Memoire Online - Tests technico-économiques sur la plateforme gazeifieur: de l'étude de la ressource à l'utilisation du gaz dans un moteur pour la production d'électricité

«Etudes technico-économiques sur la plate-forme gazéifieur : de l'étude de la ressource à l'utilisation du gaz dans un moteur pour la production d'électricité»

MÉMOIRE POUR L'OBTENTION DU
MASTER D'INGÉNIERIE DE L'EAU ET DE L'ENVIRONNEMENT.
OPTION :ENERGIE

Dédicace

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier le Directeur du centre Songhaï Fr.NZAMUDJO Godfreypour m'avoir accueilli durant ces 6 mois de stage et m'avoir appris le sens de l'investissement de soi ;

Je tiens aussi à remercierMonsieur Bruno PECHINE ET ERIC NANTEAU de EDF pour leurs appui durant tout le mémoire et la formation sur l'instrumentation qui m'a été très utile;

Je remercie tout particulièrement le Directeur du laboratoire LBEB, Dr. Joël BLIN pour m'avoir accueilli pour mon mémoire ;

Je remercie tout particulièrement le Dr. François PINTA et Dr. Sayon SIDIBE pour leurs conseils avisés, leur encadrement et appui tant sur le plan professionnel que personnel;

Je remercie Monsieur Justin LEKOTO, responsable du département Enr pour son encadrement et ses conseils avisés ;

Mes remerciements envers tous les employés des sections de Songhaï Centre en particulier, M. Marius, M. Constantin, M. Félicien, M. Lucien ;

A mes compères du département Enr JerryAyosso, Romain Agbokamey, Hénoch Gnanga, Alvine Medem, Hadi et Sylvianne ;et les voisins d'en face de la section champignon Juste et Marcelle je vous envoie mes sincères remerciements pour l'accueil et l'aide, et les fous rires durant ces six mois d'aventure ;

Je tiens à remercier tous les élèves fermiers de songhaï Centre pour leur aide et disponibilité ;

A tous mes collègues de la promotion 2011 Master 2iE Energie, en particulier, Jaliilou Zakané mon ingénieur Jathropha,Koucoï Gabin ;Koffi Stéphane et ONDO Nang ;

RESUME

La gazéification est une des voies prometteuses de la valorisation de la biomasse. L'Afrique en général et surtout la région sub-saharienne en particulier dispose d'un grand potentiel pour développer cette technologie. Mais il est nécessaire de maitriser l'ensemble de la chaine des valeurs de ce système énergétique : itinéraire technique, organisationnel et économique afin de lui permettre de prendre son essor.

Cette étude fait ressortir l'impact de certains facteurs ; à savoir la matière première en particulier son conditionnement et sa flexibilité en termes d'essences, le coût d'investissement et le taux de couverture journalière sur le coût de l'électricité fourni. Nos travaux ont montréque ce coût peut varier de 217 FCFA/kWh à 78 FCFA/kWh si on va de 25% à 75% de taux de couverture journalière en termes de temps de fonctionnement, quand la plateforme de gazéification fonctionne à une charge élevée de 91,6%, en utilisant comme matière premièrele bois de plantations d'Acacia auriculiformis de deux (2) ans d'âge.

Dans l'optique d'appliquer ce système dans un environnement ruralet le rendre attractif, en particulier au niveau du concept `'ville rurale verte de Songhaï'', nous avons procéder à une étude technico-économique de l'unité pilote de Songhaï Centre Porto Novo.Pour ce faire,nous avons installé une instrumentation de base afin d'étudier les paramètres en fonctionnement de la plateforme,diagnostiquer les pannes et les équipements sensibles, et procéder à des recommandations pour la gestion efficiente de l'unité actuelle et des unités futures.

Mots clés : Gazéification,moteur, électrification rurale, ressource, coût de l'électricité.

ABSTRACT

The gasification is one of the promising ways of the valorization of the biomass.Africa in general and especially the sub-Saharan area in particular has a great potential to develop this technology but it is necessary to mastered all the process of the values chains of this energetic system: technical organizational and economic itinerary, in other to increase his development.

This study emphasizes the impact of some factors like the raw material in particular its conditioning and its flexibility in terms of species involved, the capital cost and the daily cover rate onthe cost of electricity.

Thus, This cost can vary from 217 FCFA/kWh to 78 FCFA/kWh if the dailycover rate vary from25% to 50% at high load of 91,6% with wood as raw material which is coming from two year old Acacia auriculiformis plantation.

In other to install such a system in a rural environment and to make it competitive, in particular at the level of the Songhaï `' green rural city ''concept, we carry out a technical and economic study of the pilot unit of Songhaï Centre Porto-Novo.Thus, to do this study we installed a basic instrumentation in other to study the parameters under operation of the platform, to diagnose the breakdowns and sensitive equipment and also to deliver recommendations for an efficient management of the current and futuregasification unit.

Key words:Gasification, engine, rural electrification, raw material, cost of electricity.

LISTE DES ABBREVIATIONS

LISTES DES TABLEAUX

LISTES DES FIGURES

INTRODUCTION

Les limites de la technologie se font clairement ressentir quand tous les contours ne sont pas bien étudiés. Il faudrait avant toute installation faire alors une étude de faisabilité qui montre l'intérêt d'installer cette forme d'énergie renouvelable qu'une autre afin que cela ait un réel impact social et économique. L'étude ci-après s'inscrit dans ce cadre.

1. Contexte et problématique

Le Centre Songhaï est une Organisation Non Gouvernementale (ONG) créée en 1985 qui prône le développement de l'Afrique sur la base de la promotionde l'agriculture,l'élevage et la pisciculture à travers un modèle de développementdécentralisé Il y a 4 centres au Bénin et 5 au Nigéria et le PNUD veut que Songhaï développe leur centre dans 13 autres pays en Afrique. Songhaï est devenu un centre d'excellence pour son système intégré depuis 2008 (production agricole - transformation et commercialisation associé à la formation et à la recherche appliquée). Songhaï développe une gamme d'activitésassez diversifiées qui touchent principalement trois secteurs de développement àsavoir les secteurs primaires (production végétale, production animale et pisciculture),secondaires (agro-industrie,mécanique-fabrication) et tertiaires (commercialisation,marketing). Basé sur le principe de synergie, (interaction entre trois pôles : agriculture-élevage-pisciculture), le système intégré de production de ce centrerecycle et valorise tous lessous-produits et déchets biologiques générés par ses diverses activités.

Depuis 2008, une coopération technique est engagée entre EDF R&D, ESF (Electricien Sans Frontières) et le Centre Songhaï de Porto Novo pour la mise en place d'un Parc Technologique Energies Renouvelables Décentralisées.

Ce parc technologique a pour objectif de promouvoir la production d'énergie renouvelable à partir de biomasse pour l'alimentation en électricité des centres Songhaï, des agriculteurs et des villages sous le concept de « ville rurale verte » qui est défini comme un système ou les villes arriveraient à s'auto-suffire et implanter les infrastructures pour leur développement et enfin de dégager des biens et services qui doperaient leur économie en se basant sur l'agriculture.

Pour cela une plate-forme d'expérimentation est mise en place avec le soutien d'EDF R&D ,d'ESF et avec l'appui financier de l'ONUDI pour la partie gazéification de la biomasse.La plateforme va permettre de maîtriser les moyens de production d'énergie biomasse, d'optimiser leur fonctionnement pour une rentabilité et de définir les formations pour l'exploitation et la maintenance de ces installations.

Après avoir démarré par le biogaz, présent à Songhaï depuis 1991, la plate-forme s'est élargie en 2011 par la production d'électricité à partir de biocarburant de jatropha et en 2012 par la gazéification de biomasse solide. La plateforme expérimentale Energies Renouvelables Décentralisées su Centre de Porto Novo comporte à ce jour :

§ Une section dédiée à la bio digestion comportant huit (8) digesteurs de 20m³ et un générateur à biogaz de 22 kVA injecté au réseau ;

§ Une section biocarburant disposant de deux groupes adaptés de kit de bicarburation (huile de Jatropha/Diesel),

§ Une Centrale de production d'électricité par gazéification de biomasse solide d'une capacité de production électrique de 40 kVA dont les équipements seront décrit dans le corps de ce rapport

L'étude ci-après proposedoit contribuer à la réalisation d'études technico-économiques sur la production d'électricité à partir d'un gazéifieur indien. Les travaux ont été réalisés dans le cadre d'une collaboration du Centre Songhaï, EDF R&D et le Laboratoire Biomasse Energie et Biocarburant (LBEB) du 2iE de Ouagadougou.

2. Objectifs et méthodologie

L'objectif final de l'étude est d'établir un bilan technico-économique de l'utilisation des déchets solides / bois fragmenté et sous-produits agricoles dans un gazéifieur qui fonctionnerait dans les conditions de production d'électricité pour un village.

Ø Etude bibliographique sur la production d'électricité à partir de gazéifieur dans les pays en développement avec une synthèse par domaine : ressource en biomasse, procédés de gazéification, filtration du syngaz, type de moteur et retour d'expérience globale villageoise en Asie et Afrique.

Ø Etude de la ressource disponible entre une utilisation BRF (paillage des sols) et une utilisation pour la gazéification : classification de la ressource par usage : cas d'application sur Songhaï.

Ø Instrumentation d'un gazéifieur indien + moteur syngaz de 40 kVA et réalisation de tests de performance et d'endurance pour différents types de ressources biomasse disponible sur le centre : rédaction de programme d'essai détaillé sur différents points de fonctionnement et différents types de déchets.

Ø Réalisation d'un bilan technico-économique de la production d'électricité à partir de gazéifieur au niveau du centre Songhaï de Porto Novo et guide des points de suivi pour l'exploitation de ce typed'unité de production d'électricité par gazéification.

II. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

1. La gazéification : Etat de l'art

La « gazéification » désigne une transformation thermochimique consistant à décomposer par la chaleur un solide combustible carboné (charbon, biomasse) hétérogène en présence d'un réactif gazeux (gaz carbonique, vapeur d'eau puis oxygène/air) dans le but d'obtenir un mélange gazeux combustible. La réaction de gazéification se passe dans des conditions de température très élevées (plus de 1000°C). Le gaz de synthèse obtenu, appelé « le syngas » (pour « synthetic gas »).

· comme source de production d'hydrogène, de méthanol et de méthane par traitement chimique ;

· comme source de production de carburant de synthèse par le procédé Fischer-Tropsch

La gazéification consiste en une transformation thermique d'un solide combustible (charbon, bois etc..) en présence d'un composé gazeux appelé agents gazéifiant (O₂,air,CO₂, vapeur d'eau) .Il est possible aussi d'utiliser un mélange de plusieurs agents gazéifiant afin d'obtenir du gaz avec des propriétés particulières. Par exemple, la gazéification à l'oxygène produit un gaz dont le pouvoir calorifique est nettement supérieur à celui d'un gaz où l'agent gazéifiant est l'air. Le but de cette transformation est généralement de convertir le solide en un mélange gazeux combustible.

Pour parvenir à la production du syngas, plusieurs réactions préalables sont nécessaires. L'ensemble de ce processus est appelé gazéification. Il nécessite, à partir d'une matière organique, d'obtenir au préalable dans le réacteur de la vapeur d'eau (H₂O), du carbone (C) et de produire une chaleur suffisante pour la réaction finale de gazéification. Quatre étapes successives, fortement couplées, sont nécessaires, la troisième produisant la chaleur requise par les trois autres. Les étapes sont décrites brièvement ci-après :

Cette étape se déroule à des températures comprises entre 100°C et 160°C. Sous l'effet de la chaleur, l'eau contenue dans la matière organique s'évapore. Le combustible carboné résultant est sec et de différentes natures (charbon, biomasse, etc.). Dans le cas de produits non homogènes, une phase préalable (tri, broyage) est nécessaire avant d'introduire cet intrant dans le gazéifieur.

Ø 2^e étape : pyrolyse de la biomasse pour obtenir du coke (résidus de carbone) et des gaz de pyrolyse

Cette étape sans oxygène (anaérobie) se déroule à des températures situées entre 120°C et 600°C. Elle est dite « auto thermique » car elle ne produit ni ne consomme d'énergie. En augmentant progressivement la température en l'absence d'oxygène, la matière séchée se décompose et les atomes de carbone s'associent entre eux. Il se forme alors :

· un mélange de gaz oxydants condensables et non-condensables composés majoritairement de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures (CH₄) ;

· des goudrons et des matières volatiles condensables issues de vapeurs de composés organiques (acides acétiques, aldéhydes).

Autrement dit les principes de la pyrolyse à savoir la cinétique de pyrolyse, la répartition gaz/solide formée ainsi que les composantes chimiques des produits résultant dépendent fortement de nombreux paramètres ou la température, la vitesse de montée en température, la granulométrie et la nature du combustible sont les grandeurs les plus influentes.

Ø 3^e étape : oxydation des gaz de pyrolyse pour générer une chaleur suffisante à la gazéification

Cette étape se déroule en présence d'oxygène à des températures comprises entre 1200°C et 1500°C. Les matières volatiles issues de la pyrolyse s'oxydent. Cette combustion dégage la chaleur nécessaire aux deux étapes précédentes et à l'étape suivante de la gazéification. Elle nécessite un fort apport en oxygène.

Ø 4^e étape : la réduction ou « gazéification » du carbone pour produire le syngas

Cette étape se déroule à des températures comprises entre 800 °C et 1200°C.Enl'absence d'oxygène, le coke obtenu lors de la phase de pyrolyse réduit la vapeur d'eau et le gaz carbonique obtenus dans l'étape précédente respectivement en hydrogène et en oxyde de carbone pour former du syngas, combustible composé en proportions variables du Monoxyde de carbone (CO) et du Dihydrogène (H₂) , du Méthane (CH₄).

Les mécanismes de la gazéification définies ci-dessus couplés aux phénomènes de transferts thermiques et massiques mis en jeux sans oublier les propriétés du combustible(granulométrie, densité, porosité etc..) sont des facteurs qui vont conditionner la technologie des réacteurs adaptés à chaque procédé de gazéification de la biomasse.

Lors de la gazéification la partie organique du combustible est transformée principalement en monoxyde de carbone (CO) et en dihydrogène (H₂) et dans des proportions plus faibles en méthane CH₄.Selon le type de réacteur mais surtout de d'agent gazéifiant la somme H₂+CO varie dans de fortes proportions et peut représenter par exemple jusqu'à 80% dans le gaz de synthèse obtenus par gazéification à l'oxygène.

Ces gaz contiennent aussi divers gaz inertes : vapeur d'eau (H₂O) , azote (N₂) et dioxyde de carbone (CO₂), en proportion variable en fonction des procédés et de la matière première ; ainsi de divers composés à l'état de traces, dont les proportions sont directement liées à la nature du combustible tels que le Chlorure d'hydrogène (HCl) ,Fluorure d'hydrogène (HF), Ammoniac (NH₃), Cyanure d'hydrogène (HCN), les métaux lourds volatils à basses températures, etc...(Cirad forêt,2001)[ 2 ]

Enfin une part plus ou moins importante de composés hydrocarbonés, les goudrons résultant de la pyrolyse, peuvent être présents dans le gaz ceci en fonction du type de réacteurs utilisés et primordialement de la nature de la matière première.

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) du gaz et sa composition est fonction de :

L'utilisation de l'air comme agent gazéifiant tend à faire baisser le PCI du gaz, du fait de la forte proportion d'azote dans le gaz. Le PCI du gaz obtenue varie de 3 à 6 MJ/Nm³.

Dans le cas où l'agent gazéifiant est de la vapeur d'eau, on peut obtenir un gaz à forte teneur en hydrogène. Le PCI d'un tel gaz peut varier de 10 à 15 MJ/Nm³.(Gai et Al,2012)[ 3 ]

Le tableau ci-dessous illustre la nature du PCI dépendamment des facteurs précités :

Gazéification à l'air		Lit Fixe co-courant	Lit fixe contre-courant	Lit fluidisé circulant
Humidité biomasse	% mh¹	6-20	n.d	13-20
Particules	mg/Nm³	100 - 8 000	100 - 3 000	8 000 - 100 000
Goudrons	mg/Nm³	10 - 6 000	10000 - 150000	2 000 - 30 000
PCI du gaz	MJ/Nm³	4,0 - 5,6	3,7 - 5,1	3,6 - 5,9
H₂	% vol	15 - 21	10 - 14	15 - 22
CO	% vol	10 - 22	15 - 20	13 - 15
CO₂	% vol	11 - 13	8 - 10	13 - 15
CH₄	% vol	1 - 5	2 - 3	2 - 4
C_n H_m	% vol	0,5 - 2	n.d	0,1 - 1,2
N₂	% vol	différence	différence	différence

Le choix d'un type de procédé est guidé par la taille de l'installation, le solide combustible carboné utilisé, l'usage du gaz produit et la maturité des technologies. Il existe plusieurs procédés de gazéification (Procédis, 2004[4]).

1.4.1. Le procédé à lit fixe

Figure 2: Gazogène à contre-courant (a gauche) et a co-courant (à droite)

Les différentes étapes de la réaction de gazéification sont successivement réalisées de haut en bas dans le réacteur. La matière organique est d'abord introduite à son sommet. De l'air est injecté à mi-hauteur pour amorcer la combustion et fournir de la chaleur à l'ensemble du réacteur. L'augmentation progressive de la température permet d'obtenir les différentes réactions entrainant les gaz produits vers la zone la plus chaude du réacteur. Le syngas est récupéré au niveau du socle du réacteur du gazogène. Il en résulte alors une faible concentration en goudrons beaucoup plus faible que pour les procédés a contre-courant.la conversion thermo chimique est alors plus aboutit. Ce type de gazeifieur est utilisés exclusivement pour de la biomasse relativement sec (15% d'humidité),ce qui est notre cas au niveau du Centre Songhaï.

L'air est injecté à la base du réacteur et le syngas est récupéré sous son sommet, au-dessus de la zone de pyrolyse et présente de ce fait une teneur en goudron importante mais est faiblement chargé en particules. Le combustible solide est quant à lui complètement converti en gaz et en goudron. Les procédés à contre-courant peuvent être utilisés pour des combustibles solides très humides (% H 60%) et sont relativement peu sensibles à la taille de la matière première. Ce type de gazeifieur rencontre des difficultés pour le traitement des goudrons des gaz produits d'où l'intérêt de ne pas l'utiliser pour la production d'électricité (encrassement et corrosion des installations) mais plutôt privilégier une valorisation thermique. Ce procédé doit assurer une dégradation complète des goudrons.

1.4.2. Les procédés à lits étagés

Le principe des gazéifieurs étagés est assez proche du celui des gazéifieurs à co-courant, mais contrairement à ce dernier, les deux étapes de pyrolyse et de gazéification sont réalisés dans des réacteurs différents. Le premier réacteur est destiné à la pyrolyse de la biomasse fraichement introduite. Le combustible y est séché puis pyrolysé à température contrôlée. Le charbon et les gaz de pyrolyse alimentent un second réacteur. Dans ce second réacteur, les gaz de pyrolyse subissent une oxydation où un apport en oxygène permet leur combustion. Les gaz chauds obtenus réagissent avec le lit de charbon pour produire les gaz combustibles. Ce type de réacteur a l'avantage de permettre une conduite indépendante des phases de pyrolyse et de gazéification. Ce procédé permet de réduire considérablement le taux de goudrons dans le gaz produit à la fin du procédé. En effet, les gaz issus de la pyrolyse dans le premier étage sont thermiquement craqués et oxydés dans le second étage.(Floriane Mermoud, 2006) [5]

Tableau 2 : Comparatif des différents procédés de gazéification, (source Rapport ADEME/Cirad forêt)

Le tableau 2 compare les éléments caractéristiques de la réaction de gazéification des différents procédés. Cela met en évidence que la différence la plus significative concerne le temps de séjour du solide dans le réacteur avec ses conséquences sur la flexibilité du procédé vis-à-vis de la nature de la biomasse. Le temps de séjour de la phase gazeuse est toujours faible, entre un (1) et quelques secondes pour l'ensemble des procédés(Cirad forêt,2001)[2].La figure 3 ci-dessous représente les différentes puissances escomptables en fonctions des procédés.

Le tableau 4 ci-dessous nous donne les avantages et inconvénients inhérents à chaque procédé.

Le gaz de synthèse issu de la gazéification peut être valorisé de manière différente.

1.5.1. La production directe de la chaleur

La gazéification peut être le plus souvent utilisée pour la production de chaleur grâce à la combustion directe du gaz produit dans un foyer ou une chaudière. La chaleur produite par le gazéifieur sert pour les chauffages domestiques ou collectifs, la transformation agroalimentaire (séchage, cuisson), les transformations industrielles qui requièrent la chaleur.

Les rendements obtenus par la production directe de chaleur varient souvent entre 70% et 95%. Cela peut s'expliquer par le fait qu'il n'est pas nécessaire de refroidir le gaz ou de condenser les goudrons avant utilisation. Les technologies dans le domaine de la production de chaleur sont conceptuellement simples, facile à optimiser, conviennent à la plupart des biomasses et sont parfaitement maitrisées. En plus, l'investissement pour la réalisation de gazéifieurs à production directe de chaleur est relativement abordable. On trouve également ces gazéifieurs à différents échelles selon les besoins de l'application. La puissance thermique de ces gazéifieurs varie souvent entre quelques kilowatts à plusieurs mégawatts. (Kabore D., 2012)[6]

1.5.2. La production d'électricité

L'utilisation de la gazéification dans la production d'électricité, ce qui est notre cas ici, est plus récente que la production directe de chaleur. Cette technologie est toujours en pleine évolution, même si elle est assez bien maitrisée.

Le principe de la production d'électricité consiste à convertir ce gaz dans un moteur à combustion interne ou une turbine à gaz, couplé à un alternateur. Ce dernier composant se charge de convertir l'énergie contenue dans le gaz en électricité.

Une pile à combustible haute température (de type SOFC ou MCFC par exemple) peut également être utilisée à la place d'un moteur à combustion interne, mais cette option technologique est encore au stade de recherche/développement.

L'utilisation du gaz de synthèse pour la production d'électricité présente une contrainte majeure étant la cause de beaucoup d'échec. Il s'agit de l'épuration du gaz produit par la gazéification avant son utilisation sur les machines produisant l'électricité.

L'objectif de l'épuration du gaz est de réduire la teneur en goudrons et en poussières pour atteindre un teneur de moins de 10 mg/Nm³ de gaz pour l'utilisation dans un moteur à combustion interne.

§ L'utilisation d'un séparateur de particules ou cyclone pour l'élimination des poussières dans le gaz juste à la sortie du réacteur.

§ Le refroidissement du gaz se fait généralement à l'intérieur d'échangeurs de chaleur utilisant l'eau comme liquide de refroidissement. Le refroidissement du gaz entraine la condensation d'une part importante des goudrons et de la vapeur d'eau.

§ L'élimination catalytique à haute température des goudrons dans un réacteur secondaire placé en aval du gazéifieur.

Le concept de cogénération permet d'améliorer, le rendement énergétique global des installations de gazéification a été amélioré. La chaleur est récupérée durant les opérations de traitement de gaz et au niveau des moteurs thermiques grâce à des échangeurs de chaleur. Cette chaleur est généralement utilisée pour le chauffage ou le séchage.[6]

Conformément à notre sujet d'étude nos travaux portent sur la production d'électricité dans les pays en développement en Afrique et en Asie avec un focus sur la ressource, les moyens de filtration du gaz et un retour d'expérience villageoise.

2. Application de la gazéification : production d'électricité dans les pays en développement

Introduction

Le manque de source énergétique et l'absence d'électrification surtout dans le secteur énergétique aggravent la pauvreté des pays en développement. Les technologies de développement durable et renouvelable peuvent être considérées comme des outils efficaces pour pallier à ce manque. Plus de 80% des personnes qui n'ont pas accès à l'électricité sont localisées en Asie du sud et en Afrique sub-saharienne (World Energy Outlook,2004) L'électrification peut augmenter de façon significative le niveau de vie de l'homme en améliorant l'accès à la santé, à l'éducation, le bien-être et le développement technologique et de facto contribuer au dynamisme économique. Les études notamment ceux de F.s Jvadi et Al.,2012[7]ont montrer que les énergies renouvelables sont le meilleur choix particulièrement dans les sites isolés mais cela nécessiterais qu'on étudie tous les aspects techniques et économiques relatif à l'environnement comme l'on souligner Matthew Owen et Al,2012[8],et Ralph E. H. Sims,2003 et Al[9].

La gazéification, outil des énergies renouvelables, dans les pays en développement est en train de connaitre une forte vulgarisation qui est suscité par l'intérêt de plus en plus prononcé pour les énergies alternatives, principalement la biomasse énergie.

En Afrique, la plupart des gazéifieurs sont situés en Afrique du Sud, pionnière dans la technologie (Classement SFA pacific[2]), où les carburants synthétiques et les produits chimiques sont produis à partir du charbon depuis 1955. Mais d'autres pays africain comme l'Uganda, le Ghana ont déjà amorcé les possibilités d'utilisé ces unités de gazéification principalement pour la production d'électricité en site isolé.

En Asie, les installations de gazéification se situent principalement en Inde, en Chine, au Japon ,au Cambodge, ou en Malaisie. Les pays d'Asie comme la Chine constituent le marché le plus important en termes de capacité installée et de marché potentiel. L'ensemble des pays tropicaux en somme représentent une zone de développement importante qui devrait émerger très rapidement dans les années à venir dans ce procédé. Les études menées par Roland Siemeons,2000[10],ou par Anil K. Rajvanshi,1986[11] ou encore de Dasappa,2011[12] sur le potentiel et la faisabilité des projets de gazeïfication dépendamment de la ressource et de l'environnement local ;comme le précise Buchholz et Da silva,2010[13]ou Y.S. Mohammedet Al,2012[14]dans leurs expérimentations.

Nous allons nous pencher donc dans ce document sur les applications électriques en faisant un résumé sur les projets de gazéification en procédant à une synthèse par domaine : la ressource, la pyrolyse, la filtration, le moteur et un retour d'expérience globale villageoise en Asie et Afrique.

Les projets de gazéification pour qu'ils soient économiquement viable en Afrique ou en Asie ont fait ressortir comme par ailleurs la nécessité de se pencher sur la matière première du procédé afin de produire un gaz de synthèse à haut rendement. Selon Dasappa,2011[12]le potentiel estimé de puissance pour la gazéification en Afrique sub-saharienne, en utilisant 30% de résidus agro-industriel de et 10% de résidus bois de l'agroforesterie s'élève respectivement à 5000 MW et 10000 MW.

Les principales ressources envisagées proviennent donc des produits ou sous-produits de l'agroforesterie ou des résidus agricoles ou des process de transformation.

La biomasse pouvant entrer dans le processus de gazéification doit respecter les conditions physiques comme la granulométrie, la masse volumique ; l'humidité (% H 15% sur brute) ,un bon PCI, et de bonnes propriétés thermiques.

Les projets comme par exemple celui du village Melani en Afrique du Sud[15] étudié par Ntshengedzeni S. Mamphweli et Edson L. Meyer en 2009 ont définis que la plupart des bois énergie sec tel que les essences Acacia auriculiformis, Eucalyptus, Pinus patula,Pinusellioti ,Pinus canariensis ou le bois de cyprès en morceau bien découpé, en copeaux ou les sciures avec une densité (au-delà de 200 kg/m³) sont adaptés comme combustible. Les coques de noix de coco mélangées avec des coques noix de palmes ont montré aussi leur grande potentialité dans ce genre d'installation tant qu'ils sont découpés à la taille adéquate et mélangés dans de bonne proportion pour avoir la densité adéquate pour limiter la production de goudrons et de particules. Par contre en Uganda les ressources utilisées étudié par Wilson B. Musinguzi et Al.,2012[16]sont l'Eucalyptus grandis en particulier et au Vanuatu selon Barry Fischer et Attilio Pigneri,2010[17]c'est le Leucaena Leucocephala.

La différence entre les essences montre que la ressource dépend fortement de l'environnement et de l'intérêt économique de la biomasse.

Ainsi au Cambodge qui est un grand producteur de riz par exemple (7 Millions de tonnes en 2009, selon UNIDO), ils ont vulgarisé la gazéification à base de résidus rizicoles comme la balle de riz qui a un grand potentiel énergétique et dispose d'autres biomasses comme le bois, les coques de noix de palme, les rafles de maïs, la bagasse, les coques d'anacarde selon les études de Rogier van Mansvelt,2011[18],et Orkide Akgün et Jyrki Luukkanen,2011 [19].

Le tableau 3 ci-dessous récence les propriétés de quelques type de biomasse et les traitements opérés avant gazéification(Anil K. Rajvanshi,1986)[11] et les observations faites à l'issu de la conversion.

Fuel	Treatment, bulk density, moisture (m.c.)		Tar produced g/m³			Ash content %		Gasifier	Experience
Alfalfa straw	Cubed, 298 kg/m³ m.c. = 7.9%		2.33			6		downdraft	No slagging, some bridging
Bean straw	Cubed, 440 kg/m³ m.c. = 13%		1.97			10.2		downdraft	Severe slag formation
Barley straw (75% straw; 25% corn fodder and 6% orza binder	Cubed, 299 kg/m³ m.c. = 4%		0			10.3		downdraft	Slag formation
Coconut shell	Crushed(1-4 cm),435kg/m³ m.c. = 11.8%		3			0.8		downdraft	Excellent fuel. No slag formation
Coconut husks	Pieces 2-5 cm, 65kg/m³		Insignificant tar coconut			3.4		downdraft	Slag on grate but no operational problem
Corn cobs	304 kg/m,³m.c. = 11%		7.24			1.5		downdraft	Excellent fuel. No slagging
Corn fodder	Cubed, 390 kg/m³ m.c. = 11.9%		1.43			6.1		downdraft	Severe slagging and bridging
Cotton stalks	Cubed, 259 kg/m³ m.c. = 20.6%		5			17.2		downdraft	Severe slag formation
Peach pits	Sundried, 474 kg/m³ m.c. = 10.9%		1.1			0.9		downdraft	Excellent fuel. No slagging
Peat		Briquettes,555 kg/m³ m.c. = 13%		-	-		downdraft			Severe slagging
Prune pits		Air dried, 514 kg/m³ m.c. = 8.2%		0	0.5		downdraft			Excellent fuel
Rice hulls		Pelleted, 679 kg/m3 m.c. = 8.6%		4.32	14.9		downdraft			Severe slagging
Safflower		Cubed, 203 kg/m3 m.c. = 8.9%		0.88	6.0		downdraft			Minor slag formation
Sugarcane		Cut 2-5 cms, 52 kg/m3		Insignificant	1.6		downdraft			Slag on hearthring. Bridging
Walnut shell		Cracked, 337 kg/m3 m.c. = 8%		6.24	1.1		downdraft			Excellent fuel. No slagging
Walnut shell		Pelleted.		14.5	1.0		downdraft			Good fuel
Wheat straw		Cubed, 395 kg/m3 m.c. = 9.6%		-	9.3		downdraft			Severe,slagging bridging. Irregular gas production
Wheat straw and corn stalks		Cubed (50% mix), 199 kg/m3 m.c. = 15%		0	7.4		downdraft			Slagging
Wood blocks		5 cm cube, 256 kg/m3 m.c. = 5.4%		3.24	0.2		downdraft			Excellent fuel
Wood chips		166 kg/m3 m.c. = 10.8%		6.24	6.26		downdraft			Severe bridging and slagging.

La figure 5 ci-dessous indique les potentiels de quelques ressources de référence pour la production d'électricité par gazéification exposé parS.M. Shafie et al, 2012[20].

Tableau 6 : Diffèrent type de biomasse et leur application électrique par gazéification

La biomasse en entrée doit être sèche (humidité inférieure à 20%) et calibrée (maximum 5 à 15 cm de côté selon la puissance de l'installation) pour le bois par exemple. Pour un gazéïfieur fonctionnant au bois il faut éviter d'incorporer trop d'écorce du bois, du sable ou tout autre matériau contenant de la silice qui peuvent bloquer le fonctionnement de l'installation.

La biomasse est calibrée à la bonne dimension (presse ou broyeur selon le type d'installation), stockée et séchée grâce à l'énergie thermique produite par cogénération avant d'être introduite dans le gazéifieur. Le séchage est ainsi accéléré par rapport à un séchage à l'air libre: quelques jours à une semaine peuvent suffire dépendamment du type de biomasse.

Des études ont montré notamment au Cambodge l'intérêt économique de ces ressources afin de remplacer les combustibles conventionnels(Cirad forêt,2001)[2].

La ressource étant un grand point de notre travail, il va y être étudié l'Acacia auriculiformis et les coques de noix de coco et de noix de palme comme principales matières premières.

Le gaz chargé d'élément gênant (poussière, goudrons, alcalins, cendres etc..), produit doit subir tout un processus de filtration et d'épuration du gaz avant d'être valoriser énergiquement.

Le tableau 5 ci-dessous donne les valeurs des teneurs admises par diverses techniques de valorisation du gaz de gazéification par rapport aux principaux polluants(Cirad forêt,2001) [2].

Tableau 7 : Qualité des gaz nécessaire pour la production d'électricité et la synthèse d'éthanol (n.l. : non limité) ,source Observer

Dans la littérature et nous appuyant sur les documents techniques de la plateforme gazéïfieur du centre songhaï de Porto Novo nous pouvons définir les process d'épuration suivants:

2.2.1. La séparation des particules ou poussières

Les particules proviennent pour la grande majorité de fine de charbon et pour une faible part des cendres. Leur concentration qui s'exprime en mg/Nm³ dépend pour beaucoup de la nature de la matière première et du procédé de gazéification. La concentration est comprise entre 100 mg/Nm³et 100 g/Nm³.

Le dépoussiérage des gaz se fait de différentes façons. Le plus simple consiste à utiliser des dispositifs classiques (cyclone, filtres à marche, laveurs,..) en sortie du réacteur afin de séparer la phase solide de la phase gazeuse. Cette opération ne peut se faire qu'à des températures relativement basses ce qui nécessite le refroidissement du gaz en amont avec la problématique de la condensation des goudrons et la perte d'énergie des gaz, notamment pour les applications en cycle combiné.

D'autres techniques comme la filtration à chaud viennent pallier à ce manquement mais cette technologie est toujours à l'étape de recherche et développement. Cette technique consiste à utiliser des filtres à chandelle conçu en céramique réfractaire pouvant supporter des températures élevée de l'ordre de 800 à 900°C.Le rendement de ces filtres sont extrêmement élevé supérieur à 99%.Mais leur utilisation imposerait des coûts supplémentaires et a ce stade s'ajoute le souci de fiabilité pour un fonctionnement de longue durée.

Une autre option est d'utiliser les filtres métalliques produits à partir de poudre d'acierinoxydablequi ont été testés et ont montré de bonnes performances.

2.2.2. Elimination des goudrons

Les goudrons contenus dans les gaz de gazéification sont encore très mal définis dans la littérature. La concentration en goudron est fortement variable en fonction du procédé retenu, de la matière première, de la disposition des entrées de l'agent gazéifiant, des valeurs allant de 10 mg/Nm³ à 150 mg/Nm³sont généralement admises.

Plusieurs méthodes d'épuration sont utilisés ou en cours de développement basés sur les procédés suivants :

Ø Le traitement thermique : Décomposition des goudrons à haute température (>1000°C) par simple craquage.

Ø Le traitement catalytique : La décomposition des goudrons est réalisée par l'action simultanée de la température (800 °C) et d'un catalyseur solide. Les tests ont montrés des performances pouvant aller jusqu'à 99%. Cette solution pose un problème de coût par suite de désactivation assez rapide par encrassement et contamination.

Ø Le lavage humide : De l'eau pulvérisée est mise en contact avec le gaz et assure la condensation des goudrons, c'est le cas de Songhaï. Les goudrons sont récupérés dans de l'eau de lavage en sortie de la chambre de lavage. Si ces derniers sont réputés éprouvés, les problèmes rencontrés notamment sur les petites installations, montrent que l'efficacité de cette solution n'est pas aussi évidente et que de nombreux problèmes subsistent. Ils sont en particulier dus à la présence d'aérosol dans les gaz. Les filtres électrostatiques en serait un bonne alternative (test du CIRAD sur les fumées de pyrolyse).Un système classique comprend une étape de refroidissement du gaz suivie d'un pulvérisateur haute performance qui favorise le contact entre particules et gouttelettes et qui , en augmentant leur taille va favoriser leur récupération. La dernière étape est constituée d'une tour qui permet de réduire la vitesse des gaz et d'augmenter le temps de séjour des gaz pour rééquilibrer le système. Un niveau inférieur à 20 mg/Nm³ de goudrons et 10 mg/Nm³ de poussière est réalisable par ce type de procédé. La production d'eau polluée peut être importante et son traitement, obligatoire, occasionner un coût prohibif.

Ø La condensation forcée : Le gaz traverse un échangeur convectif assurant la condensation des goudrons (sans contact direct) et la récupération d'énergie thermique. Ce procédé est en cours de recherche et développement au niveau du CIRAD.

2.2.3. L'élimination des alcalins

Les métaux alcalins sont responsables de corrosion sur les pales des turbines provoquant une altération du surfaçage. Il est communément admis que leur élimination est obligatoire mais pas dans le cas de Songhaï, même s'il n'y a cependant pas eu d'essais sur des nouveaux alliages développés et utilisé en surfaçage. La température maximum qui est admise pour la condensation de ces produits est d'environ 600°C.Ils sont potentiellement récupérables avec les particules sur les filtres hautes température.

Le tableau 8 suivant rassemble les caractéristiques d'utilisation des différents systèmes d'épuration ainsi que le taux de réduction envisageable (Source HASLER).

Tableau 8 : Taux de réduction des différents systèmes d'épuration (ADEME)

Selon F.Mermoud,2006[5]la principale application de la gazéification concerne la cogénération d'électricité et de chaleur grâce à un couplage avec un moteur à gaz ou une turbine à gaz.

Il s'agit d'un moteur à allumage commandé fonctionnant à l'origine avec de l'essence ou du gaz naturel. Il doit donc être modifié pour pouvoir recevoir le gaz pauvre issu de la gazéification, dont le pouvoir calorifique est dix fois plus faible que celui de l'essence ou du gaz naturel. De plus, le gaz de synthèse est très dilué et ne nécessite pas les mêmes rapports stoechiométriques avec l'air.

Les rendements électriques rapportés sur différentes installations de gazéification couplées à un moteur à gaz sont compris entre 15 et 25% ; à noter que le rendement de ce type de moteurs est de 30 à 40% avec du gaz naturel.

Les moteurs de type "dualfuel", qui acceptent comme combustible un mélange de diesel et d'un autre carburant, permettent également de valoriser le gaz de synthèse. Cette alternative est intéressante car le diesel vient suppléer aux éventuelles carences de qualité du gaz de synthèse. Environ 80% de l'énergie qui serait consommée par un diésel de même puissance est fournie par le gaz de gazéification.

Les équipements de couplage au réseau sont maintenant fournis en standard et peuvent être conteneurisés. Ils comprennent, entre autres, un régulateur de tension, un contrôleur de facteur de charge pour les générateurs synchrones (ADEME 2001).

Une turbine à gaz est constituée d'un compresseur (pour amener l'air à haute pression), d'une chambre de combustion à haute pression (dans laquelle la combustion du mélange produit desfumées à haute température) et enfin d'une turbine qui entraîne un générateur. L'alimentation en combustible se fait sous pression (10-20bar) dans la chambre de combustion.

Les TAG, qui fonctionnent habituellement au gaz naturel, acceptent une grande variété de gaz combustible, dont le gaz de synthèse. Le rendement électrique d'une TAG varie entre 25 et30% mais il chute rapidement hors des conditions de fonctionnement optimales en termes de puissance et de qualité du gaz combustible.

Le choix entre moteur à gaz et turbine à gaz à la sortie d'une installation de gazéification estessentiellement guidé par la taille (puissance installée) de l'installation. La puissance des moteurs est très variable (de 100 kWe à quelques MWe) alors que les turbines ont en général une puissance supérieure à 5 MWe, et nécessitent un gaz combustible sous haute pression. Les moteurs sont en règle générale moins exigeants que les turbines sur la qualité du gaz (PCI supérieur à 4 MJ/Nm³).

La turbine à gaz peut être associée à une turbine à vapeur dans un cycle combiné de type IGCC ("Integrated Gasification Combined Cycle"). Le gaz de synthèse est d'abord brûlé dans la turbine à gaz. Les fumées détendues sont ensuite conduites vers un échangeur qui permet de produire de la vapeur pour alimenter la turbine à vapeur. Le surplus d'électricité produit par la turbine à vapeur permet de maximiser le rendement électrique. A notre connaissance aujourd'hui, la seule installation de ce type à avoir accumulé plusieurs milliers d'heures de fonctionnement est celle de Värnamo en Suède (avec un rendement électrique de 35%).

3. Retour globale d'expérience villageoise en Afrique et en Asie

Les expériences villageoises sont de plus en plus vulgarisées pour l'électrification des milieux isolés qui rentre dans la politique de dynamisme économique des pays en développement.

Des études ont été suivies avec grand intérêt en Asie et en Afrique ,nous citerons quelques projets avec les principaux détails des procédés utilisés.

Ntshengedzeni S. Mamphweli et Edson L. Meyer en 2009[15]on reportéqueEskom et l'université de Fort Hare ont piloté ce projet de gazéification de la biomasse en utilisant le système SJBG ( System Johansson Biomass gasifier ).Le SJBG a été installé dans le village de Melani situé dans la province du Cap Est en Afrique du Sud, afin d'effectuer une étude sur la viabilité et l'accessibilité de l'électrification par la gazéification de la biomasse en Afrique du Sud. Une étude des besoins du village composé de 2800 habitants, ont été réalisées avant l'installation effective de la centrale.

L'étude fait ressortir le besoin de fournir une électricité à bas prix à des commerces comprenant des champs, des élevages de poulet de chair ; des industries de fabrication de fenêtres et portes, les ateliers de couture, des boulangeries etc...

Il a été relevé durant le fonctionnement des soucis socio-environnementaux venant de la part de la population, sur la technologie de gazéification de résidus de scierie comme moyens de gestion durable des déchets. Le SJBG a été utilisé pour valoriser l'excès de biomasse afin de fournir de l'électricité à bas prix afin de dynamiser l'économie de la communauté locale et les divers initiatives de développement.

L'étude technico-économique a fait ressortir une capacité de consommation de 300 Nm³/h de biomasse à installer afin d'alimenter le village.

Le tableau ci-dessous représente les conditions de fonctionnement du gazeifieur

Tableau 9 : Conditions de fonctionnement du gazéïfieur du village de Melani

[21]L'étude reportée par T. Buchholz et T. Volk,2007 décrit l'exploitation agricole de Muzizi isolée du réseau qui à des besoins d'énergie électrique et thermique pour le séchage du thé à une température de 80°C.Une étude de faisabilité de l'ensemble du système de gazéification a été réalisée en 2005 suivi d'une installation effective en mai 2006, l'usine commençant sa production à partir d'Août 2006.

La ressource en combustible provient d'une plantation de 99 hectares d'Eucalyptus. Ce bois nécessitant un séchage externe pendant 6 mois afin d'atteindre un taux d'humidité de 15%.

Le générateur du gazéïfieur fourni une puissance de 200 kW net d'électricité. Le système installé comprend :

o Un gazeifieur à co-courant de marque ANKUR, avec un réacteur de 400 kW_th avec un système automatisé pour le chargement du bois, et de collecte des cendres et des charbons.

o Un moteur à gaz Cummins India de 250 kW couplé à une génératrice Stanford

o Des systèmes de cogénération pour récupérer la chaleur sur les points chauds du système

Le démarrage se fait grâce à un groupe de 30 kW afin de fournir les éléments critiques du système (pompes, souffleur, système d'alimentation de bois et les unités de contrôle).Ce démarrage se fait en sept minutes quand le système est froid mais peut durer moins si le système est chaud. L'alimentation des charges est en triphasée.

Le système consomme1,6 tonne de bois sec par MWh produit. Le taux de conversion est de l'ordre de 15% en considérant une capacité énergétique du bois à 5 Mwh/tonne d'Eucalyptus. L'électricité annuelle produite s'élève à 381 MWh/an.

Le gazéïfieur ne fonctionne pas pendant une (1) journée en semaine pour des soucis de maintenance. La moyenne de production s'élève à 87 kW, soit un taux de 43,5% de charge, ce qui est loin de la capacité de 200 kW. Le taux de récupération du système de cogénération est de 80%.

Le bois est fourni par des plantations durables est payé à juste prix afin que les planteurs soient encouragés à fournir la centrale continuellement. Il faudrait pour un fonctionnement à temps partiel (50%) et un rendement électrique de 15% et des champs à 5t/ha/an de rendement, une ressource bois de 1,9 ha/kW. Le meilleur scénario pour des champs à grand rendement (15t/ha/an) et un rendement électrique de 24%, serait une consommation 0,3ha/kW.

Cela nécessiterait alors pour fournir 200 kW à temps partiel (50%) et pour 24% de rendement électrique une plantation de 60 hectares.

Une étude à montrer que le coût de l'électricité est égal à 0,159Euros/kWh. Les coûts d'installation s'élèveraient quant à elles à 1505 Euros/kW installés. En estimant une durée de vie actuelle à treize (13) ans, les coûts sont repartis comme suite : capital 43%, coût de fonctionnement (ressource et maintenance) 29%, charge fixe 28%. Le système est alors économiquement viable comparer au prix de l'électricité du réseau 0,18 Euros/kWh.

Le temps de retour sur investissement en fonction de tous ces paramètres est de 9,5 ans pour un taux de rentabilité interne de 6%.Une projection pour un gazéïfieur de 150 kW qui remplace un générateur conventionnel au diésel (0,238Euros/kWh avec 0.231 Euros uniquement pour le diésel),le temps de retour sur investissement est de 4,5 ans avec un taux de rentabilité interne de 18%.

Pour que le système soit viable il faut une bonne gestion des ressources et promouvoir le dynamisme économique autour de la centrale en s'assurant de créer des opportunités de création d'emploi et de commerces de bien et de services. En outre la production doit toujours suivre la consommation pour rendre le système efficace.

Le traitement de l'eau de lavage par vidange qui contient des cendres et du charbon, se fait environ une fois(1)/mois et servirait à la fertilisation des champs, et le charbon récupérer pour bruler dans des chaudières.

Le gazéïfieur génère une petite quantité de soufre, et le CO₂ émis est recyclé par les plantations durables, ce qui en fait un système à un bilan Co₂nul. Le système remplaçant à peu près 120 000 litres de diésel/an on économiserait environs 314 tonnes/an de CO₂.

Ø La centrale de gazéification installée par SME Cambodge pour une industrie de riz afin valoriser la balle de riz :

Le projet de gazéification bien qu'aillant dynamiser l'économie local par les commerces qui sont alimenter, ont par ailleurs dégagées des soucis concernant et la valorisation des goudrons et l'eau usée sortant du process car l'un peut avoir un effet cancérigène et l'autre contient des phénols qui sont connus comme germicides tuant les bactéries du sol et pouvant avoir un impact sur l'environnement.

Les cendres issus des process ne trouve pas aussi une bonne valorisation alors qu'ils peuvent être utilisés dans des industries de pneu ,d'aciérie, de cimenterie comme additif au ciment, la construction pour la fabrication des briques, ou encore des industries de silicium pour la fabrication les plaquettes amorphes, les cendres peuvent être valoriser dans les plantations et augmenter les rendements.(Source SME Cambodge)

[22]Depuis 2005 dans la province de Battambang, d'après une étude de Hitofumi Abe et Al. en 2007,une coopérative a installé un gazéïfieur de 9 kW avec le soutien de l'Agence Canadienne pour le développement Internationale. Ce gazeifieur fournit de l'électricité pendant (6) six heures/jour à 70 foyers. Ce plateforme de gazéification est fourni en ressource par du bois de Leucaena contenant 12% d'humidité pour une consommation de 1,26 kg/h/Wh ; venant de forêts aménagées qui sont prêt à être abattu à l'âge de 10 à 12 mois avec un rendement de 8,2t/ha/an, et acheté aux membres de la coopérative au prix de 20 dollar/tonne de bois sec. Le prix de revient de l'électricité est de 300 dollar/MWh produit ce qui est beaucoup moins cher par rapport au 700-900 dollar/MWh de l'opérateur local d'électricité.

Une étude technico-économique menée par N. H. Ravindranath et Al[23]en 2004sur le retour d'expérience dans les villages d'hosahalli et de Hanumanthanagara ont fait ressortir les performances et l'impact observés sur l'électrification décentralisée par gazéification de la biomasse.

Ces projets menés depuis 1988 ont été planifiés et installés en suivant les étapes suivantes :

o Etape 1 : Des meetings ont été organisés avec les communautés locales des deux villages afin de leur expliquer la technologie, le but, les responsabilités, les avantages ainsi que le besoin qu'ils soient parties prenantes des projets

o Etape 2 : D'un commun accord les communautés locales ont accepté de participer et d'aider à la création de forêts aménagées pour la fourniture en ressource des gazéifieurs (respectivement en 1988 et 1996 pour le village d'Hosahalli et Hanumanthanagara)

o Etape 3 : Les plateformes de gazéification ont été installées dans le village de hosahalli en 1988 et en 1996 dans le village de Hanumanthanagara, et les différentes charges installées progressivement.

o Etape 4 : Des jeunes des deux communautés ont été formés afin d'être à même de gérer les plateformes et d'intervenir sur les activités de maintenances mineures.

o Etape 5 : Les subventions pour l'installation des plateformes ont été acquises

o Etape 6 : Des comités villageoises gèrent les plateformes, prennent les décisions relatifs au fonctionnement, protègent et renouvellent les forêts et garantissent les payements des différents charges des plateformes

Le tableau 11 ci-dessous présente les différentes caractéristiques des installations en 2004 :

Tableau 11 : Caractéristiques des plateformes d'Hosahalli et Hanumanthanagara

Le fonctionnement des plateformes nécessite en moyenne entre 1,27 et 1,6 kg/kWh de bois dépendamment du choix de fonctionnement ( gaz ou dual-fuel),et amené à une réduction de 85% de dépendance au diésel montrant l'efficacité des systèmes. Les essences utilisées sont l'acacia auriculiformis (13%), l'Eucalyptus (58%), Dalbergia Sisso (7%),et le Casia Siamea (22%) avec un rendement de 6t/ha/an en matière sèche.

Le tableau 12 ci-dessous relèves les divers problèmes rencontrés pendant le fonctionnement et les maintenances sur une période de six ans.

: Problèmes rencontrés dans les opérations de fonctionnement et de maintenance du gazeifieur d'Hosahalli

Selon Ravindranath et Al les études d'impacts environnementales ont montré que la création de forêts comportant plusieurs espèces a conduit à la conservation du sol et de l`eau dans des terres sujet à la dégradation. cela a contribué au développement de la biodiversité dans les terres comme l'ont démontré l'expérience d'hosahalli. La biomasse a produit peu de cendre comparée au charbon et sa combustion amenée à une émission de soufre négligeable.

III. MATERIEL ET METHODES

1. Description de la plateforme de gazéification

Le gazéifieur est de type co-courant, de conception et fabrication indienne de La firme ONV BIO et de l'Institut des sciences de Bangalore, les auxiliaires et leurs caractéristiques sont définis dans le tableau 13. Le syngaz est utilisé par un moteur à syngaz CUMMINSIndecouplé à une génératrice Stanford d'une capacité de 40 kVA. Il est adapté pour les conversions thermochimiques de biomasse solide de types bois énergie, coques de noix de coco et de noix de palme. Les spécifications des équipements sont détaillées dans le tableau 13 ci-dessous :

Ref/N°	Equipements	Spécification	Quantité
A	Traitement biomasse
1	Scie circulaire	50 kg/h, P=1,48 kW	1
2	Séchoir	Capacité de 40 kg/isolation en céramique	1
	Souffleur d'air chaud	P= 1,48 kW	1
	Conduite d'air chaud	Revêtement en aluminium	20 mètres
B	Système de gazéification
1	Réacteur avec revêtement en brique pourvu d'air nozzles	Co-courant	1
2	Couverture du réacteur		1
3	Convoyeur-Extracteur de résidus	P= 0,4kW	1
4	Collecteur de charbon	Capacité de stockage 1heure	1
5	Valves de fermeture pneumatique	100 mm	2
6	Cyclone avec valves pneumatiques	75 mm	1
7	Collecteur de poussière	Capacité 8h Valve de 75 mm	1
8	Manomètre de mesure de pression	Sur la chaîne de mesure du gaz	02 (Entrée/Sortie)
9	Refroidisseur à eau	150 mm	01
10	Unité de séparation de gaz		01
11	Epurateur à eau et tuyauterie		01
12	Unité de séparation de gaz		01
13	Epurateur d'eau réfrigéré et tuyauterie		01
14	Unité de séparation d'eau		01
15	Piège d'humidité		01
16	Souffleur		01
17	Moniteur d'oxygène		01
18	Filtre en tissu		01
C	Système de traitement d'eau de lavage
1	Réservoir de floculation avec agitateur & collecteur de déchets		01
2	Réservoir de mélange d'alun avec agitateur		01
3	Réservoir de mélange poly-électrolyte avec agitateur		01
4	Trémie pour charbon actif		01
5	Collecteur de déchets		01
6	Réservoir d'eau réfrigérée		01
7	Pompe de dosage chimique		01
8	Tour de refroidissement		01
D	Accessoires
1	Pompe de lavage et de refroidissement direct	Débit 8m³/hr H=40 m ;P=2,2kW		2 pompes (principal/secours)
2	Tour de refroidissement	Delta T=5°c P=1,1kW.		1
3	Chiller	P = 2,6 kW
4	Pompe du chiller	T°=8°C débit 4m³/h, H= 40 m P= 1,1kW		2 pompes (principal/secours)
5	Pompe du tank de floculation	Débit 5m³/h hauteur 20 m P=1,1kW		2 pompes (principal/secours)
6	Pompe psf	Débit 5m³/h hauteur 30 m ,P=1,1kW		2 pompes (principal/secours)
7	Pompe de dosage (poly électrolyte)	Débit 1m³/h hauteur 20 m, P=1,1kW		01
8	Pompe pour eau d'appoint	Débit 6m³/h hauteur 30 m P=1,1kW		2 pompes (principal/secours)
9	Pompes du refroidisseur principal	Débit 8m³/h hauteur 20 m P= 1,5kW		2 pompes (principal/secours)
10	Souffleur de gaz	Débit 350 m³/h hauteur 500 mm P=1.5kW		1
11	Valves du cyclone	Pneumatique,		02
12	Valves extraction de cendre	Pneumatique		02
13	Extracteur de cendre	Moteur de 1.5 CV		01
14	Unité de refroidissement d'eau			01
15	Isolation de l'épurateur du chiller	30 mm d'isolant		----
16	Capteurs de température	Thermocouple type K		04
17	Structure	Plateforme gazeifieur		----
18	Tableau de commande			1

Dans la suite de cette étude nous appellerons auxiliaires les équipements dont le gazeifieur a besoin pour fonctionner en permanence qui sont les suivantes : le chiller et sa pompe ;les pompes des refroidisseurs directs ; le souffleur de gaz, le ventilo de la tour de refroidissement et sa pompe dont la somme en puissance installée équivaut à 14kW.

2. Protocolesexpérimentaux

Le process de gazéification à co-courant faisant appel à l'utilisation du bois (Acacia auriculiformis ou Eucalyptus Senegalensis) ou des coques de coco et des coques de noix de palmes, il s'avère important de préparer une quantité suffisante de matière pour la durée des tests tout en sachant que la capacité maximale de conversion est de 35 kg/heure de matière, valeur qui peut varier selon la charge.

Il est important de s'assurer de l'humidité (<= 15%), dela granulométrie (3cm x3 cmx 3 cm pour le bois) de la ressource avant de peser et de charger la matière dans le réacteur du gazeifieur car cela est un facteur important du process. Avant tout aussi s'assurer de la non présence de sable ou matière métallique dans la ressource.

L'humidité de la biomasse est un des facteurs importants à déterminer avant son utilisation dans un gazeifieur. De ce fait des échantillons de bois d'acacia auriculiformis ont été prélevés dans le plantation parcelle témoin de de 0.35 hectares de Songhaï Porto-Novo.

Des analyses ont été effectuées en vue de déterminer le taux d'humiditéde la biomasse au laboratoire Songhaï et du LBEB du 2iE.Le protocole utilisé pour l'échantillonnage de la biomasse en rondin est défini dans `'GIRARD P., 1992''.

Tableau 14 : Humidité moyen du bois d'acacia auriculiformis du Centre Songhaï

Des échantillons de bois d'acacia auriculiformis ont été prélevés dans un lot de prêt pour alimenter le gazéifieur et transmis au laboratoire du LBEB au 2iE pour la détermination du PCI selon les normes en vigueur.

Des échantillons de bois d'acacia auriculiformis ont été transmis au laboratoire du LBEB pour détermination du taux d'humidité et du PCI . Les résultats sont présentés ci-après :

Tableau 15 : Résultats d'analyse des taux d'humidité et PCI de 2 échantillons d'Acacia auriculiformis dans un lot préparé pour alimenter le gazéifieur (en mai 2013)

Le protocole ci-aprèsva définir la méthodologie adopter pour les tests de performance avec un combustible bien défini pour le gazeifieur, chaque série étant constitué de trois (3) tests représentatifs sur une période de 4h ou 5 h continue ou qui peuvent être répartie en deux séances de 2h00 ou 2h30 le matin et l'après-midi. Les paramètres suivant seront relevés pour servir à l'analyse de performance :

§ la consommation de bois par heure (avec mesure intermédiaire chaque 15 min) et suivant la charge (kg/h/%charge),

§ les températures (chiller (groupe de condensation),gaz sortie réacteur ,séchoir, eau de lavage de gaz).

2.2.1. Préparation du Matériel

Afin de réaliser les essais et relever les données il est important de recenser et préparer le matériel afin d'éviter les erreurs de manipulations.

Un cahier de manipulation est rempli pour toutes les interventions et expérimentations sur la plateforme de gazéification.

Un canevas (modèle) de tableau est utilisé pour noter les tableaux ; les paramètres relevés et est ensuite mis sous forme d'un fichier Excel, pour stockage numérique et traitement.

2.2.1.1. Matériel

Les équipements suivants ont été utilisés : cf. tableau 16. Avant tout essai le matériel adéquat doit être rassemblé afin de se donner les moyens d'atteindre les objectifs de tests de performance

Désignation	Caractéristiques	Commentaires
Compteurs triphasés	LJ électronique CE 9016 ; Nombre 3, mesure de l'énergie active et réactive	Pour chaque charge BRF, auxiliaires et usine de recyclage
Transformateur de courant	Six (6) de 50/5 et 3 de 100/5	Vérifier l'installation et multiplier l'énergie par le rapport des TC
Balance calibrée	Marque Diamond, calibrée à 150 kg, Incertitude +/- 0,5 kg	Afin de peser la masse du combustible ajoutée
Une montre	Cadran numérique	Déterminer le temps de l'expérience
Thermocouple portable type K	Chauvin Arnoux Physics Line classe A	Relevé de la température de l'eau de lavage
Une pince ampéremétrique	Chauvin Arnoux 600v/400A	Mesures Température, courant, tension
Afficheur de température	Incertitude +/- 2 °C	Déterminer le temps de séjour du combustible dans le séchoir
Station météorologique	Marque Davis Vantage Pro2 Integrated Sensor Suite	Relevés conditions météorologiques de l'expérimentation
EPI	Une blouse, des gants et des lunettes	protection pour chaque opérateur
Une fiche de relevé daté	Fiche papier et Excel	Faire le compte rendu de l'expérimentation

2.2.2. Tests de performance

L'objectif est de relever les paramètres de fonctionnement pouvant intervenir dans l'analyse de performance du gazéifieur. Il s'agit de faire un bilan l'énergie produite en fonction du kilogramme de combustible consommé afin de ressortir le prix du kWh.

Tout en respectant les procédures de démarrage et d'arrêt et en laissant au moins 15 min au process pour se stabiliser, il faudra pendant un essai relever les points suivants :

Ø Les charges alimentées (% de charge) : ici nous les tests qui seront réalisables sont les charges des auxiliaires de la plateforme constitués de nombreux moteurs électriques (14 kW installés) et des moteurs électriques du broyeur à végétaux BRF (19 kW installés).

Ø La quantité de bois ajouté jusqu'à remplir le réacteur avant et après fonctionnement et les quantités ajoutées durant le fonctionnement (chaque 30 min, en kg)

Ø L'heure d'allumage du gazéifieur et l'heure de l'allumage du bruleur (nombre d'heures et minutes)

Le générateur ayant une puissance de 40 kVA avec un Cos phi = 0.8 équivalent à 32 kW en pointe, plusieurs configurations ont ététestés :

1. Alimentation des auxiliaires plateformes de gazéification (P_inst= 14 kW) avec un taux de charge moyen de ces équipements de 70%(10 kW)

2. Alimentation des auxiliaires plateformes de gazéification (P_inst= 14 kW) + Broyeur végétaux pour BRF (P_inst= 19 kW) = avec un taux de charge moyen de ces équipements de 72,3% (24kW)

La ressource utilisée est essentiellement du bois mais les coques de coco et de noix de palmes ont été utilisées selon la disponibilité.

Les tests ont été réalisés pour chaque charge dépendamment de la disponibilité des charges et la de l'état de fonction de la plateforme.

L'énergie produite et les consommations de bois par kWh seront déterminées par les calculs suivants :

L'expression des résultats finaux seront la moyenne des calculs de chaque test.

L'analyse économique adopte le plus souvent les techniques de marge brute d'autofinancement basées sur l'approche d'analyse du coût de cycle de vie. Dans cette étude, l'analyse du coût sera effectuée en utilisant les couts fixes, et les couts variables qui sont le cout moyen du combustible, les coûts d'opération et de maintenance.

Le coût d'opération et de maintenance doit inclure par exemple pour le générateur le coût de tous les consommables tels que l'huile de graissage, les filtres d'huile et les garnitures utilisés pendant l'entretien et la distribution électrique ; pour le gazeifieur par exemple on inclura le coût de l'eau de lavage, du carburant pour l'amorçage, du charbon de bois pour les premiers chargements. Les paramètres du site doivent être considérés à savoir le coût de la main-d'oeuvre qui devra inclure le salaire mensuel des opérateurs, et Concernant le coût de la biomasse (ici le bois ou les coques de noix de coco), on fera une estimation en se basant sur l'expérience Songhaï et les fournisseurs locaux externes.

Le coût de l'électricité (en FCFA/KWh) qui sera le point de chute de cette analyse sera estimé en utilisant les coûts variables, puisque le système peut fonctionner à différente charge. Le coût par KWh de l'électricité est calculé en prenant les couts d'investissement ; le productible en énergie, les couts relatifs à la matière première, et les coûts d'opération et de maintenance réellement utilisé à différentes charges sur le système de production d'électricité.

Etant donné que la plateforme dépend du réseau au démarrage, il sera estimé le coût de la consommation à facturer. Le prix sera déduit à partir de la méthode du LEC (Levelized Elecricity Cost) par la formule suivante :

K_maint = coef de maintenance (1%) ,n= temps d'analyse économiquei= Taux d'actualisation (8%) , E_a :Productible en énergie (E_a= nbre d'heure*nbre de jr*P_inst)

Il faudra en outre y ajouter le facteur de charge d'usine qui sera déterminé en priorité car étant l'un des facteurs principaux de contribution au coût de l'électricité.

Nous allons faire cette analyse en nous basant sur trois (3) scénarios de fonctionnement :

§ Le scénario N°1 est l'analyse en estimant la charge à 75% (P= 24kW)et le taux de couverture journalier à 25% (6 heures/jour) qui est le cas réalisable.

§ le scénario numéro N° 2 est le cas probable où on fonctionnait uniquement en alimentant à 75% (P= 24kW)de charge avec un taux de couverture de 50 % (12 h/jour) qui est le cas optimiste.

§ Un dernier scénario N°3 , à un taux de couverture de 75% (18h/jour) sera évalué pour servir de cas très optimiste.

2.2.4. Recommandations

Les résultats des tests obtenus doivent être réitérer au moins trois (3) fois afin d'avoir une représentativité.

o De vérifier les rapports de conversion des transformateurs de courant pour avoir les relevés compteurs (Rapport*index).

o De relever tout facteur ou incident durant la manipulation pouvant influencer les résultats.

IV. RESULTATS ET DISCUSSION

Les tests d'analyse d'humidité et les tests de performances on donner les données suivantes :

Le taux d'humidité moyen, avec le protocole BFT (Bois et Foret Tropical),sur masse brute est de 36 %pour le premier lot et de 52 % pour le deuxième lot caractérisé.

Les tests ont été réalisés en utilisant les compteurs d'énergie (présenté en Annexe 2) mais un problème d'incohérence entre les valeurs mesurées et la capacité maximale de l'installation a conduit à se baser sur un autre indicateur, la production d'électricité a été alors évaluée en faisant un calcul de puissance se basant sur l'intensité lue sur l'afficheur du groupe électrogène durant chaque test, la valeur moyenne a été évaluée par l'opérateur de l'expérimentation sur les données observées sur l'afficheur du groupe (résultats ci-dessous).

% charge	N°Essai/Date	Nombre d'heure	P_moy (kW)	Quantité de bois consommée (Kg)	Consommation spécifique (Kg/kWh)	Energie Produite au cours du test (kWh)	Observations
31% (10kW)	1 (24/08/13)	2h00	10	57	2,85	20	Néant
	2(06/06/13)	2h00	10	52	2,6	20	Néant
	3(07/06/13)	2h00	10	60	3	20	Néant
75% (24kW)	1 (16/06/13)	2h00	24	54	1,13	48	3 arrêts du Brf de 5 min chacune
	2(17/06/13)	2h30	24	79	1,32	60	2arrêts du Brf de 5 min chacune
	3(18/06/13)	2h30	24	82	1,37	60	3 arrêts du Brf de 5 min chacune
	4(04/07/13)	5h00	24	175	1,46	120	Néant
	5(08/07/13)	5h00	24	155,5	1,30	120	Néant
	6(09/07/13)	4h00	24	145	1,51	96	Néant

Tableau 18 : Bilan avec les coques de noix de coco2. Analyses et interprétations

Les expérimentations ont fait ressortir que plus la charge augmente plus la consommation spécifique de bois diminue.

Les essais longs durés (4 ou 5h) sur les auxiliaires (31%) n'ont pas été possibles du fait des contraintes de terrain et de la priorité de la gestion de la ressource, même si les résultats obtenus sont assez satisfaisants sur les plages horaires testées.

Figure 5 : Consommation spécifique avec du bois suivant les charges simuler de 31% et 75%

Figure 6 : Consommation spécifique avec des coques de noix de coco sur 75%de charge

Le combustible utilisé pour chaque test a été sélectionné dans un lot qui a subi le même parcours de conditionnement et qui respecte les exigences de type, de granulométrie et d'humidité. Les mesures de débit de biomasse ont été réalisées chaque 15 min de fonctionnement en laissant 15 min au process au préalable pour être stable avant de débuter les prises de mesures.

On observe sur la figure 5 que pour une charge (75%) les consommations spécifiques sont entre 1,13 et 1,46 kg/kWh pour le bois ,et sur la figure 6pour les coques de noix de coco de1,16 à 1,31 kg/kWhindépendamment du nombre d'heure de test qui allait jusqu'à 2h30 pour les test 1,2 et 3 ; et 5 heures pour les test 4,5 et 6.

La consommation spécifique est alors relativement stable et basse.Les mêmes mesures à 31% de charge montre une consommation ente 2,6 et 3 kg/kWh sur 2 heures pour chaque test.

La différence enregistrée au niveau de l'énergie surtout sur les 75% de charge relève du fait que le BRF n'est pas un process continu et les mesures de consommation fluctuent et dépendent de la matière à broyer et de l'habilité de l'opérateur.

Le process de conversion s'est déroulé dans des conditions optimales de fonctionnements tout au long de l'essai depuis l'obtention du gaz jusqu'à l'arrêt du système aussi bien avec le bois que les coques de noix de coco.

Les températures au niveau du cyclone montrent une stabilité du process en fonctionnement entre 150 et 230°C.

La température récupérée en cogénération atteint les 100 à 120 °C dans le séchoir au bout de 15 min de fonctionnement, ce qui nous permet de la valoriser le séchage final de la matière première et d'abaisser l'humidité de 30% à 15 % en trois heures.

La variation de l'eau de lavage entre 0,7 et 1 au bout d'une heure indique que l'on peut se délester des moteurs de la tour de refroidissement pendant quelques minutes et libérer de la puissance pour démarrer éventuellement des charges assez gourmandes en courant comme celles de l'usine de recyclage de plastique.

A partir de cette expérimentation nous avons pouvons estimer les quantités de combustible, notamment le bois ou les coques de noix de coco à ajouter à intervalle régulier en fonctionnement.

Ces tests pourraient être plus précis et complet si l'on y ajoutait une instrumentation afin de suivre l'évolution des paramètres de fonctionnement. Les équipements cités ci-dessous seront plus adaptés pour des tests longes durées (5 à 7 heures continues) pouvant aider dans l'étude des performances plus précises du système en générale et du moteur à gaz en particulier :

Ø Une centrale d'acquisition de données afin d'avoir plus de précisions et de données sur les résultats

Ces outils devraient aider pour suivre la courbe de charge du gazéifieur, et les paramètres critiques en fonctionnement pour des analyses d'endurance et de performance afin réaliser une étude plus complète surtout côté moteur afin étudier et déterminer conditions optimales de fonctionnement.

La nature des charges testées au-delà des 31% même s'il respecte les contraintes de terrain n'est pas stable pour réaliser des tests de précision .De ce fait il faudrait penser à trouver si possible un process plus stable et continue faisant des appels de puissance stable.

A cela on pourrait éventuellement ajouter une ligne d'échantillonnage afin de mesurer la composition du syngaz et la teneur mesurée en poussières et goudrons, et calculer les taux de conversion et le rendement énergétique du gazeifieur.

V. ANALYSE TECHNICO-ECONOMIQUE DE LA PLATEFORME GAZEIFIEUR

L'étude de la ressource est un des paramètres des plus importants dans l'installation d'un système de gazéification. L'estimation de son coût et la logistique à mettre en place pour s'assurer d'un approvisionnement durable et renouvelable, en continue est déterminant dans l'estimation du prix du KWh juste et compétitif par rapport à des sources alternatives d'électricité.

« L'utilisation du bois comme source d'énergie ne peut être considérée comme renouvelable et participant pleinement au développement durable que si les rejets émis sont faibles et maîtrisés. À l'heure actuelle, toutes les installations satisfont aux normes de rejets en vigueur, mais il est maintenant nécessaire d'aller plus loin et d'atteindre des performances thermiques et environnementales proches de celles obtenues avec les combustibles fossiles »(Wikipédia)[24]

Une étude de la ressource disponible : le bois majoritairement, et les coques de noix de coco et des coques de noix de palmes pour une utilisation pour la gazéification va être faite. Une étude entre l'utilisation gazeifieuret une utilisation BRF (Bois raméal fragmenté, paillage des sols) sera aussi faite en procédant à une classification de la ressource par usage : cas d'application sur Songhaï.

Le gazeifieur du Centre Songhaï est adapté pour l'utilisation de la biomasse suivante : tout type de bois énergie en particulier les essences d'Acacia auriculiformis et d'Eucalyptus Sengalensis, lescoques de noix de coco, les coques de noix de palmetraité ayant une granulométrie Longueur*largeur*hauteur de 3cm*3cm*3cm et une densité de 250kg/m³et une humidité de moins de 15%.

Au niveau du centre on dispose d'une surface de 0,35 à 0,5 hectares situé à Songhaï Est réservée pour les plantations de bois avec les essences mélangés d'Acacia auriculiformis et quelques pieds d'Eucalyptus.Le reste des essences de l'agroforesterie n'étant pas adapté pour une utilisation, le reste des résidus est privilégié pour le BRF (Bois raméal fragmenté).

1.1.1. Ressources bois : Acacia auriculiformis et d'Eucalyptus senegalensis

Il a été procédé en 2011 à la mise en terre d'essences d'Acacia auriculiformis en majorité et de quelques pieds d'Eucalyptus Senegalensis sur une surface de 0,35 ha avec une extension sur d'autres parcelles (0,15 ha) plus jeunes de quelques mois (3 mois, février 2013), pour les besoins du gazéïfieur.

Le rendement sur cette surface est égale 3060 plants/0.35ha actuellement en prenant une perte de 10% soit 9000 plants/ha, perte qui pourrait progresser jusqu'à 30% ou 50% en fonction des besoins en bois réclamer par les autres sections à savoir l'agroforesterie, le jardin, les champignons etc.

Figure 7 :Bois d'acacia auriculiformis récupéré pour application agricole : tuteurage (à gauche), séché pour le gazeifieur (à droite) sur Songhaï site Porto-Novo

La plateforme a été mise en service en Mai 2012, le combustible utilisé était du bois acheté à des producteurs locaux dont la provenance n'est pas certifié, et il est quantifié et facturé à raison de 40 000 FCFA à 45 000 FCFA le véhicule de convoyage (Bâchée) qui correspond environs à entre 1 et 1,5 tonnes de bois.

L'abattage des plants de la plantation Songhaï se fait dans le même modèle de gestion que les plantations durables d'abord avec une première portion composée du tiers de la surface totale qui a été mis en séchage naturel. Il sera à chaque fois procédé à un reboisement de la partie abattue avant de migrer vers la portion suivante du champ.

Les plants arrivent à maturité au bout de 12 mois à 18 mois dépendamment du diamètre désirée. Le cycle de coupe et de stockage et traitement pour les plants est de 3 mois. Il sera à chaque fois procédé à une analyse de l'humidité du bois suivit des étapes définies dans le cycle ci-dessous :

La production de bois sec/an/ha si nous nous referont à l'étude de T.Buchholz et al,2012[25]pourrait être estimé à travers des scénarii. Pour un taux de 50% de charge et une productivité en bois sec faible de 5t/an/ha un gazeifieur fonctionnant avec un générateur à 100% de syngaz pour un rendement électrique entre 10% et 20% requerra 1 à 2 ha/kW.

Le tableau ci-dessous présente divers scénario de 50 % et 70% de charge et une productivité de 5 à 20 t/ha/an.

Tableau 19 : Scénarii pour l'estimation de la ressource, source T. Buchholz

En nous basant sur ces scénarii nous pouvons nous en rapprocher à 20% de rendement électrique et selon les charges testés dans le tableau suivant :

Il faut préciser que ces estimations ont été faites en tenant compte des temps de fonctionnement à pleine capacité sur des plages optimales de 12h/jour à 16,8 h/jour.

L'agroforesterie a défini le coût pour les plantations de l'hectare d'acacia auriculiformis en prenant en compte les paramètres suivants :

*tarif SONEB : 2em tranche (453 Fcfa), TVA (18%), compteur (calibre 60,1323 fcfa)

Cout de la matière par tonne de bois sec en estimant les moyennes de consommations :

1.1.2. Ressources : coques de noix de coco et noix de palmes

Le gazeifieur de Songhaï centre est conçu pour utiliser des coques de noix de coco(Cocos nucifera L.) et de noix de palmes(Elaeis guineensis Jacq.) ayant une granulométrie par pièce de 2 à 5 cm et 250 kg/m³ en densité.

Figure 9 : Coques de noix de coco (à gauche) et coque de noix palmiste (à droite) en séchage naturel

[26](Rousset P.2008) Le cocotier est une plante pérenne dont la production s'étale surtoute l'année. Sa densité de plantation dépend des conditions climatiques et de la variété (grand ou nain).La récolte est manuelle. Elle s'effectue tous les mois, voire tous lesdeux mois.

Le schéma ci-dessous fait ressortir l'estimation de quantité de coque sur 1000 noix de coco :

Figure 10 : Estimation de la quantité de coque en fonction de la quantité de noix de coco

Le palmier à huile quantà luiaussi est une espèce pérenne. Sa période d'incubation(germination, prepépinière et pépinière) est de 12 à 15 mois. Il commenceà produire à partir du trentième mois après avoir été planté. Il atteint samaturité productive (soit de 25 à 30 t/ha/an) à l'âge de huit ans. Cetteproductivité est maintenue jusqu'à sa 16ème année, ensuite il commence àdécliner jusqu'à la fin de sa vie utile, suivant le matériel végétal utilisé et lesconditions pédo-climatiques de la zone de culture.La récolte est manuelle. Elle a lieu tout au long de l'année et lesarbres sont visités tous les 10 jours afin de recueillir des régimes à bonnematurité.Il s'agit de plus ou moins 12 régimes par an. Chacun d'entre euxest composée de 1000 à 3000 fruits. Le fruit est ovale, d'une taille de 5 cmet d'un poids de 10g. Il est composé d'un noyau (8%) et d'un mésocarpe(92%). Compte tenu du pouvoir calorifique de la noix (9104 kcal/kg) de sa coque, c'est un produit idéal pour la gazéification.

Le Bénin en général et la région de l'Ouémé en particulier sont de grand producteur de noix de coco et de noix de palmes. La valorisation est faite dans le domaine de la cosmétique, l'agro-alimentaire comme c'est le cas de Songhaï sur la fabrication de jus, de biscuits etc..,la production d'huile de palme raffinée ou non.

Il faut préciser qu'il n'a pas vraiment un marché déclaré de la matière première. Les prix recueillis sur marché au Bénin ont donné une variation suivant les saisons de 50 à 200 FCFA pour la noix de coco et un prix de 60 à 100 FCFA pour le kilogramme de noix de palme.

Les prix résidus de la matière première n'est pas vraiment fixe puisque non systématiquement valorisés. Malgré tout, les prix retrouvés chez certains professionnels(www.Espaceagro.com)[27], des industries, et des commerces locaux nous permettent de faire une estimation du prix variant entre20 FCFA et 30 FCFA le kilogramme de coques.

Le système pour s'accorder un peu plus de souplesse dans la gestion de la ressource pourrait fonctionner à temps partielle suivant la disponibilité des coques.

La consommation en charge sur une annéeà 25% de couverture par exemple,avec les coques de noix de coco nous donne les paramètres suivants :

La gestion de la ressource étant déterminant on pourrait s'appuyer sur les données ombrothèrmiques (annexe 3) observées sur la ville de Cotonou et que l'on peut étendre au département de l'Ouémé pour permettre de gérer l'utilisation de la ressource et alimenter la plateforme en continue.

Dépendamment des saisons, par exemple en période de saison pluvieuse (Mars à juillet et septembre à octobre) on pourrait stocker assez de bois et le laisser sécher et utiliser plus les coques de noix de coco et de palmes et en saison sèche (Janvier à Mars, Novembre à Décembre) on utilisera le bois et on stocke les coques de noix de coco ou de palmes. Cette méthode aura non seulement l'intérêt d'impacter sur le coût du kilowattheure d'électricité et la gestion optimale de la ressource. Il faut préciser que pour de futur expansion ou installation on pourrait disposer de plus de quatre cents hectares (400 ha) disponible sur les sites annexes tels que Savalou et Parakou afin d'y instaurer des plantations durables.

Le BRF est le résultat du broyage de branches vertes (pas de bois mort et sec) d'un diamètre de 10 à 12 cm maximum issues des feuillus. Les conifères sont toutefois tolérés en mélange (20 %). Il s'agit d'un amendement organique de choix qui va nourrir les habitants du sol et ainsi reconstituer ce dernier afin d'y cultiver des plantes alimentaires ou non.

Les pays africains bien nantis dans le domaine forestier peuvent être lesfournisseurs primaires de BRF pour les pays ou régions dépourvus de forêts. Cecipermettrait à frais réduits d'utiliser les ressources forestières non utilisées dans lesrégions limitrophes de celles qui en ont besoin pour amorcer le cycle dereconstitution des sols tant agricoles que forestiers. Les régions les mieux nantiessont celles du sud du Sénégal, la ceinture littorale entre Dakar et Saint-Louis, demême que les régions de l'ouest et du sud du Bénin. Plusieurs autres pays africains ont des ressources qui peuvent servir un commerce relativement important qui seraitavant tout inter-régional, mais également international; la ressource étant abondantelocalement et de haute qualité. Cecipermettrait d'amorcer la formation de véritables sols, sans quoi il sera impossible dereconstituer la fertilité tant agricole que forestière.Le moyen maintenant connu, qui a fait ses preuves en Afrique comme enAmérique, et dont le Canada est à l'origine, a été retenu par les participants à laconsultation de l'ICRAF (International Centre of Research in Agroforestry (Nairobi, Kenya)en octobre 97, et ce sont les bois raméaux fragmentés (BRF)[28].

Leur utilisation selon une technologie relativement simple a permis demultiplier lesrendements de cultures vivrières en améliorant l'environnement et laqualité de la vie dans les milieux où ils furent mis à l'essai, et Songhaï en est un exemple de réussite.

L'intérêt de l'étude sommaire à Songhaï est d'arriver à valoriser les résidus venant de l'exploitation des plantations du gazeifieur et éventuellement de classifier les résidus des essences agro-forestières non utilisées vers ce type de valorisation.

1.2.1. Méthodologie d'application des BRF

[29](Lemieux G.et al,2003)Les BRF sont constitués de trois parties, les branches, les rameaux et les feuilles et ils sont riches en sucres, protéines, celluloses et lignines. Tous ces éléments jouent un rôle très précis dans la formation et le maintien d'un sol fertile. Ce n'est pas le cas des écorces, du bois de tronc, des sciures, des copeaux de rabotage ou de tout autre résidu d'origine industrielle, etc. La méthodologie d'application est expliquée en annexe 5.

Figure 11 : Plateforme BRF (à gauche), parcelle recouverte de BRF (à droite)

1.2.2. Matières premières du BRF à Songhaï

Outre les essences Acacia auriculiformis et Eucalyptus sengalensis produit au niveau de songhaï servant pour le gazeifieur et dont les branches issues de l'abattage peuvent être une matière première du BRF, le reste de la biomasse principalement les résidus de l'agroforesterie est transformé en BRF. Nous parlons par exemple des quelques essences ci- après : Moringa oleifera, Persea americana, Manguifera indica, Eucalyptus citriodora, Terminalia mentalis,Azadirachta indica,Newbouldia laevis etc...

2. Analyse technico-économique

2.1.1. Etat de la plateforme gazeifieur

Une analyse de la plateforme relevée sur 6 mois a permis d'établir un graphe des plages de fonctionnement couvertes (figure 12) et les pannes qui ont empêché l'exploitation efficiente relevé dans le tableau 24.

Causes des problèmes	Mars	Avril	Mai	juin	Juillet	Août	Pourcentage de jours avec des problèmes
Gazeifieur (réacteur et auxiliaires)	3	5	7	7	9	2	30%
Générateur (Maintenance et réparation)	0	0	0	0	3	10	11,82%
Ressources (biomasse et personnel)	7	4	5	1	2	5	21,82%
Autres (charges,organisationetc..)	5	6	4	16	5	4	36,36%
Total/184 jours	15	15	16	24	19	21	59,78%

Tableau 24 : Tableau représentant les jours de non-fonctionnement et leurs causes

Ces résultats montrent que la plupart du temps c'est les charges (BRF, usine de recyclage)qui sont en défaut ou le gazogène qui présente des problèmes à savoir les problème de goudron qui bouchent les systèmes de refroidissement et le moteur, suivit de près par la biomasse à savoir sa disponibilité et son conditionnement. Outre ces cas, la plateforme étant plus utile pour la démonstration, ceci amène à un problème d'organisation qui ne permet pas d'assurer la continuité de fonctionnement. Ceci fait ressortir les facteurs pouvant influencer sur la gestion de la plateforme de gazéification.

2.1.2. Scénarios technico-économiques

Les éléments ci-après ont été pris en compte dans l'estimation économique :

v cout OM : 3 % de cout d'investissement (inclus les couts du charbon de bois, du fuel pour l'amorçage, de l'eau de lavage) et ceci pour chaque scénario ;

v Cout personnel : deux opérateurs qualifiés plus un opérateur non qualifié : 290 000 FCFA/mois, dans un souci de simplification des calculs on considère quel que soit le taux de couverture le personnel sera mobilisé en permanence, ce qui est spécifique au cas de Songhaï et peut être revue en fonction des besoins et condition de fonctionnement ;

v Matière première produit à songhaï, car Songhaï est un centre agro-industriel et est a même de se fournir par ses propre plantations ;

v Coût de la facture d'électricité calculé sur la base de la facturation de la SBEE de 111 FCFA/KWh, qui correspond au tarif appliqué aux abonnements professionnels. L'estimation de la facturation a été faite en prenant un temps de consommation d'heure/jour 30 minutes pour le démarrage et 30 minutes pour l'arrêt ;

v Le productible en énergie est estimé sur 5 jours de fonctionnement par semaine sur toute l'année multiplié par le taux de charge ;

Les hypothèses suivantes caractérisent le système et sont communes à tous les scénarii :

§ Température des fumées par cogénération au niveau du séchoir à biomasse : 120°C

Paramètres d'étude technico-économique
Scénario	1(6h/jr)	2(12h/jr)	3(18h/jr)
Moyenne temps journalier d'utilisation	25 %	50 %	75%
Energie productible (kWh)	49 920	99 940	149 760
Consommation ressource bois (t/an)	68	139	205
*Coût matière première (Bois) FCFA/an³**	2 556 377	5 117 875	7 669 299
Coût matière première (coques de noix de coco) FCFA/an	1 238 016	2 478 512	3 714 048
Investissement Total (Bois)	68 325 569	70 887 067,29	73 438 492
Investissement Total (coques de noix de coco)	67 007 208	68 247 704	69 483 240
TRI avec le bois (an)	14,1	6,8	4,5
TRI avec coques (an)	13,8	6,5	4,3
Prix élec FCFA/kWh (Bois)	217	112	78
Prix élec FCFA/kWh (coques de noix de coco)	213	108	74

L'étude technico-économique de la plateforme gazeifieur nous permet de dégager les trois scénarios de base qui font ressortir l'influence nette du taux de couverture journalier et du taux de charge sur le cout de l'électricité, outre celle des coûts d'investissement et coût d'opération et de maintenance.

Les différents scénarios nous permettent de dégager un coût et le dégagement de bénéfices à partir de 50% de couverture journalière. Le cout de la matière et son conditionnement comme décris dans l'étude de la ressource influence clairement.

On observe que le coût de l'électricité avec le bois comme combustible, peut alors chuter de 217 FCFA/kWh à 78 FCFA/kWh,quand on monte de 25% à 75% de couverture journalière à 75% taux de charge, ce qui devient attractif et largement inférieur au prix du réseau qui est de 111 FCFA/kWh.

Le prix de l'électricité ne varie pas trop avec l'utilisation des coques de noix de coco et est entre 213 et 74FCFA/kWhpour une variation de 25%à 75 % de couverture journalière. Par contre elles présentent l'avantage de ne pas nécessiter ni trop le temps et de moyenspour le conditionnement.

Les résultats nous amènent à conclure qu'à partir de 50 % de couverture la plateforme pourrait commencer à dégager des bénéfices et rendre la technologie attractive et dégager des bénéfices à 75% de taux de couverture.

Au-delà des pannes des équipements de la plateforme sur le gazeifieur et les auxiliaires qui paralysent le fonctionnement, le système fourni de l'électricité à des charges qui ne sont pas très fiables et qui subissent trop de pannes ou dépendent de la programmation des activités inhérents à ces sections, ce qui amène à des périodes creuses pouvant s'étaler sur des semaines ou le gazeifieur ne fonctionne pas. Il faudrait dans ce cas multiplier les charges autour de la plateforme ou penser à l'injecter sur le réseau interne du centre.

La non-disponibilité de la biomasse bien conditionner fait partie des facteurs qui réduisent l'efficacité de la plateforme.Ce facteur est vraiment déterminant car il influe sur le prix de l'électricité.

Les problèmes et leurs causes relevés sur les six mois d'étudesont signalés dans le tableau 24,et cela montre que la technologie n'est pas bien maitrisée. Les équipements dont certains critiques pour la valorisation électrique étant régulièrement en pannes rendent le systèmedifficilement rentable sauf dans des conditions de fonctionnement optimales.

Une étude comparée des retours d'expérience et de notre système font ressortir les points suivants :

La figure 13 montre qu'on est généralement toujours généralement en deca du coût de l'électricité du réseau, sauf dans les cas où on n'a pas un bon taux de couverture journalière comme dans le scénario N°1 de Songhaï. La figure 14 suivante montre la variation du coûtce qui montre la fluctuation du coût dépendamment du taux de couverture de 4 à 75%.

Figure 14 : Variation du LEC Gazeifieur en fonction du Taux de couverture journalière

Cette variation est observé sur la plupart des systèmes basé sur la gazéification, nous pouvons prendre par exemple le cas de la plateforme dans le village de Anlong Ta Mei Battambang disposant d'un gazéifieur de 9 kW on arrive à diviser le prix par trois (3) quand il fonctionne avec un taux de charge et de couverture élevé. A 25% de taux de couverture à Songhaï on reste perdant et le TRI passe au double qu'à 50% de charge alors que quand on estime un temps de dépréciation sur dix (10 ans), on a tout intérêt à augmenter ce taux de couverture.

Le coût d'investissement aura une grande influence car le montant dépensé regroupe tous les frais liés au transport et à l'ingénierie du point de fabrication (Inde) à l'installation (Porto Novo),on pourrait réduire fortement cet impact en se fournissant dans un rayon restreint mais on est limité par le manque de fournisseur. On remarque par exemple que dans la littérature sur de telle puissance on trouve des coûts de 1000 à 1500 Dollar/kW installé alors que sur la plateforme Songhaï on est à 2000 dollar/kW installé (investissement pour le gazeifieur de 80 milles dollar et 40milles dollars pour le bâtiment pris en compte).

Dans le cas de Songhaï Porto-Novo il faudrait envisager, afin de réduire les couts d'exploitation et réduire les périodes liés à des pannes autres que le gazogène, une valorisation thermique du syngaz vers l'usine de production de jus ou vers d'autres des postes de consommation relocaliser vers Songhaï-Est.

Concernant des projets éventuelsd'installation de gazéifieur sur d'autres sites Songhaï qui disposent soit de grande de surface pour les plantations comme Parakou,Savalou ( au moins 400 ha) ou de matière première ( balles de riz) comme kewindji par exempleil faudrait s'assurer de la flexibilité de la technologie surtout en termes de ressources en se fournissant avec d'autres types de biomasse comme les coques de noix de coco ou les coques de noix de palmes qui sont à notre avis pas assez exploités compte tenu de l'abondance noté dans l'environnement béninois.Dans ces cas on devrait s'orienter vers d'autres fournisseurs avec des technologies (gazéifieurou bi-étagés par exemple) de traitement du syngas (intérêt du traitement catalytique de la biomasse) plus efficace et n'étant pas assujettie à des pannes fréquentes venant des auxiliaires ou du gazogène lui-même ; ou privilégier les générateurs `'Dual Fuel'' pour suppléer au carence de la gazéification comme dans le cas du retour d'expérience au Cambodge ou on arrive à avoir une installation performante pour un taux de remplacement du diésel de 77%.

Dans de futur cadre d'étude technico-économique il faudrait en plus prendre en compte le calcul de la Limite de Distance Economique (EDL :Economic Distance Limit) qui est déterminé en faisant une analyse comparée du coût de cycle de vie du système et celui de l'extension du réseau.On pourrait en outre s'appuyer dans le cadre de futurs projets de gazéification sur les étapes suivit sur les expériences validées d'électrification rurale des villages Hosahalli et Hanumanthanagara afin de mieux cerner les tenants et les aboutissants surtoutdans un contexte aussi délicat que l'Afrique de l'Ouest.

Le coût affecté au traitement des déchets est nulle car nous avons pu remarquer que bien que disposant d'un système de traitement de l'eau de lavage, il n'a pas été procédé à son utilisation, le centre préférant la valoriser pour la fertilisation des champs.

La cendre, le goudron et les particules fines recueillies ont étéutilisées pour le compostage. La sciure issue du conditionnement du bois est utilisée comme matière première pour la production des champignons. Il faudrait néanmoins procéder à une étude pour montrer l'impact de l'application de ces types de valorisation en particulier l'aspect environnemental pour l'eau de lavage et surtout économique sur le reste des déchets car cela pourrait devenir non négligeable dépendamment de la puissance installée sur de futur plateforme.

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

L'étude menée sur la plateforme gazéifieur du Centre Songhaï fait ressortir une similarité envers d'autres projets de gazéification. Cela nous a permis de faire une étude technico-économique en nous basant sur des scénarii avec des taux de plage de fonctionnement variable afin de savoir comment optimiser la gestion d'une telle plateforme. Le contexte d'étude assez particulier de Songhaï nous avons pu effectuer des expérimentations et des calculs économiques qui sont assez satisfaisants mêmes si on peut s'avancer vers une étude plus longue sur le point technique par des tests de longues durés appuyés d'une instrumentation poussée pour déterminer les impacts du fonctionnement sur le temps sur ce type d'installation.

Il est clair d'après notre étudetechnico-économique, qu'on se trouve en présence d'une plateforme de démonstration dont le but actuel n'est pas forcement d'arriver à se suppléer totalement au réseau mais plutôt cerner les aspects techniques, économiques, sociaux et environnementaux à prendre ne compte pour l'installation de système de production décentralisé efficient et compétitif.

Le cout de l`électricité de la plateforme Songhaï qui varie de 217 FCFA/kWh à 78 FCFA/kWh quand on passe de 25% à 75% de taux de couverture de fonctionnement journalière relève l'importance de faire fonctionner la plateforme au-delà des 50% pour dégager des bénéfices nettes, ce qui pourrait être éventuellement confirmé par des tests d'endurances appuyer par une instrumentation poussée.

L'étude de la ressource est un impératif quel que soit le système à installer car il en va de la fourniture d'une l'électricité stable et continue et compétitif. Nous avons pu faire ressortir que ce coût dépend forcement des charges et qu'il faut dans le cas d'un gazéifieur prévoir d'instaurer des plantations durables bien avant l'installation de la plateforme elle-même ou s'assurer d'un approvisionnement continue et flexible selon la matière afin de rendre cette énergie propre et moins couteuse.

Nous avons aussi pu faire ressortir que le taux de 60 % de temps de non fonctionnement et le taux de charge , qu'il faudrait s'assurer d'avoir des équipements assez efficaces et pas trop complexes à gérer et dont la maintenance qui doit être aisé. Cela alors pourrait ne pas causer trop d'arrêt de fonctionnement de la plateforme car il faut relever que l'intérêt d'installer ce genre de technologie est qu'il soit gérable par un opérateur formé et pas forcément qualifié au départ.

Cette étude nous permis donc de relever les points clés à prendre en compte afin de rendre cette technologie adaptable au concept `'ville rurale verte'' à savoir :

Ø la matière première depuis la mise en terre jusqu'à son conditionnement (découpe,séchage etc...),

Cela pourrait aider stimuler l'électrification rurale et un développement durable par la biomasse énergie et faire chuter les barrièressur la technologie de gazéification de la biomasse.

BIBLIOGRAPHIE

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ANNEXES

Annexe 1 : Résultat de l'analyse du taux d'humidité moyen du bois d'acacia auriculiformis de Songhaï Porto-Novo

Annexes 2Résultats de tests réalisés avec les compteurs avec le bois et les coques de noix de coco.

Bilan avec les coques de noix de coco

% Charge

N° Essai

Heure Démarrage groupe

Heure arrêt groupe

Nombre d'heure

Quantité de coques consommée

Kg/kWh

Energie

Produite (kWh)

Courant d'appel

(A)

?T° eau de lavage

(°C)

T° séchoir

(°C)

Observations

75%

1 (12/07/13)

15h40

17h40

02h00

0,42

150

Min 37

Max 45

120°C

15min

Quantité presque infime de particule fine,

T° Cyclone 211°C

2 (20/08/13)

10h00

11h30

02h00

0,39

140

Min 38

Max 42

0,8

120 °C en 10 min

T° du cyclone 160 <T°< 200°C

3 (26/09/13)

15h30

17h30

02h00

0,35

170

Min 37

Max 45

120°C en 10 min

T° du cyclone 180 <T°< 220°C

BILAN AVEC LE BOIS

% charge

N°Essai

Nombre d'heure

P_moy

(kW)

Quantité de bois consommée

(Kg)

Consommation spécifique (Kg/kWh)

Energie

enregistrée (kWh)

Courant d'appel

(A)

?T° eau de lavage

(°C)

T° cyclone

Observations

31%

1 (24/08/13)

2h00

2,85

Min : 19

Max : 20

0,8

150°C+/- 10°C

néant

2(06/06/13)

2h00

2,6

Min : 18

Max : 20

110°C +/- 10°C

néant

3(07/06/13)

2h00

Min : 18

Max:20

1,4

137°C+/- 10°C

néant

75%

1 (16/06/13)

2h00

0,67

Min : 35

Max: 40

0.7

150°C+/- 10°C

3 arrêts du Brf de 5 min chacune

2(17/06/13)

2h30

0.60

130

Min : 36

Max : 41

200°C+/- 10°C

2 arrêts Brf de 5 min

3(18/06/13)

2h30

0,4

200

Min : 37

Max:45

0 ,7

236°C+/- 10°C

3 arrêt Brf de 5 min chacune

4(04/07/13)

5h00

0,53

330

Min : 36

Max:41

0,8

220°C+/- 10°C

néant

5(08/07/13)

5h00

0,55

280

Min : 36

Max:44

0,7

210°C+/- 10°C

néant

6(09/07/13)

4h00

0,60

240

Min : 37

Max:45

226°C+/- 10°C

néant

Annexe3 :Courbe ombrothermique et courbe de température mensuelle moyenne (mesure sur Source Département géographie Université Abomey-Calavi,Bénin 2012)

Après s'être assuré que le système d'extraction de cendre à la base est boulonné correctement au réacteur, et la vis du convoyeur est à l'arrêt, on peut charger le réacteur avec le charbon de bois sec, de préférence jusqu'au-dessus d'un (1) mètre au-dessus du niveau des orifices d'air. Le charbon de bois doit être découpé en petit morceaux mesurant 15 x 15 x 15 millimètres et chargé suivi de plus grand de 30 x 30 x 30 millimètres. Il faut s''assurer qu'aucun élément étranger comme des pierres ou du sable n'est chargé avec le charbon de bois.

La gamme de la biomasse qui peut être employée dans le gazéïfieur est les essences de différentes de bois, noix de palmes et coques de noix de coco etc., dont la densité est au-dessus de 300 - 350 kg/m³.

La biomasse doit une granulométrie de 30x 30 x 30mm, et avoir la teneur en humidité maximum de 12-15%.De plus petites pièces pourraient égalementêtre utilisé (25 x 10 x 10 millimètres), mais la quantité est limitée un maximum de 50% du mélangeau total pendant chaque étape du chargement.

Le premier chargement générateur gaz exige du réacteur d'être complètement chargé avec le charbon de bois sec (100 - 120 kilogrammes),cependant, les chargements suivants n'exigent pas le chargement frais du charbon de bois.

o 1.3 Allumer le convoyeur de cendre du réacteur (évacuation de 1,5kg durant les 30 secondes de fonctionnement préconisé),

o 1.4 Préparer la torche (sans allumer) qui servira pour l'allumage du gazéifieur et ensuite pour l'ignition de la flamme de la torchère,

o 1.5 Ouvrir partiellement la vanne du bruleur et fermer la vanne d'entrée des filtres,

o 1.6 Allumer le Chilled water pump et le direct Cooler pump (main ou standby selon le choix de mise en marche),

o 1.9 Allumer la torche et le placer au niveau des buses d'air jusqu'à observer le combustible bruler dans le réacteur,

o 1.10 Attendre 5 min environ la production du syngaz et mettre le feu au niveau de la torchère. En cas de non production de syngaz se référer à la section défaut de fonctionnement en annexe,

o 1.11 Faire bruler le gaz pendant 10 à 15 min pour les démarrages de routine,

o 1.12 Alimenter en biomasse le réacteur dans un intervalle de temps régulier selon la charge,

o 1.13 Faire fonctionner le gazeifieur en brulant le gaz produit pendant 2 heures au premier démarrage après maintenance du réacteur pour s'assurer une bonne qualité du gaz pour le moteur.

NB : Si le précédent démarrage date de moins de 2 jours ignorer alors les étapes 1.4 et 1.9.

Avant tout démarrage faire le test de fuite avec l'équipement approprié.(cf manuel constructeur)

o 2.1Après s'être assurer de la qualité du gaz(cf manuel constructeur), et du bon fonctionnement du process, démarrer le souffleur du bruleur et fermer sa vanne,

o 2.4 Tourner la clé de démarrage moteur et faire varier la vanne du by-pass pour démarrer et le refermer quand le générateur prend,

o 2.5 Allumer la pompe du séchoir (capacité 280 kg de bois humide à 30% pendant 3 heures pour atteindre 15% d'humidité) et faire varier la valve de température pour obtenir 100°C,

o 2.6 Sur le tableau électrique basculer l'alimentation de la plateforme du réseau (situation de démarrage) vers le groupe électrogène à syngaz en actionnant l'inverseur,

3- Fermer la vanne d'entrée des filtres et ouvrir la torchère et initier la flamme

o Remplir le haut du réacteur d'eau dans la zone prévu à cet effet et le refermer afin d'éviter les entrées d'air

· une inspection visuelle de la zone de pyrolyse au niveau des orifices de prise d'air qui doit présenter une couleur vive

· Un flux continu de la biomasse dans le réacteur : ce point est déterminant pour un avoir un gaz de bonne qualité

· Une bonne pression observée au niveau des manomètres : vérifier les chutes et les montées de pression qui peut être due à une accumulation de cendre au niveau du réacteur empêche le flux normal du gaz qui peut être régler en faisant fonctionner l'extracteur de cendre

· Un rechargement en combustible à interval régulier du réacteur selonle type de biomasse et le régime de fonctionnement

Annexes 5 : Procédure de maintenance de quelques équipements de la plateforme

Il a été défini qu'en cas de pression élever au niveau du réacteur, du cooler 1 et 2 du scrubber, du cyclone et des filtres il faut procéder à l'extraction de cendre au niveau du réacteur.

§ ouvrir la partie de l'extracteur de cendre pour extraire le surplus accumulé.

La maintenance consiste à vider le réacteur en extrayant tous les résidus du précédent démarrage : charbon, bois, coques de coco ou de noix de palme, et cendre. Cette maintenance est à faire une fois que la chute pression au niveau du réacteur dépasse et se maintient à 150 mm. Il sera procédé à la récupération du charbon, et du bois coques de coco ou de noix de palme pour une utilisation ultérieure. La méthode est la suivante :

§ attendre une journée après le précédent fonctionnement du gazéifieur afin que celui se refroidisse

§ s'équiper des équipements de sécurité : gants, cache nez, lunettes et blouse

§ extraire à l'aide d'une tige en fer le bois coques de coco ou de noix de palme et le charbon du réacteur sur des plaques en métal

§ Après avoir éteint le reste de flamme dans le charbon, séparer et récupérer les résidus (cendres, bois et charbon de bois),

§ Peser entre 120 et 150 kg de charbon de bois et remplir le réacteur jusqu'à atteindre ai moins un (1) mètres au-dessus des orifices d'air,

§ Ajouter du bois sec jusqu'à remplir complètement le réacteur en laissant 30 cm de marge.

Afin de limiter l'encrassement des filtres et rendre le gaz plus propre, il faut procéder au nettoyage du souffleur accompagné du remplacement des filtres.

§ procédé au remplacement par des filtres déjà nettoyés issus de la précédente maintenance

Les variations intempestives de pression observées au niveau des manomètres des cooler nous indiquent la possibilité d'un encrassement qu'il faut vérifié et nettoyé.

La procédure standard est de démonter les équipements en question et enlever le goudron accumulé sur les injecteurs d'eau des cooler et dans la tuyauterie à l'aide d'une brosse métallique et ensuite de procéder à un rinçage à l'eau avant de les replacer.

La maintenance de ces équipements se fera chaque 150 heures de fonctionnement. Pour le chiller, l'état d'encrassement peut s'observer en fonctionnement au niveau du flotteur dont le niveau dépasse la marque inferieure autoriser.

§ selon l'état d'encrassement ouvrir le tank, enlever le goudron en suspension avec une écumoire, ensuite nettoyer les parois et vider totalement l'eau sale,

§ renouveler de l'eau de lavage à partir d'un appoint d'eau en respectant le niveau du flotteur,

Concernant l'eau de refroidissement extérieure après 60 heures de fonctionnement il faut procéder à son renouvellement suivant les étapes suivantes :

§ Chercher un tuyau assez long pour arriver au BRF et une motopompe accompagné des élastiques pour assurer l'étanchéité,

La plateforme de gazéification est une plateforme de conversion thermochimique, dans ce sens elle doit respecter certaines mesures de sécurité.

Chaque opérateur doit avant toutes interventions que ce soit pour le fonctionnement (démarrage, arrêt) ou la maintenance s'équipé d'équipement de protection individuel. L'opérateur doit au minimum avoir à sa disposition les éléments ci-après :

La plateforme doit pour le bien des personnes et des biens s'équiper des équipements de protections collectives. Le Centre étant aussi un lieu de visite, la plateforme doit être balisé afin de délimité et restreindre l'accès à certains espaces sensibles comme par exemple la salle du groupe, tous les points chauds (le réacteur, le cyclone, le séchoir etc...).

Les équipements ci-dessous constituent une liste d'équipements minimum à installer :

§ Des panneaux expliquant la sécurité et les démarche à suivre en cas de problèmes : électrocution, asphyxie, brulure, etc..

§ Des affiches signalétiques des différents éléments sur lesquels faire attention : chaleur, électricité etc..

Affiches signalétiques

Localisation

· Incendie

· Matières inflammables

· Travaux Points Chauds

· Réacteur

· Cyclone

· Bruleur

· Séchoir

· Moteur

· Electrique

· Tableau générale

· Moteur

· Disjoncteur générale

· Réseaux de câble

· Thermique

· Réacteur

· Cyclone

· Bruleur

· Séchoir

· groupe

· Chutes

· Réacteur

· Salle du groupe

· Chimique

· Réacteur

· Réseaux de tuyauterie de syngas

· Manutention Mécanique et Manuelle

· Réacteur

· Autres

· Explosion

· Réacteur

· Réseaux de tuyauterie de syngas

· Anoxie

Locaux Accès libre

Locaux Accès Réglementé

· Réacteur

· Réseaux de tuyauterie de syngas

· Bruit

Plateforme gazeifieur

Comme elles sont les atouts majeurs en produisant les rameaux nécessaires à fragmentation pour en donner des BRF, elles doivent être disponibles à proximité oubien être implantées comme partie intégrante au programme dans des terres choisiesà cet effet, Songhaï Centre et les sites annexes comme Parakou et Savalou en particulier disposent quant à elle d'une surface de plus quatre Cents (400) hectares avec une assez bonne proportion destinée à l'agroforesterie qui regorge d'essence variée.

Les rameaux, une fois prélevés, doivent être fragmentés ou broyés selon lesmodes utiliséspour que la dimension des particules ne dépasse pas 10 à 12 cm.Ainsi réduites, ces particules de rameaux sont faciles à manipuler et leurincorporation au sol est mieux répartie.

Les mécanismes pédogénétiques sont ainsirapidement amorcés par les micro-organismes qui en sont les uniques responsables.La fragmentation est plus facile si elle est faite à l'aide d'appareils conçus à ceteffet, mais elle peut être faite manuellement à l'aide de machettes, même si le travailest fastidieux.

L'épandage des BRF sur les champs peut être fait à la main, si lesparcelles sont de petites dimensions (de 10 à 20 m²). Pour des champs de plusgrandes superficies, le motoculteur peut s'avérer un outil utile et efficace.On doit incorporer les BRF au sol quand ils sont frais ou séchés, évitant ainsitoutesdégradations par moisissures ou bactéries, afin de favoriser le contact avec lesol pour amorcer tous les mécanismes de régénération.

Les BRF doivent être incorporés aux premiers 10 cm du sol. Quant auxquantités, ellespeuvent varier selon l'intensité des carences, la texture du sol etl'efficacité des différentes essences forestières ou mélange d'essences. Les volumespeuvent varier de 150 à 200 m³/ha.