Soutenance mémoire
Filière Éolienne
Les éoliennes servent à transformer l‟énergie produite par le vent en énergie mécanique ou électrique. Madagascar possède une potentialité en filière éolienne grâce à l‟existence d‟Alizés. Le Régime du vent à Madagascar semble faible. En plus, le gisement est mal réparti. L‟exploitation de cette filière demande un coût d’investissement très élevé (coût de l’initiative se chiffre à 80 millions de dollars), des mains d’œuvre non qualifiés se posent aussi. Le problème peut se manifester dans le domaine technologique qui est inadapté au contexte local. De plus, le financement est insuffisant et mal planifié pour la vulgarisation d‟une telle technologie. En milieu rural, les usagers potentiels sont dispersés et ne disposent que de faibles ressources financières tandis que les coûts de raccordement à un réseau sont élevés. C‟est une technologie qui ne résiste pas aux cyclones et sa mise en place demande une structure de gestion fiable pour sa pérennisation. L‟éolienne doit pouvoir être fourni et entretenu localement (Randriamanindry, 2011). L‟éolienne s‟applique à plusieurs domaines grâce à l’aérogénérateur développé. Ce dernier est exploité dans de nombreuses configurations: éclairage domestique, électrification de bâtiments communautaires, électrification de foyers regroupés, pompage (adduction d’eau potable), transformation et conservation de produits agricoles (broyage, froid, etc.). Il présente également un force motrice pour l’artisanat (alimentation de pôles d’activités artisanales pour le travail du bois ou des métaux, la couture, la coiffure, etc.) et la recharge de batteries et de téléphone.
Valorisation du lignite: production de briquettes
Diverses technologies de valorisation de lignite sont disponibles en ce moment dont la gazéification et la cokéfaction (distillation par voie sèche) semblent être les plus utilisées. La gazéification consiste à décomposer le lignite par la chaleur (supérieure à 1 000°C) en présence de vapeur d‟eau et d‟oxygène. Cette réaction permet d‟obtenir un mélange gazeux combustible, appelé «syngas», composé de monoxyde de carbone et d‟hydrogène. Le syngas produit est utilisé pour deux applications: production d‟électricité par la turbine à gaz et la transformation du syngas en essence de synthèse (comme pour les biocarburants) par le procédé Fischer Tropsch. C‟est une réaction chimique permettant de convertir le monoxyde de carbone et l‟hydrogène en hydrocarbure. La cokéfaction est l‟opération consistant à transformer le lignite en coke par dégagement des matières volatiles, elles-mêmes combustibles. Contrairement à la distillation, les installations ont été conçues pour l‟obtention de coke qui est constitué de carbone et de cendre. Le gaz et les autres produits liquides ne sont que des produits secondaires. Pour obtenir du coke, on chauffe le lignite à l´abri de l´air aux environs de 1 000ºC. Il se décompose et fond à cette température. Il se dégage des matières volatiles non condensables et condensables. Le gaz brut qui résulte de la cokéfaction est à son tour transformé en gaz domestique, en goudrons dans une usine carbochimique. Les fours à coke sont constitués par une série de murs parallèles de 13 mètres de longueur laissant entre eux un intervalle de 0,40m. Ces murs sont recouverts d‟une voûte et fermés aux deux extrémités. Entre leur brique réfractaire (brique de silice), sont aménagés des canaux servant au chauffage. Les fours ont la forme d‟un parallélépipède très aplati, leurs dimensions sont de l‟ordre de grandeur suivant : largeur (0,40 à 0,45m), longueur (12 à 15m) et 5 à 6m d‟hauteur (Andriamandanja, 2003).
Test d’ébullition d’eau
Ce test essaiera de déterminer les activités suivantes :
la durée d‟ébullition d‟eau (2,5 l) en utilisant comme combustible le charbon de bois et la briquette de lignite
le nombre de briquette consommée pour l‟ébullition d‟eau (2,5 l)
La concrétisation de chaque activité dépendra des matériels d‟étude, des matières premières (charbons de bois et briquettes de lignite) et de l‟eau. Le matériels d‟étude comprennent des équipements de laboratoire tels que : balance de précision pour les différentes pesées ; des récipients gradués, fioles jaugées et éprouvettes graduées pour la volumétrie; le thermocouple à sonde à affichage électronique pour la mesure de la température de la flamme, de la température d‟ébullition d‟eau une marmite Cocotte N° 38 de modèle Ambatolampy utilisée comme bouilloire à chaque test d‟ébullition d‟eau. Un foyer amélioré de type « Mitsitsy à carapace métallique » (modèle CNRIT)
a. Protocole du test : Le test comprend trois phases : la phase de préparation ou avant cuisson, la phase de cuisson et l‟après cuisson.
Avant cuisson : Cette première phase consiste à effectuer diverses préparations des matières premières et diverses mesures relatives au test à réaliser entre autres :
la mesure de la température de l‟eau, de la température ambiante et de la vitesse du vent au laboratoire pour maintenir des conditions d‟expérimentation comparables des foyers.
la préparation des combustibles pour le test.
les différents types de pesage des appareils de cuisson à tester et ses contenus (eau de robinet 2,5 l).
les différents types de pesage de combustible à introduire dans le foyer amélioré.
Pendant cuisson: Cette phase de cuisson consiste à faire des mesures d‟élévation de température de l‟eau dans l‟équipement de cuisson et ceux du foyer sous la marmite à l‟aide d‟un thermocouple par lecture directe. C‟est dans cette partie aussi qu‟on peut apprécier respectivement le comportement de chaque combustible (briquette de lignite, charbon de bois), son inflammabilité (briquette de lignite, charbon de bois), l‟état de la flamme (% en flamme bleue, % en flamme rouge), la température du corps extérieur du foyer et l‟émission de la fumée.
Après test: Cette partie entreprend différentes pesées et mesures telles que le pesage des appareils de cuisson testés et ses contenus (eau) et le pesage de combustibles restants dans le foyer pour déterminer par différence la quantité de combustible réellement consommé pour l‟ébullition plus 15 mn.
b. Méthode de calcul pour la détermination du temps d’ébullition d’eau : La durée de l‟ébullition d‟eau sera calculée par la différence entre la durée du test d‟ébullition d‟eau (temps d‟ébullition plus 15 mn) et le temps de démarrage du test d‟ébullition d‟eau
Etude de la demande bois énergie Vakinankaratra
Dans la région de Vakinankaratra, par rapport à l‟échelle nationale, l‟utilisation de l‟énergie est encore faible de l‟ordre de 0,2 TEP par capita par an. Le bois énergie est la source d‟énergie la plus utilisée des ménages. L‟approvisionnement en charbon s‟effectue à partir des régions voisines Amoron‟i Mania et Haute Matsiatra. Cette situation a une influence sur la cherté de ces produits et entraînant parfois à une pénurie au niveau du Chef-lieu régional. Le grand consommateur de charbon de bois dans la région de Vakinankaratra est de deux types: les ménages ; les petites industries de transformation telles que les fonderies, d‟Ambatolampy et les artisans. Parmi les cinq districts de la région de Vakinankaratra, Ambatolampy est le plus grand consommateur de charbon de bois (10 694 tonnes en 2012) par le biais des artisans producteurs de marmites dénommés « cocotte Ambatolampy ».
Analyse des caractéristiques physico-chimiques du lignite
La variété des charbons de terre est dictée par de nombreux paramètres, qui sont essentiellement : l’humidité, la teneur en cendres, le pouvoir calorifique et l’inflammabilité, liée à la teneur en matières volatiles. La plupart de ces critères sont corrélés avec l’âge du charbon. Le lignite, charbon le plus « récent » est assez humide et contient relativement beaucoup de matières volatiles inflammables. La cokéfaction permet de montrer qu‟après 7 à 10 minutes de cuisson, le lignite cuit commence à émettre des fumées de couleurs différentes: la fumée blanche indique que l‟échantillon contient de vapeur d‟eau, la fumée marron montre la disparition progressive de l‟eau et la flamme jaune entourée de flamme blanche indique les matières volatiles constituées de divers constituants nocifs [gaz carbonique (CO2), oxydes d‟azote (NOx), méthane (CH4), goudron et huiles] à l‟environnement. Tant que ces matières responsables de la pollution ne sont pas toutes débarrassées du lignite, la flamme persiste encore. L‟analyse chimique est indispensable pour évaluer la qualité du produit briquette-lignite. Le test statistique permet de comparer la variété de propriétés physico-chimiques de lignites dans le site de Mandrosohasina et celui d‟Antanifotsy. En effet, une expérience convenablement organisée aboutit à une interprétation statistique valide des résultats relatifs à l‟effet du produit. Le lignite à l’état naturel contient un pourcentage d’eau assez élevé. Le lignite d‟Antanifotsy a une humidité légèrement grande que celui de Mandrosohasina. Le test de comparaison des moyennes confirme que ces deux sites présentent une différence non significative d‟humidité. La teneur en eau caractérise l‟évolution des charbons. De la tourbe à l‟anthracite, sa diminution se traduit par une compression de la matière favorisant l‟expulsion d‟eau. L‟humidité est un paramètre important à connaître car elle varie en raison inverse du pouvoir calorifique fourni par le lignite. Autrement dit, le lignite contenant plus d‟eau par rapport à la houille présente le moindre pouvoir calorifique. Les humidités moyennes de lignite des sites étudiés sont comprises entre 16,17% et 13,95%. Elles ne présentent pas de différence significative (Khi²=3,84 ; ddl= 1 ; p>0,05). Au seuil P = 0,05, la teneur moyenne des matières volatiles de ces deux sites présente une différence non significative. Sachant que la teneur assez élevée des matières volatiles caractérise le lignite à son stade moins évolué. Les résultats d‟analyse montrent que les lignites des sites étudiés ayant une humidité semblable présentent par conséquent la même teneur en matières volatiles. Elle s‟élève à 26,40 d‟où son appellation combustible médiocre. Pour se débarrasser de ces matières volatiles, il faut passer au processus de cokéfaction. Le pouvoir calorifique dépend de l‟humidité, les lignites des deux sites étudiés présentent de PCi relativement semblable qui se situe aux alentours de 5204 Kcal/kg en moyenne et d‟humidité de 16,17%. La légère différence du PCi entre les deux sites est en grande partie due à la formation même du lignite dans chaque lieu de prélèvement ainsi qu‟aux caractéristiques géologiques de ces lieux qui sont semblables. Le lignite d‟Antanifotsy (4574 Kcal/kg) a un pouvoir calorifique supérieur par rapport à celui de Mandrosohasina(4485 Kcal/kg). Selon le test t de student, pour p<0,05, la différence entre la densité moyenne est significativement différente. Ce qui signifie que la densité moyenne de lignite de Mandrosohasina et celle d‟Antanifotsy présente une variation importante. Le lignite de Mandrosohasina (1,663) est plus dense que celui d‟Antanifotsy (1,572). Cette variation se traduit par le prélèvement d‟échantillon à différentes profondeurs respectivement 2,15 mètres pour et 1,50 mètre. Elle peut être due également aux types de végétations présentes sur le terrain. Conformément à la carbonisation de bois dont sa densité dépend essentiellement de celles de la matière première. Un bois dense donne un charbon dense et un bois léger donne un charbon léger (Briane et al, 1985). Cela pourrait être un avantage d‟Antanifotsy pour le transport. Les deux sites étudiés présentent une teneur en cendre semblable. Elle diminue légèrement à Mandrosohasina (43,93%). En effet, le test statistique montre que la teneur moyenne en cendre ne présente pas de différence significative puisque Ho est retenue. Rappelons que la cendre est un résidu basique de combustion ou incinération de matière organique, sa teneur dépend de la variation des matières minérales et de la nature des débris végétaux formant le lignite. Ce dernier considéré comme un bois profondément altéré (Léon Ferrer, 1874), est influencé considérablement par la nature du sol. Par conséquent, la teneur en cendre varie en fonction de types de sols étudiés, la nature d‟essence des végétaux et les sites de prélèvement. D‟après le résultat statistique, cette différence semble être négligeable. Les végétaux ayant poussé dans les mêmes conditions avec les mêmes espèces dans les deux sites expliquent cette ressemblance. A partir de la quantité de ces éléments chimiques, on peut déterminer les essences et même la partie des bois qui sont à l‟origine du lignite. Par exemple, on trouve davantage de chlore dans les résineux que dans les bois feuillus (7 fois plus dans l‟épicéa que dans le chêne), deux fois plus de magnésie dans l‟orme que dans le pin sylvestre. Les sels de silicium et de calcium sont plus abondants dans l’écorce que dans le bois tandis que les sels de potassium prédominent dans le bois. En brûlant, le lignite libère dans l’air de nombreux polluants non seulement du CO2 et de NOx mais également de soufre. Signalons que l’augmentation de la température du sol contribue à l‟augmentation du taux de minéralisation conduisant à une diminution du carbone organique du sol. Ceci se traduit par une baisse des stocks de carbone lorsque la température moyenne de la région augmente. L‟échantillon pris au gisement d‟Antanifotsy (0,132%) présente une faible teneur en soufre par rapport à celui de Mandrosohasina (0,143%). La teneur en carbone fixe est une fonction assez complexe, car elle dépend essentiellement du pourcentage d‟humidité, du pourcentage en cendres et de l‟indice des matières volatiles. Dans nos analyses, elle varie de 14,64% à 15,70%. En bref, les facteurs climatiques (température et pluviométrie) jouent un rôle majeur sur les caractères physico-chimiques du lignite et affectent la minéralisation de la matière organique du sol. Le tableau suivant indique les proportions moyennes de caractères physico-chimiques du lignite.
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Table des matières
INTRODUCTION
I ETAT DES CONNAISSANCES
I.1 Situation énergétique à Madagascar
I.2 Évolution actuelle du secteur énergétique
I.2.1 Combustibles fossiles
I.2.1.1 Lignite
I.2.1.2 Houille
I.2.1.3 Pétrole
I.2.2 Combustibles renouvelables
I.2.2.1 Charbon de bois
I.2.2.2 Filière Biomasse
I.2.2.3 Filière Hydroélectricité
I.2.2.4 Filière Biocarburant
I.2.2.5 Filière Éolienne
I.2.2.6 Filière Solaire
I.3 Plan National d’Action Environnementale
II MATERIELS ET METHODES
II.1 Problématique
II.2 Hypothèses
II.3 Objectifs
II.4 Méthodologie
II.4.1 Zones d’étude
II.4.1.1 Commune Rurale de Mandrosohasina
II.4.1.2 Commune Rurale d’Antanifotsy
II.4.2 Compréhension de l’environnement de l’étude et collecte de données
II.4.3 Étude bibliographique
II.4.4 Enquête
II.4.5 Descente sur terrain
II.4.6 Expérimentations
II.4.6.1 Détermination des propriétés physico-chimiques du lignite
II.4.6.2 Valorisation du lignite: production de briquettes
II.4.7 Tests d’efficacité et d’acceptabilité
II.4.7.1 Test d’ébullition d’eau
II.4.7.2 Test de Cuisine contrôlée: TECC
II.4.7.3 Test d’acceptabilité au niveau des différentes couches sociales
II.4.8 Évaluation financière
II.4.8.1 Étude du marché
II.4.8.2 Étude financière
II.4.8.3 Analyses statistiques
III RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III.1 Analyse des caractéristiques physico-chimiques du lignite
III.2 Test d’ébullition d’eau et de cuisine contrôlée
III.3 Appréciation de la commodité d’usage des briquettes
III.4 Evaluation de l’aptitude de briquette à cuire
III.5 Test d’acceptabilité par localité
III.5.1 Commune Rurale de Sambaina
III.5.2 Commune Rurale d’Antanifotsy
III.6 Équivalent de la demande en charbon de bois en superficie de forêts détruits
III.7 Évaluation de la satisfaction de la demande de briquette de lignite
III.8 Analyses financières
III.8.1 Option artisanale
III.8.2 Option semi-industrielle
IV DISCUSSION
IV.1 Méthodologie
IV.1.1 Échantillonnage
IV.1.2 Acceptabilité du produit briquettes par localité
IV.2 Discussions des résultats
IV.2.1 Analyse physico-chimique et test statistique
IV.2.2 Appréciation de la commodité d’usage des briquettes
IV.2.3 Choix d’option adéquate de valorisation du lignite
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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