Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale thermoélectrique à biomasse

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Méthodes de collecte des données pour la deuxième hypothèse

La vérification de l’ hypothèse 2 reposait sur trois indicateurs notamment le nombre de rondins de gros bois4 et de rondins de petits bois 5 à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel (I2-1), la durée de combustion par classe de diamètre de bois enfourné dans la chaudière (I2- 2) et le pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois enfourné dans la chaudière (I2-3).
Les méthodes suivantes ont été faites pour la collecte des données permettant de déterminer ces trois indicateurs notamment :

Inventaire forestier pour l’indicateur I2-1

L’inventaire forestier a été aussi utilisé pour collecter les données sur le nombre de rejet à l’hectare et ses dimensions. Les méthodes d’inventaire sont identiques aux méthodes précédentes (voir page 6 : A) Inventaire forestier pour l’indicateur I1-1).

Collecte des données au sein de la centrale pour les indicateurs I2-2 et I2-3

Cette partie a consisté à effectuer un test de classification de bois (rondins de gros bois et rondins de petits bois) par la durée de combustion et par le pouvoir calorifique. Ce test de classification permet de recueillir les données sur la durée de rondins de bois enfournés dans le foyer et leur pouvoir calorifique. Ce dernier permet de déterminer les indicateurs I2-2 et I2-3. Cependant, la centrale n’a pas fonctionné durant le travail sur terrain. L’exploitation du relevé des données présentes au Bureau d’étude des travaux et de construction (BETC) Nanala Andaingo a été aussi faite. Ce relevé concernait les données sur le test de pression du Juillet 2013 (voir. annexe 3).

Analyses et Traitements des données

Les informations obtenues ont été passées tout d’abord aux opérations de saisie, de sélection, de vérification et d’épuration pour constituer les bases de données sur la forêt d’eucalyptus d’Ankariera (nombre de rejets, leurs dimensions, type de sol,…) et la centrale à biomasse (consommation en bois, temps de combustion,…). Ces données ont été transférées dans le tableur Microsoft Excel. Elles ont été ainsi traitées et analysées afin de déterminer le volume moyen annuel de taillis d’eucalyptus, le nombre de rondins de bois obtenu à son âge actuel (2 ans), le besoin annuel en bois de la centrale, la durée de combustion et le pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois enfourné dans le foyer.

Données cartographiques

Pour la cartographie, les traitements des cartes ont été réalisés à partir de base de données 100 et 500 de la FTM sur des logiciels Système d’Information Géographique tels que : Arc Gis 10 et ArcView 3.2 et des images Google Earth (2013).

Données collectées sur la première hypothèse

Les données collectées par l’inventaire forestier et celles sur la consommation en bois de la centrale ont été traitées et analysées pour déterminer respectivement le volume moyen annuel de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et le besoin annuel en bois de la centrale.

Calcul de volume de taillis d’eucalyptus

Le volume de bois a été estimé soit par l’utilisation de la formule directe du volume (voir tableau 4) soit par le tarif de cubage et soit par la table de production.

Volume du peuplement

Pour estimer le volume du peuplement, les formules suivantes ont été appliquées

Tarif de cubage

Par définition, un tarif de cubage est un tableau chiffré, un graphique ou une formule qui donne une estimation du volume d’un arbre ou d’un ensemble d’arbres en fonction de diverses variables représentant les entrées du tarif (CAILLIEZ, 1980).
En d’autres termes, le tarif de cubage choisi est un modèle graphique à une entrée qui met en relation le diamètre à 1,3 m ou la hauteur et le volume (grandeur expliquée).
Deux types de tarif de cubage ont été opérés :
· Tarif de cubage en fonction du diamètre dont le diamètre total est pris comme grandeur mesurée et le volume étant la grandeur expliquée.
· Tarif de cubage à deux entrées où le volume sera expliqué par le diamètre et la hauteur.
Selon les courbes de tendances obtenues par ces deux tarifs, le coefficient de détermination R² permet de déduire l’équation la plus appropriée qui pourrait parvenir à expliquer le volume et la productivité de la forêt.
Par la méthode de régression, différents types de graphiques (nuages de points) permettraient de montrer l’équation qui exprime mieux la productivité de la forêt. Mais, l’équation avec R² le plus proche de 1, est celle qui permet d’expliquer au mieux les variables à étudier.
Tableau 5 : Equations de régression de chaque tarif de cubage

Table de production

Les tables de production sont des tableaux, graphiques ou systèmes d’équations mathématiques, qui expriment l’évolution dans le temps de peuplements équiennes. Elles sont valables pour une essence déterminée, dans certaines limites régionales et de sylviculture, et sont établies par niveaux de productivité, le plus souvent exprimés par la hauteur dominante à un âge de référence qui est calculé à partir de la plantation (LECOMTE, 2008).
· Construction de la table de production
Le tableur Microsoft Excel programmé par RANDRIANJAFY Honoré sur l’Eucalyptus robusta a permis de construire la table de production du peuplement des six zones inventoriées. Les entrées de la table de production sont l’indice de fertilité de la station (IF), la hauteur totale (HTO) et l’âge de référence (T)
· Détermination de l’indice de fertilité
L’indice de fertilité (IF) ou niveau de productivité de chaque zone a été déterminé par la hauteur dominante dans le peuplement à l’âge de référence. Par définition, la hauteur dominante est une hauteur moyenne de peuplement mais elle s’adresse à une certaine catégorie de bois, à un étage ou à un nombre déterminé de sujets parmi les plus hauts ou les plus gros (MASSENET, 2008).
La hauteur dominante est déterminée à partir de 100 plus gros bois à l’hectare. Pour cette étude, trois hauteurs dominantes (minimum, moyenne et maximum) ont été choisies pour chaque zone afin d’obtenir trois valeurs d’indice de fertilité.
L’indice de fertilité est calculé à partir de la formule ci-dessous (voir tableau 6).
Tableau 6 : Formules pour déterminer l’indice de fertilité
· Modèles d’accroissement et de croissances du peuplement
A partir de la table de production, les modèles de croissance et d’accroissement en volume du peuplement de chaque zone ont été obtenus.
´ Le modèle de croissance du peuplement est exprimé par la production en volume de bois commercial (m3/ha). Il s’agit du volume de bois produit depuis une date donnée (souvent l’origine du peuplement dans les peuplements réguliers).
´ Le modèle d’accroissement est exprimé par l’accroissement moyen 6 (AM) et l’accroissement courant 7(AC) en volume (m3/ha/an).
Les modèles de croissance et d’accroissement en volume a permis de justifier l’âge de coupe du peuplement et de connaitre la production correspondante. L’intersection entre les courbes d’accroissement moyen et d’accroissement courant détermine l’âge de coupe où l’accroissement moyen est maximal. Le volume du peuplement à l’âge de coupe a été déterminé à partir de la courbe de croissance en volume.

Calcul de la consommation annuelle en bois énergie d’eucalyptus de la centrale

Pour cette étude, la pression normale pour le fonctionnement de la centrale est entre 10,3 – 10,8 bars (Fiche technique de la centrale à Biomasse).
Les 14 jours de fonctionnement de la centrale (13-17 et 19- 27 Avril 2013) qui ont été bien évalués en termes de consommation en bois ont été utilisés pour déterminer ce paramètre. En faisant la moyenne de consommation en bois (en stère8 ou en Kg) pour les 14 jours, la consommation moyenne journalière (Cmj) en bois a été ainsi obtenue et la durée de fonctionnement par jour a été fixée à 8 heures. La formule ci-dessous (voir tableau 7) a été utilisée pour déterminer la consommation moyenne journalière en bois énergie d’eucalyptus de la centrale (Cmj) et celle annuelle en bois énergie d’eucalyptus (Ca).
Tableau 7 : Formule utilisée pour le calcul de la consommation annuelle en bois de la centrale

Données collectées sur la deuxième hypothèse

Les données recueillies par l’inventaire forestier ont été aussi traitées et analysées pour déterminer le nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel. Les données sur le test de pression ont été utilisées pour calculer la durée de combustion et le pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois énergies enfournés dans le foyer.

Calcul du nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel

Une analyse structurale du peuplement a été faite avant de calculer le nombre de rondins de bois. Cette analyse permettait d’évaluer les caractéristiques du peuplement (densité, stratification et grosseur). Une analyse Forces, Faiblesses, Opportunités et Menaces (FFOM) a été aussi amenée à la fin pour déterminer les failles interne et externe et pour avoir des suggestions d’aménagement en terme de production de bois énergie.

Analyse structurale de taillis d’eucalyptus

Analyse horizontale

Abondance

L’abondance donne le nombre de tiges dans le peuplement et est exprimée en N/ha (RAJOELISON, 1990). Pour cette étude, elle est exprimée en nombre de souche à l’hectare (Ns/ ha) ou en nombre de rejet à l’hectare (Nr/ ha).
Tableau 8 : Formules pour le calcul de l’abondance

Analyse verticale

Une analyse verticale étudie le profil structural. Elle permet de visualiser l’architecture, le recouvrement et le remplissage du type de forêt étudié et la structure des hauteurs donnée par la distribution du nombre de tiges par classe de hauteur et qui renseigne sur la stratification verticale du peuplement (RAJOELISON, 1997). Pour cette étude, cette analyse se base sur la distribution du
nombre de rejet par classe de hauteur.

Structure totale

La structure totale désigne la distribution du nombre d’arbres suivant les classes de diamètre (ROLLET, 1969). Elle renseigne sur la variabilité du nombre de tige d’une classe de diamètre à l’autre.
En appliquant la formule ci-dessous (voir tableau 10), le nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare a été déterminé.
Tableau 10 : Formule utilisée pour le calcul du nombre de rondins gros bois et de petits bois

Analyse Forces, Faiblesses, Opportunités et Menaces (FFOM) du site d’Ankariera

A partir des résultats obtenus sur la grosseur de bois énergie fournis par le taillis du site et sur la structure de la forêt d’eucalyptus. L’analyse FFOM amène à déterminer les faits saillants de l’environnement interne (Forces et Faiblesses) et externe (Opportunités et Menaces) de taillis d’eucalyptus d’Ankariera. Pour cette étude, les opportunités et menaces permettent de définir les orientations de développement relatives au positionnement externe. Les forces et les faiblesses permettent de définir les orientations d’amélioration interne portant sur la structure et le mode de fonctionnement de la forêt.

Calcul de la durée de combustion (t) par classe de diamètre de bois-énergie d’eucalyptus

Le relevé des données sur le test de pression (juillet 2013) ne montrait que le nombre de gros bois et petit bois par chargement voire stère, leur poids, leur durée de combustion et la pression produite. Il est donc difficile de déterminer la durée de combustion de 100% gros bois et celle de 100% petits bois par chargement ou par stère. La durée de combustion a été évaluée en fonction de chaque chargement pour avoir plusieurs variantes. La classification de chargement (chargement plus 50% de rondins de gros bois et celui plus 50% de rondins de petits bois) a été faite pour atteindre l’objectif assigné. La durée de combustion pour le premier chargement n’a pas été considérée car il est mieux d’évaluer la durée dès que la pression normale pour le fonctionnement de la centrale est atteinte. Cela a pour but de minimiser l’erreur. La durée de certain chargement n’a pas été évaluée donc éliminée. La formule ci-dessous (voir tableau 11) a été utilisée pour obtenir la durée de combustion par classe de chargement.

Calcul du pouvoir calorifique (Ei) par classe de diamètre de bois-énergie d’eucalyptus

Tous les procédés précédents ont été aussi pris en compte pour déterminer ce paramètre. Surtout, l’intégration du paramètre « poids » dans le calcul a été nécessaire du fait que le pouvoir calorifique
est un paramètre qui est en fonction du poids et du temps. Ainsi, la formule ci-dessous (voir tableau 11) a été utilisée pour obtenir ce paramètre.

Vérification de l’hypothèse

L’hypothèse 1 est acceptée si le volume moyen annuel en bois fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera est supérieur au besoin annuel en bois d’eucalyptus de la centrale.
L’hypothèse 2 est acceptée si les grosseurs actuelles de bois énergies fournis par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera répondent à la demande de la centrale en terme de production de l’énergie.

Limite de l’étude

La limite de l’étude concernait le choix des échantillons de l’inventaire forestier. La diversité du site d’Ankariera et la répartition de la plantation de façon identique dans les zones assignées ont posé une difficulté sur le choix de critère d’échantillonnages : la toposequence. En plus, la plupart des zones appartiennent à une propriété privée surtout au niveau de tous les bas versants et les bas-fonds. Dans les zones Mahambo Z4 et Ambohipananina Z6, le critère de toposequence (haut versant et moyen versant) ont été pris pour l’inventaire de taillis.
Durant le travail sur terrain, la centrale thermoélectrique à biomasse n’a pas fonctionné. Le test de classification de bois par durée de combustion et par pouvoir calorifique pour la confirmation de la deuxième hypothèse n’a pas été réalisé. De ce fait, l’exploitation des données présentes au sein du bureau d’étude des travaux et construction s’avérait nécessaire pour cette hypothèse. Ces données n’ont pas été complètes, ce sont des extraits des données lors du fonctionnement de la centrale.
Les ouvrages relatifs à l’étude et à la zone d’étude ont été rares. La plupart des centres de documentation visités (CITE Ambatonankanga, ESSA, ESSA-Forêts) ne possèdent ni des données
relatives sur la forêt d’Ankariera, ni des rapports techniques dans la région concernant la forêt. Seuls les rapports du projet GESFORCOM à Andaingo contiennent des données concernant le site. Les données obtenues par l’entretien auprès des responsables (au sein de la commune) manquent de précision au niveau des quantifications et des durées.

Table des matières

PARTIE 1 : INTRODUCTION
PARTIE 2 : METHODOLOGIE
1. Problématiques
2. Hypothèses
3. Localisation du milieu d’étude
4. Méthodologie de travail
4.1. Préparation
4.1.1. Elaboration du plan de recherche
4.1.2. Reconnaissance sur terrain
4.2. Collecte des données
4.2.1. Méthodes de collecte des données pour la première hypothèse
A) Inventaire forestier pour l’indicateur I1-1
a) Objectif de l’inventaire
b) Méthode de l’inventaire
B) Collecte des données au sein de la centrale pour l’indicateur I1-2
4.2.2. Méthodes de collecte des données pour la deuxième hypothèse
A) Inventaire forestier pour l’indicateur I2-1
B) Collecte des données au sein de la centrale pour les indicateurs I2-2 et I2-3
4.3. Analyses et Traitements des données
4.3.1. Données cartographiques
4.3.2. Données collectées sur la première hypothèse
4.3.2.1. Calcul de volume de taillis d’eucalyptus
a) Volume du peuplement
b) Tarif de cubage
c) Table de production
4.3.2.2. Calcul de la consommation annuelle en bois énergie d’eucalyptus de la centrale
4.3.3. Données collectées sur la deuxième hypothèse
4.3.3.1. Calcul du nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel
A) Analyse structurale de taillis d’eucalyptus
a) Analyse horizontale
b) Analyse verticale
c) Structure totale
B) Calcul du nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel proprement dit
C) Analyse Forces, Faiblesses, Opportunités et Menaces (FFOM) du site d’Ankariera
4.3.3.2. Calcul de la durée de combustion (t) par classe de diamètre de bois-énergie d’eucalyptus
4.3.3.3. Calcul du pouvoir calorifique (Ei) par classe de diamètre de bois-énergie d’eucalyptus
4.3.4. Vérification de l’hypothèse
5. Limite de l’étude
6. Schéma récapitulatif de la méthodologie
PARTIE 3 : RESULTATS
1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale thermoélectrique à biomasse
1.1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera
1.1.1. Volume et productivité
1.1.1.1. Volume du peuplement à l’âge actuel (2 ans)
1.1.1.2. Tarif de cubage
a) Tarif à une entrée
b) Tarif à deux entrées
1.1.1.3. Table de production
a) Indices de Fertilité
b) Modèle d’accroissement du peuplement d’Ankariera
c) Modèle de croissance de peuplement pour chaque zone
1.2. Consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale
1.3. Conclusion partielle
2. Grosseurs actuelles de bois énergies produits par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera et rendement énergétique de la centrale
2.1. Grosseurs actuelles de bois énergies produits par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera
2.1.1. Analyses structurales du peuplement de taillis d’eucalyptus d’Ankariera
2.1.1.1 Analyse horizontale
a) Abondance
b) Dominance
2.1.1.2 Analyse verticale
2.1.1.3 Structure totale
2.1.3. Analyses Forces, Faiblesses, Opportunité et Menaces (FFOM) des taillis d’eucalyptus d’Ankariera
2.2. Rendement énergétique de la centrale
2.2.1. Durée de combustion par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus
2.2.2. Pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus
2.3. Conclusion partielle
PARTIE 4 : DISCUSSIONS
1. Discussions
1.1 Discussions sur la méthodologie
1.1.1 Inventaire forestier
1.1.2 Tarif de cubage
1.1.3 Table de production
1.1.4 Relevé des données sur la centrale
1.2 Discussions sur les résultats
1.2.1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale thermoélectrique à biomasse
1.2.1.1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera
a) Caractéristiques structurales du peuplement d’Ankariera
b) Volume, productivité et estimation de croissance et accroissement du peuplement d’Ankariera
1.2.1.2. Consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale
1.2.2. Rendement énergétique de la centrale
1.2.2.1 Durée de combustion par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus
1.2.2.2 Pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus
1.2.3. Comparaison des résultats obtenus par rapport au Plan Simple de Gestion (PSG) de la commune rurale d’Andaingo (site d’Ankariera)
1.3 Discussions sur les hypothèses
2. Proposition d’un plan d’Action
PARTIE 5 : CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
Annexe 1 : Glossaire
Annexe 2 : Fiche de relevé
Annexe 3 : Consommation en bois de la centrale (Avril 2013) et Test sur la pression (Juillet 2013) ..
Annexe 4: Table de production par zone
Annexe 5: Coordonnées GPS par zone
Annexe 6 : Présentation de la commune rurale d’Andaingo

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