Biomasse - Cultures énergétiques
Bois de feu - Charbon de bois
Cuisinières a bois - Cuisinières au charbon de bois
Energie solaire
Energie éolienne
Erosion des sols en fonction du couvert végétal
Engrais organiques
Engrais phosphates
Ce sont surtout les cultures lignocellulosiques (exemple de la canne de Provence: en taillis à courte rotation, 10000 hectares, à 3000 plants par hectare, avec une rotation de 5 ans, permettent d'alimenter une centrale électrique de 35 MW), les sucres fermentescibles et les oléagineux (lesquels fournissent des huiles végétales pouvant alimenter directement des brûleurs ou des moteurs).
Production mondiale annuelle de biomasse:
Elle s'élève à 200 milliards de tonnes équivalent pétrole.
Rendement:
En zone tempérée, une plante transforme 0,5 à 1 % de l'énergie solaire captée en produits hydrocarbonés, sources de calories thermiques ou alimentaires.
Utilisations: voie thermochimique:
1 - Combustion directe:
Sont utilisés: le bois et ses déchets, la paille, d'autres sous-produits de l'agriculture, les ordures ménagères (papier, déchets de nourriture).
Matériel de combustion: cheminées (10 à 20 % de rendement), chaudières à bois (70 %), cuisinières, installations industrielles (80 %)
2 - Pyrolyse ou carbonisation:
Concerne toutes les matières végétales. En chauffant le bois, on obtient un résidu solide (charbon de bois), un mélange gazeux combustible et un liquide (eau et goudrons).
100 kg de bois donnent environ 30 kg de charbon de bois (production en France par an: 60000 tonnes)
3 - Gazéification:
Déchets végétaux, agroalimentaires, ordures ménagères.
Technique semblable à celle de la pyrolyse mais nécessitant plus de chaleur et d'air. Donne un gaz pauvre, mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène (80 % de rendement). Combustion incomplète (900 à 1500°C).
Matériel de combustion: le gaz peut être brûlé à la sortie du gazogène dans une chaudière modifiée (gaz de ville).
Utilisations: moteur diesel (10 % de gazole, 90 % de gaz pauvre); moins bon rendement dans un moteur à essence; électricité en site isolé; chauffage collectif.
Biogaz: voie biochimique:
Un biogaz est obtenu par la fermentation (anaérobie) de la biomasse. Il se forme dans la nature (feux follets des marais) ou à partir de déchets animaux ou végétaux (fumées, vinasses de distillerie).
Sa formation nécessite humidité et absence d'air. A 37°C ou 55°C se développent des bactéries (anaérobies) qui provoquent une fermentation: le biogaz contenant 50 à 65 % de méthane (CH4) et 35 à 50 % de CO2.
Le pouvoir calorifique du gaz non purifié est de 5000 à 60000 kilocalories par m3.
Exemple de la paille à chaudières:
Equivalence: 1 kg de paille, à 15 % d'humidité et laissant 5 % de cendres, équivaut à 3500 kcal., 1 litre de fioul à 8500 kcal. Si l'intervalle à paille a un rendement global de 50 % et celui du fioul de 75 %, il faudrait selon la formule suivante: n litres de fioul * 8500/3500 *0,75/0,50 3,64 kg de paille par litre de fioul consommé auparavant.
PRODUCTION D'ÉNERGIE À PARTIR DE LA BIOMASSE: PRÉVISIONS POUR L'AN 2025:
|
|
(a) combustible solide |
combustible liquide |
||||||
|
TEP/ha/an |
Gcal/ha/an |
Mha |
M TEP |
TEP/ha/an |
Gcal/ha/an |
Mha |
M TEP |
|
|
Plante énergétique |
4 |
40 |
2,9 |
11,6 |
3,2 |
32 |
2,1 |
6,7 |
|
Culture énergétique |
6,2 |
62 |
1,2 |
7,4 |
4,7 (b) |
47 |
1,3 |
6,0 |
Source:(a): les productivités indiquées sont nettes des diverses auto-consommations du système de production; la consommation des plantations et cultures énergétiques est évaluée à 0,3 TEP/ha/an.(b): actuellement la productivité nette d' 1 hectare de betteraves transformées en alcool est d'environ 1 TEP/ha/an.
BOIS, SOURCE DE CHALEUR ET D'ÉNERGIE:
«Pouvoir calorifique intérieur» = p.c.i. = quantité de chaleur dégagée par unité de masse sans condensation de l'eau lors de la combustion, ou dégagée par le combustible (cas de la combustion à l'air libre). (Source: Quid édition 1990)
Quelques valeurs de p.c.i. en kilocalories:
bois anhydre: 4000 à 5000 kcal (4 ou 5 thermies)/kg de boisrésineux: 4400 à 5000 kcal/kg de bois
feuillus: 4000 à 4800 (au m3, le p.c.i. des feuillus, plus denses, est plus élevé que celui des résineux)
briquettes de sciure et copeaux: 4000 à 4200 thermies/tonne
Comparaison:
bois feuillu sec à l'air: 3500 à 3600 thermies/tonne
anthracite: 7000 th/t fioul domestique: 10150 th/t
CHARBON DE BOIS:
Le rendement de production du charbon de bois en conditions traditionnelles est de l'ordre de 10 à 15 % en poids: 1 tonne de bois enfourné dans une meule charbonnière produit, en moyenne, 100 kg de charbon de bois dans les systèmes de production locaux.
Comme le charbon de bois a un pouvoir calorifique double de celui du bois enfourné, le rendement énergétique brut est de l'ordre de 20 %.
Comparaison des valeurs énergétiques:
bois de feu: 0,33 t.e.c/m3
charbon de bois: 0,986 t.e.c/tonne
(valeurs standards données par la Banque des Statistiques des Etats-Unis)
COMPARAISON DES «ENERGIES EFFECTIVES» SELON LE TYPE DE CUISINIÈRE ET DE COMBUSTIBLE UTILISÉS:
On considère ici que «Energie Effective» = valeur calorifique * pourcentage de chaleur utilisée (PHU = percentage heat utilized)
|
Type de cuisinière |
Type de combustible |
Valeur calorifique MJ/kg |
PHU % |
Energie Effective MJ/kg |
|
Cuisinière à feu ouvert |
Bois |
18 |
10-15 |
1,8-2,7 |
|
Cuisinière à bois améliorée |
Bois |
18 |
25-55 |
4,5-9,9 |
|
Cuisinière à métal traditionnelle |
Charbon de bois |
29 |
15-20 |
4,4-5,8 |
|
Cuisinière à céramique améliorée |
Charbon de bois |
29 |
25-35 |
7,3-10,2 |
|
Cuisinière à gaz simple |
LPG |
46 |
55-65 |
25,3-29,9 |
|
Cuisinière à Kérosène (modèle avec mèche) |
Kérosène |
49 |
50-65 |
22,0-28,6 |
AVANTAGES D'UNE PRODUCTION DE CHARBON DE BOIS À PETITE ÉCHELLE:
Plus de 2 milliards de personnes à travers le monde utilisent le bois pour cuisiner et se chauffer. Au début de l'année 1980 la consommation de biomasse était responsable de 47 % de tout le bois coupé dans le monde, à savoir un total de 1,3 milliard de m3.
Depuis que la pan des pays industrialisés dans ce total n'est plus que de 12 %, il est clair que le Tiers-Monde, lequel consomme les 88 % restant, est en train de devenir dépendant du bois en tant que combustible, et ceci pour une longue période à venir. Et en faisant de telle sorte il joue un rôle important dans la destruction des forêts des régions tropicales et subtropicales.
Une plus grande quantité de charbon de bois est produite à partir des déchets résultant de l'abbatage de bois d'oeuvre et du défrichement de forêts pour d'autres formes d'utilisation. La valeur calorifique du charbon de bois est environ le double de celle du bois. Ainsi, avec son faible volume par unité calorifique il possède des avantages distincts au niveau de son transport et de son stockage, et peut être utilisé dans une large gamme d'applications.
Il y a 3 méthodes de base pour sa production: «earth and pit kilns», «brick and steel kilns and large-scale plants or retorts».La différence réside dans le coût d'investissement, la durée de carbonisation, la production et l'intensité du travail.
Emissions relatives de PIC (produits de combustion incomplète), effets sur la santé, et potentiels globaux de LPG, Kérosène, charbon de bois, biomasse améliorée et bois de foyers
|
Type de combustible |
Capacité du four |
Utilisation combustible |
CO |
CH4 |
TNMOC |
RSP |
Santé |
Réchauffement global sur 20 ans |
|
|
Déforestation |
Repousse |
||||||||
|
LPG |
0,70 |
0,00 |
0,02 |
9,30E-05 |
0,02 |
0,01 |
0,01 |
0,11 |
0,39 |
|
Kérosène |
0,50 |
0,00 |
0,05 |
0,01 |
0,13 |
0,17 |
0,16 |
0,17 |
0,61 |
|
Charbon de bois |
0,30 |
1,60 |
0,73 |
0,30 |
0,10 |
0,25 |
0,22 |
0,91 |
0,29 |
|
Bois de cuis. IBC |
0,25 |
1,60 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
0,20 |
|
outdoor |
|
|
0,40 |
0,40 |
0,40 |
0,40 |
0,40 |
0,40 |
0,40 |
|
Bois |
0,15 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
1,00 |
Source: «Boiling Point» août 93, No. 31CO: oxyde de carbone,
CH4 méthane,
TNMOC: composants organiques non-méthane totaux
RSP: particules en suspension «respirables»,
LPG: gaz de pétrole liquéfié
PIC: produits de combustion incomplète,
IBC: foyers à biomasse améliorée
IMPORTANCE GLOBALE DES PIC ISSUS DES FOYERS À COMBUSTION DE BIOMASSE:
Energie:
La biomasse représente plus de 14 % de toute l'utilisation énergétique directe de l'homme.
Elle représente 33 % de l'énergie utilisée dans les pays en développement.
Elle représente 75 % de l'énergie utilisée dans les zones rurales des pays développés.
C'est le combustible le plus important pour la majorité de l'humanité.
Réchauffement global:
L'utilisation par l'homme de biocombustibles est responsable de 20-40 % de toute la combustion de biomasse.1-5 % des émissions totales de CH4.
6-14 % des émissions totales de CO.
8-24 % des émissions totales de NMHC.
1-3 % du réchauffement global total généré par l'homme.
La Terre intercepte un deux-milliardième environ de l'énergie envoyée par le soleil, soit l'équivalent thermique de 50000000 de tranches nucléaires de 1000 MW, soit 10000 fois les besoins mondiaux.
Par temps clair, la Terre reçoit une puissance solaire de 1 kWh par m3 de surface normale au rayonnement et par jour; selon la latitude, 1 m2 de surface horizontale reçoit par an une énergie thermique de 1100 à 1900 kWh/m2 (au Sahara cette valeur est de 2300).
L'énergie solaire est diffuse, intermittente, propre, disponible. (Quid édition 1990)
Exemple chiffré d'un budget énergétique d '1 m3 de capteur solaire plan:
investissement: (poids du capteur = 35 kg*20.103 kcal/kg): 700.103 kcal.
fonctionnement: charges nulles.
revenu: 1 m2 de capteur orienté sud et avec une inclinaison convenable peut intercepter une énergie annuelle de: 1,5.106 kcal, soit avec un rendement de 30 % (capteur moyenne température): 450.103 kcal/an
Comme il est raisonnable de compter sur une durée de vie de 10 ans, l'opération sera au total bénéficiaire de: 3800.103 kcal/m2 (Source: «Energie et Agriculture» J.R. Mercier)
L'énergie cinétique du vent peut être transformée en énergie mécanique ou électrique dans des machines éoliennes et aérogénérateurs, et servir à moudre le grain, pomper l'eau, produire de l'électricité.
La vitesse nécessaire pour rendre l'énergie éolienne performante est: 7 m/s.
Une turbine industrielle de bon rendement brassant 1000 m2 de surface (diamètre: 40 mètres) captera environ 1000 kW/m2/an, soit au total 106 kWh.
(Source: Quid édition 1990)
Constat:
Le maintien d'une couverture végétale naturelle ou artificielle est indispensable à la conservation des sols.
Quelques chiffres:
Exemple du Congo: des observations ont montré qu'il fallait 40000 ans au ruissellement pour enlever 15 cm de terre cultivable sous couvert forestier, 10000 ans sous pâturage et de 28 à 10 ans dans un champ de coton. Ces chiffres sont plus frappants encore quand on se rappelle que de 300 à 1000 ans sont nécessaires pour que se forment 3 cm de sol, soit 2000 à 7000 ans pour que se constitue la couche d'une vingtaine de centimètres formant la couche arable.
Taux d'érosion en fonction du revêtement végétal et de la pente du terrain:
|
Pente % |
Ruissellement (mm) |
Erosion (en kg/ha) |
||
|
Prairies |
Cultures |
Prairies |
Cultures |
|
|
2 |
8 |
117 |
250 |
25000 |
|
8 |
80 |
245 |
700 |
170000 |
|
10 |
4 |
115 |
32 |
55000 |
|
16 |
23 |
177 |
80 |
220000 |
|
30 |
69 |
175 |
625 |
202000 |
Selon des chiffres rapportés par Furon (1947), la durée relative de l'érosion d'un poids donné de sol est de:
· 18 minutes pour un sol nu, après labourage;
· 2 heures 40 minutes pour une prairie à Andropogon scoparius broutée;
· 3 heures 30 minutes pour la même prairie non broutée.(Source: «Avant que nature meure» de Jean DORST, 1978)
(Source: «Encyclopédie permanente d'agriculture biologique»)
DEFINITION:
Les engrais organiques s'opposent aux engrais minéraux par leur origine: ils sont constitués de matières ayant appartenu à des êtres vivants. La distinction entre amendements organiques (fumier, purin, engrais verts, résidus de récolte) et engrais organiques reste assez théorique. On peut cependant dire que les engrais organiques sont beaucoup plus concentrés et plus riches en azote que les amendements.
Teneurs en azote organique:
|
Tourteaux: |
4 a 7 % |
|
Sang desséché |
10 a 13% |
|
Corne torréfiée |
13 a 15 % |
|
Poudre d'os |
2 a 4 % |
|
Viande desséchée |
9 a 11 % |
|
Cuirs torréfiés |
7 a 11 % |
|
Déchets de laine |
3 a 9 % |
|
Déchets de poisson |
4 a 10 % |
CATEGORIES:
@Les déchets d'abattoirs: on trouve dans le commerce de nombreux engrais organiques fabriqués à partir de déchets d'abattoirs: poudre de sang, poudre de viande, corne torréfiée, poudre d'os, soies de porc, plumes, déchets de laine, etc... Leur teneur en azote varie entre 3 et 15 %.
@Les guanos: les guanos d'oiseaux (guanos du Pérou, du Mozambique), proviennent d'amas de déjections d'oiseaux marins. Ils constituent d'excellents engrais organiques, malheureusement assez chers. Les guanos de poissons sont des engrais fabriqués industriellement à partir de déchets de poissons.
@Les tourteaux, marcs de fruits et autres résidus des industries alimentaires: les tourteaux ont une valeur fertilisante et une richesse en azote voisine de celle de certains déchets d'abattoirs. Les marcs de fruits sont très pauvres en azote et sont d'un intérêt moindre.
@Les algues vertes (à ne pas confondre avec les algues calcaires du genre lithothamne) peuvent également être classées parmi les engrais organiques. Leur intérêt réside notamment dans leur richesse en oligo-éléments.
DOSES:
Les quantités à apporter sont toujours modérées: en grande culture elles varient en général de 100 à 500 kg à l'hectare selon la richesse de l'engrais considéré et selon les cultures pratiquées. En arboriculture et en maraîchage elles peuvent atteindre 1 tonne à l'hectare et parfois davantage.
ELEMENTS DU CHOIX:
Le choix entre les divers engrais organiques dépend de trois facteurs principaux:
@Leur teneur en éléments fertilisants:
L'élément le plus important est l'azote, mais il ne faut pas, comme ont tendance à le faire les agriculteurs formés à l'agronomie classique, chercher à apporter sous forme organique les mêmes nombres d'unités d'azote qu'avec des engrais chimiques: en agriculture biologique, la principale source d'azote est l'air. L'azote de l'air peut être fourni en quantités très importantes par les microorganismes du sol.
Il faut également considérer:
· la teneur en phosphore et en calcium, particulièrement élevée dans la poudre d'os;
· la teneur en silice, particulièrement élevée dans les phanères (corne, poils, plumes, déchets de laine, soies de porcs, etc...);
@Leur rapidité d'action:
Certains usages réclament des engrais organiques rapidement assimilables. C'est le cas, par exemple, des apports de printemps sur céréales d'hiver dans les terres fraîches. On utilisera alors de préférence des engrais organiques à action rapide, sang desséché, poudre de viande, guanos d'oiseaux.
@Leur prix de revient:
II faudra bien entendu, tenir compte non seulement du prix du kilo d'engrais mais du prix de revient des éléments fertilisants qu'il contient.
(Source: «Encyclopédie permanente d'agriculture biologique»)
PHOSPHATES NATURELS:
Les phosphates naturels d'Afrique du Nord constituent parmi les engrais phosphatés, le plus utilisé en agriculture biologique.
Ils contiennent 25 à 35 % de P2O5. Ils sont caractérisés par leur teneur élevée en calcium, et leur très faible solubilité dans l'eau, solubilité d'autant plus faible que le pH du sol est plus élevé.
Leur assimilation par la plante est d'autant plus rapide qu'ils sont plus finement broyés et que le pH du sol est plus bas. On pourrait également utiliser les phosphates naturels français (phosphates de la Somme, de la Meuse, des Ardennes, des Pyrénées) dont l'exploitation a été abandonnée au profit des phosphates naturels d'Afrique du Nord, qui ont une teneur en phosphore plus élevée.
PHOSPHAL:
Le phosphal est un minerai alumino-calcique extrait à Thiès (Sénégal) et soumis à l'action de la chaleur dans de longs fours tournants. Il contient 34 % de P2O5. Sa solubilité est plus grande que celle des phosphates naturels, mais nettement plus faible que celle des superphosphates.
Le phosphal est particulièrement riche en alumine, mais pauvre en calcium.
SCORIES DE DEPHOSPHORATION:
Les scories de déphosphoration (scories Thomas), sous produits de la déphosphoration du minerai de fer, sont parfois utilisées en agriculture biologique.
Elles contiennent 16 à 19 % de P2O5, 50 % de chaux et sont particulièrement riches en oligo-éléments.
Certains techniciens de l'agriculture biologique déconseillent leur emploi, alors que d'autres les admettent.
Leur solubilité est faible, mais supérieure à celle des phosphates naturels: elle est du même ordre que celle du phosphal; elles sont pratiquement insolubles dans l'eau mais solubles à 75 % dans le citrate de Joulie.
POUDRE D'OS:
La poudre d'os contient 16 à 20 % d'acide phosphorique. Elle constitue un excellent engrais phosphaté - probablement le meilleur en raison de son origine organique - mais son prix élevé la réserve à des cultures riches, principalement au maraîchage.
CRITÈRES DE CHOIX:
Le choix entre les divers engrais phosphatés dépend principalement de la nature du sol.
· en sol acide ou neutre, on apportera de préférence des phosphates naturels.· les scories sont surtout utilisées en période de conversion ou dans les sols ayant des carences marquées en oligo-éléments.
· en sol calcaire à pH élevé, on apportera du phosphal.
MODE D'APPORT ET DOSES:
L'apport se fera en surface, ou en couverture avec incorporation dans la couche superficielle du sol de préférence en été.
Les doses varient selon la nature du sol et la culture pratiquée. En général les apports varient de 50 à 100 unités d'acide phosphorique à l'hectare.
EXEMPLES:
Analyse de phosphates naturels du Maroc*
|
Eléments principaux en % |
Oligo-éléments en parties par million | ||
|
P2O5 |
34,25 |
Chrome |
170 |
|
SO3 |
1,70 |
Cobalt |
4 |
|
CO2 |
3,20 |
Cuivre |
42 |
|
Silice-SiO2 |
2,50 |
Manganèse |
17 |
|
Oxyde de fer Fe2O3 |
0,40 |
Molybdène |
5 |
|
Alumine Al2O3 |
0,45 |
Nickel |
46 |
|
Chaux CaO |
52,50 |
Titane |
190 |
|
Magnésie MgO |
0,25 |
Vanadium |
110 |
|
Soude Na2O |
0,70 |
Zinc |
210 |
|
Potasse K2O |
0,10 |
Zirconium |
7 |
|
Fluor |
3,80 |
Uranium |
140 |
|
Métaux organiques * * |
1,10 |
Chlore |
100 |
Analyse de phosphal***
|
Elements principaux en % |
Oligo-éléments en parties par million |
||
|
P2O total (double citrate d'ammoniaque: 26) |
32,5 |
Zinc |
400 |
|
Cuivre |
120 |
||
|
Manganèse |
150 |
||
|
Al2O3 |
33,7 |
Molybdène |
10 |
|
CaO |
10,2 |
Vanadium |
500 |
|
Fe2O3 |
8,5 |
Chrome |
3500 |
|
SiO2 |
2,7 |
Nickel |
225 |
|
TiO2 |
1,8 |
Cobalt |
60 |
|
MgO |
1 |
Plomb |
10 |
|
Perte au feu et divers |
3,6 |
Antimoine |
190 |
|
Bore |
150 |
||
|
|
|
Arsenic |
0 |
* «Maroc 75»;
** ce chiffre comprend le pourcentage d'eau condensée;
*** «Phosphal 32»
