Optimisation des chaînes d’approvisionnement en biomasse dans les systèmes de production de bioénergies

Optimisation des chaînes d’approvisionnement en biomasse dans les systèmes de production de bioénergies

Situation de l’accès à l’énergie au Burkina Faso et du Mali

L’accès à l’énergie et aux services énergétiques modernes, bien qu’en augmentation, reste limité en Afrique subsaharienne. Malgré les efforts qui y ont été déployés, 590 millions de personnes dans cette partie du monde n’ont toujours pas accès à l’électricité en 2017, ce qui en fait la plus grande concentration de personnes dans le monde sans accès à l’électricité (IEA., 2017). Cette situation traduit la pauvreté énergétique1 que connaissent de nombreux pays d’Afrique Subsaharienne tels que le Burkina Faso et le Mali ; pauvreté énergétique qui est visible à travers le faible taux de couverture du territoire de ces pays en électricité. En effet, selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) (IEA, 2014) en 2014, au Burkina Faso, le taux d’électrification national était de 18% dont seulement 1% en milieu rural. Au Mali en 2014 également, ce taux était de 26% dont 9% en milieu rural. Ces taux sont faibles comparés au taux moyen d’électrification pour toute l’Afrique qui était toujours selon l’AIE de 45 % la même année 2014.

En raison de ce faible taux d’électrification, les personnes vivant sans électricité au Burkina Faso et au Mali dépendent de l’utilisation traditionnelle de la biomasse solide (bois et charbon de bois) pour la production d’énergie (IEA., 2017). En effet, le bois énergie occupe une importante place dans la balance énergétique de ces deux pays et représentait 83% de la consommation énergétique nationale au Burkina Faso (Dabat et al., 2009) et 78% au Mali en 2008 (Département régional Ouest II (ORWB), 2010; l’Énergie, 2008). Les besoins énergétiques des populations (surtout pour des usages domestiques tels que la cuisson des aliments) sont majoritairement satisfaits par la biomasse traditionnelle à base de bois ou de charbon de bois (plus de 95% de la population de ces deux pays selon l’AIE en 2014). La biomasse traditionnelle est même parfois utilisée pour satisfaire les besoins énergétiques dans certaines activités productives en milieu artisanal et pour les petites et moyennes entreprises (PME) et est pratiquement la seule source d’énergie des populations en milieu rural. Cette consommation de la biomasse ligneuse provoque de fortes pressions sur les ressources forestières en contribuant considérablement à la déforestation (Sulaiman et al., 2017).

Si les besoins énergétiques des populations au Burkina Faso et au Mali sont satisfaits majoritairement par l’utilisation traditionnelle de la biomasse solide, les besoins en énergies des secteurs économiques clés tels que le transport, la production d’électricité et l’industrie sont quant à eux satisfaits en grande partie par les énergies hydrocarbures (Burnod et al., 2010). Or n’ayant pas de réserves d’hydrocarbures, le Burkina Faso et le Mali sont totalement dépendants des importations de produits pétroliers afin de s’approvisionner en hydrocarbures. Ces importations de produits pétroliers entraînent une pression sur l’économie et sur le budget des États de ces deux pays en raison du poids des dépenses en hydrocarbures sur la balance commerciale. En plus de contribuer à aggraver le déficit de la balance commerciale, ce déficit en matière d’accès à l’énergie a aussi des conséquences négatives sur le bien-être socioéconomique des États tels que le Burkina Faso et le Mali qui les subissent. En effet, l’accès à l’énergie est considéré comme une composante importante du développement et sa consommation est considérée comme un indicateur du degré de bien-être d’une communauté (Giannini Pereira et al., 2011). Le manque d’énergie dans une économie ou son inadéquation aux besoins des populations peut donc conduire entre autres à la pauvreté sociale et économique, au sous-développement, au chômage et à la sous-utilisation des ressources humaines vivant en milieu rural.

Ces conséquences négatives peuvent également inclure la stagnation économique, la sous-performance des industries et des secteurs industriels, le taux élevé de l’analphabétisme, et l’augmentation des migrations (Pereira et al., 2011; Uduma and Arciszewski, 2010). Les conséquences négatives du manque d’énergie peuvent également expliquer l’intérêt du Burkina Faso et du Mali pour les bioénergies et plus particulièrement pour les biocarburants. L’utilisation des biocarburants dans ces deux pays pourrait effectivement contribuer au développement du secteur de l’énergie et à la réduction de leur dépendance vis-à-vis des importations d’hydrocarbures (Dabat et al., 2010) (Kple et al., 2010) en y diversifiant les sources d’énergie et en y substituant ou remplaçant le bois énergie et les produits pétroliers importés. Cet intérêt pour ces biocarburants s’est traduit par le développement de nombreux projets de production de biocarburants depuis les années 2000 en Afrique de l’Ouest et notamment au Burkina Faso et au Mali.

La problématique de la production de biocarburants et de l’approvisionnement en biomasse au Burkina Faso et au Mali Pour la production de biocarburants en Afrique de l’Ouest, plusieurs plantes, alimentaires et non alimentaires ont en effet été envisagées. Ce sont entre autres, le Jatropha, le coton, le tournesol, l’arachide, le soja, le Balanites, le neem, le moringa, le sésame, le karité… (Blin et al., 2008; Gatete and Dabat, 2014). Ces plantes produisent toutes des graines oléagineuses, mais ont des modes de culture différents. Le Jatropha curcas L (Jatropha) (voir paragraphe 1.4 ci-dessous pour plus de détails sur l’espèce Jatropha curcas) est cependant la plante qui a suscité le plus d’intérêt pour la production des biocarburants au Burkina Faso et au Mali (Djerma and Dabat, 2013; Samaké, 2007). L’une des raisons principales de cet intérêt pour le Jatropha est le principe de précaution à travers le fait que la plante soit non comestible. En effet, dans ces pays où l’autosuffisance alimentaire n’a pas encore été atteinte et où l’agriculture de subsistance est majoritairement pratiquée, il difficilement envisageable de cultiver une plante comestible pour produire du biocarburant. Pour ne pas concurrencer la production alimentaire, le Jatropha donc a été plébiscité par de nombreux investisseurs privés et promoteurs de projets communautaires (Maes et al., 2009).

Cette promotion du Jatropha pour la production de biocarburant a cependant été faite sur la base d’hypothèses et sans études préalables sur l’exploitation de la plante qui n’est pas une espèce végétale native des régions africaines. La plante avait ainsi été décrite dans les années 2000, comme possédant de multiples atouts pour la production de biocarburants (rendements élevés en graines, capacité à pousser sur les sols marginaux (ne rentrant donc pas en compétition pour l’occupation des terres destinées aux cultures vivrières et de rente), faibles besoins en eau…). Ce discours vantant les performances du Jatropha a été infléchi par la suite avec les retours d’expériences de terrain sur la culture et de l’extraction de l’huile de Jatropha. Ces expériences ont montré entre autres que, les rendements en graines du Jatropha étaient non seulement très hétérogènes, mais aussi très variables en fonction du contexte de culture (Lama et al., 2017) et que ceux-ci étaient également très inférieurs à ceux escomptés en Afrique de l’Ouest (qui étaient de l’ordre de 1000 à 1500 kg/ha (Janin and Ouedraogo, 2009)) et qui se sont avérés souvent inférieurs à 200kg/ha en milieu paysan (Rérolle, 2014). De plus, la plante étant toxique, les sous-produits (coques et tourteaux) généré par la production de biocarburant constituaient des déchets difficilement valorisables. Cela s’est traduit par des difficultés d’approvisionnement des unités de production de biocarburant en graines, et par un coût de production de l’huile sans subvention qui était élevé et supérieur au prix des fiouls lourds (HFO Heavy fuel oil (465 XOF2/l et Distillate Diesel Oil (DDO) 392 XOF/l (Chapuis, 2014)) pris comme référence (Konaté et al., 2017).

Par suite de ces difficultés d’approvisionnement en graines et à ce coût élevé de production de l’huile, le constat aujourd’hui est que la majorité des projets développés au Burkina Faso et au Mali pour la production de biocarburants à base de Jatropha a une faible rentabilité. D’après le rapport final de l’étude sur la structuration, l’organisation et le fonctionnement des filières Jatropha en Afrique de l’ouest (Groupe e-sud, 2014), de nombreux projets de culture et d’exploitation du Jatropha ont arrêté leurs activités ou ont été contraints à la faillite en raison de la non-rentabilité de la production de biocarburants à base de Jatropha.

Pour pallier ces échecs, certains promoteurs de projets de production de biocarburant se sont concentrés sur le développement des performances agronomique du Jatropha. À ce sujet, les études ont concerné entre autres, l’amélioration des rendements de culture et des pratiques culturales ainsi que l’amélioration biologiques et génétique du Jatropha. (Achten et al., 2010; Behera et al., 2010; Carels, 2009; Divakara et al., 2010; C S Everson et al., 2013; Ghosh et al., 2011; Iiyama et al., 2012; Jingura et al., 2011; Karanam and Bhavanasi, 2012; Kesava Rao et al., 2012; Maes et al., 2009; Rajaona et al., 2011; Tjeuw et al., 2015). Certaines études ont été réalisées sur l’optimisation des procédés de conversion des graines de Jatropha en vecteurs énergie (extraction de l’HVC, estérification, transestérification), caractéristiques de l’huile végétale et du biodiesel. (Blin et al., 2013; Chapuis et al., 2014; Meher et al., 2006; Navarro-Pineda et al., 2016; Pramanik, 2003; Rodrigues et al., 2013), et sur les cadres politiques et institutionnels pouvant favoriser le développement des biocarburants (Favretto et al., 2015, 2012; Gatete and Dabat, 2014; Hazelton et al., 2013; Tatsidjodoung et al., 2012).

Toujours pour pallier les échecs de production de biocarburants à base de Jatropha, d’autres promoteurs de projets de production de biocarburants se sont tournés vers d’autres plantes oléagineuses telle que le Balanites aegyptiaca (Balanites) afin de rentabiliser les investissements déjà réalisés pour la production de biocarburants et en vue de respecter les engagements pris pour la fourniture d’électricité aux populations en milieu rural. Le Balanites est une plante endémique du Sahel dont les caractéristiques pourraient permettre une production de biocarburants plus rentable qu’avec le Jatropha. En effet, cette plante produit des fruits contenant des graines riches en huile (46% et 55% de son poids en huile (Varshney and Anis, 2014)) qui peuvent être cueillies et transformées pour produire de l’HVC et/ou du biodiesel (voir paragraphe 1.4 ci-dessous pour plus de détail sur la description de l’espèce végétale Balanites aegyptiaca). La plante est d’autant plus intéressante qu’elle pousse dans les régions sahéliennes au contexte pédoclimatique non favorable à la culture du Jatropha. Elle est une plante sauvage, abondante et dominante dans les régions sahéliennes d’Afrique de l’Ouest (Boffa, 2000)). Son avantage pour la production de biocarburants est qu’en tant que plante sauvage, aucun investissement n’est nécessaire pour la culture des graines oléagineuses. Les arbres poussent naturellement sans irrigation ni apport d’engrais et sans entretien. Autre avantage du Balanites est que son exploitation n’engendre pas de compétition avec les cultures alimentaires pour l’occupation des sols. De plus, à la différence du Jatropha, les tourteaux du Balanites sont valorisables en aliments pour bétail.

Table des matières

Remerciements
Résumé
Abstract
Liste des figures
Liste des tableaux
Abréviations
Chapitre 1 : Introduction générale
Situation de l’accès à l’énergie au Burkina Faso et du Mali
Les causes de l’essor des biocarburants au Burkina Faso et au Mali
La problématique de la production de biocarburants et de l’approvisionnement en biomasse au Burkina Faso et au Mali
Objectifs et plan de recherche
4.1. Objectifs de recherche
4.2. Plan de recherche
Chapitre 2 : Généralités et état de l’art
Introduction
1.Chaîne logistique et chaîne logistique dans les systèmes de production de bioénergies
1.1. Définitions et enjeux
1.2. Conception du réseau logistique
1.3. Chaîne logistique inverse : valorisation des déchets et sous-produits
1.4. Cas particulier de l’approvisionnement en biomasse des filières de production de biocarburants oléagineux à base de Jatropha et de Balanites en Afrique de l’Ouest
2.Optimisation des chaînes d’approvisionnement en biomasse dans les systèmes de production de bioénergies
2.1. Conception de réseau logistique : modélisation, critères de d’optimisation et approches de résolution
2.2. Problèmes de conception de réseau logistique.
2.3. Revue de littérature sur la conception du réseau logistique dans les systèmes de production de bioénergies
2.4. Contribution de nos travaux de recherche
Conclusion
Chapitre 3 : Modélisation de la chaîne logistique des systèmes de production de biocarburants oléagineux
Introduction
1.Définition du problème modélisé
1.1. Les critères d’optimisation
1.2. Hypothèses et limitation du problème
1.3. Le système modélisé
1.4. Données du problème à optimiser
1.5. Les attributs du modèle
2.Complexité du problème modélisé
3.Formulation mathématique du problème
3.1. Les ensembles
3.2. Les paramètres
3.3. Les variables de décision
3.4. Fonctions objectif
Conclusion
Chapitre 4 : Implémentation du modèle d’optimisation
Introduction
1.Description du cas d’étude
1.1. Demande en biomasse
1.2. Réseau d’approvisionnement en biomasse
1.3. Production de la biomasse
1.4. Collecte, stockage et manutention de la biomasse
1.5. Prétraitement de la biomasse
1.6. Valorisation des sous-produits
1.7. Transport de la biomasse et des sous-produits
1.8. Extraction de l’HVC
1.9. Scénarios implémentés et analyse de sensibilité
2.Résultats et discussions
2.1. Résultats et discussion de l’implémentation de la fonction économique
2.2. Résultats et discussion de l’implémentation de la fonction environnement
2.3. Analyse de sensibilité
Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexes
Annexe 1. Évaluation environnementale Hypothèses pour le calcul des émissions de GES liés à l’utilisation des fertilisants
Hypothèses pour le calcul des émissions de GES liés à l’utilisation des tourteaux comme fertilisant
Hypothèses de calcul des émissions des moyens de transport
Annexe 2. Extraction de l’huile végétale carburant
Équations de calcul du prix d’achat des équipements d’une unité d’extraction d’HVC
Hypothèses et calculs pour des différents coûts considérés dans la phase d’extraction de l’HVC.
Formule de calcul des coûts annualisé
Annexe 3. Résultats de performance de l’algorithme de résolution du problème d’optimisation
Implémentation de la fonction économique
Implémentation de la fonction environnement

Télécharger le rapport complet