Application dans le domaine des Industries Agricoles et Alimentaires

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Littérature relative à l’énergie renouvelable dans le monde

La littérature a été triée en ouvrages scientifiques, articles scientifiques, rapports d’étude et compte-rendu de conférences. Par la même occasion, les documents ont été aussi utilisés pour situer Madagascar dans le domaine. La consultation de documents concernant les énergies renouvelables dans le monde a permis de mieux appréhender l’état des connaissances sur la production et l’utilisation de ces énergies.

Littérature relative à l’énergie renouvelable à Madagascar

La littérature sur l’énergie renouvelable à Madagascar est principalement constituée de rapports d’étude et de mémoires universitaires. Les documents relatifs sont assez restreints du fait que la filière est assez récente. Les documents présentent notamment les problèmes de mise en oeuvre de la transition de l’énergie fossile vers l’énergie renouvelable, des analyses des filières.

Littérature sur la production et les utilisations d’énergie renouvelable

Les documents sur les procédés sont d’un nombre considérable. Il s’agit d’ouvrage scientifique, de manuels de formation, de rapports d’analyse, d’extraits de périodique ou de documents sur un site web. Ils démontrent la fonctionnalité, la technicité et la pratique de production et de transformation des énergies renouvelables. De plus, les documents disponibles ont aussi permis d’analyser et de faire une synthèse des informations acquises.

Collecte des données

Cette étape consiste à rechercher des ouvrages dans de nombreuses sources bibliographiques et numériques dont.
 La consultation et la lecture de la littérature aboutissant à la prise de note des informations importantes et des mots-clés relatifs au sujet de recherche.
 La navigation sur internet consistant à entrer les mots-clés dans les moteurs de recherche comme Google, Yahoo, Google Scholar, Agora, etc., de sélectionner les documents relatifs au sujet de recherche.

Traitement des données

Les données seront sélectionnées et classées suivant les thèmes qu’elles traitent. Après le tri et le classement, elles seront traitées et ce traitement comporte l’analyse et la synthèse des données.
 Analyse des données classées: elle consiste en une lecture approfondie des documents en premier lieu afin d’en avoir une bonne compréhension du domaine de l’énergie renouvelable et ainsi d’en dégager la problématique et en deuxième lieu de dégager les points clés du domaine. Synthèse et rédaction
 Synthèse et rédaction: la synthèse a été faite pour servir de reconstitution des informations analysées et leur reformulation. Avec la rédaction, elle constitue la finalité du travail de recherches documentaires dans le cadre de la réalisation du mini-mémoire.

Energie renouvelable

L’énergie renouvelable, une énergie primaire inépuisable à très long terme et propre (moins d’émissions de CO2, moins de pollution), peut se régénérer naturellement (RANDRIANARISOA, 2013).

Energie durable

L’énergie durable ne se tarit pas dans le temps, sa capacité de régénération, avec ou sans intervention humaine, est largement supérieure à sa consommation. Elle contribue au développement économique et social et peut être accessible à toutes les catégories d’acteurs (RANDRIANARISOA, 2013).

Biomasse

La biomasse est une fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant des ressources naturelles d’origine végétale, organique ou animale (WWF, 2011). Ces matières organiques peuvent dégager de l’énergie soit par combustion directe ou suite à une ou plusieurs étapes de transformation.

Biogaz

Le biogaz est un gaz obtenu à partir de la biomasse et utilisé comme source d’énergie (WWF, 2011).

Biocarburant-agrocarburant

Le biocarburant, par opposition aux carburants fossiles, est obtenu à partir de matière organique ou biomasse. L’agrocarburant est obtenu à partir de produits exclusivement agricoles (CORMEAU et GOSSE, 2008). Il regroupe l’agrodiesel et l’agroéthanol.

Agrodiesel

L’agrodiesel est un agrocarburant pouvant être utilisé pur ou mélange comme combustible à la place du gasoil lampant d’origine fossile (WWF, 2011).

Agroéthanol

L’agroéthanol est un agrocarburant pouvant être utilisé pur ou en mélange comme combustible à la place de l’essence (éthanol carburant) ou du pétrole lampant d’origine fossile (éthanol domestique) (WWF, 2011).

Biocarburants de première génération ou G1

Ils sont produits à partir de transformations simples de cultures et reposent sur l’utilisation des organes de réserve des plantes comprenant:
 Les grains de céréales (blé, maïs) ou des oléagineux (colza, tournesol, jatropha, soja).
 Les racines de la betterave ou de la canne à sucre.
 Les fruits du palmier à huile.
Ces organes de réserve stockent le sucre (betterave et canne), l’amidon (blé, maïs), ou l’huile (colza, tournesol, jatropha, soja).

Biocarburants de deuxième génération ou G2

La production de biocarburants G2 utilise la plante entière, les déchets agricoles ou les résidus de récoltes (les balles de riz), les déchets ménagers. Les biocarburants G2 sont donc obtenus à partir de la biomasse lignocellulosique.

Biocarburants de troisième génération ou G3

Ils sont obtenus à partir des algues. La biomasse issue des algues est convertible via des transformations chimiques ou enzymatiques en biodiesel à partir des acides gras ou bioéthanol à partir du reste de la biomasse (ANEX, 2012).

L’énergie marine

Il s’agit de la récupération des calories et des frigories de l’eau de mer. Parmi les énergies marines convoitées, on pourra citer :

L’énergie des vagues et de la houle

Elle est produite par le mouvement des vagues et peut être captée par des dispositifs tels le Pélamis, sorte de vers en métal articulé ou le Searev. Leur puissance correspond à celle d’une petite éolienne.

L’énergie marémotrice

Elle est produite par le mouvement de l’eau créé par les marées (variations du niveau de la mer, courants de marée) de pleine mer et où l’électricité est produite grâce au remplissage et au vidage d’un lagon artificiel en eau peu profonde.

L’énergie hydrolienne

Elle est issue de l’utilisation des courants marins grâce à des hydroliennes.

L’énergie thermique des mers

Elle est produite en exploitant la différence de température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans.

L’énergie osmotique

Elle a pour origine la diffusion ionique qui se produit lors du mélange d’eau de mer et d’eau douce grâce à leur salinité différente (phénomène d’osmose).

L’énergie de l’air

Le principe consiste à exploiter et utiliser l’énergie mécanique issue des déplacements de masses d’air. Autrefois, les moulins à vent utilisent cette énergie mécanique pour actionner différents équipements comme la meule à grains. Aujourd’hui, les éoliennes remplacent les moulins à vent. Elles transforment cette énergie mécanique en énergie électrique. Elles peuvent être de type Savonius, à axes horizontaux ou verticaux, d’éoliennes offshore avec ou sans fondations.

L’énergie du feu

Le principe consiste à extraire l’énergie géothermique contenue dans le sol pour l’utiliser sous forme de chauffage ou pour la transformer en électricité. Ce sont les géothermies de surface et de profondeur.

Potentiel de Madagascar en énergies renouvelables

Les sources d’Energie Renouvelable à Madagascar sont principalement les ressources hydroélectriques, l’énergie solaire et éolienne, la biomasse et les plantes pour l’agrocarburant. Le Bois énergie constitue également une énergie renouvelable lorsqu’il est exploité d’une manière durable.

Energie solaire

Madagascar possède un important potentiel en Energie solaire avec une Energie incidente de l’ordre de 2000 kWh/m²/an. Presque toutes les régions du pays ont plus de 2800 h d’ensoleillement annuel, soit une puissance de 750 W/m².Les régions les plus intéressantes disposant d’un niveau de rayonnement supérieur à 5 500 W/m² sont Diana, Sava, Sofia, Boeny, Melaky, Menabe, Haute Matsiatra, Amoron’i Mania, Anosy, Androy, Atsimo Andrefana, Vakinankaratra, Bongolava, Atsimo Atsinanana. L’Energie solaire est valorisée en Energie électrique grâce aux installations photovoltaïques, et en Energie pour la cuisson, grâce au cuiseur solaire ou au solaire à concentration (WWF, 2012).
Malgré les potentiels existants, ces ressources restent encore sous-exploitées. Leurs valorisations restent très restreintes. Les autres réalisations restent soit au stade de projet et de recherche à cause de différents paramètres : faible maîtrise technique, coût économique, faible adoption (sociale), …

Energie éolienne

Madagascar possède également un potentiel important en Energie éolienne. Dans le pays, il existe trois sortes de vents:
 Les vents des côtes.
 Les vents locaux.
 Les vents océaniques: l’Alizé et les cyclones.
Les vents alizés ont une variation saisonnière. Cependant, ils constituent les vents potentiels pour la mise en place d’une installation éolienne. Les sources d’énergie éolienne sont encore mal définies. En effet, le pays ne dispose que de quelques stations de mesure des caractéristiques du vent. Elles ne sont pas réparties de manière uniforme sur le territoire national. Elles restent compétitives pour le pompage et la génération d’électricité surtout dans.
 La zone Nord (vitesse moyenne annuelle du vent comprise entre 6 et 8m/s à 50m de hauteur).
 La zone Centre (vitesse moyenne annuelle du vent comprise entre 6 et 6,5m/s à 50m de hauteur).
 La zone Sud (vitesse moyenne annuelle du vent supérieure à 6 et 6,5m/s à 50m de hauteur).
 L’Extrême Sud, favorablement exposé aux vents: Taolagnaro, Tsihombe, Itampolo, Androka et Tanjona Vohimena (la vitesse moyenne du vent est supérieure à 8 à 9m/s à 50m).
Le Nord (autour d’Antsiranana) et le Sud (autour de Taolagnaro) présentent un potentiel éolien favorable à la production d’électricité. Les autres parties de Madagascar se prêtent à l’installation d’éoliennes de pompage d’eau ou d’aérogénérateurs de faible puissance. Cette énergie éolienne a un avantage économique; les coûts d’installation sont moins chers. Mais, à part les deux prototypes d’aérogénérateurs installés dans le Nord et le Sud, aucun autre essai n’a encore été effectué. Un projet de ferme éolienne connectée au réseau est en cours d’étude dans le Nord et l’Extrême Sud de Madagascar. Les éoliennes pour la production d’électricité en site isolé (villages touristiques) sont en plein développement. En effet, plusieurs sites peuvent être identifiés, répondant aux contraintes de faisabilité: un gisement éolien important, vmoy à 50m > 9m/s, la proximité des voies d’accès, la proximité des centres urbains et un potentiel de développement économique.

Energie hydro-électrique

Les ressources hydroélectriques restent de loin la ressource d’énergie renouvelable la plus exploitée à Madagascar avec 691 GWh de production en 2011. 14 sites, dans les Régions Analamanga, Itasy, Atsinanana, Haute Matsiatra, Analanjirofo, sont actuellement exploités dont 6 se distinguent et peuvent faire l’objet de mise en place de centrales hydroélectriques de grande taille. Le tableau suivant représente ces sites avec leur potentiel respectif (Ministère de l’aménagement du territoire et de la décentralisation, 2012).

Agrodiesel

La filière agrodiesel est principalement basée sur la production de graines de Jatropha curcas. L’huile végétale pure et/ou l’ester méthylique d’huile végétale, provenant de la transformation de ces graines, alimentent les moteurs. On utilise également l’huile brute de jatropha comme combustible pour l’éclairage ménager ou pour la cuisson. En 2011, 12 projets d’investissements ont été enregistrés avec un objectif de plantation de 462 000 ha dont la réalisation reste assez faible, de l’ordre de 57 125 ha. Les principales régions d’installation de ces projets sont Atsimo Andrefana, Boeny, Diana, Haute Matsiatra, Ihorombe. A part les projets de culture, la filière possède un potentiel de production par la collecte des graines de Jatropha curcas et mahafaliensis à partir de plantation sauvage de jatropha. Les zones de collecte ayant d’important potentiel, se trouvent surtout dans la région Atsimo Andrefana et Androy même si l’on rencontre aussi des plantations naturelles dans le Sava.

Géothermie

Le pays dispose de quelques sites de ressources en énergie géothermique. Les ressources géothermales de Madagascar pourraient être mises en valeur dans la production d’énergie électrique et dans le chauffage, le séchage des produits agricoles, la pisciculture, le thermalisme, la climatisation, la désalinisation d’eau de mer, etc.). Mais la situation économique actuelle ne permet pas la mise en oeuvre de cette technologie qui demande des efforts financiers et techniques importants. Un projet est initié par le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) pour évaluer le potentiel géothermique.

Les Energies Renouvelables utilisées et produites dans les IAA

Le séchage est une opération consistant à chauffer un produit afin de faire évaporer l’eau qu’il contient ou un autre solvant pour l’éliminer complètement ou partiellement. L’évaporation de l’eau nécessite de la chaleur et est d’autant plus intense que la température du matériau est élevée. Le séchage est un procédé de conservation extrêmement ancien qui, privant l’aliment d’eau libre, interdit toute activité microbienne ou enzymatique. L’élimination d’eau permet de tamponner le caractère saisonnier de certaines activités agricoles (fenaison) ou industrielles (concentrés de jus de pommes en cidrerie). Les produits secs se conservent pendant des années.
Pour le cas du séchage solaire, l’énergie solaire est utilisée pour sécher le produit, nécessite un ensoleillement suffisant (exemples: séchage de piments, de plantes médicinales et aromatiques, de cacao, de café).

Application dans le domaine des Industries Agricoles et Alimentaires

Le séchage dans le domaine de l’IAA concerne à la fois:
* Des produits agricoles peu hydratés, mais demandant parfois un séchage complémentaire pour les stabiliser et/ou les standardiser avant traitement industriel: cas du maïs, du blé, des autres céréales, des graines oléagineuses, etc.
* Des produits agricoles très hydratés exigeant le séchage pour être stabilisés et allégés: cas du lait (surtout destiné à l’alimentation des veaux), de la luzerne et du maïs plante entière (alimentation animale), des légumes et assimilés (pomme de terre, carottes, oignons).
* Des produits de transformation industrielle, séchés pour raison de stabilité et de présentation : cas des extraits de café et de thé, des pâtes alimentaires, de la charcuterie (jambons et saucissons secs), fromages, produits pour animaux familiers, sucre, amidon, etc.
* Des sous-produits industriels, généralement destinés à l’alimentation animale: cas des pulpes de sucrerie, du sérum de fromagerie.

Le prétraitement

Le prétraitement vise à la solubilisation totale ou partielle des hémicelluloses (solubles à chaud entre 100 et 150°C en conditions acide dilué) et de la lignine (fusible à partir de 140°C).

L’hydrolyse enzymatique

Cette sous-étape consiste en la conversion de la cellulose en glucose et en cellobiose par l’intermédiaire d’enzymes. Essentiellement, la biodégradation de la matière lignocellulosique est réalisée par des bactéries (Ruminococcus, Clostridium, Cellulomonas, Thermonospora, Streptomyces…) et des champignons (Aspergillus, Schizophyllum, Penicillium, Trichoderma…). (ELOUTASSI et al, 2014) Les enzymes les plus utilisées sont les exo-glucanases, β-cellobio hydrolases, les endro-glucanases et les β-glucosidases. Le procédé d’obtention de sucres fermentescibles est résumé par la figure suivante.

Table des matières

LISTE DES ANNEXES
1. INTRODUCTION GENERALE
1.1. Contexte général
1.2. Problématique
1.3. Objectifs
1.4. Hypothèses
2. MATERIELS ET METHODES
2.1. Matériels
2.1.1. Littérature relative à l’énergie renouvelable dans le monde
2.1.2. Littérature relative à l’énergie renouvelable à Madagascar
2.1.3. Littérature sur la production et les utilisations d’énergie renouvelable
2.2. Méthodes
2.2.1. Collecte des données
2.2.2. Traitement des données
3. RESULTATS
3.1. Définition et concepts
3.1.1. Energie renouvelable
3.1.2. Energie durable
3.1.3. Biomasse
3.1.4. Biogaz
3.1.5. Biocarburant-agrocarburant
3.1.5.1. Agrodiesel
3.1.5.2. Agroéthanol
3.1.6. Générations de biocarburants
3.1.6.1. Biocarburants de première génération ou G1
3.1.6.2. Biocarburants de deuxième génération ou G2
3.1.6.3. Biocarburants de troisième génération ou G3
3.2. Différents types d’énergies renouvelables existants
3.2.1. L’énergie de la Terre
3.2.1.1. Le biocarburant
3.2.1.2. Le biogaz
3.2.1.3. L’hydrogène ex-biomasse
3.2.2. L’énergie du soleil
3.2.2.1. Le photovoltaïque
3.2.2.2. Le photocatalytique
3.2.2.3. Le photothermique
3.2.2.4. Le biophotocatalytique
3.2.3. L’énergie de l’eau
3.2.3.1. L’énergie hydro-électrique
3.2.3.2. L’énergie marine
a. L’énergie des vagues et de la houle
b. L’énergie marémotrice
c. L’énergie hydrolienne
d. L’énergie thermique des mers
e. L’énergie osmotique
3.2.4. L’énergie de l’air
3.2.5. L’énergie du feu
3.3. Potentiel de Madagascar en énergies renouvelables
3.3.1. Energie solaire
3.3.2. Energie éolienne
3.3.3. Energie hydro-électrique
3.3.4. Agrocarburants
3.3.4.1. Agroéthanol
3.3.4.2. Agrodiesel
3.3.5. Géothermie
3.3.6. Biomasse
3.3.6.1. Le bois énergie
3.3.6.2. La bagasse
3.3.7. Biogaz
3.4. Les Energies Renouvelables utilisées et produites dans les IAA
3.4.1. Séchage solaire des produits alimentaires
3.4.1.1. Généralités
3.4.1.2. Application dans le domaine des Industries Agricoles et Alimentaires
3.4.2. Valorisation des résidus agro-industriels
3.4.2.1. La voie thermochimique
a. La combustion
b. La pyrolyse
c. La gazéification
3.4.2.2. La voie biochimique
a. L’hydrolyse
b. L’acidogénèse
c. L’acétogénèse
d. La méthanogénèse
3.4.3. Production de biocarburants
3.4.3.1. Le bioéthanol et dérivés
3.4.3.2. Le biogaz
3.4.3.3. Les huiles et dérivés
a. Les esters
b. Les huiles végétales carburants
3.5. Production de bioéthanol en tant que biocarburant
3.5.1. Les matières premières utilisées
3.5.1.1. Potentiel à Madagascar
a. Canne à sucre
b. Manioc
c. Maïs
3.5.1.2. Caractéristiques et composition
a. Canne à sucre
b. Manioc
c. Maïs
3.5.1.3. Autres types de matières premières pouvant produire de l’éthanol
a. Balle de riz
b. Autres matières lignocellulosiques
3.5.2. Les procédés de production
3.5.2.1. A partir des produits sucrés
3.5.2.2. A partir des produits amylacés
a. Broyage
b. Liquéfaction
c. Saccharification
3.5.2.3. A partir de la biomasse lignocellulosique
a. Le prétraitement
b. L’hydrolyse enzymatique
3.5.2.4. A partir des algues
3.5.3. Les produits finis
3.5.3.1. Le bioéthanol anhydre
3.5.3.2. Le bioéthanol hydraté
3.5.4. Rendement de transformation pour le cas d’éthanol à base de canne à sucre
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE

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