Soutenance mémoire
GENERALITES SUR LA BIOMASSE
DEFINITION
La biomasse est la matière d’origine végétale ou animale obtenue de manière naturelle ou provenant de transformations artificielles de la matière (déchets forestiers, déchets agricoles et résidus solides urbains) .
ORIGINE DE LA BIOMASSE
La biomasse peut avoir deux origines :
– Les organismes vivants se divisent en deux groupes : les organismes autotrophes et les êtres hétérotrophes, grâce au phénomène de photosynthèse, les bactéries autotrophes sont capables de produire de la biomasse[46]
– L’énergie qui parvient du soleil sur la terre (2 à 8 kWh/m² par jour selon les saisons, le site géographique, la situation météorologique…) est à l’origine de la biomasse.
CARACTERISTIQUES ENERGETIQUES DE LA BIOMASSE
La biomasse produite par l’énergie solaire a bien évidemment les caractéristiques de l’énergie solaire c’est à dire qu’elle est décentralisée sur la planète terre, présente partout sur la terre avec une inégale importance, est variable selon les régions et la saison. Elle est renouvelable Une autre caractéristique énergétique importante de la biomasse est son aspect stockable, « auto cumulable », l’énergie solaire est immédiatement stockée dans la plante sous forme de biomasse; cela veut dire que la plante « détient » 1 jour, 1 an, 10 ans, 20 ans de stock interne «d’énergie solaire ».
TYPES DE LA BIOMASSE
Selon les constituants, la biomasse est classée en trois grandes catégories :
BIOMASSE LIGNO-CELLULOSIQUE : c’est une biomasse riche en substances de structure peu hydrolysable, et dont la valorisation privilégiera les procédés « par voie sèche » dits thermochimiques ou les procédés par voie humide de la fermentation méthanique. Par exemple le bois, la paille, la bagasse de canne à sucre, le fourrage.
BIOMASSE A GLUCIDE : riche en substances glucidiques, déjà largement utilisée à des fins alimentaires (céréales, betteraves sucrières, cannes à sucre, etc..) facilement hydrolysable, et qui se prête mieux à des procédés de valorisation par voie fermentaire ou par distillation.
BIOMASSE OLEAGINEUSE : riche en lipides, aussi largement utilisée à des fins alimentaires (colza, palmier à huile, jatropha curcas etc.) et dont les huiles ou dérivés d’huile (ester) peuvent être utilisées comme carburants dans les moteurs diesel.
CONVERSIONS ENERGETIQUES DE LA BIOMASSE
L’énergie solaire stockée naturellement sous forme de biomasse peut être récupérée :
➤ soit par combustion directe de la biomasse
➤ soit par combustion du produit biocarburant ou biocombustible obtenu après transformation de la biomasse .
Les biocarburants ou bio combustibles peuvent être produits :
➤ Soit par thermoconversion (procédé nécessitant de l’énergie : la pyrolyse, la gazéification)
➤ Soit par bioconversion (procédé mettant en jeu essentiellement des mécanismes biologiques, par exemple la fermentation);
➤ Soit par conversion physico- chimique .
CONVERSION BIOCHIMIQUE DE LA BIOMASSE
FERMENTATION
On distingue trois types de fermentation :
Fermentation aérobie
Fermentation anaérobie
Fermentation alcoolique .
Fermentation Aérobie
C’est la décomposition par voie biologique, l’activité de certaines bactéries provoque cette composition de la matière végétale, suivie d’un dégagement du gaz carbonique et de l’ammoniac. Elle donne un sous-produit solide appelé compost, qui est un excellent engrais naturel. Elle est exothermique c’est à dire qu’elle dégage de la chaleur à basse température de 70°C à 80 °C, utilisable pour le chauffage. La dégradation aérobie (fermentations aérobies) est utilisée de la manière suivante. On laisse fermenter à l’air libre les déchets végétaux ou animaux. La chaleur dégagée par réaction sera récupérée. C’est une technique simple et très économique.
Fermentation Anaérobie (Méthanogénèse)
La fermentation anaérobie est l’un des processus qui contribue à la dégradation des matières organiques mortes en éléments simples gazeux et minéraux. Le processus anaérobie qui nous intéresse est la fermentation qui aboutit à la formation du » biogaz « , un gaz combustible. C’est le résultat de l’activité microbienne complexe sur la cellulose .
Les déchets fermentescibles
Ce procédé s’applique aux déchets humides (taux d’humidité > 60%) chargés en matière organique tels que :
Les déchets d’élevage : fumiers de bovin, lisiers du porc, etc …
Les déchets des industries agroalimentaires (bagasse)
Les boues d’épuration des eaux polluées.
Processus de la biométhanisation
La formation du gaz de méthane ou biogaz se déroule dans une cuve appelée digesteur, recouvert d’un dôme. Il y a deux types de digesteur :
Digesteur continu : le système continu est issu des fosses septiques qui ont été développées au XIXième siècle. La caractéristique principale du système continu est sa ressemblance à un tube digestif, tout comme lui, il cultive les bactéries, a besoin d’une certaine température pour être efficace et reçoit une alimentation régulièrement. Le système est constitué d’un bio digesteur (où se déroule la réaction), et d’une cloche gazométrique ou d’un réservoir de stockage (où est stocké le gaz si son utilisation n’est pas directe). Le système continu permet de traiter les boues des stations d’épurations. [15]
Digesteur discontinu : à la différence du digesteur continu, la production dans ce système ne peut être régulière, elle commence après le chargement et la fermeture de la cuve et s’arrête lorsque la production baisse jusqu’à devenir nulle. Favorable pour le traitement des fumiers agricoles.
Le principe de la fermentation anaérobie se décompose en 4 opérations principales:
L’hydrolyse : transformation des matières organiques complexes (Polysaccharides, protéines etc.) en molécules plus simples, comme des sucres, alcools et des acides aminés
L’ acétogenèse : les acides gras volatiles sont transformés en acide acétique CH3CHOOH, hydrogène (H2) et en dioxyde de carbone (CO2)
La méthanogenèse : cette dernière étape permet de transformer l’acide acétique en méthane et en dioxyde de carbone, l’hydrogène formé précédemment est consommé lors de cette étape .
Fermentation Alcoolique (Biocarburant)
C’est l’alcool utilisé dans les moteurs à essence à l’état pur ou en mélange obtenu par fermentation des matières agricoles riches en sucre comme la canne à sucre, les fruits, les betteraves etc… et en utilisant, soit la plante elle-même, soit les sous-produits (bagasse, mélasse) qui contiennent encore des quantités non négligeables de saccharose ; ou en amidon tels que la pomme de terre, le manioc, le maïs etc…
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Table des matières
Introduction
PREMIERE PARTIE LES PROCEDES DE VALORISATION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE
CHAPITRE I Généralités sur la biomasse
I-1 Définition
I-2 Origine de la Biomasse
I-3 Caractéristiques de la biomasse
I-4 Différents types de la biomasse
I-4-1 Biomasse lignocellulosique
I-4-2 Biomasse à glucide
I-4-3 Biomasse oléagineuse
CHAPITRE II Conversion de la Biomasse en énergie
II-1 Voie biochimique
II-1-1Fermentation aérobie
II-1-2 Fermentation anaérobie (Biométhanisation)
II-1-3 Fermentation alcoolique
II-2 Voie Thermochimique
II-2-1 Combustion directe
II-2-1-1 Définition
II-2-1-2 Types de combustion
II-2-1-3 Caractéristiques de la combustion directe
II-2-1-4 Processus de la combustion directe
II-2-2 Pyrolyse
II-2-2-1 Définition
II-2-2-2 Processus de la Pyrolyse
II-2-2-3 Paramètres caractéristiques de la pyrolyse
II –2-2-4 Différentes modes de la pyrolyse
II-2-2-5 Avantages et inconvénients de la pyrolyse
II-2-3 La Gazéification
II-2-3-1 Définition
II-2-3-2 Principe de la gazéification
II-2-3-3 Différents types de la gazéification
II- 2-3-4 Avantages et inconvénients de la gazéification
II-2-4 La Liquéfaction
II-2-4-1 Définition
II-2-4-2 Objectifs
II-2-4-3 Principe de la liquéfaction
II-2-4-4 Aperçu sur les procédés de conversion énergétique de la biomasse
DEUXIEME PARTIE VALORISATION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE A MADAGASCAR
CHAPITRE I Situation énergétique à Madagascar
I-1Production énergétique à Madagascar
I-1-1 Combustion fossile
I-1-2 Energie Electrique
I-1-3 Energie provenant de la biomasse
I-1-4 Répartition des sources énergétiques par province
I-2 Consommation Energétique à Madagascar
I-2-1 Consommation finale d’énergie à l’échelle nationale
I-2-2 Consommation d’énergie par secteur
CHAPITRE II Valorisation énergétique des résidus de bois et agricoles
II-1 Biomasse Forestière
II-1-1 Etat de couverture forestière à Madagascar
II-1-2 Produits forestiers
II-1-3 Bois énergie
II-1-4 Copeaux et sciures de bois
II-2 Résidus Agricoles
II-2-1 Résidus provenant de la culture céréale
II-2-1-1 Résidus provenant de la culture de riz
II-2-1-2 Résidus provenant de la culture de maïs
II-2-2 Résidus provenant de la culture industrielle
II-2-2-1 Bagasse
II-2-2-2 Coque d’arachide
II-2-2-3 Coque de café
II-2-2-4 Pulpes de sisal
II-2-2-5 Coque de coton
II-2-2-6 Coque de cacao
II-2-3 Bilan énergétique et environnement de la valorisation en énergie des résidus provenant de la culture industrielle
CHAPITRE III Culture énergétique à Madagascar
III-1 Plantation des produits à tubercules
III-1-1 Manioc
III-1-2 Patate douce
III-1-3 Pomme de terre
III-1-4 Bilan énergétique de la valorisation des plantes tubercules
III-2 Plantation de jatropha curcas
III-2 –1 Généralités
III-2-2 Evaluation du potentiel de jatropha curcas
III-2-3 Valorisation énergétique des quantités de jatropha disponibles
CHAPITRE IV Jacinthe d’eau (biomasse aquatique)
IV-1 Généralités
IV-2 Potentiel de jacinthe d’eau dans les lacs d’Antananarivo
IV-3 Valorisation énergétique de la jacinthe d’eau
IV-4 Apports de la valorisation énergétique de la jacinthe d’eau sur l’environnement
CHAPITRE V Valorisation énergétique de la biomasse liée aux déchets animaux
V-1 Généralités
V-2 Potentiel des déjections animales par espèce
V-3 Valorisation en énergie des déjections animales à Madagascar
V-4 Apports de la valorisation énergétique des déjections animales sur l’environnement
CHAPITRE VI Déchets urbains
VI-1 Généralités
VI-2 Quantité et valorisation des résidus ménagers dans la ville d’Antananarivo
VI-3 Bilan environnemental de la valorisation énergétique des résidus ménagers
TROISIEME PARTIE GAZEIFICATION DES RESIDUS DE NOIX DE COCO
Introduction
CHAPITRE I Description de la noix de coco
I-1 Enveloppe externe
I-1-1 Utilisation des bourres
I-1-2 Utilisation des fibres
I-2 Coque de coco
I-3 Albumen
I-4 Eau de coco
CHAPITRE II Les résidus de la noix de coco
II-1Bourres
II-1-1 Eléments constituants
II-1-2 Caractéristiques (physique, chimique et énergétique)
II-2 Coque de coco
II-2-1 Eléments constituants
II-2-2 Caractéristiques (physique, chique et énergétique)
CHAPITRE III Valorisation énergétique des bourres et coques de noix de coco par le procédé de gazéification à l’air
III-1 Objectifs et intérêts de la valorisation énergétique des coques et bourres de coco
III-2 Choix des matières premières
III-3 Principe du procède
III-4 Choix du gazogène utilisé
III-4-1 Nature
III-4-2 Mode de fonctionnement
III-5 Principe de détermination quantitative des compositions du gaz résultant
III-5-1 Hypothèses
III-5-2 Mécanisme réactionnel
III-5-3 Bilan des matières
III- 5-4 Production du méthane
III-5-5 Introduction de la fraction volumique de l’eau
III-5-6 Bilan énergétique
III-6 Calcul théorique des compositions du gaz
III-6-1 Composition du gaz lors de la gazéification des coques de noix coco
III-6-2 Composition du gaz lors de la gazéification des bourres de noix de coco
III-7 Calcul du pouvoir calorifique et du rendement énergétique
III-8 Evaluation de l’intérêt économique de la production du gaz à partir de la gazéification des résidus de noix de coco
III-9 Contraintes de l’utilisation de ce procédé
CONCLUSION GENERALE
REFERENCE BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
