Contribution des énergies nouvelles sur la gestion durable des écosystèmes forestiers de la cité de Mbanza'Ngungu dans la province du bas Congo.

3.3. IMPACTS SOCIO - ECONOMIQUES LIES A L'USAGE DE DIVERSES SOURCES D'ENERGIE

Tableau 11 : Matrice de l'impact potentiel de l'utilisation des technologies énergétiques

Filières énergétiques	Technologies	Types d'applications	Atouts/ désertifications	Impacts socio-économiques potentiels positifs	Impacts socio-économiques potentiels négatifs
Solaire P.V	S.P.V	-Pompage -Eclairage -Irrigation -Motorisation	-Renforcer les actions de reboisement -Protection des sols -Accroissement et fourragère	-Intensification de la production agricole -Accroissement des revenus -Réduction de la corvée des femmes -Amélioration des conditions santé, éducation et d'existence	-Occupation d'espace -Pollution indirecte des dispositifs de stockage
Solaire Thermique	-Chauffe eau -Cuisinières -Séchoirs	-Chauffage -Cuisson -Séchage	-Substitution au bois et charbon de bois -Réduction de la pression sur couvert végétal	-Réduction des factures d'électricité -Réduction de la corvée des femmes -Amélioration de la santé de la femme -Conservation des produits agricoles	-Occupation d'espace
Micro Hydraulique	_	-Eclairage -Motorisation	_	-Amélioration du cadre de vie -développement de l'artisanat	-Perturbation des écosystèmes terrestres et aquatiques en aval -Inondation des vallées avec déplacement de population
Biomasse	-Fours et meubles -Foyers améliorés -Gazéificateurs	-Chauffage -Cuisson -Eclairage -Pompe -Motorisation	-Réduire la pression sur le couvert végétal -Renforcer les actions de reboisement -Fertilisation des sols	-Fertilisation des sols -Amélioration des conditions d'existence -Amélioration des revenues	-Déforestation et dégradation des écosystèmes -Présence des maladies respiratoires aux ménages

Source : Atelier sur les énergies renouvelables, Tunis 2000

3.4. ETUDE DES PROJETS

PROJET n°1 : LA CUISINIERE SOLAIRE

Figure 7: Cuisinière Solaire

Elle a été expérimentée au SENEGAL dans la zone de Méckhé par Monsieur Alain SARR, afin de (d') :

o Evaluer la contribution des énergies renouvelables (le cas des cuisinières solaires) à la promotion du développement durable et à la lutte contre la pauvreté ;

o Montrer que les cuiseurs solaires participent à la restauration de ressources ligneuses ;

o Analyser le rapport entre la disponibilité des cuiseurs solaires dans les foyers et l'amélioration des revenus des ménages et la meilleure santé des femmes.

PROJET n°2 : LE FOYER AMELIORE AU CHARBON A BOIS

1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Ce type de foyer utilise deux fois la puissance du charbon de bois:

o La chaleur de rayonnement ;

o La combustion des gaz non utilisés ce que produit du charbon de bois.

Figure 8 : Principe de fonctionnement du F.A

Le foyer amélioré fonctionne avec la nouvelle technologie. Elle est basée sur le principe de gazéificateur, qui par une alimentation en air secondaire permet de brûler les gaz non utilisés.

La combustion complète du charbon de bois par l'arrivée de l'air secondaire réduit considérablement les émissions des gaz nocifs pour la santé et l'Environnement.

2. LES TESTS DE FOYERS DOMESTIQUES A CHARBON

Deux tests sont unanimement recommandés pour mesurer l'économie de combustible d'un foyer :

o Le « test d'ébullition de l'eau » ;

o Le « test de cuisine contrôlée ».

Nous n'avons pas pu mesurer les émissions de gaz à effet de serre et autres polluants présents dans les fumées, faute ou manque d'un équipement adéquat.

2.1. LE TEST D'EBULLITION DE L'EAU (TEE)

Le TEE permet, de façon simple et rapide, de caractériser le comportement thermique d'un fourneau, c'est - à - dire son efficacité à extraire l'énergie du combustible et à la transmettre à la marmite.

Le rendement qu'il permet de calculer est le rapport entre l'énergie transmise par le foyer à la marmite et l'énergie contenue dans le combustible brûlé. Ce test permet de calculer aussi la puissance du fourneau et sa consommation spécifique.

2.1.1. Le protocole du TEE

Il comprend les étapes suivantes :

· Noter les conditions météorologiques : la température ambiante, intensité du vent, humidité relative de l'air, etc.

 

· Peser la marmite à vide : ce poids sera noté (MV)

· Remplir la marmite d'eau au 2/3 de sa capacité

· Remettre le couvercle et le thermomètre

· Peser la marmite pleine, toujours avec couvercle et thermomètre : noter (M0) ce poids

· Noter la température de l'eau dans la marmite

· Nettoyer parfaitement le fourneau, puis le peser à vide et noter (FV) ce poids

· Remplir à raz bord le fourneau avec du charbon

· Allumer le feu avec des brindilles ou avec une cuillère à soupe de pétrole (10 à 15ml) sans poser la marmite

· Cinq minutes après l'allumage, peser le foyer plein et noter ce poids (F0)

· Poser la marmite pleine d'eau, couvercle et thermomètre en place et démarrer le minutage

· S'il existe un volet de fermeture de la porte, celui - ci doit rester ouvert

· Relever la température toutes les cinq minutes, sans déplacer la marmite ni le fourneau

· Au moment où l'eau se met à bouillir, noter le temps (TE)

· Peser la marmite complète (eau, couvercle et thermomètre inclus) et noter le temps (M1)

· Peser le fourneau plein du charbon restant (sans la marmite) et noter (F1)

· Reposer la marmite sur le fourneau et fermer le volet s'il existe pendant 60 minutes

· Veiller à ce que la température de l'eau ne descende pas en dessous de la température d'ébullition : si cela arrive, le test n'est plus valable

· 60 minutes après le début de l'ébullition, peser la marmite complète et noter (M2)

· Peser le foyer plein de charbon et des braises restantes et noter (F2)

2.1.2. Expression des résultats

TE : Temps nécessaire pour parvenir à l'ébullition (en mn)

TES : Temps d'ébullition spécifique c'est - à - dire temps nécessaire pour amener un litre d'eau de 0 à 100°C (en mn/l)

PCU1 ou ??₁: Pourcentage de chaleur utilisé pour la première phase (phase de haute puissance qui s'achève à l'ébullition) c'est - à - dire le rapport de l'énergie récupérée par le contenu de la marmite à l'énergie produite par la combustion pendant la première phase (%)

CS1 : Consommation spécifique de la première phase c'est - à - dire la quantité de charbon nécessaire pour amener un litre d'eau de 0 à 100°C (Kg/l)

P1 : Puissance pendant la première phase c'est - à - dire la quantité d'énergie produite pendant la première phase par unité de temps (kW)

PCUT ou ??_t : Pourcentage de chaleur utilisé totale c'est - à - dire le rapport de l'énergie récupérée par le contenu de la marmite à l'énergie produite par la combustion pendant la totalité du test (%)

CS2 : Consommation spécifique de la deuxième phase c'est - à - dire la quantité de charbon nécessaire pour évaporer un litre d'eau pendant la deuxième phase (Kg/l)

P2 : Puissance pendant la deuxième phase c'est - à - dire la quantité d'énergie produite pendant la deuxième phase par unité de temps (kW)

CT : Consommation totale de charbon durant le test (Kg)

MEV : Masse d'eau évaporée sur la totalité du test (l)

F : Flexibilité (souplesse) c'est - à - dire le rapport de la puissance de la première phase à la puissance de la deuxième phase.

2.1.3. Modes de calcul pour la première phase

o Coefficient de correction de la température initiale de l'eau (K) :

La température initiale de l'eau sera ramenée à 0°C par le coefficient de correction suivant :

Avec T° : température initiale de l'eau

o Autres coefficients :

Co = 4,18 kJ/kg. C° (capacité calorifique de l'eau)

Li = 2.260 kJ/kg (chaleur latente de vaporisation de l'eau)

PCI = 29.000 kJ/kg (Pouvoir calorifique inférieur du charbon)

Le prélèvement des données pendant le test d'ébullition d'eau sont repris dans le tableau ci - dessous :

Tableau 12 : Prélèvement des données pendant le TEE

FOYER	MV	M0	M1	M2	F0	F1	F2	FV	T0	TE
TRAD.	3,92	8,92	8,58	8,06	10,42	9,98	9,57	1,5	32,1	21
AMEL.	3,66	8,66	8,56	7,88	11,26	10,95	10,72	2,6	32,1	28

Avec :

M0 : Poids marmite pleine (Kg)

M1 : Poids marmite pleine après ébullition (Kg)

M2 : Poids marmite pleine après mijotage (Kg)

MV : Poids marmite vide + couvercle + thermomètre (Kg)

F0 : Poids du foyer plein 5minutes après l'allumage (Kg)

F1 : Poids du foyer plein la première phase (Kg)

F2 : Poids du foyer plein après la deuxième phase (Kg)

FV : Poids du foyer à vide (Kg)

T0 : Température initiale de l'eau (°C)

TE: Temps d'ébullition (mn)

o Temps d'ébullition spécifique TES (mn/l):

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

o Rendement ?? (en %) :

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

o Puissance de la première phase P₁(en KW) :

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

o Consommation spécifique de la première phase CS₁ (en Kg/l):

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

2.1.4. Modes de calcul pour la deuxième phase :

o Consommation spécifique de la deuxième phase CS₂ (en Kg/l) :

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

o Puissance de deuxième phase P₂ (en kW) :

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

2.1.5. Modes de calcul pour la totalité du test d'ébullition d'eau :

o Rendement ??t de l'essai :

- Pour le Foyer Traditionnel :

- Pour le Foyer Amélioré :

o Consommation totale de charbon (en Kg):

CT = F0 - F2

- Pour le Foyer Traditionnel :

CT = 10,42 - 9,57 = 0,86Kg

- Pour le Foyer Amélioré :

CT = 11,260 - 10,722 = 0,54Kg

o Masse d'eau évaporée

MEV = M0 - M2

- Pour le Foyer Traditionnel :

MEV = 8,92 - 8,06 = 0,86L

- Pour le Foyer Amélioré :

MEV = 8,66 - 7,88 = 0,78L

o Flexibilité :

F = P1 / P2

- Pour le Foyer Traditionnel :

F = 10 / 6,6 = 1,5

- Pour le Foyer Amélioré :

F = 5,3 / 3,7 = 1,4

Sources:

o René MASSE, Conception d'un foyer amélioré domestiques à charbon de bois en Afrique Subsaharienne, 2000.

o KAFUMBA, Les techniques améliorées de combustion pour la préservation des forêts autour de Kinshasa, Mémoire ISTA 2004.

2.1.6. Limites d'interprétation du TEE

L'interprétation des résultats doit tenir compte de la difficulté de contrôler certains paramètres de manière précise, comme par exemple : la qualité de l'allumage, l'homogénéité du charbon utilisé, ainsi que l'étanchéité du couvercle de la marmite.

C'est pourquoi il convient de réaliser au moins deux TEE par fourneau. Avec tous les résultats détaillés ci - avant, ce test permet de caractériser le comportement thermique d'un fourneau en valeur absolue : mais il ne permet pas de dire s'il est économe en combustible de cuisson ou pas. Un fourneau pourra par exemple avoir un très bon pourcentage de chaleur utilisée totale (PCUT), et consommer plus de charbon pour préparer un plat qu'un fourneau qui aurait un PCUT moindre... Car, toute l'énergie qui arrive dans la marmite n'est pas toujours utilisée pour la cuisson des aliments : en phase de mijotage (cuire à petit feu), il suffit de maintenir les aliments à une température inférieure à la température d'ébullition de l'ordre de 85°C pour les cuire.

Tout excès d'énergie dans la marmite pendant cette phase a pour effet de vaporiser l'eau, ce qui provoque un risque d'accrochage des aliments aux parois, densifie la sauce, durcit la viande,... sans cuire plus vite le plat.

Or, on le sait, la vaporisation (changement de phase eau - vapeur) se fait en consommant beaucoup d'énergie, ici inutilement.

C'est pourquoi, une fois les caractéristiques thermiques des fourneaux connues, on compare leurs consommations de charbon lors de la préparation de véritables plats : C'est l'objet des TCC qui sera décrit.

2.2. LES TESTS DE CUISINE CONTROLEE (TCC)

Un test de cuisine contrôlée consiste à mesurer les consommations de charbon d'un fourneau pendant une véritable préparation culinaire. Ce test permet de comparer les performances de consommations de deux fourneaux, dans des conditions réelles d'utilisation.

Le choix de la préparation culinaire de référence résultera de l'enquête socioéconomique sur les consommations d'énergie domestique à réaliser lors de notre descente dans la cité de Mbanza - Ngungu.

Ci - dessous, nous présenterons le protocole de TCC utilisé à Mbanza - Ngungu pour : le plat de référence le Haricot + Pondu, Riz et la sauce au Poulet.

La recette utilisée correspond à un plat pour 6 personnes, une taille représentative des familles de la cité de Mbanza - Ngungu.

2.2.1. Le protocole du TCC

Trois cuissons par type de foyer ont été réalisées à l'abri de l'air. Le minutage commençait cinq (5) minutes après l'allumage dont voici les différentes étapes :

· Peser la marmite A et son couvercle vide ;

· Peser la marmite B et son couvercle vide ;

· Peser les aliments et l'eau nécessaire à la préparation ;

· Peser les foyers F1 et F2 vides ;

· Remplir chaque foyer de charbon (laisser à chaque cuisinière la liberté de le remplir comme elle en a l'habitude) ;

· Peser les foyers F1 et F2 pleins ;

· Allumer le fourneau F1 et F2 avec une cuillère à soupe de pétrole (10 à 15 ml) et noter l'heure ;

· Poser la marmite A et B sur le fourneau, démarrer la cuisson et noter l'heure ;

· Rajouter du charbon seulement si nécessaire après l'avoir pesé ;

· Sitôt que la cuisinière estime la cuisson terminée noter l'heure et :

· Peser les marmites A et B avec leurs contenus ;

· Peser les fourneaux F1 et F2 avec les charbons restants.

2.2.2. Expression des résultats pour le TCC

Le prélèvement des données pendant le test de cuisine contrôlée sont repris dans le tableau ci - dessous :

Tableau 13 : Prélèvement des données pendant le TCC

FOYER	Q0	Q1	EQC	QC	QNC	T
HARICOT + PONDU
TRAD.	3,5	1,73	1,77	4,01	7,90	240
AMEL.	3,5	2,75	0,75	4,35	7,93	209
POULET + RIZ
TRAD.	1,5	0,8	0,70	5,36	6,40	123
AMEL.	1,5	1,05	0,45	5,09	6,50	109

Q₀ : Quantité initiale de charbon (Kg) ;

Q₁ : Quantité de charbon restant (Kg) ;

T : Temps de cuisson (mn), un indicateur important pour les cuisinières ;

EQ_C : Equivalent charbon de bois consommé (Kg) ;

Q_C : Quantité d'aliments cuits (Kg) ;

Q_NC : Quantité d'aliments non cuits (Kg).

MEV : Masse d'eau évaporée (l), permet de localiser une perte excessive d'énergie, la chaleur utilisée à changer la phase de l'eau vers la vapeur sans bénéfice pour la cuisson du plat.

o L'équivalent charbon de bois consommé (en Kg) : EQ_C = Q₀ - Q₁

o Consommation spécifique :

2.2.3. Limites d'interprétation du TCC

La cuisinière influence certains résultats puisque c'est - elle qui décide du remplissage initial de charbon, et de la fin de cuisson.

C'est pourquoi, dans une philosophie de tests de fourneaux, il faut réaliser au minimum deux tests de cuisine comparée.

Le pouvoir calorifique du charbon influence aussi les résultats du TCC. C'est pourquoi, il convient de préparer la quantité nécessaire à la réalisation de tous les TCC qu'on veut conduire sur les différents fourneaux à comparer, en mélangeant les contenus de plusieurs sacs de charbon, de provenances différentes.

Ceci dit, seul ce TCC permet de comparer les performances de consommation de deux fourneaux, ce qui intéresse les familles et qui est au coeur des préoccupations de tous les promoteurs de projets FA. Ils ne permettent pas de prévoir exactement quelles seront les consommations de charbon, mais ils peuvent assurément dire quel est le fourneau le plus économe en situation réelle.

2.3. COMPOSITION DES REPAS

Tableau 14 : Composition des repas par test

REPAS	FOYER TRADITIONNEL				FOYER AMELIORE
	TEST en (Kg)				TEST en (Kg)
HARICOT + PONDU
-Haricot -Pondu -Sel -Ingrédients -Eau -Huile	T1	T2		T3		T1	T2	T3
	0,43	0,47		0,50		0,43	0,47	0,50
	1	1,5		1,7		1	1,5	1,7
	0,065	0,065		0,070		0,065	0,065	0,070
	0,03	0,03		0,03		0,03	0,03	0,03
	5,60	5,60		5,70		5,60	5,60	5,70
	0,15	0,25		0,27		0,15	0,25	0,27
QNC	7,25	7,90		8,16		7,25	7,93	8,25
QC	4,5	4,01		5,75		4,93	4,35	5,81
POULET + RIZ
-Poulet -Riz -Eau -Huile -Sel -Ingrédients	T4					T4
	0,650					0,650
	2,3					2,3
	2,95					3
	0,5					0,5
	0,01					0,01
	0,05					0,05
QNC	6,40					6,50
QC	5,36					5,09

Le tableau ci - dessus reprend les quantités de tous les éléments qui sont entrés dans la composition de repas tels qu'ils se préparent dans les ménages pour chaque test sur les deux types de foyer.

Il donne aussi les quantités d'aliments au début, c'est - à - dire avant la cuisson (Q_NC) et à la fin de la cuisson (Q_C), utiles et nécessaires pour le calcul de la consommation spécifique (Cs) dans le test de cuisine contrôlée.

2.4. MATERIELS UTILISES

· Ensemble foyer - marmite - combustible ;

· Deux thermomètres à tige longue (160°C) ;

· Une balance mécanique d'une capacité de 20Kg et d'une sensibilité de 50gr ;

· Un chronomètre pour le minutage ;

· Un vase gradué pour la mesure de l'eau.

2.5. INTERPRETATION DES RESULTATS DES TESTS

2.5.1. Test d'ébullition d'eau

Tableau 15 : Résultat de test d'ébullition d'eau

Type de Foyer	TE (mn)	TES (mn/l)	??1 (%)	CS1 (kg/l)	P1 (Kw)	çt (%)	CS2 (kg/l)	P2 (Kw)	CT (kg)	MEV (l)	F
Foyer Tradit.	21	6,6	16	0,13	10	13	0,80	6,6	0,86	0,86	1,5
F.Amél. ALFI	28	8,4	18	0,09	5,3	20	0,34	3,7	0,54	0,78	1,4

Le tableau 15 ressort, les fourneaux traditionnels à charbon de bois sont trop puissants et les conduites du feu sont très dispendieuses en énergie.

Ce ceux qui explique pendant la montée à l'ébullition de l'eau, cette durée est d'autant plus courte, qu'on transfert beaucoup d'énergie dans la marmite mais ce gain de temps se fait au prix d'une surconsommation de combustible et amène rapidement l'eau à l'ébullition (6,6 minutes/litre d'eau) comme pour tous les autres foyers dont l'unique paroi de la chambre de combustion est en contact direct avec l'air.

Cet aspect de chose a pour effet de vaporiser l'eau en consommant beaucoup d'énergie, ici inutilement.

2.5.2. Test de cuisine contrôlée

Tableau 16 : Résultat d'économie de combustible et de temps de cuisson

Type de repas	Type de Foyer	EQC (Kg)	CS	Durée (mn)	Economie en
					temps	combustible
Haricot + Pondu	Traditionnel	1,77	0,44	240	0%	0%
	Amélioré	0,75	0,17	209	12,9%	58%
Riz + Poulet	Traditionnel	0,70	0,13	123	0%	0%
	Amélioré	0,45	0,08	109	11,4%	36%

Au regard de ces résultats, le tableau 16 relève que le foyer amélioré ALFI a réalisé de bonnes performances par rapport au foyer traditionnel qui gaspille beaucoup d'énergie occasionnée par la forme de la chambre de combustion munis de nombreux trous d'aération.

Les tests révèlent que les économies en combustibles réalisées par le foyer amélioré sont de l'ordre de 58% et 36%, par rapport au foyer traditionnel.

Par son principe de gazéificateur, qui par une alimentation en air secondaire pendant la phase de mijotage (basse puissance), permet de brûler les gaz non utilisés et maintien la température en deçà de la température d'ébullition (85°C) car tout excès d'énergie dans la marmite pendant cette phase a pour effet de vaporiser l'eau, ce qui provoque un risque d'accrochage des aliments aux parois de la marmite, densifie la sauce, durcit la viande,...sans cuire plus vite le plat comme pour le cas du foyer traditionnel.

La combustion complète du charbon de bois par l'arrivée de l'air secondaire réduit considérablement les émissions des gaz nocifs pour la santé et l'environnement.