalement (hermétiquement) surtout pendant l’alimentation, on constate la présence d’azote

du sûrement à l’infiltration d’un peu d’air. D’ailleurs on n’utilise pas directement les gaz de

ce type de réacteurs mais on procède plutôt à une gazéification avec vapeur d‘eau des produits

carbonés obtenus.

Type de réacteur

Les meules traditionnelles sont à faible rendement (1/7e selon la FAO) [61], et polluants

par émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les gaz ne sont pas récupérés.

226

Les fours « cornu » à chauffage externe permettent d’augmenter le rendement de

charbon à une température variant entre 400 et 600 °C et à une pression atmosphérique. On

arrive à avoir à peu près 30%. La qualité des charbons est la meilleure en prolongeant le

temps de séjour, de plus de 6h, en four « cornu ». Le taux de Carbone fixe est de plus de 90%.

Le rendement et la qualité des charbons ne sont pas améliorés dans un four tubulaire

surtout quand la vitesse de chauffe est élevée, mais le rendement en jus pyroligneux et en gaz

augmentent. Ce type de réacteur est le mieux adapté pour des projets de cogénération, de

gazéification et ainsi que pour la récupération et l’utilisation des composantes de jus

pyroligneux.

Ces travaux ont permis d’avoir des données sur les matières premières d’origine

malgache pyrolysées sur des fours « cornu » et tubulaires.

227

CHAPITRE V : ETUDE ÉCONOMIQUE DE LA

FABRICATION DE CHARBON DE SUBSTITUTION

POUR L’APPROVISIONNEMENT DE LA VILLE

D’ANTANANARIVO .

228

5.1- GÉNÉRALITÉS SUR LES CHARBONS DE SUBSTITUTION

Les sous produits agricoles et forestiers de faible granulométrie de Madagascar en

particulier les sciures, les copeaux et les balles de riz ceux mentionnés ci- dessus peuvent être

utilisés comme charbon de substitution, ils ont la qualité requise pour une utilisation

domestique dans les ménages néanmoins un procédé de densification [45] doit être proposé

pour leur conditionnement, leur transport et leur commercialisation

Les jus pyroligneux, du fait de l’instabilité de leur comportement et de leur caractère

corrosif peut être réinjecté avec d’autres combustibles dans des chaudières industrielles ou

être utilisés comme liant des combustibles de substitution [89].

Des tests de combustion ont été réalisés en vue de l’utilisation de ces sous produits

comme charbon commercialisable. Les courbes de perte de masse durant la combustion sont

représentées en Annexe XXII, pour la balle de riz, l’herbe hyparrhénia et les rafles de maïs.

5.2 - JUSTIFICATION DE L’ÉTUDE ÉCONOMIQUE

Dans le faritany d’Antananarivo, l’utilisation du Charbon de Bois atteint 31,8% en 2002

(tableau 5.1 ). Dans la ville même d’Antananarivo, plus de 65,6% utilisent le charbon. Une

recherche de solution s’impose pour l’approvisionnement en Charbon de Bois de la ville sans

surexploiter les plantations forestières environnantes. La mise en place du projet d’installation

d’unité de carbonisation dans la région de Mangoro est envisagée.

Tableau 5.1 : Répartition des principales sources d'énergies par faritany (unité %)

Antananarivo Fianarantsoa Toamasina Mahajanga Toliary Antsiranana Total Mada

Bois ramassés

56,7 83 75,8 74,7 68,3 82,1 71

Bois achetés

7,5 4,8 9,5 8,2 17,9 2,7 8,6

Charbon 31,8 11,1 12,7 15,1 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 0 0 0,1 Pétrole 0,8 0,7 1 0,6 0 1,9 0,7 Autres 0,9 0,2 0,5 0,6 0 0,4 0,5

Source : INSTAT, enquête prioritaire

229

5.3 - ANALYSE ECONOMIQUE

Ce chapitre présente l’étude technico-économique d’un projet d’installation d’une unité

de production de charbon de substitution pour l’approvisionnement de la ville

d’Antananarivo. L’installation d’une unité de production de charbon de substitution a un

impact sur la préservation de l’environnement car la valorisation des sous-produits inutilisés

avec leur forte contribution à la pollution des alentours des exploitations forestières et ou

agricoles comme à l’effet de serre, se traduira par une limitation des nuisances

environnementales correspondantes et par la création d’activités génératrices de revenus.

L’unité de production de charbon de substitution est envisagée d’être installée dans la zone

environnante des industries de bois d’Antsirinala (région Mangoro) en vue d’approvisionner

Antananarivo situé à environ 70 Km, en briquettes de charbon de substitution. Cette région a

fait l’objet d’une étude de cas de la faisabilité de la valorisation de sous produits forestiers de

faible granulométrie (Chapitre I et Annexe III).

Antananarivo, capitale de Madagascar a environ 1 500 000 millions d’habitants

permanents et peut être environ 1 million de non permanents. La monnaie locale est l’Ariary.

Le taux de change est de 1€ pour 2698,19 Ariary en 2007. L’étude comporte plusieurs volets :

• Etude des besoins et du marché du charbon ;

• Identification, disponibilité et mobilisation de la matière première destinée à

approvisionner l’unité de carbonisation ;

• Coût de la production du charbon de substitution.

• La commercialisation du produit

5.3.1 - Etude des besoins et du marché

Les concurrents dans le secteur de l’énergie domestique sont :

• Les opérateurs dans le domaine du charbon de bois.

• Les Pétroliers VITOGAZ, TOTAL, GALANA et HANDIGAZ, fournisseurs en gaz de

ville.

• La JIRAMA, société producteur et distributeur d’énergie électrique.

• Les paysans/artisans encadrés par l’ONG ANAE produisent des briquettes de charbon

230

de substitution mais à de très faible quantité et seulement à titre démonstratif. Leurs

produits sont quasiment inconnus par la population et ne présentent aucune part

significative de marché.

Volume d’utilisation et d’importations actuelles en matière d’énergie

Le bilan énergétique de Madagascar est représenté en Annexe II.

Volume du marché:

D’après les données recueillies au sein du ministère de l’énergie et des mines, la ville

d’Antananarivo consomme environ 413 826 t de charbon de bois par an.

Population cible

A part une minorité qui utilise le gaz, les ménages malgaches en particulier celles

d’Antananarivo utilisent le charbon pour leurs besoins en énergie domestique. Le coût d’une

bouteille de gaz de ville de 12,5 Kg est de 42000 Ariary (soit 3360 Ariary/Kg). En moyenne,

une famille de 5 personnes (moyenne à Antananarivo) utilise une bouteille de 12,5Kg par

mois. L’électricité de part son coût élevé n’est pratiquement pas utilisé par la population pour

la cuisson et le chauffage. Le coût du KWh est de 0,08 € (en prenant le plus faible coût

suivant les différentes tranches de puissance d’utilisation). Un petit réchaud a pour puissance

de consommation de 3 à 4,5 KW ce qui correspond à 9 à 13,5 KWh pour une utilisation

journalière en cuisson (3h/jour). Les utilisateurs de bois de chauffe ne sont pas ciblés par le

projet étant donné qu’ils sont pour la plupart situés au périphérique de la ville et qu’ils ne sont

pas en aucun cas consommateurs mais vivent de cueillette de brindilles et de branchage et de

part leur moyen n’ont pas la possibilité d’acheter les briquettes de substitution.

Un 1€ correspond à 2698,19 Ariary (2005-2006)

Tableau 5.2 : comparaison des prix de chaque combustible

Coût unitaire

(Ariary/€)

Coût journalier

(Ariary/€)

Coût mensuel

(Ariary/€)

Gaz de ville 3360

/Kg

1,2 /Kg 1400 0,51 42 000 15,57

Electricité 210/Kwh 0,08 /Kwh 1890 0,7 56 700 21,01

Charbon de

bois

300 /Kg 0,11 /Kg 300 0,11 9 000 3,34

5.3.2 Origine et coût des matières premières

Les scieries en général et les industries du bois à ANTSIRINALA en particulier

231

cherchent à se débarrasser de leurs sciures et copeaux et peuvent même prendre en charge le

coût de transport des matières premières jusqu’au lieu de carbonisation (lui-même à

proximité). On estime donc que les coûts des matières premières sont nuls dans un premier

temps et estimés à 0,040€ après. Les sciures et les copeaux constituent la matière première à

carboniser. Trois grandes sociétés peuvent en fournir 312 m3 par jour (voir Annexe). La

plupart des essences utilisée est le pinus keshya dont les caractéristiques étaient étudiées dans

les chapitres précédents. Les eucalyptus robusta représentent seulement 10% des déchets. Les

résultats obtenus au cours de cette étude (chapitre V) ayant montré que dans des conditions

opératoires bien définies, la sciure de bois de pinus keshya et d’eucalyptus robusta présente

une bonne aptitude à la production de charbons de substitution.

5.4 COÛT DE PRODUCTION DES CHARBONS

5.4.1 L’unité de production

Dans le cas de Madagascar et étant donné le prix très faible du charbon, Il est

indispensable d’utiliser une technologie de carbonisation plus simple et moins coûteux,

même au dépend du rendement de carbonisation et de la qualité d’utilisation des produits

(pouvoir calorifique élevé). L’essentiel est de réduire la déforestation et d’apporter des

solutions d’appoint aux problèmes chroniques de la dégradation de l’environnement.

Le carbonisateur « cornue » à utilisation de gaz chaux, de l’ONG PRONATURA a fait

l’objet d’étude et d’essais dans cette région. Le CNRIT, le CIRAD, l’ONG PRONATURA et

la société d’exploitation forestière « FANALAMANGA » ont concouru à la réalisation de ces

tests d’essais et d’étude d’implantation concluants dans cette région. L’électricité et l’eau sont

présentes dans cette région d’autant plus que l’unité de production de briquettes est à

implanter aux alentours d’une des sociétés d’exploitation forestière.

Dimensionnement des carbonisateurs

312m3 de sciures et copeaux sont disponibles par jour ouvrable. En utilisant par mesure

de sécurité 60% de ces matières premières, pour 265 jours de travail annuel (voir tableau V-

1), le volume de matières premières à carboniser est de 49 608 m3. Dans les conditions

d’entreposage actuelles la sciure et les copeaux sont à 20% d’humidité. La densité de la sciure

de pinus keshya est de 0,450 à 550, ce qui permet d’en disposer au moins 18 603 t. A 0%

d’humidité ce volume correspond à 15 502t de matières sèches.

Tableau 5.3 : Détermination du nombre de jours de travail annuel

232

Nombre de jours dans l’année 365

Nombre de jours fériés 9

Dimanche 52

Nombre annuel de jours ouvrables 304

Congé 4 semaines 28

Nombre annuel de jours de fonctionnement 276

Permissions 1/mois 11

Nombre annuel de jours de travail par employé 265

Le carbonisateur de Pro-Natura est un « cornu » à lit continu, à vis. Une trémie

d'alimentation se trouve à l’arrière du cornu. La biomasse est donc introduite à l'arrière de la

machine et sera ensuite recueillie sous forme de charbon à l'avant. La fumée dégagée lors de

la phase de pyrolyse de la biomasse est incinérée et réinjectée dans la chambre de combustion

contribuant de la sorte, à l’augmentetion de l'efficacité énergétique du procédé, et à la

réduction de l'émission des gaz à effet de serre rejetés dans l'atmosphère. L’allumage et la

phase de chauffage sont effectuées par un brûleur à gas oil. 8 l de carburant est nécessaire par

jour.

La dimension extérieure de l'équipement est de 4 m de long, 2,5 m de large et 2 m de

haut sans la cheminée. La cornue a un cubage d'environ 1 m³, mais elle a une capacité de

production de 1,2 t par cycle de 3 heures pour les sciures étant donné qu'elle fonctionne d'une

manière continue.. Trois enfournements peuvent donc se faire par jour. La production

annuelle est de 954t.

Trois carbonisateurs sont nécessaires pour carboniser les matières sèches si le

rendement de carbonisation est de 20% : pour 15 502 t de biomasse avec un taux de

carbonisation à 20%, il faut 3,2 carbonisateurs.

Description

Une presse de fabrication artisanale est adaptée à ce projet. Le CNRIT peut concevoir et

fabriquer la presse et la moule pour le compactage (utilisées durant les études et essais du

carbonisateur Pro-Natura). Les fines et paillettes pulvérulentes sont mélangées avec des

fécules de manioc pour plus de cohésion. L’objectif étant commercial il ne faut pas courir le

risque de décevoir les clients par l’effritement des produits pendant les différentes étapes de

manipulations et le transport.

233

Les fines ou paillettes de charbon pulvérulents obtenues à partir des sciures et des

copeaux de rabotage pressées et compactées sont transformées en briquettes cylindriques de

diamètre 35 mm, et de 50 mm de long pesant entre 20 et 30g.

Elles sont vendues en sachets de 1Kg (contenant environ 30 briquettes.) et en sachets

de 25Kg

Un sachet de 1 Kg de briquettes suffit pour 3 cuissons de plus d’un kilogramme de riz et

d’un mets d’accompagnement, ce qui représente les besoins journaliers en énergie

domestique d’une famille moyenne malgache.

Force du produit :

Sa qualité non salissante est due au compactage et à la présence de liants.

Adaptabilité à tous les foyers à charbon (traditionnel ou amélioré) : de forme régulière et

homogène

Facilité d’utilisation grâce à un mode d’emploi imprimé sur l’emballage.

Facilité de gestion de chaleur pour chaque cuisson grâce à la constance du rendement

calorifique de chaque briquette.

Son avantage écologique relatif au fait qu’il provient de la valorisation de déchets forestiers.

Faiblesse du produit :

Existence de barrière socioculturelle et psychologique relative au rapport taille/rendement

thermique (les briquettes paraissent trop petites et peu nombreux pour pouvoir cuire 1 Kg

de riz et de mets par la suite)

Dans les cas où par humidité, il y a une difficulté d’allumage, des morceaux de bois

résineux ramassés ou achetés (0,007€ le paquet) sont utilisés. (Même cas pour l’allumage des

charbons de bois).

Volume de production envisagé

Pour la première année d’implantation, La production de fines de charbon est de 2 862 t,

avec un ajout de 10% de fécules de manioc, la production en briquettes de charbon est de

3148,2t ce qui représente seulement 0,8% des besoins de la capitale en charbon. Etant donné

que le marché est encore large, cette initiative est donc reproductible pour les petites

industries du bois des environs d’Antananarivo, ainsi que pour l’utilisation dans d’autres

endroits, d’autres types de matières premières comme la balle de riz, les coques d’arachides…

Les responsables de l’unité de carbonisation entameront progressivement des

procédures d’extension de ses productions et de service.

Tableau 5.4 : Liste des Equipements :

234

Dénomination Nombre Localisation

Bâtiment & Génie civil 2Hangars + 2 Magasins Antsirinala et

Antananarivo

Presses et moules 6 Antsirinala

Fours « cornue » de carbonisation 3 Antsirinala

Matériel de transport (Camion) 1 Antsirinala

Brouettes 10 Antsirinala et

Antananarivo

Balances 10 Antsirinala et

Antananarivo

Matériels informatiques multimédia 1 Antananarivo

Matériels et mobiliers de bureau Antananarivo

Récipients Antsirinala

Petits matériels et outillages* Antsirinala

Divers Antsirinala et

Antananarivo

Personnel

Nous prenons en compte non seulement le personnel travaillant sur le site, depuis le

déchargement des sciures et copeaux jusqu’à la mise sur camion des charbons ainsi que

l’encadrement administratif et financier mais aussi celui assurant la vente de charbon.

Le directeur est le premier responsable de l’unité de carbonisation.

1 Contremaître est chargé de la production : Il est le responsable de la bonne marche de

l’approvisionnement, de la partie carbonisation et de la partie pressage et compactage. Dans

ses taches, il a à ses ordres :

1 chauffeur et 2 manœuvres pour l’acheminement des matières premières sur le lieu de

transformation et pour l’acheminement des charbons vers Antananarivo.

3 techniciens qui assurent le bon fonctionnement des carbonisateurs.

6 aides manœuvres chargés du compactage et du pressage qui travaillent sur chaque

ensemble presse et moule.

Un gardien qui assure la sécurité du site jour et nuit.

Livrés à Antananarivo les charbons sont entreposés dans un hangar. Un commercial

assure la vente des produits. Un secrétaire comptable se charge des comptes financiers et du

bon déroulement de la partie administrative. Un gardien assure la sécurité du hangar et du

235

magasin qui est en même temps le bureau à Antananarivo.

Tableau 5.4 : Personnel de l’unité de carbonisation

Stockage et déchargement de sciures et copeaux et

transport de charbon vers Antananarivo

1 chauffeur et 2 aides manœuvres

Responsable de carbonisation 1 Contremaître

Carbonisateurs 3 techniciens

Pressage et compactage 6 aides manœuvres

Gardien à Antsirinala et à Antananarivo 2 gardiens manœuvres

Encadrement et administration 1 secrétaire comptable

Vente 1 vendeur

Gestion 1 Directeur

Total 18 personnes

5.4.2 Evaluation des coûts (en Ariary et en €)

a) Investissements

• Génie civil -Bâtiments

Sur le lieu de production : le hangar d’entreposage des sciures et copeaux et des produits finis

est de 20x20m.

Un bâtiment de 5x6m sert de magasin et de bureau.

• Lieu de vente :

Un hangar de 10x10m pour la vente de briquettes, et un bureau de 5x6m

Le tableau 5.4 récapitule l’investissement en bâtiment et génie civil

Tableau 5.5 Investissement en bâtiment et Génie civil

Dénomination Prix Unitaire Nombre

(m²)

Coût total

(Ariary/€) (Ariary/€)

Hangar de

production

50 000 18,53 400 20 000 000 7 412,38

Magasin de

production

100 000 37,06 30 3 000 000 1 111,86

Hangar de

vente

100 000 37,06 100 10 000 000 3 706,19

Bureau 200 000 74,12 30 6 000 000 2 223,71

Total 39 000 000 14 454,13

236

• Les Réacteurs

Le prix d’un carbonisateur donné par les experts du ProNatura lors de leur passage à

Madagascar était de 100 000 000 Fmg c'est-à-dire environ 20 000 000 Ariary ou 7 412,37€.

En tenant compte des droits de douane et des frets, le coût d’un carbonisateur est de

40 000 000 Ariary ou 14824,75€.

Le prix total des trois réacteurs est donc de 120 000 000 Ariary ou 44 474,25 €

Presses et moules :

Il faut 6 ensembles de presses et moules fabriqués par le CNRIT. Sur la base des prix des

matériaux, des équipements et des services sur le marché malgache le prix d’un ensemble

presses et moules matières est de 1 500 000 Ariary ou 555,93 €, ce qui fait au total 3335,57 €.

Matériel roulant :

Les matériels roulants sont toujours achetés à prix d’occasion à Madagascar, le prix d’un

camion de 36t est sur le marché local de 50 000 000 Ariary ou 18 530,94 €

Brouettes et balances :

Les brouettes coûtent à Antananarivo environ 30 000 Ariary, 11,12 € et les balances 60 000

Ariary ou 22,24 €. Au total, leur coût serait de : 900 000 Ariary ou 333,6 €

• Autres équipements

Les matériels informatiques et communication sont de 5 000 000 Ariary ou 1853,09€.

Les divers petits outillages, récipients et matériels de bureau sont estimés à 10 000 000

Ariary ou 3706,18€

Tableau 5.6 : Récapitulation des investissements

Dénomination Nombre Coût (Ariary) Coût (€)

1. Bâtiment & Génie

civil

2Hangars + 2

Magasins

39 000 000 14 454,13

2. Presses et moules 6 9 000 000 3 335,57

3. Fours « cornue » de

carbonisation

3 120 000 000 4 4474,00

4. Matériel de transport

(Camion)

1 50 000 000 18 530,94

5. Divers petits outillages

et récipients

forfait 10 000 000 3 706,18

237

6. Balances et brouettes 7 900 000 333,6

7. Matériels informatiques

multimédia et

communication

1 5 000 000 1 853,09

Total 233 900 000 86 687,51

TOTAL investissements : 233 900 000 Ariary ou 86 687,51 €

• Matières premières

Les hypothèses prises au début sont basées sur la gratuité des matières premières mais on va

intégrer le prix au fur et à mesure (50 Ariary) :

Le liant utilisé est la fécule de Manioc. L’approvisionnement se fait à partir d’une féculerie

d’une localité à proximité du site d’implantation (30km). Pour une production journalière de

10,8 t de fine de charbon, le besoin en fécule est de 1,08t.

Le besoin annuel est de 286,2t de fécule. Pour l’obtenir il faut acheter 28,6 t farine de manioc.

A 800 000 Ariary ou 296,48€ le prix d’une tonne de farine, la dépense est de 22 896 000

Ariary ou 8 485,68€.

• Carburant

Le camion approvisionnera le marché tous les 3,3 jours étant donné que sa capacité est de 36t

la production journalière étant environ 10,8 t de produits finis.

Un aller et retour à Antananarivo situé à 70 Km pour une consommation de 20l de gas oil au

100km coûte 1956,87 € dans l’année, à raison de 80 voyages (tous les 3,3 jours).

Le voyage pour l’approvisionnement en farine de manioc se fait 8 fois par an (à 30 km), la

dépense annuelle est donc 78,27€.

Les trois carbonisateurs dépensent environ 5 185,70€ pour les 8l nécessaire à l’allumage et au

chauffage par jour d’un carbonisateur.

Le coût unitaire du gas oil intègre le coût de lubrifiant.

Tableau 5.7 : dépenses en carburant

Dénomination

Distance

(Km) Nombre

Cons

/Unité

Cons

Totale

Nombre

Annuel

Coût

unitaire

Coût total

(Ariary) Coût (€)

A/R Tana 150 1 0,2 30 80 2 200 5 280 000 1 956,87

A/R Marovitsika 60 1 0,2 12 8 2 200 211 200 78,27

Carbonisateur 1 3 8 24 265 2 200 13 992 000 5 185,70

Total 19 483 200 7 220,84

238

• Eau et Electricité

Eau

La localité d’exploitation dispose de connexion en eau avec l’industrie d’exploitation voisine.

L’eau est indispensable car elle entre dans le processus de production pour la dilution des

liants ainsi que pour le nettoyage des locaux et ustensiles et pour l'hygiène des ouvriers. Elle

représente aussi une assurance contre les incendies.

Pour le processus de fabrication :

10,8t de fines de charbon a besoin de 1,08t de liant, or l’eau représente 90%. Nous ajoutons

environ 0,5 m3 par jour pour les besoins divers.

En comptant les besoins des ouvriers pour le nettoyage et le sanitaire, une quantité journalière

de 1,5d’eau est nécessaire, ce qui fait 397,5 m3 par an.

Le tarif de la JIRAMA pour 1m3 d’eau est de 710 Ariary/m3

La dépense annuelle en eau est donc 282 225 Ariary ou 104,59 €

Energie électrique

Les moteurs des carbonisateurs tournent 9h par jour. Avec une puissance de 4,5KW,

l’énergie consommée est de 40,5 KWh. La dépense en énergie électrique est de 2 253 825

Ariary ou 835,3€ par an, ce qui fait 6 761 475 Ariary ou 2505,93€ pour les trois moteurs.

Pour l’éclairage des deux sites, nous estimons qu’il y a 10 points lumineux de 0,1KW. La

dépense énergétique annuelle est de 55 650 Ariary ou 20,62€.

Au total la dépense en énergie électrique est de 6 817 125 Ariary ou 2526,25€

Emballage et publicité

L’emballage sera assuré par un fournisseur qui livre périodiquement les sachets portant

les modes d'emploi, le nom du produit et le logo de l'entreprise avec son adresse.

Le scellage se ferait à l'usine.

Il y aura deux types d'emballages. Les 2/3 de la production sont vendus dans des sacs de

25Kg.

Sachet de 1 Kg (40 Ariary par pièce)

Le coût annuel est de 3 148 000 x 0,25 = 5 036 800 Ariary ou 1866,73€

Sac de 25Kg (80 Ariary par pièce)

Le coût annuel est de 3 148 000*0,75/25 = 94 440 pièces x 80 = 7 555 200 Ariary ou 2 800€

La dépense annuelle totale en emballage est de : 12 591 732 Ariary ou 4 666,73€

Fonctionnement

COUTS DE FONCTIONNEMENT

239

Salaires

Le coût relatif au salaire sur 12 mois toutes charges comprises est représenté au tableau V-8.

Tableau 5.8 Dépenses en salaires

Poste Nombre Salaire/mois

(Ariary/€)

TOTAL/mois

(Ariary/€)

TOTAL /an (Ariary/€)

Manœuvres

ou aides

8 80 000 25,94 640 000 207,52 7 680 000 2490,24

gardien 2 100 000 33,35 200 000 66,7 2 400 000 800,4

Chauffeur 1 130 000 44,47 130 000 44,47 1 560 000 533,64

Secrétaire

comptable

1 110 000 37,06 110 000 37,06 1 320 000 444,72

Techniciens 3 160 000 55,59 480 000 166,77 5 760 000 2001,24

Commercial 1 160 000 55,59 160 000 55,59 1 920 000 667,08

1

Contremaître

1 170 000 59,29 170 000 59,29 2 040 000 711,48

Directeur 1 220 000 74,12 220 000 74,12 2 640 000 889,44

TOTAL 18 2 110 000 711,52 25 320 000 8538,24

5.4.3 - Mode de commercialisation

Les briquettes sont de forme ronde de 3,5cm de diamètre et de 5cm de longueur. Chaque

cuisson nécessite huit à dix briquettes.

Les produits seront vendus en sachet de 1 Kg (250 Ariary au consommateur) et en sac de

25Kg (6 250 Ariary au consommateur) dont l‘emballage contient des informations sur le

mode d’emploi et le logo de l’unité de production.

Les commerçants/ distributeurs de charbon de bois représentent les points de vente cibles

mais le produit devrait se vendre aussi bien dans les supermarchés et les épiceries. De plus, le

bureau de liaison dans la ville d’Antananarivo assure la coordination et la commercialisation.

a) Disposition prise pour la protection de l’environnement :

Eaux résiduaires & émanation atmosphérique : la technique utilisée tient compte de la

protection de l’environnement étant donné que le gaz chaud est recyclé avant d’être évacué

dan l’atmosphère.

Nuisance sonore : l’usine ne se trouve pas à l’intérieur d’un village et l’hangar est muni

de clôture.

240

Déchet et résidu solides : il n’y a pratiquement pas de déchets ou de résidu solide. Les fines

de charbons sont recueillies pour être agglomérées.

b) Organigramme et composition de l’effectif :

Dépendant des bailleurs de fond ou des organismes créditeurs, un conseil

d’administration peut être nommé. La composition de l’effectif et l’organigramme de l’unité

de production et de vente de charbon de substitution sont représentés sur la figure V- 2

Figure 5.2 organigramme et effectif de l’unité de production de charbon de substitution

5.4.4 Les Charges sociale (OSTIE, CNAPS)

L’entreprise dépense 15% par an pour les charges sociales (versées à l’OSTIE et à la

CNAPS). Les salaires du personnel sont déjà majorés de 15%.

a) Programme de formation du personnel et de la main d’œuvre :

Il est prévu de procéder à la formation des ouvriers et des manœuvres avant de démarrer la

production. Les frais de recrutement de formateurs sont placés dans la rubrique « frais

d’établissement ».

Les divers frais relatifs à la gestion et à l’administration sont :

Les frais de dossier d’installation (droit de création d’entreprise et les frais de formation du

personnel) sont de 3 000 000 Ariary ou 1111,85 €

Les frais de gestion et d’entretien : 2 000 000 Ariary ou 741,23€

Les frais de mission pour les déplacements entre les deux sites et les frais pour la promotion :

Conseil d’administration

Directeur Gérant

Contremaître :

Chef Technicien

Technicien 1 Technicien 3 Technicien 2

Manœuvre1

Manœuvre 2 Manœuvre 5

Manœuvre 6

Manœuvre 3

Manœuvre 4

Agent

Commercial

Secrétaire

Comptable

Chauffeur

Manœuvre 7 Manœuvre 8

Gardien 1 Gardien 2

Site de production : Antsirinala

Lieu de vente :

Antananarivo

241

3 000 000 Ariary ou 1111,85€

Le coût de production d’un kilogramme de produit est de 47,35 Ariary ou 0,0175€

242

Tableau 5.9 : Frais d’amortissement (en Ariary)

Désignation Valeur

initiale

Taux

2 007 2 008 2 009 20 01 2 011

Frais

d’installation

3 000 000,0 0,10 300 000,00 270 000,00 243 000,00 218 700,0 196 830,00

Frais de

gestion

et d’entretien

2 000 000,0 0,1 200 000,00 180 000,00 162 000,00 145 800,00 131 220,00

Frais de

promotion

3 000 000,0 0,10 300 000,00 270 000,00 243 000,00 218 700,00 196 830,00

Bâtiment &

génie civil

39 000 000,0 0,05 1 950 000,00 1 852 500,00 1 759 875,0 1 671 881,3 1 588 287,2

Presses et

moules

50 000 000,0 0,10 5 000 000,00 4 500 000,00 4 050 000,0 3 645 000,0 3 280 500,0

Fours de

carbonisation

120 000 000 0,10 12 000 000,0 10 800 000,0 9 720 000,0 8 748 000,0 7 873 200,0

Matériel de

transport

(Camion

50 000 000,0 0,25 12 500 000,0 9 375 000,00 7 031 250,0 5 273 437,5 3 955 078,1

Brouettes et

balances

25 000 000,0 0,25 6 250 000,00 4 687 500,00 3 515 625,0 2 636 718,7 1 977 539,1

Matériel

informatiques

5 000 000,0 0,20 1 000 000,00 800 000,00 640 000,00 512 000,0 409 600,00

Récipients,

petits

matériels et

outillages et

divers

10 000 000,0 0,10 1 000 000,00 900 000,00 810 000,00 729 000,00 656 100,00

Total

Amortissement

307 000 000 40 502 007,0 33 637 008,0 28 176 759 23 819 248 20 267 195

243

Tableau 5.10 Cout de production par unité de produit

DESIGNATIIONS Ariary Euro Bailleurs Observation


- Sciures et copeaux 0 0 0 Ariary

- liant 22 896 000 8 485,68

Total Matière premières 22 896 000 8 485,68 Investisseur

Combustibles & lubrifiant 19 483 200 7 220,84

Eau et Electricité 6 817 125 2 526,25 210 Ariary/kwh

710 Ariary/m3/j

Emballage et publicité 12 591 732 4 666,73

Total consommables 60 196 325 22 309,89 Investisseur

Personnel 21 522 000 7 976,45

Total Personnel 21 522 000 7 976,45

Déplacement & mission 1 500 000 555,92

Gestion et Entretien 2 000 000 741,23

Total Charges intermédiaires 25 02 2000 9 273,62 Promoteur Apport

personnel

Amortissement 40 502 007 15 010,80

Charges du personnel 3 798 000 1 407,61

Total Charges sociales 44 300 007 16 418,41 Investisseur Prêt

Frais d’installation 3 000 000 1 111,85

Promotion, 3 000 000 1 111,85

Total Charges exceptionnelles 6 000 000 2 223,60 Promoteur Apport

personnel

Sous total2 (fond de roulement) 135 518 332 50 225,52

Coût par unité de produit (/Kg) 47,35 0,0175 2862000

Kg/an

Soit 47,35 Ariary pour un sachet de 1 Kg de charbon

5.11 : Fond de roulement initial ( premier mois) DESIGNATIIONS Ariary Euro Bailleurs Observatio n

-Biomasses 0 Pour 3 mois

-liant (3 mois) 2 289 600

Total Matière premières 2 289 600 848,56

244

Investisseu

r

Combustibles & lubrifiant 487 050

Electricité et électricité 568 093 à 210ariary/kwh et

710riary/m3

Emballage et publicité (3 mois) 3 147 934

Total consommables

Investisseu

r

Personnel 2 110 000

Total Personnel 2 110 000

Frais généraux directs 3 000 000

Frais divers de gestion et

entretien

200 000 Communication,

consommable

Amortissement 3 375 167

Total Charges 6 575 167 Investissem

ent

Apport personnel

Promotion, déplacement &

mission

450 000

Total Charges exceptionnelles 450 000 Promoteur Apport personnel

Sous total2

(fond de roulement)

15 627 844 5 791,97

CPUP 48,23 0,0178

5.5 - LE FINANCEMENT

Tableau 5.12 : Besoins en Financement

Investissement 307 000 000 113 779,8

Fonds de roulement 15 627 844 5 791,97

TOTAL 322 627 844 119 571,95

245

Tableau 5.13 : Plan de financement de l’entreprise Capital 48 897 725 18 122,24 promoteur Apport en capital

Apport en compte courant 15 627 844 5 791,97 promoteur Apport en compte

Courant

Subvention/ Prêt 258 102 275 95 657,56 investisseur Prêt Banque ou Bailleur

Tableau 5.14 : Tableau de remboursement (en Ariary)

N°_ Date Montant

dû

Interêts

24%

Principal Reste à

payer

Versement Bailleurs

1 Decembre-

A1

258 102 275 258 102 275 Investisseur

2 Decembre-

A2

354 260 004 61 944546 100 000 000 192 315 458 161 944 000 Investisseur

3 Decembre-

A3

192 315 458 46 155 709 100 000 000 46 159 748 146 155 709 Investisseur

4 Decembre-

A4

46 159 748 11 078 339,5 57 238 087 - 57 238 087 Investisseur

Tableau 5.15 : Conditions de crédit (en Ariary/€):

Montant (en ariary/€) 258 1002 275 95 657,56

Taux d'intérêts annuel max 24%

Echéances : 4 ans

Nombre de payement par an: 1

Date de premier payement : Année 1

Tableau 5.16 : Compte prévisionnel d’exploitation pour cinq (5) ans

DESIGNATI

ON

A1 A2 A3 A4 A5

A . Chiffre

d'affaire

(2, 862.106Kg

x250Ariary).

715 500 000,0 729 810 000,0 744 406 200,00 759 294 324,00 774 480 210,48

246

B.

Consommation

( Achat +

variation des

stocks

matières

premières)

22 896 000,0 22 896 000,0 22 896 000,00 22 896 000,00 22 896 000,00

C. A - B =

Marge brute %

du chiffre

d'affaires

692 604 000,0 706914 000,0 721 510 200,00 736 398 324,00 751 584 210,48

D. Fournitures

et services,

Transport et

déplacements,

Frais divers de

gestion

35 800 005,0 35 800 005,0 35 800 005,00 35 800 006,00 35 800 006,00

E.C-D =

Valeur ajoutée

% du chiffre

d'affaires

656 803 995,0 671 113 995,0 685 710 195,00 700 598 318,00 715 784 204,48

F. Autres

dépenses

d'exploitation,

Frais de

personnels,

Impôts et taxes

25 320 000,0 27 852 000,0 30 637 200,00 33 700 920,00 37 071 012,00

G. E-F=

Excédent brut

d'exploitation

% du chiffre

d'affaires

631 483 995,0 643 261 995,0 655 072 995,00 666 897 398,00 678 713 192,48

H. Dotation

aux

40 502 007,0 33 637 008,0 28 176 759,00 23 819 247,50 20 267 195,40

247

amortissement

s

I. G-H =

Résultat

d'exploitation

% au chiffre

d'affaires

590 981 988,0 609 624 987,0 626 896 236,00 643 078 150,50 658 445 997,08

J. Frais

financiers

0,0 61 944 546 46 155 709,00 11 078 339,50 0,00

K. I-J =

Résultat

d'exploitation

590 981 988,0 547 680 441,0 580 740 527,00 631 999 811,00 658 445 997,08

L. Impôt sur

les bénéfices

(IBS inclus

35%)

206 843 695,8 191 688 154,4 203 259 184,45 221 199 933,85 230 456 098,98

M. K-L

=Résultat net

% au chiffre

d'affaires

384 138 292,2 355 992 286,6 377 481 342,55 410 799 877,15 427 989 898,10

N. M-H

=Cash-Flow %

au chiffre

d'affaires

343 636 285,2 322 355 278,6 349 304 583,55 386 980 629,65 407 722 702,70

CAF-Capacité

d'autofinance-

ment. Résultat

net +

Amortissement

424 640 299,2 389 629 294,6 405 658 101,55 434 619 124,65 448 257 093,50

5.6 - RECAPITULATIF

248

Les sciures d’eucalyptus et de pin sont des sous-produits qui trouvent difficilement des

débouchés présentant des volumes accessibles suffisants et ayant fait l’objet de caractérisation

et de tests de carbonisation en laboratoire, ils constituent des matières premières qu’on peut

transformer en charbon de substitution.

A un prix de vente moins cher que celui du charbon traditionnel, on arrive à un CAF de

plus de 400 000 000 d’Ariary ou 148 247,5€. A partir de la troisième année, le promoteur est

bénéficiaire.

L’installation d’une unité de carbonisation est un atout pour le développement de la

région étant donné l’absorption du chômage par l’emploi direct et par les différentes activités

induites.

L’impact environnemental se traduit par la diminution de la pression sur la couverture

forestière (préservation de la forêt non détruite pour la fabrication de charbon en meule).

249

CONCLUSION GENERALE

Ce dernier paragraphe marque la fin de ce travail, mais certainement le début d'autres

études complémentaires qui s'annoncent à la fois prometteuses et captivantes à partir des

résultats énoncés :

Le potentiel énergétique de toutes les biomasses disponibles par région ; en particulier les

sous produits agricoles et forestiers mérite de faire l’objet d’une étude particulière.

• La continuation de l’étude cinétique et le transfert thermique à l’échelle des particules et

pilotes est une voie intarissable pour la science en vue dans le futur d'une meilleure

compréhension des phénomènes : différents modèles peuvent être envisagés par

rapport aux dimensions des réacteurs, aux conditions initiales et des sources.

• L’étude sur les liquides pyroligneux de ces sous produits de Madagascar : leurs

composants chimiques et l’extraction de biocarburant de deuxième et troisième

génération, contribuerait à la préservation de l’Environnement.

• Il est judicieux également d’approfondir les études sur les gaz incondensables par

l’utilisation directe de gaz combustible : hydrogène et monoxyde de carbone ou par la

transformation en liquide par la méthode Fisher-Tropsh. D’ailleurs la gazéification est

aussi une branche de la transformation thermochimique qui mérite un intérêt

particulier des chercheurs.

• Le domaine du Plasma est utilisé dans le dispositif de purification de gaz par rapport

aux goudrons et autres impuretés étant donné que les piles combustibles, les moteurs à

gaz et les groupes électrogènes nécessitent une pureté exceptionnelle du gaz

combustible. Cette branche ouvre la voie à des investigations scientifiques futures.

• Avant cela, il est utile de rappeler les principaux points acquis durant ce travail.

• L’étude bibliographique présentée a montré que la consommation énergétique mondiale

ne cesse d’augmenter. L’utilisation des Energies Nouvelles et Renouvelables est plus

qu’indispensable en particulier la biomasse. Les sous produits agricoles et forestiers

peuvent faire l’objet d’une utilisation rationnelle comme combustible de substitution

et satisfaire une part importante de la consommation nationale d’énergie à

Madagascar.

L'étude de la pyrolyse nous a montré que les produits obtenus sont tributaires de la

matière première, des types de réacteurs et des conditions initiales imposées. Le traitement

thermique aboutit à la production de charbon, de liquide pyroligneux et de gaz susceptible

250

d’être utilisés comme combustible de substitution.

Deux objectifs ont animé cette étude : le premier d'ordre scientifique, était de

déterminer l'influence de la granulométrie, de la température de palier et de la vitesse de

chauffe sur le rendement et la qualité de charbon ainsi que sur le bilan massique de la

pyrolyse. Le transfert thermique est étudié pour confirmer l’état de pyrolyse. Les analyses de

liquide et de gaz ont permis d’élargir les connaissances sur leur composant et leur quantité.

D’un autre côté, d’ordre industriel en vue de transfert de technologie, connaître le

comportement réel des pyrolyseurs, leur rendement et bilan massique et aussi d'étudier la

faisabilité économique d'un tel procédé dans le cas particulier d’une région de Madagascar

dans de bonnes conditions de rentabilité économique.

Ainsi, le réacteur élaboré et conçu localement par le CNRIT reproduit un processus de

pyrolyse avec un premier temps de séchage, ensuite de dévolatilisation et finalement de

formation de bon charbon.

Les charbons de déchets de pinus keshya et d’eucalyptus robusta de Madagascar sont

des charbons de bonne qualité pour une substitution du charbon de bois de forêts naturelles.

Le charbon d’eucalyptus robusta est le plus indiqué comme combustible étant donné sa

qualité et le taux de gaz combustibles en pyrolyse le plus élevé. Le charbon de balle de riz

peut être utilisé comme charbon de substitution de moins bonne qualité avec un rendement

élevé mais le dépôt de cendre aussi est plus élevé.

Cependant la qualité des charbons est liée à la température de pyrolyse qui est le

paramètre prépondérant et à la vitesse de chauffe pour le rendement en charbon et les

caractéristiques du charbon.

L’Analyse de liquide pyroligneux de pinus keshya a permis de connaître certains

composants valorisables.

Les gaz de pyrolyse des sous produits de Madagascar peuvent être utilisés comme

combustible : le méthane qui est un gaz pauvre est utilisable directement pour la cuisson des

alimentations, le monoxyde de Carbone et l’hydrogène par la méthode de Fisher - Tropsh sont

souvent assemblés pour l’obtention d’un combustible plus proche des hydrocarbures fossiles.

Le traitement thermique des déchets en général et en particulier, ceux issus de la

biomasse est un sujet d’actualité dans le cadre du développement durable

251

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUES

[1] Energy Information Administrator (EIA) : Energy Information Administration Office of

Energy Markets and End Use, U. S. Department of Energy Washington, DC 20585 ;

http:\\www.eia.doe.com [consulté le 12/10/06]

[2] GIEC, Les scénarios énergétiques, Troisièmes rapport, http://www.rac-f.org/

rubrique.php3?id_rubrique, [consulté le 10 Novembre 2006]

[3] SENHAJI Faouz, « Guide pratique du Mécanisme de Développement Propre et de son

application à l’électrification rurale par énergies renouvelables », pour la Fondation Énergies

pour le Monde, chap. 2, éditeur « système solaire » 2004

[4] European Environnement Agency report N°4/2011 « Greenhouse gas emission trends and

projections in Europe 2011 », page 25

[5] Nouvelles Francophones du marché de Carbone et du MDP, revue de l’Institut de la

Francophonie pour le développement Durable (IFDD), numéro 252.

[6] http://www.un-redd.org. « The UN-REDD Programme strategy, 2011-2015”, [consulté

novembre 2011]

[7] WAMBILE Ayago, Stephen KAREKEZI, John KIMANI, Les énergies renouvelables en

Afrique, « La situation des filières renouvelables », http://base.d-p-h..info/fr/fiches

[8] FAO Corporate Documentary Repository ; http://www.fao.org/docrep

[9] Biomass Technology Group, Availability, supply and sustainability of biomass, progress

report for European Commission, 2005.

[10] ADEME, Inventaire Forestier National, Solagro, Evaluation du potentiel Bois

Energie, http://www.boisenergie.ifn.fr/index.php, 2005.

[11] FAO of the United Nations; http://apps.fao.org/page/collections?subset=forestry

[consulté le 11 novembre 2006]

[12] DGEMP, Observatoire de l’énergie, Mai 2006, http://www.industrie.gouv.fr/

energie/renou/textes/se_bilan.htm, [consulté le 11novembre 2006]

[13] ADEME, « L’énergie au service du développement durable », http:\\www2.ademe.fr/

[consulté le 27/11/06]

[14] FAO, Département des Forêts, United Wood Energy Terminology, Working document

FOPW/01/05 Mars 2001

[15] KENGNE Jourdain, OUABO, LAPONCHE Bernard, « rapport d’étude sur les

consommations d’énergie des pays de la CEDEAO et de la CEMAC, ADEME,

http://www2.ademe

[16] FAO, « Situation de la Forêts dans le monde », archives de documents, Département des

252

Forêts, http://www.fao.org/docrep/w9950f/w9950f19.htm#TopOfPage, [consulté le 12

Novembre 2006]

[17] FAO, Département des Forêts, Wood Energy Today et Tomorrow : the role of wood

energy in Asia, regional studies, Working paper FOPW/97/02, Novembre 1997, p. 13

[18] FAO, Yearbook of forest production http://www.fao.org/documents/en/Forestry

[19] EurObserv’Er, baromètre bilan 2005

[20] Direction des Eaux et Forêts, Chasse et de la Conservation des Sols, « Bilan de la

campagne d'exploitation forestière 1998/1999 et préparation de la campagne d'exploitation

forestière 1999/2000 », DEFCCS, Dakar, novembre 1999, 21p.

[21] FAO, FAOSTAT, ttp://faostat.fao.org/DesktopDefault.aspx/ [consulté le 26/03/2013]

[22] AMS, « Le Complexe forestier industriel (cfi) dans le minas gerais – Les

caractéristiques, les dimensions et l’importance ». [http://www.silviminas.br], Belo

Horizonte, octobre 2004, (consulté le 14 Octobre 2006),

[23] http://donnees.banquemondiale.org/indicateur

[24] http://www.jirama.mg (consulté le 01 septembre 2013)

[25] MONTAGNE P., “Gestion des filières d’approvisionnement en bois-energie

des centres urbains à Madagascar », http://www.CIRAD.mg/fr/urp_fb.php [consulté le

01/11/2006]

[26] ONE, « Schéma Directeur de gestion des Energies domestiques »

[27] MEM, « Politique de développement des énergies renouvelables à Madagascar » -

déclaration du Ministère de l’Energie et des Mines Malgache, http://www.madagascar-

diplomatie.ch/files/Energie/doc20053192062451.doc [consulté le 06 juin 2005]

[28] Les sources d’énergie - Institut Français de l’Energie (IFE) édition 1996

[29] Rapport sur l’Etat de l’Environnement à Madagascar –« Environnement rural », chap 9.

MEFT

[30] ROUSSET P., Choix et validation expérimentale d'un modèle de pyrolyse pour le bois

traité par haute température : de la micro-particule au bois massif, Thèse de doctorat,

ENGREF, 2004.

[31] SJÖSTRÖM, E. Wood Chemistry - Fundamentals and Applications. Academic Press,

1981.

[32] FENGEL, D., Wood chemistry, ultrastructure, reactions, 1983, Ed. Walter de Gruyter.

[33] SARKANEM, K.V. et LUDWIG, C.H. Lignins : Occurrence, formaton, structure and

reactions. Wiley-Interscience, New York, 1971

[34] BAUCH, J., SCHMIDT, O., HILLIS, W.E. et YAZAKI, Y. Deposits in the

253

heartshakes of Dacrydium species and their toxicity againts Fungi and Bacteria.

Holzforsch. 1977, 31, 1 – 7.

[35] HALUK, J.P. et JODIN, P. Composition chimique du bois. LE BOIS –

MATERIAU D’INGÉNIERE. Ed. ARBOLOR, ENGREF/NANCY, 53 – 89, 1994.*.

[36] MEZERETTE, C. et VERGENT, L.F. La Voie Thermochimique. In: Guide :

Biomasse - Énergie/Groupe Bio-Énergie-Environnement. Édition ACADEMIA, Belgique,

144 - 198, 1994.

[37] GRAHAN, R.G., BERGOUGNOU, M.A. et GVEREND, R.P. Fast pyrolysis of

biomass – A review. Journal of analytical and applied pyrolysis, 6, 95 – 135, 1984.

[38] SHAFIZADEH, F., Chemistry of pyrolysis and combustion of wood, Progress in

Biomass Conversion, 1981, Vol. 3, pp 51-76, Academic Press, New York.

[39] BEAUMONT,O., Pyrolyse extractive du bois, 1981,Thèse de Docteur-Ingénieur, ENSM,

160 p.

[40] PETROFF, G. et DOAT, J., Pyrolyse des bois tropicaux – Influence de la composition

chimique de bois sur les produits de distillation, Revue Bois et Forêts des Tropiques, 1978,

177, pp. 51-64.

[41] AKITA, K., Report of fire Research Institute of Japan, 1959.

[42] KANURY, A.M., Thermal Decomposition Kinetics of wood pyrolysis, Combustion and

Flame, 1972, 18, p. 75.

[43] BRIANE, D. et DOAT, J. Guide Technique de la Carbonisation: La fabrication du

charbon du bois. Agence française pour la Maîtrise de l’Énergie - Association Bois de Feu -

Centre Technique Forestier Tropical, c 1985.

[44] CARRÉ, J. et al., Guide Biomasse – Energie, ACADEMIA, 1994.

[45] SHAFIZADEH, F. Chemistry of pyrolysis and combustion of wood. In. Progress in

Biomass Conversion. Vol. 3, 51 - 76. Academic Press, New York, c 1981.

[46] HOSSAIN, M.M. Développement d’un nouveau type de gazogène à charbon végétal.

Thèse. Université Pierre et Marie-Curie, Paris – 6, c 1985.

[47] MASCHIO G., LUCCHESI, A. et KOUFOPANOS, C. Study of kinetic and transfer

phenomena in the pyrolysis of biomass particles. In: Advances in Thermochemical Biomass

Conversion, Vol. 2, 746 - 759. Ed. A.V. Bridgwater, c 1994.

[48] DIELBOD, J.P. Specialists – workshop on fast pyrolysis of biomass. SERI/CP – 622 –

1096, Sol Energy Res. Inst., Golden, USA, c 1980.

[49] SHAFIZADEH, F. and CHIN, P.S. Thermal deterioration of wood, P. 57 – 81, Wood

Technology: Chemical Aspects. ACS Symposium Series n° 43. Irving S. Goldstein Ed.

254

Washington ( c 1977).

[50] GUEDIRA, F. Pyrolyse lente de la biomasse : Comportement comparé des Tourteaux

d=Olives, de la Bagasse de Canne à Sucre et de la Sciure de bois (Pin maritime), Thèse de

3ème Cycle, Université Mohamed, Maroc, c 1988.

[51] CAPART, R. La gazéification du bois. Étude expérimentale et théorique de la pyrolyse

du bois brut et des réactions d’oxydation du charbon de bois et dioxyde de carbone et la

vapeur d’eau. Thèse. Université Technologie de Compiègne, c 1991

[52] AVAT, F. Contribution a l’étude des traitements thermiques du bois (20 – 300°C) :

transformations chimiques et caractérisations physico-chimiques. Thèse de Doctorat. Ecole

Nationale Supérieure de Mines de Saint-Etienne. Ecole Nationale Supérieure de Paris, c 1993.

[53] ANTAL, M.J., CROISET, E., DAI, X., ALMEIDA, C. de, MOK, W.L., NORBERG,

RICHARD, J.R. et MAJTOUB, M. High Yield Biomass Charcoal. American Chemical

Society, c 1996.

[54] NUMAZAWA Sueo, "Contribution à l'étude de la pyrolyse lente sous pression -

Détermination des paramètres optima du procédé et caractéristiques des produits obtenus",

Thèse présentée à l'Université de Technologie de Compiègne, spécialité : génie des Procédés

Industriels, c 2000

[55] WENZL, H. F. J. The Chemical Technology of Wood, Academic Press : New York,

1970

[56] GIRARD, P. Utilisation Énergétique par voies thermochimiques des déchets

lignocellulosiques - Outils méthodologiques d’aide à la décision cas des pays d’Asie du sud-

est. Thèse de doctorat. Université de Technologie de Compiègne - France, c 1995

[57] DOAT, J. et PETROFF, G. La carbonisation des bois tropicaux. Revue Bois et Forêts de

Tropiques, n° 159, janvier / février, 1975

[58] BRIANE, D. et DOAT, J. Guide Technique de la Carbonisation: La fabrication du

charbon du bois. Agence française pour la Maîtrise de l’Énergie - Association Bois de Feu -

Centre Technique Forestier Tropical, c 1985.

[59] BEENACKERS, A.A.C.M. et BRIDGWATER, A.V. Gasification and pyrolysis of

biomass in Europe in "Pyrolysis and gasification" – Elsevier Applied Edition, c 1992.

[60] ANTAL, M.J.; FRIEDMAN, H.L. et ROGERS, F.E. Combustion Science Technology,

21, 141 - 152, c 1980.

[61] BOHNKE, I. Etude expérimentale et théorique des traitements thermiques du bois.

Caractérisation physico-mécanique des bois traités. Thèse de Doctorat. Ecole Nationale

Supérieure des Mines de Saint-Etienne. Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, c

255

1993.

[62] SHAFIZADEH, F. et al. Thermal Uses and Properties of Carbohydrates and Lignins.

Symposium, 172nd National Meeting of the American Chemical Society, San Francisco,

September 1976. Academic Press, c 1976.

[63] CORTE, P. Valorisation énergétiques de la biomasse par pyrolyse flash. Etude des

paramètres Physicochimiques de la Conversion, thèse de Docteur Ingénieur, Université Paul

Sabatier, Toulouse, c 1982.

[64] BASNAYKE Benedict, "Concept et fonctionnement d'un carbonisateur multi-produit ",

thèse de doctorat de l’Université Pierre et Marie Curie Paris IV ,p 66 à 80, © 1990

[65] ANTAL, M. J.; Mok, W. S. L.; Varhegi, G.; Szekely. T. Review of Methods Improving

the Yied of Charcoal from Biomass. Energy Fuels 1990, 4, 221

[66] BRIDGEWATER, A.V. and Boocook D.G.B., Developments in thermochemical

biomass conversion, IEA Bioenergy, pp82-96, c 1997

[67] GUENEAU, Paul ; « Caractéristiques Et Utilisations De l'Eucalyptus Robusta À

Madagascar » ; Les Bois Et Forêts Des Tropiques, N° 124, Nogent/Marne. 1969

[68] BERTRAND, Alain, 1992 ; « Les Filières D'approvisionnement En Bois-Énergie

d'Antananarivo Et De Mahajanga. Evolutions Et Perspectives, Propositions Pour La

Planification Des Actions » UPED ; CIRAD-Forêts, Nogent/Marne

[69] RAMAMONJISOA Bruno, « Rapport de Madagascar sur le régime fiscal forestier et

l'appui financier à l'aménagement durable des forêts, Mars 2001, pour le Projet FAO

GCP/RAF/354/EC

[70] FOFANA A. Traitement pyrolytique de résidus en four vibrofluidisé : Application à la

biomasse et aux boues de station d’épuration ; thèse de doctorat, Université de Technologie

de Compiègne, spécialité génie des procédés industriels, décembre 2003

1983, vol 13B, 153.

[71] SHAFIZADEH F. 1982, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 3 :283-305.

[72] SOLTES E.J. and ELDER T.J. 1981. Organic Chemicals from Biomass. Pyrolysis, CRC

Press: 65-93

[73] VARHEGYI, G.; Szabo, P.; Till, F.; Zelei, B.; Antal, M. J.; Dai, X. TG , TG-MS, and

FTIR Characterization of High-Yield Biomass Charcoals. Energy Fuels 1998, 12, 969.

[74] ANTAL, M. J.; Mok, W. S. L.; Varhegi, G.; Szekely. T., Review of Methods Improving

the Yied of Charcoal from Biomass. Energy Fuels 1990, 4, 221

[75] Carre J., Hebert J., Lacrosse L., Schenkel Y. – CRA, 1991. Le chauffage au bois. Guide

256

Biomasse Energie. IEPF, ADEME, MRW et CQVB, 1994 (Deuxième édition)

[76] SAULNIER J.B. et ALEXANDRE A. ‘La Modélisation Thermique par la Méthode

Nodale, ses Succès et ses Limites’, Revue Générale de Thermique, N° 280, pp. 363 – 372,

1985.

[77] ZANZI R, Sjostrom K., Bjornbom E., « Rapid pyrolysis of agricultural residues at high

temperature » Biomass and bioenregy 2002,23,357-366

VIOLETTE, M. Mémoire sur les charbons de bois. Ann.Chim. Phys. 1853 32, 304.

[78] KLAR M. The technology of wood distillation ; chapman & hall : london 1925

[79] GOOS A. W. The Thermal Decomposition of Wood. In wood chemistry, Wise L.E.,Jahn,

E. C., Eds ; Rheinhold Publishing Co. : New York, 1952; p 826

[80] BRUNNER, P. Examination of the pyrolysis of cellulose of activated carbon from

wastes. Int. Solid Wastes Assoc. Bull. 1977, 23, 2.

[81] LEDE, J., Li, H. Z. ; Villermaux, J. Fusion-Like Behaviour of Wood Pyrolysis. J. Anal.

Appl. Pyrol. 1987, 10, 291

[82]: LEDE, J.;Blanchard, F.;Boutin, O. Radiant Flash Pyrolysis of cellulose Pellets :

Products and Mechanisms Involved in Transcient and Steady-State Cotions. Fuels 2002, 91,

1269.]

[83] BOUTIN, O. ; Ferrer, M. ; Lede, J. Flash pyrolysis of cellulose. Evidence for Formation

of a Short Life Intermediate Liquid Species. J. Anal. Appl. Pyro.1998, 47,13

[84] BOUTIN, O. ; Ferrer, M. ; Lede, J. Flash Pyrolysis of cellulose Pellets Submitted to

Concentrated Solar Radiation : Experiments and Modelling. Chem. Eng. Com. 2002., 57 ,75

[85] BYRNE, C. E. ; Nagle, D. C. Carbonization of Wood for Advanced Materials

Applications. Carbon 1997, 35, 259.

[86] LAHMIDI H. « Vapogazéification de biomasse en Réacteur à flux Entraîné, Mars 2006,

rapport final. ANR.

[87] MASCHIO G., LUCCHESI A., STOPPATO G., “Production of sungas from biomass”,

Bioressource Technology 1994, 48, 119-126

[88] R0Y C. and E. CHORNET E. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 5, 1983. pp

261-332.

[89] FASSINOU W.F. and al, “ char quality and tar formation interdependence: first

experiments in a new two-stage gasifier”. CIRAD Montpellier.

[90] ESSAYEGH Mounir M. , "Etude analytique des jus pyroligneux", Thèse de doctorat de

l'université Pierre et Marie Curie ; pp 16-24, c 1988

[91] KANTOROVICH I., BAR-ZIV E., Heat Transfert within highly porous chars a review,

257

Fuel, 1999, vol. 78 (3), p 279-299

[92] MERMOUD F., “Gazéification de charbon de bois à la vapeur : de la particule isolée au

lit fixe continu » thèse de Doctorat de l’Institut Polytechnique de Toulouse, spécialité

Energétique et Transferts, 2006.

[93]VARHEGYI, G.; Szabo, P.; Till, F.; Zelei, B.; Antal, M. J.; Dai, X. TG , TG-MS, and

FTIR Characterization of High-Yield Biomass Charcoals. Energy Fuels 1998, 12, 969.

[94] INSTAT, Institut National de la Statistique, « Note de conjoncture économique ; 1er

semestre 2005 », N°7, Direction des Synthèses Economiques, Septembre 2005

[95] P. LEQUEUX P., J. Carre, J. Hebert, L. Lacrosse et Y.

Schenkel – CRA, Energie et Biomasse. La densification, 1990. ISBN 2-87016-036-4.

[96] Soulfeddja Benabdallah, José Carré et al…, Guide Biomasse – Energie ; « Collection,

Etudes et filières, ©1994

[97] SHAH N., "Carbonisation discontinue du bois en four à combustion partielle –

Contribution à la connaissance des phénomènes et recherche d’une méthode de gestion",

Mémoire de thèse, Spécialité « génie des procédés industriels », © 1998

[98] VAN DE STEENE L., "Thermochimie de la combustion à basses températures de

solides pulvérisés: Application à un charbon" , Thèse de doctorat de L'Institut National

Polytechnique de Toulouse; Spécialité : Energétique et Transferts, © 1999

[99] European commission, “Achievements and prospects for heat and power generation”,

Biomass Conversion Technologies; Directorate-General Science, Research and Development,

European Commission 1989.

[100] Twelfth European Biomass Conference V.I, Biomass for energy industries and climate

protection

[101] TATIN A. Mohamed A ., "Valorisation des tiges de Coton par la voie sèche (cas du

Soudan)", Thèse de l'Université Technologique de Compiègne, Génie des procédés

Industriels, spécialité Energétique ; chap. III ; pp 75-145, c 1990

[102] HERBERT J., "Contribution à l'étude de la valorisation énergétique des résidus

végétaux par la densification", Dissertation originale en vue de l'obtention du grade de

Docteur en Sciences Agronomiques, Faculté des Sciences Agronomiques de l'état Gemloux

(Belgique), c 1988

[103] MOUSQUES P., "Modélisation du couplage réactions chimiques - transferts de

chaleur/matière en vue du dimensionnement des réacteurs de pyrolyse", Thèse de doctorat de

l'Université de Perpignan ; génie des procédés, c 2001

[104] Bridgewater A. V., “Pyrolysis and gasification of Biomass and waste”, Proceedings of

258

an Expert Meeting, Strasbourg, France, 30 September - 1 October 2002; pp 667-674

[105] LEQUEUX et Al, "Energie et Biomasse : la densification" publié pour la CEE par les

presses Agronomiques de Gremloux

[106] BOUTIN Olivier, « Analyse des processus primaires de dégradation thermochimique de

la biomasse »,Thèse pour l’obtention du grade de Docteur de l’Institut National Polytechnique

de Lorraine, génie des procédés, c 1999

[107] GIRARD, P. Étude de marche potentielle pour un procédé de carbonisation sous

pression. CIRAD-Forêts, c 1994.

[108] WATKINSON A.P., BRIMOCOMBE J.K., Heat tranfer in a direct-fired rotary kiln.

Pilot plant and experimentation., Metal. Trans. B, 1978, vol 9B, 201.

[109] TSCHENG S.H., Convective heat transfer in a rotary kiln, PhD thesis, University of

British Columbia, 1978.

[110] HAYAVASHI, Horikawa Toshihide, Tokada Isao, Muroyama Katsuhiko, Nasir Ani

Farid « Preparing actived Carbon from various nutshels by chemical activation with K2CO3 »

[111 ]LACROSSE, L. Contribution à l’étude du comportement des combustibles

lignocellulosiques en gazogène à lit fixe et à la tirage inversé, Thèse de doctorat, Gembloux, c

1990

[112] Chartier P. and al. , Biomass for energy and the environment, proceeding of the 9th

Bioenergy Conference, V.3 , pp 1584-1588, c 1996

[113] SHAFIZADEH, F. et al. Thermal Uses and Properties of Carbohydrates and Lignins.

Symposium, 172nd National Meeting of the American Chemical Society, San Francisco,

September 1976. Academic Press, c 1976.

[114] WEW G.W.J., DRINKENBURG A.A.H., STEMERDING S., Heat transfer in a

horizontal rotary drum reactor, Powder Technology, 1976, vol 13, 185

[115] GOROG J.P., ADAMS T.N., Radiative heat transfer in rotary kiln, Metal. Trans. B,

[116]ANTAL, M.J., CROISET, E., DAI, X., ALMEIDA, C. de, MOK, W.L., NORBERG,

RICHARD, J.R. et MAJTOUB, M. High Yield Biomass Charcoal. American Chemical

Society, c 1996.

[117] A. G. W. ; DeGroot, W. F. Univ Montana, Missoula, MT. Personnal communication.

[118] BELLEVILLE Pascal, Modélisation de la cinétique de pyrolyse de particules de bois

de taille importante et du bilan matière de la gazéification à l’oxygne pur, thèse de docteur –

ingénieur. Université de Technologie de Compiègne, France C 1982

[119] BAZILE Didier, La gestion des espaces ligneuses dans l’approvisionnement en énergie

des populations, cas de la zone saoudienne du Mali, thèse de docteur en géographie.

259

Université de Toulouse-Le-Mirail, UFR Géographie, C 1998

[120] FAO, étude FAO : Forêts 41 : Techniques simples de carbonisation. Sous-Division des

produits de l'industrie mécanique du bois des industries forestières ; Département des forêts,

organisation des nations unies pour l'alimentation et l'agriculture. Rome, 1983

[121] LACROSSE Ludovic, Contribution à l’étude du comportement des combustibles

ligno-cellulosiques en gazogènes à lit fixe et à tirage inverse, thèse de doctorat en Sciences

Agronomiques de la Faculté des Sciences Agronomiques de Gembloux, C 1990

[122] BESSANT, RC, GRA, and P.L. Jr. Walker, Carbon, 32, p 1171 C 1994

[123] GUERRERO M., Ruiz M.P., et Al, Pyrolisis of eucalyptus at different heating rates:

studies of char characterization and oxidative reactivity, journal of analytical and applied

pyrolisis 74(2005), elsevier / www.science direct.com, 2004

[124] LIPS B., NGANHOU J., KOBNOM O. et WAFO L. (1999); ‘Production et

Consommation du Charbon de Bois à Yaoundé (Cameroun)’ In Bulletin Africain

‘’Bioressources – Energie – Développement – Environnement’’, N°11, Dakar, juillet 1999, pp

32 – 41.

[125] BROUST, F., Le cyclone : un réacteur multifonctionnel. Application à la

pyrogazéification et à la pyroliquéfaction de la biomasse, thèse de doctorat de l’Institut

National Polytechnique de Lorraine (INPL), Nancy, pp 10-11, 2003

[126] FAO, « Rapport d’étude sur les données du bois énergie au Togo », archives de

documents, Département des Forêts, http://www.fao.org/DOCREP/004/X6801F/

X6801F07.htm , [consulté le 12 Novembre 2006]

[127] Bridgewater, A.V, « Fast Pyrolysis - a handbook –Volume 3 : wood charcoal

production, import and export within EU by Schenkel and R Crehay », pp 173 – 178; année

2003

[128] Ministère de l'économie des finances et de l'industrie, Les statistiques sur l'énergie,

http://www.industrie.gouv.fr/energie/statisti/f1e_stats.htm, 2005.

[129] Ministère de l'économie des finances et de l'industrie, Livre blanc sur les énergies,

http://www.industrie.gouv.fr/energie/politiqu/pdf/livre-blanc-integral.pdf, 2003.

[130] L’Europe en chiffre : « L’annuaire d’Eurostat 2009 » Eurostat commission

européenne, livre statistique, ISSN 1560-490X ; http//epp.eurostat.ec.europa.eu

260

ANNEXES

261

ANNEXE I

CARTE DE FEUX DE BROUSSE : POINT DE FEUX (ANNEE 2001)

ANNEXE II

Bilan énergétique (2001, 2005, 2008)

Bilan Energétique

Energie primair e Energie secondaire

année : 2001 pétrole charbon hydro bois bagas- balle de Total electri- gaz Essences Jet petrole gas fuel charbon non ener- total TOTAL

brut mineral energie energie Se riz Primaires cite liquefie (ea,sc,et) Fuel lampant oil oil de bois getiques secondaires

Offr

e

Production 0,0 8,0 60,6 3 541,3 32,1 8,5 3 650,6 xxxxx xxxxx Xxxxx Xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxxx xxxxxxxx 3 650,6

Importation 320,6 16,8 0,0 0,0 0,0 0,0 337,4 0,0 3,9 51,5 33,1 8,3 214,7 57,1 0,0 9,1 377,7 715,1

Exportation 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,6 0,0 0,0 100,6 100,6

var. stocks/ non utilise 24,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 24,7 0,0 0,1 -2,5 -1,1 0,3 -6,1 0,8 0,0 0,0 -8,6 16,1

offre totale nette 295,9 24,9 60,6 3 541,3 32,1 8,5 3 963,3 0,0 3,8 54,1 34,1 8,0 220,9 -44,2 0,0 9,1 285,7 4 249,0

Tra

nsfo

rmat

ion

Raffineries 294,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 294,6 0,0 4,2 71,4 12,9 30,1 82,2 85,1 0,0 0,0 286,0 8,6

centrales electriques 0,0 0,0 60,6 0,0 0,0 0,0 60,6 71,7 0,0 0,0 0,0 0,0 -56,7 -11,1 0,0 -0,6 3,4 57,3

Autoproducteurs 0,0 0,0 0,0 0,0 4,6 0,0 4,6 6,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -14,6 0,0 0,0 -0,1 -8,7 13,3

Meules 0,0 0,0 0,0 1 273,2 0,0 0,0 1 273,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 352,8 0,0 352,8 920,4

total transfo. 294,6 0,0 60,6 1 273,2 4,6 0,0 1 633,0 77,7 4,2 71,4 12,9 30,1 11,0 74,1 352,8 -0,8 633,4 999,6

cons.propres / pertes 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 16,3 0,7 0,0 0,0 0,0 19,8 8,7 0,0 0,0 45,6 45,6

diff. Statistiques 1,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,3 0,0 1,7 16,2 1,9 0,7 -9,6 -3,1 0,0 0,0 7,8 9,1

Con

som

mat

ion

transport interieur 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 109,2 22,4 0,0 172,1 0,1 0,0 3,3 307,1 307,1

transport internation. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 22,7 0,0 4,4 0,0 0,0 0,3 27,5 27,5

indust manu, construc. 0,0 24,9 0,0 74,8 27,6 8,5 135,7 27,4 1,4 0,0 0,0 3,9 41,9 24,1 18,2 4,8 121,7 257,4

Residentiel 0,0 0,0 0,0 1 769,7 0,0 0,0 1 769,7 25,6 2,6 0,0 0,0 29,8 0,0 0,0 231,5 0,0 289,5 2 059,2

commer. service, public 0,0 0,0 0,0 423,7 0,0 0,0 423,7 8,1 1,5 0,0 0,0 3,8 0,5 0,0 103,1 0,0 117,0 540,7

agr., peche, sylvi. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 2,7 0,0 0,0 0,0 2,9 2,9

consommation. Totale 0,0 24,9 0,0 2 268,1 27,6 8,5 2 329,0 61,4 5,5 109,2 45,2 37,5 221,6 24,2 352,8 8,4 865,8 3 194,8

1KTEP =41,868 TJ

Source : (Service de la Planification Energétique / Direction de l'Energie / MEM)

Annexes

264

Cons. par source ANNEE : 2005 Cons. par Secteur BIOMASSE 2 725,2 KTEP 82,4% RESIDENTIEL 2 051,6 KTEP 62,0% PRODUITS PETROLIERS 448,0 KTEP 13,5% INDUSTRIE MANUFACTURIERE, CONSTRUCTION 277,4 KTEP 8,4% ELECTRICITE 72,3 KTEP 2,2% TRANSPORT (intérieur) 322,9 KTEP 9,8% CHARBON MINERAL 10,2 KTEP 0,3% (international) 35,0 KTEP 1,1% NON ENERGETIQUE 50,8 KTEP 1,5% COMMERCE, SERVICE, ADMINISTRATION 616,2 KTEP 18,6% TOTALE 3 306,5 KTEP 100,0% AGRICULTURE, PECHE, SYLVICULTURE 3,3 KTEP 0,1% Cons. TOTALE 3 306,5 KTEP 100,0% Cons. BIOMASSE Bois de Feu 2 324,9 KTEP 85,3% Charbon de bois 371,3 KTEP 13,6% Bagasse 18,1 KTEP 0,7% Balle de riz 10,9 KTEP 0,4% Total 2 725,2 KTEP 100,0% Cons. Finale Produits Pétroliers Cons. par Secteur Produits Pétroliers Gaz Liquéfié 8,8 KTEP 2,0% Essences 85,8 KTEP 19,2% RESIDENTIEL 31,3 KTEP 7,0% Jet Fuel 51,9 KTEP 11,6% INDUSTRIE MANUFACTURIERE, CONSTRUCTION 83,0 KTEP 18,5% Pétrole Lampant 33,5 KTEP 7,5% TRANSPORT (intérieur) 294,7 KTEP 65,8% Gaz oil 247,6 KTEP 55,3% (international) 31,9 KTEP 7,1% Fuel Oil 20,4 KTEP 4,5% COMMERCE, SERVICE, ADMINISTRATION 4,3 KTEP 1,0% Total 448,0 KTEP 100,0% AGRICULTURE, PECHE, SYLVICULTURE 2,8 KTEP 0,6% Cons. TOTALE 448,0 KTEP 100,0% Cons. Intermédiaire Produits Pétroliers des Centrales et Autoproduction d'électricité Gaz oil 100,4 KTEP Fuel Oil 6,7 KTEP Essence 0,5 KTEP Total 107,6 KTEP CONSOMMATION D'ENERGIE PAR HABITANT 190,224 kep/hab CONSOMMATION D'ENERGIE PAR UNITE DE PIB 1,27 tep/milliard de Fmg (INTENSITE ENERGETIQUE DU PIB) du PIB (Fmg de 1984)


Annexes

265

BILAN ENERGETIQUE

(Unité : KTEP)

ANNEE : 2005 PETRO

LE CHAR BON

HYDRO BOIS

BAGAS-

BALLE DE

AUTRES TOTAL ELECTRI- GAZ

ESSENCES JET PETROLE GAS FUEL

CHARBON

NON ENER- AUTRES TOTAL TOTAL

BRUT MINER

AL ENER GIE

ENERGIE SE RIZ

PRIMAI

RES PRIMAIR

ES CITE LIQUEFIE (EA,SC,ET

) FUEL LAMPANT OIL OIL DE BOIS GETIQUE

S SECONDAIR

ES SECONDAIRE

S

PRODUCTION 0,0 0,0 69,6

3 664,8 20,9 10,9 0,0

3 766,3

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx

xxxxxxxxx xxxxxxxx 3 766,3

IMPORTATION 0,0 10,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 10,2 0,0 7,1 89,9 56,4 37,5 353,1 7,6 0,0 53,4 0,0 604,9 615,2

EXPORTATION 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0 0,0 0,0 0,0 0,0 1,0 1,0

VAR. STOCKS/ NON UTILISE 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -1,7 1,9 4,4 3,5 2,0 -19,5 0,0 0,0 0,0 -9,4 -9,4

OFFRE TOTALE NETTE 0,0 10,2 69,6

3 664,8 20,9 10,9 0,0

3 776,5 0,0 8,8 88,0 52,0 34,0 350,0 27,1 0,0 53,4 0,0 613,3 4 389,8

RAFFINERIES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

CENTRALES ELECTRIQUES 0,0 0,0 -69,6 0,0 0,0 0,0 0,0 -69,6 85,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -80,2 -6,7 0,0 -0,8 0,0 -2,7 -72,3

AUTOPRODUCTEURS 0,0 0,0 0,0 0,0 -2,8 0,0 0,0 -2,8 7,5 0,0 -0,5 0,0 0,0 -20,2 0,0 0,0 -1,9 0,0 -15,1 -17,9

MEULES 0,0 0,0 0,0 -1

339,9 0,0 0,0 0,0 -1

339,9 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 371,3 0,0 0,0 371,3 -968,6

TOTAL TRANSFO. 0,0 0,0 -69,6 -1

339,9 -2,8 0,0 0,0 -1

412,4 92,5 0,0 -0,5 0,0 0,0 -100,4 -6,7 371,3 -2,7 0,0 353,6 -1 058,9

CONS.PROPRES / PERTES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 20,2 0,0 1,7 0,1 0,5 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 24,5 24,5

DIFF. STATISTIQUES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

TRANSPORT INTERIEUR 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 85,8 25,8 0,0 183,1 0,0 0,0 28,3 0,0 322,9 322,9

TRANSPORT INTERNATION. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 26,1 0,0 5,8 0,0 0,0 3,1 0,0 35,0 35,0

INDUST MANU, CONSTRUC. 0,0 10,2 0,0 89,7 18,1 10,9 0,0 129,0 29,8 2,3 0,0 0,0 4,4 55,9 20,4 16,5 19,1 0,0 148,4 277,4

RESIDENTIEL 0,0 0,0 0,0

1 726,6 0,0 0,0 0,0

1 726,6 32,4 3,3 0,0 0,0 28,0 0,0 0,0 261,3 0,0 0,0 325,1 2 051,6

COMMER. SERVICE, PUBLIC 0,0 0,0 0,0 508,6 0,0 0,0 0,0 508,6 9,8 3,2 0,0 0,0 1,1 0,0 0,0 93,5 0,0 0,0 107,7 616,2

AGR., PECHE, SYLVI. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 2,8 0,0 0,0 0,3 0,0 3,3 3,3

CONSOMMATION. TOTALE 0,0 10,2 0,0

2 324,9 18,1 10,9 0,0

2 364,1 72,3 8,8 85,8 51,9 33,5 247,6 20,4 371,3 50,8 0,0 942,4 3 306,5

Version du 04/04/2014 04:25

1KTEP = 41,86

8 TJ

Annexes

266

BILAN ENERGETIQUE (Unité : KTEP)

ANNEE : 2008 PETROLE CHARBON HYDRO BOIS BAGAS- BALLE DE AUTRES TOTAL ELECTRI- GAZ ESSENCES JET PETROLE GAS FUEL CHARBON NON ENER- AUTRES TOTAL TOTAL

BRUT MINERAL ENERGIE ENERGIE SE RIZ PRIMAIRES PRIMAIRES CITE LIQUEFIE (EA,SC,ET) FUEL LAMPANT OIL OIL DE BOIS GETIQUES SECONDAIRES SECONDAIRES

PRODUCTION 0,0 0,0 76,4 4 610,0 44,1 12,8 0,0 4 743,3 xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxx 4 743,3

IMPORTATION 0,0 23,9 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 23,9 0,0 6,5 75,0 50,1 37,8 324,6 71,6 0,0 25,2 0,0 590,9 614,8

EXPORTATION 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

VAR. STOCKS/ NON UTILISE 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -1,2 -8,5 0,6 -4,4 -10,0 -12,8 0,0 0,0 0,0 -36,3 -36,3

OFFRE TOTALE NETTE 0,0 23,9 76,4 4 610,0 44,1 12,8 0,0 4 767,2 0,0 7,7 83,6 49,5 42,2 334,6 84,4 0,0 25,2 0,0 627,2 5 394,4

RAFFINERIES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

CENTRALES ELECTRIQUES 0,0 0,0 -76,4 0,0 0,0 0,0 0,0 -76,4 102,3 0,0 0,0 0,0 0,0 -44,8 -67,1 0,0 -0,4 0,0 -10,0 -86,4

AUTOPRODUCTEURS 0,0 0,0 0,0 0,0 -6,3 0,0 0,0 -6,3 7,9 0,0 -1,5 0,0 0,0 -18,2 0,0 0,0 -1,0 0,0 -12,8 -19,0

MEULES 0,0 0,0 0,0 -1 634,6 0,0 0,0 0,0 -1 634,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 453,0 0,0 0,0 453,0 -1 181,6

TOTAL TRANSFO. 0,0 0,0 -76,4 -1 634,6 -6,3 0,0 0,0 -1 717,2 110,2 0,0 -1,5 0,0 0,0 -62,9 -67,1 453,0 -1,4 0,0 430,2 -1 287,0

CONS.PROPRES / PERTES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 29,0 0,0 0,7 0,1 0,2 1,1 0,0 0,0 0,0 0,0 31,1 31,1

DIFF. STATISTIQUES 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

TRANSPORT INTERIEUR 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 81,4 24,5 0,0 208,4 0,0 0,0 16,7 0,0 331,0 331,0

TRANSPORT INTERNATION. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 24,9 0,0 10,3 0,0 0,0 1,9 0,0 37,1 37,1

INDUST MANU, CONSTRUC. 0,0 23,9 0,0 141,0 37,9 12,8 0,0 215,6 30,0 2,0 0,0 0,0 3,0 48,7 17,3 21,9 5,0 0,0 127,8 343,3

RESIDENTIEL 0,0 0,0 0,0 2 035,4 0,0 0,0 0,0 2 035,4 39,6 4,2 0,0 0,0 36,7 0,0 0,0 307,2 0,0 0,0 387,7 2 423,1

COMMER. SERVICE, PUBLIC 0,0 0,0 0,0 799,0 0,0 0,0 0,0 799,0 11,4 1,5 0,0 0,0 2,4 0,0 0,0 123,9 0,0 0,0 139,2 938,3

AGR., PECHE, SYLVI. 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 3,2 0,0 0,0 0,2 0,0 3,6 3,6

CONSOMMATION. TOTALE 0,0 23,9 0,0 2 975,4 37,9 12,8 0,0 3 050,0 81,2 7,7 81,4 49,4 42,1 270,5 17,3 453,0 23,7 0,0 1 026,3 4 076,3

Annexes

267

Version du 05/04/2014 01:30

1KTEP = 41,868 TJ

Cons. par source ANNEE : 2008 Cons. par Secteur

BIOMASSE 3 479,1 KTEP 85,3% RESIDENTIEL 2 423,1 KTEP 59,4%

PRODUITS PETROLIERS 468,4 KTEP 11,5% INDUSTRIE MANUFACTURIERE, CONSTRUCTION 343,3 KTEP 8,4%

ELECTRICITE 81,2 KTEP 2,0% TRANSPORT (intérieur) 331,0 KTEP 8,1%

CHARBON MINERAL 23,9 KTEP 0,6% (international) 37,1 KTEP 0,9%

NON ENERGETIQUE 23,7 KTEP 0,6% COMMERCE, SERVICE, ADMINISTRATION 938,3 KTEP 23,0%

TOTALE 4 076,3 KTEP 100,0% AGRICULTURE, PECHE, SYLVICULTURE 3,6 KTEP 0,1%

Cons. TOTALE 4 076,3 KTEP 100,0%


ANNEXE III

Résultats d’enquêtes réalisés par le Centre National de Recherches Industrielle et Technologique (CNRIT) dans la région de Moramanga : « VALORISATION DES SCIURES ET DES COPEAUX DE RABOTAGE DANS LA REGION DE MANGORO-ALAOTRA »

• CONTEXTE GENERALE Mangoro et Alaotra sont deux régions allant du centre est à la côte-est Malgache. Elles sont connues comme étant une zone forestière, pluvieuse et chaude avec une forte pluviosité annuelle de 2000mm à 3000mm et une altitude moyenne de 800m . L’exploitation forestière est la principale source de revenu de la population. Les différentes activités autour des exploitations génèrent des déchets non valorisés. Des travaux de recherche dans le domaine de la transformation des déchets en énergie de substitution sont menés conjointement par le CNRIT et le CIRAD. Un projet intitulé : Programme de valorisation des sous-produits agricoles et forestiers de faible granulométrie est élaboré afin de renforcer la compétence et la maîtrise des technologies en matière de transformation thermochimique de la biomasse. En même temps, un carbonisateur par contact de gaz chaud est mis à la disposition du CNRIT par l’ONG.PRONATURA. Des enquêtes dans ces deux régions ont eu pour objet de recueillir des données relatives aux sous produits de bois valorisables et à leurs utilisations. A moyen terme, la conception et la mise en place d’une unité de carbonisation dans cette région sont envisagées A long terme, un programme de vulgarisation et de diffusion de cette technologie à travers ces régions sera proposé.

• MATIERES PREMIERES DE LA REGION Presque la totalité de la réserve forestière de ces deux régions appartient à la Société FANALAMANGA. Elle est la seule source d’approvisionnement de tous les exploitants forestiers de cette zone. Cette société possède encore actuellement un domaine exploitable de 38164 ha de bois de pins et de 3000 ha d’eucalyptus. Pour assurer la pérennisation de l’activité d’exploitation forestière qu’elle a entreprise jusqu’à présent, la société exploite 1000 ha/an, reboise environ 7000 ha/an et vend des jeunes plants aux exploitants et aux populations environnantes.

Enquêtes effectuées auprès des unités de transformation de bois

(T.I.B-SOMAMI-FANALAMANGA)

Les matières premières disponibles dans chaque unité de transformation de bois sont

résumées

dans le tableau suivant :

Tableau 1 : Matières premières disponibles

Unité de production

TIB SOMAMI FANALAMANGA

Quantité Quantité Quantité Type : Essence

Transformé : Pins

Transformé : Pins

Transformé : Pins Reboisement : eucalyptus

In Put Grume brute (ø 19 à 25) (ø 26 à 34 )

4000 m3/mois

Bois équarris Grume brute (ø 19 à 25 ) (ø 26 à 34 )

Produits Planche Chevron Bois équarris

Bois équarris Planche, madrier, meuble, Plateaux, Voliges, jante, plinthes, chambrales, charbon de bois

Marché Exportation Exportation Local Déchets Dosse

Délignures Sciures et copeaux Plaquette

156 m3/j 300 m3/j

Sciures et Copeaux

2 m3/j Ecorces, Délignures Plaquette Dosses Sciures et copeaux

10 m3/j

Utilisation

possible

des

déchets

Séchoir, Carbonisation, Clôture, Combustible industriel, Boulangerie, Briqueterie, Séchoir, Gazogène, Stirling rotor, Panneaux agglomérés, Lamelles

collées.

Combustible, Boulangerie, Briqueterie, Séchoir, Gazogène, Stirling rotor, Panneaux agglomérés, Lamelles

collées

Charbon de bois, Clôture, Combustible, Boulangerie, Briqueterie, Séchoir, Gazogène, Stirling rotor, Panneaux agglomérés, Lamelles collées

SITUATION ENERGETIQUE DE LA REGION

Le bois tient la place la plus importante dans la région comme source d’énergie. Aucune usine de transformation industrielle de bois de le région n’utilise pas les déchets (sciures, copeaux, dosse,…) pour leur besoin énergétique. Le Charbon de bois La région de Mangoro-Alaotra est le principal producteur de charbon de bois pour la ville d’Antananarivo. Beaucoup de groupements de paysans font le métier de charbonnier. Des enquêtes effectuées aux alentours de quelques usines de transformation de bois, en particulier : le T.I.B ; la SOMAMI et le FANALAMANGA, nous ont permis d’avoir des données relatives à la production de charbon de bois de la région : La technologie utilisée est la carbonisation en meules traditionnelles Caractéristiques des meules :

• 1er type : L=5m ; l=2m ; h=1m. • 2ème type : L=8m ; l=2m ; h=1m

La production est souvent fonction de la condition météorologique (Beau ou Mauvais Temps) :

• Pendant les beaux temps, le 1er type de meule donne 25 sacs de 30Kg et le 2ème type environ 50sacs de 30Kg

• Pendant les temps pluvieux, le 1er type permet d’avoir 15 sacs de 30 sacs et le 2ème type environ 20 sacs de 30Kg

Des groupements de paysans font le métier de charbonnier : a- Les charbonniers du T.I.B Ce sont des paysans qui se regroupent et contractent avec la société T.I.B. Leur association comprend treize groupements différents. Ils utilisent le 1er type de meule dont le cycle de carbonisation est de 7jours. Les enquêtes effectuées auprès d’eux nous ont permis d’avoir les données résumées dans le tableau suivant : Tableau 2 : Quantité de déchets journaliers et de charbons produits par groupement et par mois Nombre de Groupement

Déchets journaliers du T.I.B

Nombre de fours de carbonisation /jour/groupement

Production mensuelle de charbon par groupement

Quantité de dosse par jour et par groupement ( m3 )

Beau Temps

Mauvais Temps

13 12 4 100 60

b- Les charbonniers d’Andranokobaka et de Fanalamanga

Ce sont des charbonniers occasionnels qui sont arrivés à Andranokobaka après la crise 2002, pour faire du charbon avec des bois de pins non exportés dus à la crise2002 (pas de carburant, barrage routière). Ils contractent avec la société Fanalamanga. Deux équipes différentes assurent le travail de charbonnier. Ils utilisent le 2ème type de meule et la durée du cycle de carbonisation :est de 15 jours. La production mensuelle de charbon à Andranokobaka, est présentée dans le tableau ci-après. Tableau 3 : Quantité de charbon produit par mois et par équipe

Nombre équipe Nombre de fours de

carbonisation par équipe et par

quinzaine

Production mensuelle par équipe

(nombre de sacs)

B.T M.T

2 20 2000 800

Le bois de feu La majorité de la population de la région utilise le bois de feu comme combustible. Ils avancent les raisons suivantes comme justification :

• Disponibilité ; • Utilisation facile sans aucune transformation ; • Rapidité de la cuisson ; • Qualité d’utilisation : meilleurs goût des aliments cuits au feu de bois ;

Seuls les hôteliers, les cadres de la société de transformation de bois, les instituteurs publics et les épiciers qui utilisent le charbon de bois. VENTE DE CHARBON La vente de charbon se fait localement par les exploitants charbonniers dont le prix varie selon la grosseur des sacs :

• 10 000 fmg pour le sac de 30 Kg • 12 500 fmg pour le sac de 35Kg à 40 Kg

La vente de charbon dans la localité est réservée uniquement pour une utilisation domestique. La totalité du charbon produit dans la région est acheminée par voie terrestre (camionneur particulier) vers Antananarivo et vers Andasibe.. Par contre, aucune utilisation industrielle n’a pas été enregistrée dans la localité à part celle de l’usine de production de chaux : Pouzzolane d’Ambatondrazaka, qui a fait son approvisionnement en charbon de bois dans la région durant les années :1998,1999 et 2000. Bilan Global de la Vente de charbon

En se référant seulement sur la production mensuelle de charbon de bois des charbonniers du T.I.B et d’Andranokobaka sans tenir compte celle du Fanalamanga, on peut dire que ces charbonniers produisent mensuellement :

• charbonniers du T.I.B :-B.T :1300 sacs avec un prix minimum de 13 000 000fmg -M.T : 780 sacs avec un prix minimum de 7 800 000fmg

• charbonniers d’Andranokobaka : :-B.T :4 000 sacs avec un prix minimum de 40 000 000fmg :-M.T :1600 sacs avec un prix minimum de 16 000 000fmg

ANNEXE IV

Résultats d’enquêtes réalisés par le Centre National de Recherches Industrielle et Technologique (CNRIT) dans la région de Marovoay : « VALORISATION DE LA BALLE DE RIZ DANS LA REGION D E MAROVOAY » CONTEXTE

La plaine de Marovoay, connue sous l’appellation « Plaine de la basse Betsiboka », est considérée comme étant le second grenier à riz de Madagascar après celui du lac Alaotra, grâce à l’immense étendue de plaines cultivables d’une superficie de 27.000 ha. Cette région possède aussi la particularité exceptionnelle de pouvoir produire trois récoltes rizicoles par an. Trois modes de culture, utilisant cinq variétés de riz dont : l’alicombo 1583 (riz de luxe), le Boina 1329, le Tsipala 1804, l’IR 8 et l’IR 20, sont pratiquées dans la région notamment

- la culture de riz irriguée par gravitation ou inondée, pratiquée particulièrement dans la partie sud et Ouest de la région et longeant de part et d’autre de la rivière de Betsiboka. On y trouve le riz dénommé localement : « vary jeby. »

- La culture de riz pluviale et des marais, pratiquée dans la partie Nord jusqu’à l’est de la région et ayant non seulement comme source d’approvisionnement en eau : les lacs d’Andranomandevy, de Ravelobe et la rivière Vavanimarovoay, mais aussi les 9 stations de pompage assurant à chaque saison culturale la gestion et la répartition de l’eau à toutes les surfaces rizicoles. On y trouve le riz dénommé localement : « vary Atriatry » et « vary Asara. »

Différentes sociétés dont : la CAIM (Compagnie Agricole et Industrielle de Marovoay), la SOMIA (Société Malgache Industrielle et Agricole), la FIFABE (Fikambanana ny Fampandrosoana ny Lemak’i Betsiboka) et la SORIMA (Société Rizicole de Marovoay) se sont succédées dans la région. La plupart de ces sociétés rencontrent différentes sortes de problèmes, notamment :

- la mauvaise gestion ; - la réduction de la surface cultivable, (problèmes de gestion de l’eau, difficulté

d’approvisionnement en carburant, ensablement des rizières …) ; - le retard du fond alloué par l’état pour la réhabilitation des infrastructures ( curage

des canaux, panne de la station de pompage …). La succession de dirigeants au sein de ces sociétés crée des problèmes d’ordre socio-

économique. Les infrastructures nécessaires au bon déroulement de la campagne rizicole à chaque

saison culturale ne sont jamais prêtes à temps. Une association des usagers des réseaux de distribution d’eau de la plaine de la Basse

Betsiboka dénommée F.B.M ou « Fedarasion’i Boina Miray », a pris l’initiative de prendre la relève pour l’exploitation tout entière de la plaine de Marovoay depuis le 16 Novembre 1999. L’association a lancé le défi de faire mieux que les grandes sociétés d’état antérieurement installées.

Dans ce rapport nous allons essayé de récapituler : - les résultats de l’enquête in-situ sur les potentialités de la région en déchets

agricoles et particulièrement en balles de riz ; - la situation énergétique de la région ; - la localisation d’un lieu favorable pour l’emplacement d’un carbonisateur LES MATIERES PREMIERES Les enquêtes et collectes des données dans la région nous ont permis de connaître la

production rizicole dans la plaine de la basse Betsiboka durant la campagne 2001 – 2002.

Les résultats sont résumés dans le tableau suivant: Tableau 1 : La production rizicole de la plaine de la basse Betsiboka (2001 – 2002) Produits locaux

(Riz) Surface

cultivable (ha) Surface cultivée

(ha) Production par saison paddy (t)

Rendement par hectare

Asara 2.000 1.300 2.600 2 Atriatry 16.000 1.900 10.000 2,5

Jeby 20.000 13.000 39.000 3 Total 38.000 16.250 51.600

On trouve que, seulement 42,76% des terres cultivables sont exploités, et que pour une saison culturale on peut assurer la disponibilité de 17.200 tonnes de balles de riz. La connaissance du calendrier agricole dans le Fivondronana de Marovoay permet de déterminer les moments propices pour la collecte des balles de riz: Vary Asara :

Janvier : pépinière Fin janvier - fin février : repiquage Fin février – début avril : végétation Début avril – début juin : récolte Vary Atriatry : Fin février – fin mars : pépinière Fin mars – fin avril ; repiquage Fin avril – fin juillet : végétation Fin juillet – fin septembre : récolte Vary Jeby : Fin mars – fin mai : pépinière Fin mai – fin juillet : repiquage Fin juillet – fin septembre : végétation Fin septembre – fin décembre : récolte

Les autres matières premières

Tableau 2 : Les produits agricoles de la région

Produits Surface cultivée (ha)

Production (t) Rendement par hectare

Année Superficie (ha)

Manioc 1995 1996 1997

1115 1500 1620

5575 7726 9720

5 5,2 6

Maïs 1995 1996 1997

340 622 655

378 950 1143

1,1 1,5 1,7

Canne à sucre 1997 145 3950 27,24 Arachide 1997 495 735 1,48

. Réserve forestière Le « Fivondronana » de Marovoay a une réserve forestière de 6 265 ha, dont le parc national

d’Ankarafantsika où on trouve des ressources ligneuses endémiques, notamment : - le Manary ou palissandre ; - le Mangarahara ou sternospharmum ; - le Madiro ou le tamarinier.

On trouve également les mangroves sur les bords du fleuve Betsiboka et sur les côtes à la périphérie ouest de la région.

SITUATION ENERGETIQUE DE LA REGION

En général, c’est le bois qui est utilisé comme source d’énergie dans la région. Avant 2001, le parc national d’Ankarafantsika etait la principale source d’approvisionnement en combustible (charbon de bois et bois de chauffe) de la région de Marovoay et de la ville de Mahajanga.

Etant donné actuellement, il est difficile d’obtenir des autorisations d’exploitation forestière dans cette réserve naturelle d’Ankarafantsika, ce sont les différents lots de jujubiers et de manguiers éparpillés dans toutes les communes qui sont les sources d’approvisionnement en combustible de la région. .

a) Le charbon de bois Les plus grands consommateurs de charbon de bois de la région sont les habitants de la

commune urbaine de Marovoay, d’Ankazomborona, de Mahajanga et des localités longeant la R.N 4 (Antananarivo-Mahajanga). Les plus grands producteurs de charbon de la région sont la population du Fokontany d’Ambatomasazy de la commune de Marosakoa et celle du fokontany de Mangatelo de la commune d’Amboromalandy. La technologie utilisée pour obtenir du charbon est la meule traditionnelle dont les caractéristiques sont :

• 1er type : Longueur : 5m ; largeur :2m ; hauteur : 0,5m • 2ème type : longueur : 4m ; largeur : 2m ; hauteur : 1m

La production en beau temps étant de: • 1er type : 20 sacs (bois sec) • 2ème type : 10 sacs (bois sec)

Tandis qu’en mauvais temps, elle est de : • 1er type : 9 sacs • 2ème type: 4 sacs

N.B: 1sac de charbon de bois pèse environ 25 Kg Le cycle de carbonisation est de 15 jours

1- Les charbonniers d’Ambatomasazy (Commune de Marosakoa) Les charbonniers d’Ambatomasazy, forts de 50 membres sont regroupés dans une

association dénommée FITAMAHA (« Fikambanan’ny tantsaha Mpanao Harina »). Avant l’interdiction de la coupe de bois dans le parc d’Ankarafantsika, l’association se ravitaille en bois dans le parc et produit du charbon dans des meules construites à la proximité de leur village afin d’éviter la destruction (incendie) de la forêt, source d’approvisionnement. Actuellement, l’association achète des lots de jujubiers et de manguiers à des particuliers. Production annuelle : l’association produit au minimum 768 sacs de 25Kg chacun, avec un prix de 7.500 Fmg/sac. Soit par an, l’association reçoit : 768 sacs x 7.500 Fmg = 5.760.000 Fmg Il est à noter que le travail de charbonnier est complémentaire à celui de la riziculture, la principale activité de la population. Il est effectué pendant la saison morte du calendrier

cultural. 2- Les charbonniers de Mangatelo (Commune Amboromalandy)

Ils sont regroupés dans une association forte de 40 membres avec une cotisation de 30.000 Fmg/an. En plus de leur activité principale de riziculture, ils fabriquent du charbon de bois à partir des lots de jujubiers et de manguiers achetés à des particuliers. La production annuelle de l’association est en moyenne de 1.500 sacs de charbon de bois de 25Kg chacun, avec un prix unitaire de 7.500 Fmg. Soit, pour les 1.500 sacs, on a : 1.500 sacs x 7.500 Fmg = 11.250.000 Fmg Les problèmes des charbonniers de Mangatelo sont la conduite de la carbonisation des tiges de jujubiers de faible diamètre, de 4 à 5cm. A chaque fin de cycle de carbonisation, on récupère 4 sacs de bois non carbonisés.

b) le bois de chauffe C’est le combustible domestique le plus utilisé dans la région du fait de sa disponibilité et de sa particularité :

- Facile à utiliser (même sans foyer); - Rapide pour la cuisson ; - Meilleur goût des aliments cuits avec le bois.

Au marché de Marovoay, 4 tiges de bois coûtent : 250 Fmg. Ce sont parfois des bois d’œuvre (Palissandre…).

c) Les balles de riz Les balles de riz sont utilisées pour :

- La cuisson de brique (très faible utilisation dans la région) - L’isolation thermique de glacières artisanales servant à transporter des glaces, des

jus de fruits…au marché Lors du fonctionnement normal de l’usine de la société « SORIMA », les balles de riz

ont été utilisées comme combustible pour une centrale thermique qui alimente en électricité la ville de Marovoay.

La consommation de la centrale thermique était de 8 tonnes/jour de balles de riz. Actuellement, c’est la centrale thermique de la JIRAMA de 45KVA qui assure

l’éclairage et l’adduction d’eau dans toute la commune urbaine de Marovoay avec ses 906 abonnés.

L’ASSOCIATION F.B.M ET LA RIZICULTURE A MAROVOAY La F.B.M, constituée à majeure partie dse natifs de Marovoay, a comme objectif

principal de relancer la riziculture dans la plaine de la basse Betsiboka, afin que celle-ci retrouve sa célébrité d’antan : « le second producteur rizicole de Madagascar » Pour atteindre cet objectif, la F.B.M envisage de :

1- Ne dépendre que de sa propre force. Elle n’a pas de bailleurs de fond. C’est la cotisation annuelle de chaque membre s’élevant à 31.600 Fmg par hectare qui assure le fonctionnement et les travaux relatifs à l’exploitation de la plaine de Marovoay ;

2- Faire une extension de la surface cultivable ; 3- Gérer la vente du riz dans toute la région.

LOCALISATION DE L’EMPLACEMENT DU CARBONISATEUR Afin d’assurer la mise en place au bon endroit d’un carbonisateur, nous avons effectué

un inventaire des décortiqueuses et dépailleurs dans la région : Tableau 3 : Les décortiqueuses - dépailleurs

Commune Nombre de Décortiqueuses/dépailleurs

Pourcentage par commune (%)

Marovoay ville 36 50

Marovoay banlieue Amboromalandy Ambolomoty Besakarivo Manaratsandry Tsararano

03 08 10 03 08 04

4,20 11,11 13,88 4,20 11,11 5,5

Total 72 Source: Zone de vulgarisation Agricole MINAGRI

Compte tenu de ces données, nous pensons que la commune urbaine de Marovoay est le meilleur endroit pour une opération de démonstration de la viabilité et de la faisabilité d’un carbonisateur à balles de riz.

CONCLUSION

La région de Marovoay dispose de beaucoup de déchets de balles de riz et leur valorisation peut résoudre les problèmes de déforestation et de pénurie de combustible domestique.

A part la carbonisation pour l’obtention de combustible de substitution, la valorisation des déchets par gazéification est également envisageable pour l’alimentation en électricité des nombreuses décortiqueuses et dépailleurs existants dans la région.

Le chef lieu de province Mahajanga qui se situe à 90 km de Marovoay pourrait être également approvisionné en combustible de substitution.

Ces nouvelles activités sont génératrices de revenus et contribueraient à la relance économique de la région.

ANNEXE V

Norme : NF B51 – 004

Procédure pour la détermination de l’humidité du bois

1. OBJET ET DOMAINE D’APPLICATION.

La présente norme a pour objet de fixer la méthode à utiliser pour déterminer l’humidité du

bois en vue notamment des essais physiques et mécaniques.

2. RÉFÉRENCE.

NF B 51 – 004 Bois – Conditions générales d’essais – Essais physiques et

mécaniques.

3. PRINCIPE.

Détermination par pesées, de la diminution de masse d’une éprouvette ou d’un lot

d’éprouvettes après dessiccation et calcul en pourcentage du rapport entre la diminution de

masse constatée et la masse de l’éprouvette ou du lot d’éprouvettes anhydre.

4. APPAREILLAGE.

4.1. Balance précise à 0.01 g permettant de peser à 0.5% près.

4.2. Étuve ventilée permettant de maintenir la température à 103°C ± 2°C.

4.3. Dessiccateur contenant une matière absorbante (gel de silice, alumine,chlorure de

calcium, anhydride phosphorique) assurant la dessiccation de l’air.

5. PRÉCISION DE MESURAGE.

Les incertitudes de mesurage acceptables sont les suivantes :

- masse à 0.5% près ;

- température ± 0.5°C.

6. ÉPROUVETTES.

- Reprendre les éprouvettes utilisées pour les autres essais physiques et mécaniques ou des

fragments, de forme quelconque, après rupture.

- Le mode de prélèvement et la préparation des éprouvettes sont spécifiés dans la norme NF

B 51 – 003 et dans chaque norme d’essai.

7. MODE OPÉRATOIRE.

Remarque importante :

Du fait de la méthode, l’humidité obtenue est celle de l’éprouvette au moment de la première

pesée. Effectuer cette pesée immédiatement après le prélèvement. Prendre toute précaution

pour maintenir l’éprouvette à la même humidité.

7.1. Peser l’éprouvette à 0.5% de sa masse m.

7.2. Déshydrater l’éprouvette dans l’étuve (4.2) jusqu’à masse constante. La masse de

l’éprouvette est considérée comme constante lorsque la perte de masse entre deux pesées

successives effectuées à 4 heures d’intervalles est inférieure ou égale à 0.5% de la masse

d’éprouvette.

7.3. Peser l’éprouvette anhydre ) 0.5% de sa masse après son refroidissement dans le

dessiccateur (4.3) (m0). Cette pesée doit être effectuée rapidement afin d’éviter une reprise

d’humidité supérieure à 0.1%.

8. EXPRESSION DES RÉSULTATS.

8.1. Calculer l’humidité H de chaque éprouvette exprimée en pourcentage à l’aide de la

formule suivante :

1000

0 xm

mmH H −

=

où,

mH - est la masse, en grammes, de l’éprouvette avant dessiccation ;

m0 - est la masse, en grammes, de l’éprouvette anhydre.

Indiquer le résultats à 0.1% près.

8.2. L’humidité du lot d’éprouvettes est égale à la moyenne arithmétique arrondie à 0.1% des

résultats obtenus sur chaque éprouvette.

ANNEXE VI

Procédure pour la détermination des taux d’humidité, de cendres, de matières volatiles et de

carbone fixe du charbon de bois.

Norme : NF B 55 - 101

DÉTERMINATION DU TAUX DE L’HUMIDITÉ D’UN CHARBON :

1 / But

Connaître la teneur en eau d’un échantillon de charbon de bois.

Cette valeur analyse accompagne toute détermination de PCS, taux de cendres et indice de

matières volatiles à effectuer sur le charbon de bois.

2 / Principe

Séchage à 105°C ± 3°C d’une prise d’essai pendant 1 heure à 1heure 3 0 dans une étuve à

air chaud (1).

Calcul de l’humidité à partir de la perte de masse par rapport à la masse initiale.

3 / Échantillonnage

Particules de charbon de diamètre inférieur à 0.20mm.

4 / Mode opératoire

Sécher le récipient dans une étuve à 105°C et refro idir dans le dessiccateur, puis peser (m1).

2 à 3 g (pesés à 0.1 mg près) de charbon (m1) sont introduits dans une boîte à tare

préalablement séchée à 105°C, refroidie et pesée.

Répandre uniformément le charbon dans le récipient, et le placer dans l’étuve chauffée à

105°C pendant 1 heure à 1heure 30. Sortir et placer l'ensemble dans le dessiccateur

pendant 30 min puis peser à 0.1 mg près (m2)

• Effectuer 2 déterminations sur chaque échantillon

5 / Expression des résultats

L’humidité du charbon exprimée en pourcentage massique est donnée par la formule :

m1 = masse du récipient vide et sec

m2 = masse du récipient + masse d’échantillon avant étuvage

m3 = masser du récipient + masse d’échantillon après étuvage et refroidissement

(1) Dans le cas d’un charbon défourné peu de temps avant son analyse (quelques heures) ,

le temps de séjour de l’échantillon dans l’étuve peut être raccourci (30 min)

Hm m

m mx=

−

−

2 3

2 1

100

DETERMINATION DU TAUX DE CENDRES DANS LE CHARBON :

1 / But

Déterminer le taux de résidu obtenu après combustion du charbon

2 / Principe

Combustion d’une prise d’essai dans un four à moufle à 950°C.

Le taux de cendre correspond à la quantité de résidu, rapporté à la masse de la prise

d’essai.

Parallèlement, on doit procéder à la détermination de l’humidité de l’échantillon.

3 / Echantillonnage

Granulométrie de l’échantillon inférieure à 0.20 mm.


Calciner une nacelle de silice au four à 950°C pend ant 20 min . Refroidir 30 min dans un

dessiccateur et peser à 0.1 mg (m1)

• Peser dans la nacelle 1 à 2 g de l’échantillon à 0.1 mg près (m2).

• Répandre le charbon uniformément dans la nacelle

• Placer la nacelle dans le four à moufle (la température initiale du four ne doit pas

dépasser 300°C) et chauffer le four à une vitesse d e 250 à 300°C / heure pour atteindre

950°C ± 20°C.

• Maintenir la nacelle pendant 3 heures à cette température puis sortir et refroidir dans le

dessiccateur.

• Peser à 0.1 mg près (m3) . Effectuer 2 déterminations sur chaque échantillon.


La teneur en cendres exprimée en pourcentage en masse du combustible brut est donnée

par la formule suivante :

m1 = masse en grammes de la nacelle

m2 = masse en gramme de la nacelle et du charbon

m3 = masse en grammes de la nacelle et des cendres

Cem m

m mx=

−−

3 2

2 1

100

ANNEXE VII

DETERMINATION DE L’INDICE DE MATIERES VOLATILES DAN S LE CHARBON

DE BOIS

1 / Définition

L’indice de matières volatiles est la perte de masse exprimée en pourcentage, obtenue dans

des conditions normalisées, après pyrolyse du charbon chauffé à l’abri de l’air, abstraction

faite de la perte de masse due à l’évaporation de l’eau de l’humidité.

2 / Principe

*chauffage d’un échantillon à l’abri de l’air, à 950°C pendant 1 heure

*protection du charbon contre l’oxydation, lors de la pyrolyse, réalisée à l’aide de charbon de

bois recouvrant le creuset contenant l’échantillon (méthode du double creuset)

*détermination en parallèle de l’humidité de l’échantillon

3 / Echantillonnage

*particules de charbon de diamètre inférieur à 0.20mm


• Chauffer au préalable dans un four à moufle, pendant 30 min à 950 °C ± 20°C un creuset

en silice muni de son couvercle, le refroidir au dessiccateur et le peser à 0.1 mg près (m1).

• Introduire dans le creuset 2 à 3 g de l’échantillon, peser à 0.1 mg près (m2).

• Recouvrir le fond d’un deuxième creuset de silice de taille supérieure par une couche de

1cm de charbon de bois.

• Recouvrir le fond d’un deuxième creuset de silice de taille supérieure par une couche de 1

cm de charbon de bois.

• Introduire le creuset contenant l’échantillon à analyser, muni de son couvercle dans le

grand creuset de silice et remplir totalement de charbon de bois. Couvrir par le couvercle

et placer l’ensemble dans le four à moufle à 950 °C± 20°C.

• Laisser séjourner pendant 1 heure à cette température, refroidir tout dans un dessiccateur

puis sortir le creuset contenant l’échantillon, nettoyer l’extérieur avec un pinceau et peser

à 0.1 mg près (m3).

• Effectuer 2 déterminations sur chaque échantillon.


L’indice de matières volatiles en pourcentage en masse de l’échantillon est égal à :

m1 = masse en gramme du creuset vide et de son couvercle.

m2 = masse en gramme du creuset, du couvercle et de l’échantillon avant chauffage.

m3 = masse en gramme du creuset, de son couvercle et de son contenu après chauffage.

H = humidité en pourcentage massique de l’échantillon analysé.

DETERMINATION DE L'INDICE DE CARBONE FIXE DANS LE C HARBON DE

BOIS.

L’indice de carbone fixe est déterminer par différence, alors par :

MVm m

m mH=

−−

−100 2 3

2 1

.( )

CF H MV Cebrut( ) ( )= − + +100

CF MV Ceanhydre( ) ( )= − +100

ANNEXE VIII

M 03 - 005

Procédure pour la détermination du pouvoir calorifique supérieur et calcul du pouvoir

calorifique inférieur

1. OBJET ET DOMAINE D’APPLICATION.

La présente norme décrit une méthode de détermination du pouvoir calorifique

supérieur à volume constant des combustibles solides. Elle donne également une

méthode de calcul du pouvoir calorifique inférieur

2. RÉFÉRENCE.

M 03 – 005 - Combustibles minéraux solides – Détermination de l’humidité d’une

prise d’essai pour l’analyse générale d’un combustible solide naturel – Méthodes

volumétrique et gravimétrique directes.

3. DÉFINITIONS.

Pouvoir calorifique supérieur.

Quantité de chaleur, exprimée en joules par gramme, dégagée par la combustion

complète de l’unité de masse du combustible, l’eau produite étant entièrement

condensée et les autres produits de la combustion ramenés à la température initiale

fixée à 25°C.

Pouvoir calorifique inférieur.

Quantité de chaleur exprimée en joules par gramme, dégagée par la combustion

complète de l’unité de masse du combustible, l’eau demeurant à l’état de vapeur et

les autres produits de la combustion étant ramenés à la température initiale fixée à

25°C, il est plus directement utilisable dans les c onditions normales de combustion.

4. PRINCIPE.

Combustion d’une prise d’essai de masse déterminée en présence d’oxygène dans

une bombe calorimétrique.

Pouvoir calorifique supérieur déterminé dans ces conditions, c’est à volume constant,

se calcule à partir de l’élévation de température constatée, compte tenu des

réactions chimiques secondaires et éventuellement des pertes thermiques.

Le pouvoir calorifique inférieur est déterminé par calcul.

5. RÉACTIFS.

- L’eau utilisée doit être distillée ou déminéralisée.

- Oxygène sous pression et exempt de matières combustibles.

6. APPAREILLAGE.

6.1. Calorimètre adiabatique.

- Vase calorimètre en métal destiné à recevoir la bombe et muni d’un couvercle. Sa

section doit être telle que la bombe soit juste immergée avec 2 litres d’eau environ.

- Jaquette – récipient métallique calorifugé, et comportant une double paroi remplie

d’eau.

- Agitateur – permettant de mesurer le rythme du brassage.

6.2. Bombe calorimétrique.

Surface interne inattaquable par les produits de combustion. Elle est destinée à

recevoir la coupelle et le dispositif d’allumage électrique. Elle doit être résistante à

pression de 210 bars.

Note : ces conditions définissent une bombe permettant de brûler 1 g de charbon

sous pression initiale d’oxygène n’excédant pas 30 bars et résistant avec un

coefficient de sécurité suffisant, à la pression maximale produite, sans être d’une

masse excessive. De plus, même dans le cas des combustibles riches en soufre, elle

résiste aux piqûres et à la corrosion intercristalline provenant des acides produits au

cours de la combustion.

6.3. Thermomètre.

Thermomètre gradué en 0.01°C et muni d’un dispositi f permettant les lectures à

0.002°C prés.

6.4. Coupelle.

Coupelle de forme tronconique de fond plat, en platine ou silice ou en matériau

résistant à combustion.

6.5. Fil d’allumage.

Fil en platine ou en nickel-chrome de 0.10 mm de diamètre et à coudre de coton

blanc non mercerisé.

Note : on peut employer d’un autre métal pourvu qu’il se rompe sous la tension

quand on ferme l’interrupteur du circuit d’allumage et qu’on connaisse avec précision

la quantité de chaleur dégagée.

7. ÉCHANTILLONNAGE.

Bien homogénéiser pendant une minute au moins, de préférence par moyen

mécanique, l’échantillon « sec à l’air », broyé pour passer au tamis de 0.2 mm

d’ouverture de mailles.

8. MODE OPÉRATOIRE.

8.1. Détermination de l’humidité du combustible.

En utilisant des méthodes décrites dans la norme NF B 51 – 004 (pour le bois) et NF

M 03 – 002 (pour le charbon de bois).

8.2. Prise d’essai.

Peser à 0.1 g près dans la coupelle, une masse de combustible permettant d’obtenir

une élévation de température de 2.5 à 3.5°C, ce qui correspond, avec un

appareillage dont la capacité calorifique effective de 10500J/°C, à un dégagement de

chaleur de l’ordre de 31500 J.

- Pour le bois ±1 g en morceaux ou en poudre,

- Pour le charbon ±1 g en forme de poudre.

8.3. Mode opératoire.

- Dès que la coupelle avec échantillon est placée sur le support de la bombe, relier

les deux bornes de la bombe avec le fil d’allumage de longueur et de pouvoir

calorifique connus. Le fil doit être en contact avec le combustible, mais sans toucher

la paroi de la coupelle.

- Suite, la bombe est chargée soigneusement d’oxygène jusqu’à une pression de 25

à 30 bars.

- Introduire, dans le vase calorimétrique, une quantité d’eau suffisante pour

submerger la face supérieure du couvercle de la bombe. Cette quantité vérifiée par

pesée, doit être la même à 1 g près que celle utilisée au cours de l’étalonnage pour

la détermination de la capacité calorifique effective.

- Placer la bombe dans le vase calorimétrique et celui-ci dans la jaquette, ajuster le

thermomètre, établir les connexions et mettre l’agitateur en marche. La température

de l’eau du calorimètre à jaquette adiabatique doit être inférieure à la température

ambiante de 1°C à 1.5°C.

- Noter la température initiale et fermer le circuit électrique pour provoquer l’ignition.

- Observer la température de l’eau du vase toutes les minutes jusqu’à trois lectures

successives identiques. Noter cette température comme la température finale.

- Retirer la bombe de l’intérieur du vase calorimètre et lentement faire le dégage pour

ramener la pression à la pression atmosphérique. Ouvrir la bombe et observer si le

combustible a été complètement brûlé.

- Suite retirer le reste de fil, s’il existe encore et mesurer.

9. EXPRESSION DES RÉSULTATS.

9.1. Calculer de pouvoir calorifique supérieur est calculé à l’aide de la formule

suivante :

M

baTiTfxExPCSv

)()()1855.4( −−−=

Le pouvoir calorifique supérieur à volume constant sur sec est obtenu en multipliant :

1100

100

hparPCSV −

dans laquelle :

E - équivalent en eau du calorimètre, de la bombe, de leurs accessoires

et de l’eau introduite dans la bombe,

Ti - température initiale en °C,

Tf - température finale en °C,

a - correction nécessitée par la formation d’acides,

b - correction nécessitée par la chaleur de combustion du fil d’allumage,

c - correction de la température nécessitée par l’échange de chaleur

avec l’extérieur. Celle-ci est nulle si on utilise la jaquette adiabatique,

M - masse de la prise en grammes,

h - humidité de l’échantillon sec à l’air en pourcentage en masse 1

déterminée selon la norme NF M 03 – 002.

10. Pouvoir calorifique inférieur PCIv, sur sec à l’air.

Se calcule par convention selon la formule suivante :

22 1.251868.46 hPCShxPCSPCI VVV −=−=

où,

PCIv - pouvoir calorifique inférieur en KJ/Kg,

h2 - étant la teneur en eau totale du combustible sec à l’air en

pourcentage (eau préexistante dans ce combustible et eau formée par

combustion de l’hydrogène obtenue expérimentalement lors d’une détermination

d’hydrogène du combustible selon NF M 03 – 002) ou calculée à partir de la

formule ci-après :

11

2 100

100937.8 h

hxHh +

−=

H = teneur en hydrogène en pourcentage du combustible sec.

Le pouvoir calorifique inférieur d’un combustible dont l’humidité h est différente de

l’humidité h1 de l’échantillon analysé, se calcule avec les expressions suivantes :

+−

−−

−−

= −hh

h

hhx

h

hPCSPCI VVh )100(

1001868.46

100

100

1

12

1

( ) hxh

hhxPCIPCI VVh 1868.46

100

1001868.46

11 −

−−

+=

Pour un combustible sec, le pouvoir calorifique est :

( ) ( )1

11

1 100

10025

100

1001868.46

hhPCI

hhxPCIPCI VVVS −

+=−

+=

Hh

PCSHxh

PCSPCI VVVS 224100

1001868.454

100

100

11

−−

=−−

=

ANNEXE IX

Proposition de Norme : Détermination des taux d’hum idité, de cendres, de

matières volatiles et de carbone fixe de charbons à Madagascar.

Mode opératoire à proposer par le CNRIT au bureau d es Normes du ministère

du Commerce et de l’Industrialisation Malgache

1) Teneur en humidité

a) BUT

Connaître la teneur en eau d’un échantillon de charbon de bois

b) PRINCIPE

Séchage à 105°C d’une prise d’essai pendant 1h30min dans une étuve.

c) Appareillage

Etuve, dessiccateur, balance de précision, boîte à tare en céramique (qu’on fabrique et

retrouve facilement au CNRIT)

d) Mode opératoire

Le charbon est broyé.

Une boîte à tare en céramique est pesée (m0) [à 1mg près]; elle est placée dans l’étuve

pendant 20min, séchée à 105°C, refroidie et repesée (m0’) [à 1mg près]. La différence

entre la masse à l’entrée et sortie ne doit pas dépasser 0,1mg, sinon changer la boîte.

Le charbon est ensuite introduit dans la boîte.

L’ensemble est pesé avec une balance de précision [3à 10g, (m1) [à 1mg près].

L’ensemble est placé dans l’étuve à 105°C pendant 1 h 30min. Sortir cet ensemble et le

placer dans un dessiccateur, peser à 1mg près (m2)

e) Expressions des résultats :

L’humidité exprimée en pourcentage massique est donnée par la formule :

100'01

12 xmmmmM −

−=

m0’ - masse de la boîte à vide.

m1 – masse de charbon +masse de la boîte avant l’entrée à l’étuve.

m2 – masse de charbon +masse de la boîte après la sortie de l’étuve.

2) Indice de Matières volatiles

a) BUT

Déterminer l’indice de matières volatiles qui est la perte de masse exprimée en

pourcentage, obtenue dans des conditions normalisées, après pyrolyse du

charbon chauffé en l’absence de l’air, abstraction faite de la perte de masse due

à l’évaporation de l’eau d’humidité.

b) APPAREILLAGE

Balance de précision, creuset, dessiccateur, four

c) PRINCIPE

Chauffer le charbon à l’abri de l’air à 750°C penda nt 1h.

La protection du charbon contre l’oxydation est réalisée de la manière suivante :

le couvercle du creuset en céramique est scellé avec de l’argile

d) MODE OPERATOIRE

Peser d’abord et ensuite chauffer dans le four à 750°C pendant 15 à 30min, le

creuset en céramique (m0), le refroidir au dessiccateur puis peser à 0,1mg (m0’).

La différence ne doit pas dépasser 0,1mg.

Introduire 3 à 10g de charbon dans le creuset, peser à 1mg près (m1)

Recouvrir le creuset d’argile et introduire l’ensemble dans le four à 750°C, laisser

séjourner pendant 1h, refroidir dans un dessiccateur puis enlever les morceaux

d’argile et peser à 1mg près (m2).

e) EXPRESSION DES RESULTATS

L’indice de matières volatiles en pourcentage en masse de charbon est :

Hmm

mmxMV −−−=

'01

21 )(100

m0’- masse en grammes du creuset et de son couvercle

m1 – masse en grammes du creuset+couvercle et du charbon avant chauffage

m2 – masse en grammes du creuset +couvercle et du charbon après chauffage

H – taux d’humidité (en pourcentage massique) calculé précédemment.

3) Teneur en cendre

a) BUT

Déterminer le taux de résidu après la combustion du charbon

b) PRINCIPE

Combustion du charbon à 750°C dans un four de labor atoire. La quantité de résidu est

rapportée à la masse initiale de charbon.

c) APPAREILLAGE UTILISE

Boîte en céramique, dessiccateur, four.

d) MODE OPERATOIRE

Le charbon est broyé.

Peser et faire entrer dans le four une boîte en céramique à 1mg (m0) et calciner jusqu’à

750°C pendant 15 à 20min. Refroidir dans un dessic cateur et repeser à 1mg (m0’). La

différence de masse à l’entrée et sortie ne doit pas dépasser 0,1mg. Peser le charbon

répandu uniformément dans la boîte [3 à 10g] à 1mg près (m1).

Mettre l’ensemble dans le four et chauffer à une vitesse de 2,6°C/min jusqu’à atteindre

750°C. Laisser pendant 3h à cette température puis sortir et refroidir dans un

dessiccateur.

Repeser à 1mg près (m2)

e) Expressions des résultats

La teneur en cendre exprimée en pourcentage est donnée par la formule :

'01

'02

mmmmC −

−=

m0’- masse en grammes de la boîte

m1 - masse en grammes de la boîte + le charbon avant calcination

m2 - masse en grammes de la boîte et cendres après calcination

Remarque : la montée en température jusqu’à 750°C e st dictée par la possibilité du four.

4) Taux de Carbone Fixe

Il se calcule après la détermination des données suivantes :

Humidité en % (H),

Indice de Matières Volatiles (MV),

Taux de Cendres (C),

Le taux de Carbone Fixe (CF) exprimé en pourcentage massique par rapport à la masse

de charbon brut est donné par la formule :

)(100 CMVHCF =+−=

Annexe X

Figure IV-3 Courbes d’évolution de la température à différente température de palier (400°C et 500°C)

Figure-IV-4 : Courbe de la température de Carbonis ation des espèces retenues autres que le

bois à température 500°C

Figure IV-3 Courbes d’évolution de la température à différente température de palier (400°C et 500°C)

Calcul de la vitesse de chauffe

La pente de la courbe de tendance nous montre la vitesse de montée en

température de la biomasse dans le four. Les résultats sont obtenus à partir des

Profils de température de pyrolyse de chaque matière première et suivant la

température de palier.

Pyrolyse sur four CNRIT

Détermination de la vitesse de chauffe pendant la c arbonisation de sciures de pinus kashya

y = 137,91x + 2,71

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

sciures de pinuskhashya

copeaux de pinuskhashya

morceaux de pinuskhashya

Linéaire (sciures depinus khashya)

Détermination de la vitesse de chauffe pendant la c arbonisation de sciures d'eucalyptus

y = 132,16x - 2,5424

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

pér

atur

e en

°C

sciures d’eucalyptusglobulus.

copeaux d’eucalyptusglobulus

morceauxd’eucalyptus globulus.

Linéaire (sciuresd’eucalyptusglobulus.)

Détermination de la vitesse de chauffe pendant la carbonisation de balles de riz, de raffles de maïs et d'herbes hyparrhénia rufa.

y = 129,78x - 7,82

y = 144,5x - 5y = 138,97x - 12,43

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

balles de riz

rafles de mais

herbes

Linéaire(balles de riz)

Linéaire(rafles de

Détermination de la vitesse de chauffe pendant la c arbonisation de différentes coques

y = 128,02x - 8,38

y = 139,16x + 5,96y = 138,63x - 0,97

-100

0

100

200

300

400

500

0 1 2 3 4 5 6

Temps (h)

Tem

péra

ture

en

°C

coquesd’anacardes

coquesd’arachides

coques de noixde coco(coprah)

Linéaire(coquesd’arachides)

Linéaire(coquesd’anacardes)

Linéaire(coques de noixde coco

Pyrolyse sur réacteur cornu

Détermination de la vitesse de chauffe pendant la p yrolyse de sciure de pinus kashya

y = 2,6879x - 35,899

y = 3,7813x - 50,877

0

100

200

300

400

500

600

00:01 02:02 04:02 06:02

temps (hh:mm )

tem

péra

ture

s (°C

) Haut Cornue

Centre Cornue

Consigne

Linéaire (CentreCornue)

Linéaire (Haut Cornue)

Pyrolyse sur four tubulaire

Détermination de la vitesse de chauffe lors de la p yrolyse flash de sciure de pinus kashya

y = 14,43x + 26,654 y = 9,1794x + 98,595

y = 39,641x - 89,648

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

20.0

9.20

04 1

1:44

:27

20.0

9.20

04 1

1:44

:57

20.0

9.20

04 1

1:45

:27

20.0

9.20

04 1

1:45

:57

20.0

9.20

04 1

1:46

:27

20.0

9.20

04 1

1:46

:57

20.0

9.20

04 1

1:47

:27

20.0

9.20

04 1

1:47

:57

20.0

9.20

04 1

1:48

:27

20.0

9.20

04 1

1:48

:57

20.0

9.20

04 1

1:49

:27

20.0

9.20

04 1

1:49

:57

20.0

9.20

04 1

1:50

:27

20.0

9.20

04 1

1:50

:57

Temps [jj.mm.aaaa hh: mn :ss]

Tem

péra

tue

en °C

A 500°C

A 400°C

A 700°C




Courbe de tendance de la pyrolyse flash de sciure d 'éucalyptus

y = 13,72x - 12,727

y = 29,757x - 84,994

y = 7,975x + 44,7

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

12.1

0.200

4 14:05

:32

12.1

0.2004

14:06

:02

12.1

0.2004

14:06

:32

12.1

0.200

4 14:07

:02

12.1

0.2004

14:07

:32

12.1

0.2004

14:08

:02

12.1

0.200

4 14:

08:32

12.1

0.2004

14:09

:02

12.1

0.2004

14:09

:32

12.1

0.200

4 14:

10:02

12.1

0.2004

14:10

:32

12.1

0.2004

14:11

:02

12.1

0.200

4 14:

11:32

12.1

0.2004

14:12

:02

12.1

0.2004

14:12

:32

12.1

0.200

4 14:

13:02

12.1

0.2004

14:13

:32

12.1

0.2004

14:14

:02

12.1

0.200

4 14:

14:32


Tem

péra

ture

en

°C A 500°C

A 700°C

A 400°C




Courbe de tendance de la pyrolyse de coques d'arach ide

y = 12,516x + 9,3337

y = 18,635x + 30,508

y = 36,261x + 23,99

0

100

200

300

400

500

600

700

800

29.1

0.20

04 1

2:00

:44

29.1

0.20

04 1

2:01

:14

29.1

0.20

04 1

2:01

:44

29.1

0.20

04 1

2:02

:14

29.1

0.20

04 1

2:02

:44

29.1

0.20

04 1

2:03

:14

29.1

0.20

04 1

2:03

:44

29.1

0.20

04 1

2:04

:14

29.1

0.20

04 1

2:04

:44

29.1

0.20

04 1

2:05

:14

29.1

0.20

04 1

2:05

:44

29.1

0.20

04 1

2:06

:14

29.1

0.20

04 1

2:06

:44

29.1

0.20

04 1

2:07

:14

29.1

0.20

04 1

2:07

:44

29.1

0.20

04 1

2:08

:14


Tem

péra

ture

en

°C A 400°C

A 500°C

A 700°C




Courbe de tendance de la pyrolyse Flash de copeaux de pinus kashya

y = 10,126x + 0,7433

y = 18,497x + 81,894

y = 40,668x - 15,149

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

23.09.2004 16:52:29

23.09.2004 16:52:59

23.09.2004 16:53:29

23.09.2004 16:53:59

23.09.2004 16:54:29

23.09.2004 16:54:59

23.09.2004 16:55:29

23.09.2004 16:55:59

23.09.2004 16:56:29

23.09.2004 16:56:59

23.09.2004 16:57:29

23.09.2004 16:57:59

23.09.2004 16:58:29

23.09.2004 16:58:59

23.09.2004 16:59:29

23.09.2004 16:59:59

23.09.2004 17:00:29

23.09.2004 17:00:59

23.09.2004 17:01:29

23.09.2004 17:01:59


Tem

péra

ture

en°

C A 400°C

A 500°C

A 700°C

Linéaire (A400°C)Linéaire (A500°C)Linéaire (A700°C)

Tableau récapitulatif - Vitesse de montée en température

Espèces Vitesse de montée en température en °C/min

Carbonisation Pyrolyse lente Pyrolyse rapide

700°C 500°C 400°C

pinus keshya 2,30 3,78 39,54 ; 14,43 9,1

Eucalyptus 2,20 2,96 29,75 13,72 7,97

Balles de riz 2,16 - 43,23 14,88 10,3

Coques

d’arachide

2,10 - 36,28 18,6 12,51

ANNEXE XI

MESURE DE LA PUISSANCE DEGAGEE PAR LA COMBUSTION DU

CHARBON

Protocole

Allumage

La méthode retenue pour enflammer le charbon de bois consiste à utiliser 40g d'éthanol.

Cet alcool brûle entièrement et rapidement, provoquant l'entrée en combustion du charbon. Le

principal avantage est un allumage instantané.

Le foyer

La masse de combustible est fixe pour chaque foyer et dépend de la contenance de celui-ci.

Le foyer utilisé est de fabrication malgache et pour le charbon végétal de référence de type

SAKKANAL, la masse de charbon est de 500g.

Il permet le suivi des 3 différentes phases de la combustion.

La phase d'allumage se termine aux premières flammes visibles. On observe un rougeoiement

de plus en plus intense. C'est une phase de courte durée, souvent inférieure à 10mn.

La phase de flamme est déterminée visuellement dès l'apparition de la première flamme à la

disparition de la dernière. Elle est plus ou moins longue. Cette phase est caractérisée par une

perte de masse rapide et une température élevée.

La phase de braise est différenciée de la phase précédente par l'arrêt des flammes, mais ces

deux phases se chevauchent en grande partie.

Le dispositif expérimental

La perte de masse est suivie en continu

Les températures de combustion sont mesurées immédiatement au-dessus du foyer et dans la

cheminée

L'ensemble des mesures et des appréciations visuelles permet de fournir :

• Une courbe des températures au-dessus du foyer et de la cheminée • Une courbe des pertes de masse, qui permet par référence au pouvoir calorifique du

produit testé de tracer une courbe des puissances. Manipulation pour du Charbon Végétal (France)

PC

Printer

Balance

Enceinte

Foyer

Cheminée avec hotte

sonde Thermocouples

ANNEXE XII

MESURE DE LA SURFACE SPECIFIQUE

La mesure de la surface spécifique d’un charbon actif constitue l’une des

principales méthodes de caractérisation. Le résultat est obtenu par application de la méthode

BET mise au point par BRUNAUER, EMMET et TELLER qui détermine la surface

spécifique en fonction de la quantité adsorbée. L’appareillage utilisé est un QUANTASORB

JUNIOR.

Principe de fonctionnement du QUANTASORB JUNIOR.

Une masse connue de charbon actif à analyser est introduite dans une cellule en verre,

puis mis en dégazage pendant une heure minimum à 200°C.

La cellule est ensuite placée sur le circuit gazeux de l’appareil afin d’être traversée par le gaz

d’étude (azote entraîné par un gaz porteur inerte : helium), puis plongée dans un dewar

contenant de l’azote liquide à sa température de vaporisation (-196 °C) : nous sommes en

phase d’adsorption de l’azote. Une fois le signal stabilisé (très important), la cellule est retirée

du dewar et plongée dans un bêcher contenant de l’eau pour ramener rapidement la cellule à

température ambiante : c’est la phase de désorption. L’appareil nous donne alors la valeur de

la surface du signal de désorption.

Ensuite nous mesurons la valeur de volume gazeux qui a été adsorbé puis désorbé c’est

la phase de calibration. Pour ce faire, nous injectons au niveau de la cellule à l’aide d’une

seringue à gaz un volume connu du mélange gazeux. Le volume introduit doit nous donner la

même valeur du signal de désorption avec une marge de 15%. Ces manipulations sont

réalisées à trois pressions relatives P/Po précises de 0,1, 0,2 et 0,3 sachant que :

P/Po = PN2/(PT*Po) et PT= PN2 + PHe

Avec P la pression de l’azote dans le mélange (N2 + He)

PN2 et PHe les pressions partielles en azote et en hélium

Po la pression de vapeur saturante d’azote (Po = 1atm à –196°C)

Connaissant le volume de mélange gazeux injecté et la surface d’encombrement d’une

molécule d’azote (σ = 16,2 Å2), nous pouvons en déduire en appliquant la méthode BET la

surface d’adsorption et la surface spécifique de notre charbon actif. Au cours de la phase de

calibration, des problèmes de mesure peuvent intervenir. En effet, nous devons utiliser des

seringues d’un volume de 10ml pour obtenir un signal correspondant à celui de désorption.

De plus, des phénomènes de compression ou de détente de gaz peuvent se produire au cours

du prélèvement du gaz ou au cours de l’injection ce qui provoque une erreur sur la quantité de

gaz de calibration.

Sachant que l’on a une erreur de lecture plus ou moins importante pour une seringue de

10ml que pour une seringue de plus petit volume (1ml par exemple), il nous faut effectuer des

mesures BET sur des charbons de telle façon que le volume à injecter soit de 1ml. Cela nous

permettra de compter les surfaces spécifiques des charbons actifs à différents volumes

injectés. Cela permettra ainsi de vérifier la représentativité de l’échantillon par rapport à notre

charbon.

Représentativité des résultats

Ce test de représentativité est réalisé en étudiant la surface spécifique du charbon Ho. Pour

cela, nous effectuons deux mesures de surfaces à partir de deux quantités différentes de

charbon introduit dans la cellule en verre.

La première mesure est effectuée avec X mg de Ho et une seringue de 1ml est utilisée pour la

calibration.

Pour la deuxième mesure, Y mg de Ho est utilisée et la calibration est effectuée avec une

seringue de 10ml. La surface spécifique est alors de A m2/g .

Si on constate une erreur relative entre les deux mesures de moins 5 %. Nous pouvons donc

conclure que les masses utilisées sont représentatives de notre charbon actif, donc que les

surfaces spécifiques obtenues caractérisent bien notre charbon actif.

CALCUL DU VOLUME MICROPOREUX

A partir des mesures effectuées sur le quantarsob Junior, il est possible de déterminer un

deuxième critère de caractérisation : le volume microporeux. En effet ce calcul est possible en

utilisant l’équation DUBININ-RADUSHKEVITCH8,18,26 (ou équation D-R) qui s’écrit :

Log V = logVo- Dlog²(P/Po)

Avec V le volume d’azote adsorbé (cm3/g)

Vo le volume microporeux (cm3/g)

P/Po la pression relative d’azote

D le gradient de l’équation qui dépend du diamètre moyen des micropores.

Sur les feuilles de résultats BET, qui donnent les surfaces spécifiques, sont aussi affichés les

masses d’azotes effectivement adsorbées. On obtient le volume gazeux adsorbé par unité de

masse de charbon actif en appliquant la loi des gaz parfaits.

mN2 x R x T

V= ------------------- x 106 (cm3/g)

M x Pa x mCA

Avec mN2 : la masse d’azote adsorbée (g)

R la constante des gaz parfaits (R = 8,31 J.mol-1 K-1)

T la température d’adsorption (K)

M la masse molaire d’(azote (M=28,01 mol.g-1)

Pa la pression atmosphérique ambiante (atm)

mCA la masse de charbon actif (g).

Nous appliquons ensuite le volume microporeux à l’équation D-R, on obtient une équation à

deux inconnues de la forme :

Log Vo = a + bD

On détermine les trois équations en fonction des trois pressions partielles. En résolvant les

équations par systèmes d’équations, une valeur moyenne du volume microporeux est alors

obtenue.

ADSORPTION MOLECULAIRE EN SOLUTION

Le principe de cette caractérisation est la détermination de la quantité de soluté adsorbée par

mesure de la différence entre les concentrations initiale et finale. Pour cela, nous introduisons

une quantité de charbon actif préalablement dégazé dans un volume connu de solution

contenant de l’adsorbat à une concentration donnée.

Cette technique de détermination des isothermes d’adsorption possède l’avantage d’être

simple et commode à l’utilisation car elle permet en peu de temps d’analyser un nombre

important d’échantillons.

Enfin, un des principes de l’isotherme d’adsorption est que, comme son nom l’indique, elle

soit réalisée à température constante, car une augmentation de température entraîne une

diminution de la capacité d’adsorption du charbon actif, or une étude révèle qu’une

modification significative de l’équilibre d’adsorption n’est pas observée pour une variation de

température comprise entre 5 et 20°C.

PROTOCOLE DE MANIPULATION

Appareil : QUANTASORB

Matériels :

DEWAR pour azote liquide (2)

Cellules pour les échantillons.

Seringues de 1ml et 10ml

Fluide : Azote pur Mélange hélium et azote 30 %

DEGAZAGE DE L’ECHANTILLON

1. Mettre l’appareil sous tension à l’aide du bouton interrupteur situé sur la gauche de l’appareil.

2. Appuyer sur le bouton « ADS » (11) 3. Ouvrir la bouteille d’azote et régler la pression sur 20psi = 1,5bar 4. Ouvrir la vanne « Degas et calibration » «(4) 5. Régler le débitmètre sur 80ml/min (Degas et Calibration) 1. Etuver une cellule (~ 100°C ou plus) 2. La faire refroidir dans un dessiccateur et la peser : (m0). 3. Remplir la cellule de l’échantillon à analyser, puis peser l’ensemble : (m1). 4. Fixer la cellule sur la station de dégazage et mettre le manchon chauffant. 5. Régler la température de dégazage (« Temp set ») à 300°C et vérifier la température

en appuyant sur « TEMP » (13). 6. Dégazer l’échantillon pendant le temps voulu selon l’humidité de l’échantillon (de

30mn à 1h) 7. Refermer « Degas et Calibration »

NB : l’humidité de l’échantillon sera faite à part.

ANALYSE DE L’ECHANTILLON

1. Remplir les Dewars d’azote liquide (en 0 et 0’) 2. Ouvrir la bouteille de gaz (mélange) 3. Régler la pression du mélange de gaz sur 20PSI = 1,5 bar 4. Fixer l’ensemble « échantillon-cellule » sur la station de mesure en (0). 5. Ouvrir la vanne « Reference and sample » (1) 6. Régler le débit-mètre « Reference » à 80 ml/min (2) 7. Régler le débit-mètre « Sample » à 80 ml/min (3) 8. Ouvrir la vanne « Degas et Calibration » 9. Régler le débit-mètre « Degas and Calibration » à 80 ml/min (4) 10. Appuyer sur IB (5) et régler l’intensité à 150 mA avec le bouton « current » (6) 11. Appuyer à nouveau sur IB pour vérifier le réglage 12. Régler l’atténuation à 256 (Faire plus bas si possible) 13. Faire le zéro en millivolts avec bridge zéro (7) et (7’) Ajuster avec « zéro adjust » (7’’) (balance parallèle à l’axe)

Adsorption et Désorption doivent être impérativement à 0 mA (7‘’)

Si on observe une dérive de zéro, il y a une fuite ( cellule mal serrée, septum trop vieux…

(au bout de 200 injections, il peut y avoir des fuites).

14 Mesurer la pression ambiante :

- ouvrir « Po vent » (8). La touche « Po Input » doit être fermée - Enfoncer la touche « Po » (9) et lire la pression ambiante. (Pa ~750)

15 Purger en ouvrant « Po input » (pressurisation avec de l’azote. Ne jamais dépasser 25

psi).

Refermer « Po vent » puis « Po input »

Ouvrir « Po vent » et la refermer.

Répéter ce cycle plusieurs fois, c’est à dire :

- ouverture de « Po input » puis « Po vent » - fermeture de « Po vent » puis « Po input » - ouverture et fermeture de « Po vent » - Ouvrir « Po vent » et « Po input » 10 à 15 secondes pour une purge finale.

16 Fermer « Po vent » et « Po input ».

17 Faire monter un Dewar d’azote sur le tube en U en acier pour lire Po. L’azote gazeux

va se condenser dans le tube en U et l’on peut lire la pression Po (Pression de la vapeur

saturante = Pa + 15)

Réappuyer sur « Po » (retour à la normale)

On peut lire à chaque instant la valeur de Po durant une analyse en appuyant sur « Po ».

Si la lecture est instable, c’est qu’il y a de l’azote dans la station. Il faut alors rouvrir

« Po vent ».

18 Baisser le Dewar d’azote en vérifiant la position de « Po vent » (fermer).

Attention : Ne pas baisser le Dewar d’azote sur la station Po quand « Po vent » est ouvert. La

pression d’azote peut abîmer le transducteur.

PRECALIBRATION

La pré-calibration n’a d’utilité que pour vérifier le bon fonctionnement de l’appareil. Il est

inutile de répéter cette phase avant chaque mesure.

1) Appuyer sur désorption « DES » (12). Régler l’atténuation sur 32. Faire le 0 en A’ et appuyer sur « Reset » pour mettre à 0 le compteur (A).

2) Prélever à l’aide d’une seringue 1cc d’azote en piquant dans le septum « Out » (ou dans le Dewar.

3) Injecter l’azote

ANNEXE XIII

Rendement et caractérisation - FOUR DU CNRIT

Rendement massique de la carbonisation sur le four du CNRIT Température

de carbonisation

(°C)

500 400

Espèce Masse matières

premières avant

carbonisation (M1) [ g ]

Masse charbon de

carbonisation (M2)

Rendement de carbonisation

Masse matières

premières avant

carbonisation (M1)

[ g]

Masse charbon de

carbonisation (M2)

[ g ]

Rendement de carbonisation

[ g ] ( %) (%)

Sciures de bois de pinus keshya

650,4 192,1 29,5 536,8 170,3 31,7

490,3 141,7 28,9 572,7 182,6 31,9

635,8 179,4 28,2 729,4 229,5 31,5

Copeaux de bois de pinus keshya

325,9 96,6 29,6 347,9 110,2 31,7

402,1 124,5 31,0 355,2 114,1 32,1

373,0 115,4 30,9 389,9 125,6 32,2

Morceaux de bois de pinus keshya

567,2 177,0 31,2 775,3 257,4 32,2

624,7 199,3 31,9 659,6 215,1 32,6

703,6 224,8 31,9 715,8 233,7 32,6

Sciures de bois d’eucalyptus robusta

667,3 197,9 29,7 704,4 217,9 30,9

743,7 221,3 29,8 732,5 223,4 30,5

738,9 222,1 30,0 747,3 231,0 30,9

Copeaux de bois d’eucalyptus robusta

344,2 100,8 29,3 375,7 118,9 31,6

461,8 149,7 32,4 371,5 115,4 31,1

390,0 127,3 32,7 385,2 120,6 31,3

Morceaux de bois d’eucalyptus robusta

553,4 173,4 31,3 727,6 237,4 32,6

821,9 262,8 32,0 679,6 226,1 33,3

687,9 224,1 32,6 767,8 257,9 33,6

Balles de riz 442,9 170,6 38,5 537,7 199,3 37,1

470,1 169,5 36,0 455,2 169,5 37,2

390,2 147,5 37,8 462,9 168,8 36,5

Suite Tableau III-3 Raffles de maïs 573,5 187,1 32,6 464,4 153,1 33,0

559,7 179,5 32,1 475,0 166,7 35,1

498,3 153,9 30,9 436,2 151,5 34,7

Coques d’anacardes

338,6 92,5 27,3 375,6 104,1 27,7

407,3 107,5 26,4 349,4 100,0 28,6

469,2 140,2 29,9 405,7 119,7 29,5

Herbes 300,3 99,4 33,1 311,5 107,3 34,4

338,9 114,0 33,6 314,3 104,0 33,1

250,0 78,3 31,3 342,8 109,7 32,0

Coques d’arachides

530,1 156,4 29,5 643,5 195,6 30,4

567,9 167,2 29,4 653,4 196,2 30,0

509,0 158,5 31,2 624,1 195,8 31,4

Coques de noix de coco

755,4 246,9 32,7 775,8 256,6 33,1

771,4 236,5 30,7 758,3 257,2 33,9

668,0 200,4 30,0 700,1 234,2 33,5

Caractérisation sur le réacteur CNRIT

Echantillon de charbon

MV en % (500°C)

Ce en % (500°C)

Cf en % (500°C)

MV% (400°C)

Ce en % (400°C)

Cf en%

(400°C) Sciures de

pinus keshya

Ecart (%)

18,8 4,2 77

25,3 4,0 70,7

18,6 4,32 77,08 19,0 4,08 76,92 1,07 2,9 -

copeaux de pinus keshya

18,9 5,5 74,6 25 5,6 69,4

morceaux de pinus keshya

19,3 6,3 74,4 24,4 6,3 69,3

sciures d'eucalyptus

globulus

17,7 6,9 75,6 24,2

6,9 68,9

copeaux d'eucalyptus

globulus

18,7 6,6 74,7 18,9 7,2

73,9

morceaux d'eucalyptus

globulus

18,8 6,8 74,4 19,1 7,4

73,5

Balles de riz 4,9 36 59,1

14,9 35,3 49,8

rafles de maïs

15,8 14,7 69,5 16,1 14,7 69,2

coques d'anacardes

12,2 8,5 79,3 14 8,9 73,1

hypparhénia rufa

16,3 16,5 66,2 16,4 18,1

65,5

coques d'arachides

10,9 11,6 77,5 11,7 13,2 74,1

coques de noix de coco

13,6 6,9 79,5 13,7 7,4 78,9

ANNEXE XIV

Rendement et caractérisation - REACTEUR CORNU

Rendement massique de la pyrolyse sur le réacteur « cornu »

Espèce Masse matières

premières (g)

Masse charbon

(g)

Rendement en charbon

(%)

Masse jus pyroligneux

(g)

Rendement en jus

pyroligneux (%)

Rendement en

gaz *

(%)

Sciures de bois de pinus keshya

2124,5 686,5 32,31 1067 50,22 17,47


574,5 174,0 30,29 291,1 49,74 19,97


2027,4 603,8 29,78 996,3 49,14 21,08

Sciures de bois d’eucalyptus robusta

1957,2 608,5 31,09 987,6 50,46 18,45

Copeaux de bois d’eucalyptus robusta

974,0 299,3 30,73 406,9 50,13 19,14

Morceaux de bois d’eucalyptus robusta

2101,9 632,0 30,07 1028,7 48,94 20,99

Caractérisation sur le réacteur « cornu »

charbon °C/mn °C (h) en % (MV) * (Ce) * C Fixe en % en% (Cf)* en % Sciures de bois de pinus keshya

5 600 3 3,9 14,9 3,2 81,9


5 600 3 4,8 15,9 3,4 80,7


5 600 3 6,1 16,3 3,5 80,1

Sciures de bois d’eucalyptus globulus

5 600 3 3,2 12,2 4,1 83,5

Copeaux de bois d’eucalyptus globulus

5 600 3 3,9 13,3 5 81,6

Morceaux de bois d’eucalyptus globulus

5 600 3 4,5 14,5 5,3 80,2

ANNEXE XV

Rendement et caractérisation - FOUR TUBULAIRE « PYROX »

Rendement massique de pyrolyse de sciure de bois de pinus keshya sur le four tubulaire

Température

(°C)

Rendement

Charbon (%)

Rendement

Liquide (%)

Rendement Gaz

(%)

Bilan massique

(%)

400 31,44 54,65 8,16 94,25

500 24,86 50,93 15,34 91,13

700 18,27 46,48 29,08 93,83

Rendement massique de pyrolyse de sciures de bois d ’eucalyptus sur le four tubulaire

Température

(°C)

Rendement

Charbon (%)

Rendement

Liquide (%)

Rendement Gaz

(%)

Bilan massique

(%)

400 31,60 42,38 23,45 97,43

500 25,70 42,0 28,44 96,14

700 19,36 41,8 32,7 93,86

Rendement massique de pyrolyse de copeaux de bois de pinus keshya

Température

(°C)

Rendement

Charbon (%)

Rendement

Liquide (%)

Rendement Gaz

(%)

Bilan massique

(%)

400 30,08 54,49 10,03 94,6

500 22,54 52,64 19,72 94,9

700 17,17 48,27 27,75 93,19

Rendement massique de pyrolyse de balles de riz

Température

(°C)

Rendement

Charbon (%)

Rendement

Liquide (%)

Rendement

Gaz

(%)

Bilan

massique

(%)

400 44,95 38,47 10,90 94,32

500 39,43 43,34 14,90 97,67

700 32,14 44,34 18,48 94,96

Rendement massique de pyrolyse de coques d’Arachid es

Température

(°C)

Rendement

Charbon (%)

Rendement

Liquide (%)

Rendement

Gaz

(%)

Bilan

massique

(%)

400 42,33 39,58 12,21 94,12

500 34,43 43,71 17,88 96,02

700 28,95 45,11 19,47 93,53

Caractérisation des charbons de pyrolyse sur four P yrox

T° Sciures de pinus

keshya

Sciures d’eucalyptus Balles de riz Coques d’arachides Copeaux de pinus

keshya (°C)

H Ce MV Cf H Ce MV Cf H Ce MV Cf H Ce MV Cf H Ce MV Cf

400 0,4 1,2 33,1 65,3 2,5 0,3 24,7 72,5 3,1 28 9,5 59,4 1,8 4,8 28 65,4 1,3 1,4 27,1 70

500 0,4 1,2 22,4 75,9 2,1 0,6 10 88,3 2,9 31,4 4,2 61,5 1,3 4,9 19,3 74,5 1,3 1,6 21,3 75,8

700 0,3 2 6,4 91,2 1,8 0,7 7,5 90,1 1,2 32,4 3,9 62,5 0,8 5,4 9,5 84,3 1,1 2 7,2 90,6

ANNEXE XVI

Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de sciure de pinus keshya

Analyse chromatographique du gaz de pyrolyse à 400°C de la sciure de bois de pinus keshya (Antananarivo)

’Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 500°C de la sciure de bois de pinus keshya (Antananarivo)

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 700°C de la sciure de bois de pinus keshya (Antananarivo)

ANNEXE XVII

Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de copeaux de bois d pinus keshya

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 400°C de copeaux de bois de pinus keshya (Antananarivo)

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 500°C de lcopeaux de bois de pinus keshya (Antananarivo)

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 700°C de copeaux de bois de pinus keshya (Antananarivo)

ANNEXE XVIII

Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de sciure de bois d’Eucalyptus Robusta

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 400°C de la sciure de bois d’Eucalyptus Robusta (Antananarivo)

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 500°C de la sciure de bois d’Eucalyptus Robusta (Antananarivo)

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 700°C de la sciure de

bois d’Eucalyptus Robusta (Antananarivo)

ANNEXE XIX

Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de balle de riz

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 400°C de la balle de riz (Antananarivo)


ANNEXE XX

Analyse chromatographique de gaz de pyrolyse de coques d’arachide

Analyse chromatographique par Micro GC du gaz de pyrolyse à 400°C de coques d’arachides de Madagascar


ANNEXE XXI

Perte de masse de charbon de substitution

perte de masse pendant la combustion

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

temps (par 3mn)

Mas

se p

ar u

nité

de

mas

se (

kg/k

g)

'balle de riz

'maïs

Perte de Masse de charbon de balle de riz en combus tion

0

20

40

60

80

100

120

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42

Temps en mn

Mas

se (

en g

)

Masse de charbon de balle de riz

Perte de masse de briquettes de charbon d'hyparrhen ia (herbes)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60

Temps en mn

Mas

se e

n g perte de masse de charbon de'hyparrhenia

(herbes)

en %

Puissance de chauffe et perte de masse

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

temps

pert

e de

mas

se

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

A:\HUC11.WDC 31/10/2002 G02 M00 NiCr-Ni(K) °C Charb on en Briquettes (France) ; 23g de briqauette d'allumage Description: 69,30 27,50 99,10 Puissance(Watt)

A:\HUC11.WDC 31/10/2002 G02 M00 NiCr-Ni(K) °C Charb on en Briquettes (France) ; 23g de briqauette d'allumage Description: 69,30 27,50 99,10 Perte de masse(g)

A:\HUC11.WDC 31/10/2002 G02 M00 NiCr-Ni(K) °C Charb on en Briquettes (France) ; 23g de briqauette d'allumage Description: 69,30 27,50 99,10 Masse(%)

A:\HUC11.WDC 31/10/2002 G02 M00 NiCr-Ni(K) °C Charb on en Briquettes (France) ; 23g de briqauette d'allumage Description: 69,30 27,50 99,10 Masse(g)

A:\HUC11.WDC 31/10/2002 G02 M00 NiCr-Ni(K) °C Charb on en Briquettes (France) ; 23g de briqauette d'allumage Description: 69,30 27,50 99,10 Valeur mesurée:

Briquettes de sciures de pin

ANNEXE XXII

Appareils de laboratoire utilisés pour la caractéri sation des matières premières

et des charbons, pour l’analyse de liquide et de ga z de pyrolyse

Photo 1 : Etuve (CNRIT)

Photo 3 : Bombe calorimétrique

Photo 2 : balance de précision (CNRIT)

Photo 4 : Chromato Phase gazeuse

Photo 3 : Quantasorb

Photo 5 : Chromato Phase Liquide

TITRE : LA PYROLYSE DES SOUS PRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS DE FAIBLE GRANULOMETRIE DE MADAGASCAR : INFLUENCE DES PARAME TRES DE PYROLYSE SUR LES CARACTERISTIQUES DES PRODUITS COMBUSTIBLES RESUME : La situation dans les pays en développement est critique étant donné la déforestation chronique due à l’utilisation intensive et abusive du bois pour les besoins énergétiques et pour l’exportation de bois d’œuvre. Le charbon de bois est utilisé depuis plusieurs siècles en tant que combustible domestique et pour ses propriétés réductrices, adsorbantes et déshydratantes dans les industries chimique et métallurgique. Le remplacement et la substitution de ce combustible traditionnel s’avèrent indispensable. D’un côté, ces pays en développement sont pour la plupart à vocation agricole avec des activités économiques ou industrielles générant des sous produits et des déchets agricoles et forestiers non valorisés. Les Etudes et Recherches entamées sont disparates et n’arrivent pas à satisfaire les besoins en solution des graves problèmes environnemental et énergétique. La connaissance des caractéristiques des matières premières (biomasse) et des produits de substitution, la compréhension des conditions opératoires optimales et des phénomènes physico-chimiques sont donc essentielles pour le développement de la filière valorisation des déchets agricoles et forestiers. La pyrolyse de la biomasse est une des solutions proposées par les institutions de recherche des pays développés. Les produits obtenus, le charbon, les liquides pyroligneux et les gaz incondensables peuvent être récupérés pour constituer des combustibles d’appoint pour les villes des pays en développement. Mots clés : Pyrolyse, biomasse, charbon, jus pyroligneux, gaz incondensable. ABSTRACT: The situation in developing countries is critical, given by chronic deforestation due to the intensive and abusive use of wood for energy needs and the wood export. Charcoal has been used for several centuries as a domestic fuel and for its reducing, adsorbent and dessicant properties in chemical and metallurgical industries. The replacement and the substitution of this traditional fuel prove to be essential. On a side, these developing countries was for the majority with agricultural vocation with economic or industrial activities generating under products and not developed waste (agricultural and forest). Started studies and research are disparate and do not manage to satisfy requirements in solution for serious environmental and energy problems. The knowledge of characteristics of raw materials (biomass) and substitute products, the comprehension of optimal operating conditions and the physicochemical phenomena are thus essential for the development of the valorisation of the agricultural and forest waste. Pyrolysis is one of solutions proposed by research centers of developed countries. Obtained products, char, pyrolitic liquids and incondensable gas would be a combustible for towns in developing countries. Keywords : Pyrolyse, biomass, char, pyrolitic liquids, incondensable gas Directeur de these :

Professeur RAKOTOMALALA Minoson Université d’Antananarivo -Madagascar

Impétrant : RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin Tel : 032 02 466 95 E-mail : [email protected]

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