Valorisation énergétique du Miscantus Giganteus et du Jatropha

La valorisation énergétique du MiscanthusXGiganteus (MXG) et du Jatropha : Quelles opportunités pour l'Afrique ?

                               Par

Richard ZINZINDOHOUE

Université Senghor / Département Environnement,

Étudiant en Master2 Gestion de l'Environnement, ing. Énergéticien

Courriel : tamegnon2002@yahoo.fr.

Résumé :

Notre société est confrontée aujourd'hui à plusieurs défis majeurs dont :

1. L'augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère qui se traduit par un réchauffement climatique ;

2. L'épuisement annoncé des gisements fossiles ;

3. L'inégalité sociale qui s'observe davantage entre pays riches et pays pauvres et qui est à la base des crises connues dans plusieurs pays en voie de développement.

Si l'on sait que l'énergie représente la pierre angulaire de tout développement économique, la diversification des sources énergétiques s'avère donc nécessaire comme stratégies à développer dans les pays à "économie faible". Parmi les ressources identifiées, plus respectueuses de l'environnement, la biomasse végétale telle que le MiscanthusXGiganteus ou le Jatropha occupe une place de choix à plusieurs titres : facilité de culture, rôle écologique, caractéristiques spécifiques excellentes pour une valorisation énergétique.

Cet article présente les multiples avantages que pourraient tirer l'Afrique de la valorisation de ces deux plantes pour se développer aussi bien sur le plan économique que social mais également en préservant l'environnement.

Mots clés : gaz à effet de serre, réchauffement climatique, gisements fossiles, biomasse végétale, valorisation énergétique.

Abstract:

Our society is confronted today to several major challenges of which:

1. Increase in the concentration of gases with greenhouse effect in the atmosphere which results in a climate warming;

2. Exhaustion announced of the fossil layers;

3. Social inequality which is observed more and more between rich countries and poor countries and which is at the base of the crises known in several developping countries.

If it is known that energy represents the angular stone of any economic development, the diversification of the energy sources thus proves to be necessary like strategies to be developed in the countries to "weak economy". Among the identified resources, more respectful of the environment, the vegetable biomass such as MiscanthusXGiganteus or Jatropha has a very important place for several reasons: facility of growing, ecological role, excellent specific characteristics for an energy valorization.

This article has the multiple advantages that Africa could draw from the valorization of these two plants to develop as well on the economic plan as social but also by preserving the environment.

Key-words: greenhouse gases, climate warming, layers fossil, vegetable biomass, energy valorization.

Introduction

Il n'y a, point de doute : l'utilisation des énergies fossiles menace de modifier sensiblement les climats, dans le sens d'un réchauffement global qui s'accompagne des dommages importants, tant pour les écosystèmes de notre environnement naturel que pour l'humanité. Au nombre de ces effets néfastes, on peut citer : l'élévation du niveau des mers, les phénomènes de sècheresse, d'inondation et de cyclone de plus en plus récurrents dans certains pays. Aussi, les canicules de plus en plus fréquentes dans certaines régions de l'Europe de l'Est sont des conséquences visibles de ce fléau. Entre autres, on observe déjà ses répercutions dangereuses sur les activités agricoles.

Face à cette situation et devant les engagements qui régissent le protocole de Kyoto quant à la réduction de l'émission des gaz à effet de serre, notre planète se trouve confrontée à un double enjeu : d'une part, la maitrise des émissions de gaz à effet de serre pour contrôler le réchauffement climatique et d'autre part, la recherche d'autres ressources énergétiques complémentaires et plus respectueuses de l'environnement. Dans ce dernier cas, les énergies renouvelables constituent une des solutions tant par leur potentialité que par leur caractère « propre ». Parmi celles-ci, la biomasse végétale telle que : le MXG ou le Jatropha présente un intérêt particulier du fait de leur facilité de culture énergétique et leur rôle écologique. Dans un rapport intitulé « Avenir de la bioénergie et exploitation durable des terres », le Conseil consultatif allemand sur le changement mondial, WBGU, a mis l'accent sur l'importance que peut représenter la production d'énergie, sur le plan environnemental dans un contexte de développement. Ce rapport projette qu'à moyen terme, environ 10% des besoins énergétiques mondiaux pourraient être satisfaits par une bioénergie durable, issue de résidus biogéniques et des cultures énergétiques et qu'environ un quart du potentiel des cultures énergétiques se situe en Amérique centrale et du sud. L'Afrique sub-saharienne, l'Europe, l'Amérique du nord et la Chine comportant chacune pour environ 15% de ce potentiel agricole, l'Inde 6%.

En Afrique où la question énergétique est au cœur de toutes les politiques communautaires, nationales, la valorisation énergétique de ces deux plantes peut constituer une opportunité pour la résolution du défi énergétique que connait le continent. Mais au préalable, une analyse de la situation énergétique en Afrique à travers les enjeux liés à une nouvelle politique sera faite.

La situation énergétique dans la plupart des pays africains est fortement caractérisée par : i) une prédominance de bois dans le bilan énergétique, ii) une très forte dépendance vis-à-vis des produits pétroliers importés, iii) une forte consommation des produits pétroliers par le secteur des transports, iv) un faible taux d'électrification rurale, v) une très faible force motrice en milieu rural. En effet, selon IEPF, pour une population estimée en 1998 à 760 millions d'habitants soit 13% de la population mondiale, la consommation d'énergie primaire de l'Afrique était réduite à 480 Mtep, de sorte que l'Afrique et l'Inde étaient les continents ayant le plus bas niveau de consommation d'énergie primaire par habitant (0,63 tep contre 1,76 tep au niveau mondial). Cet état de fait est aussi constaté à travers l'électrification où le taux est inférieur à 30% contre 60% au niveau mondial. De même, toujours dans cette logique comparative, il est estimé à 500 kWh par an, une consommation d'énergie électrique par habitant contre une moyenne mondiale annuelle de 2500 kWh. Cependant, il convient de noter que le faible niveau de développement énergétique en Afrique n'est nullement lié au manque de ressources énergétiques puisqu'elle dispose entre autres, d'énormes potentialités en matière d'énergies renouvelables.

Ainsi, quels sont les enjeux d'une nouvelle politique énergétique ?

L'épuisement annoncé des gisements fossiles dans un horizon proche, la nécessité de préserver l'environnement, la contribution à la lutte contre la pauvreté et l'atteinte des objectifs du millénaire pour le développement, la recherche des solutions aux fluctuations importantes du prix des produits pétroliers, la nécessité de trouver une énergie disponible, abordable et accessible sont en effet, autant d'enjeux majeurs d'une nouvelle politique énergétique en Afrique.

Dans ce cadre, il est nécessaire de développer une nouvelle stratégie qui passe par : i) des pratiques et comportements des usagers concourant à une utilisation rationnelle de l'énergie, ii) le recours à des énergies et technologies propres, iii) la diversification des sources d'énergie en particulier le développement de la biomasse végétale (Le MXG ou le Jatropha)

Face à ces différents enjeux et cette nouvelle stratégie à développer, quel pourrait être l'apport du Jatropha et du MXG?

Le Jatropha

Originaire d'Amérique latine, le Jatropha encore appelé Pourghère est une plante vivace qui vit jusqu'à 50 ans et produit des graines durant toute sa vie (voir figure1). Les fleurs sont rouges et son feuillage, coriace et vert foncé. Il résiste à la sècheresse et pousse sur des sols assez infertiles. C'est un petit arbre ou un arbuste qui atteint entre 3 et 5 mètres de haut, mais qui peut aller dans les 8 et 10 mètres dans les conditions favorables. Sa culture n'affecte pas celle des plantes vivrières. C'est une bonne plante à utiliser comme intercalaire avec des cultures vivrières. Le Jatropha réussit mieux dans les régions plus sèches de l'Afrique, où les précipitations annuelles se situent entre 60 et 100 centimètres. Il préfère les températures annuelles moyennes supérieures à 20°C mais peut pousser à des altitudes plus élevées et tolère les gelées légères. C'est une plante qui peut être utilisée à plusieurs fins.

Le Jatropha Curcas, plante du désert malodorante et non comestible, pourrait se révéler une source efficace et bon marché au carburant traditionnel. Sa culture un outil de développement intéressant pour les pays émergeants. « Le biodiesel tiré de cette plante est une huile qui contient plus d'oxygène, moins de monoxyde de carbone, présente 30 fois moins de particules qui causent l'asthme chez l'enfant » argumente Phillip Wood, P-DG de D1, petite société londonienne, créée en 2001, spécialisée dans la production du biodiesel. Cette plante qui pousse donc en zone semi aride et ne nécessitant aucun entretien, peut vivre à la lumière vive ou sous un soleil tamisé et supporte une température minimale de 10°C. L'arbuste donne annuellement et durant toute sa vie, une moyenne de 2 à 3 kg de fruits dont est tirée l'huile facile à transformer en biodiesel. Chaque graine contient environ 35% d'huile et 8% permettent de produire plus de 2 litres de biocarburant. Environ, une haie d'un mètre de Jatropha produira 1 Kg de graines.

La production locale de ce type de biocarburant peut servir à développer le secteur agricole (alimentation des motoculteurs et pompes à eau pour l'irrigation) mais aussi comme combustible lampant ou pour alimenter les moulins graines. Un alternateur couplé au moulin est un excellent moyen d'électrification de ces milieux ruraux.

Il est important de signaler que les études réalisées par l'Institut de l'Énergie et des Ressources (TERI) à New Dehli a permis d'accroitre les rendements de la plante de 20% à 30% en inoculant des micros organismes dans les graines des arbustes, afin que les racines nourrissent encore plus la plante. De même, une société D1 en charge de l'expérimentation du Jatropha à Madagascar a pu démontrer par des études que le prix du litre de diesel Jatropha serait équivalent à celui du gazole ordinaire. Un pays qui se lance donc dans la production à grande échelle pourra exporter, vu la demande dans le secteur transport (terrestre, aérien) qui ne cesse de croître.

Introduite en Afrique depuis très longtemps, cette plante est utilisée dans le milieu traditionnel comme médicament et pour la fabrication du savon. La combinaison de l'huile de Jatropha avec le beurre de Karité permet de produire de grande quantité de savon de meilleure qualité Ces savons sont vendus pour la plupart sur la marché local et dans les villes proches et permettent ainsi aux femmes rurales d'augmenter leur revenu. Aussi, on dit même l'huile de Jatropha tue les escargots vecteurs qui provoquent la schistosomiase.

Le bétail n'aimant pas les feuilles ni les tiges du Jatropha, les haies de cette plante constituent d'excellentes barrières pour la protection des cultures vivrières. Il joue également un rôle important dans la lutte contre les érosions. Il est aussi utilisé comme engrais mais également dans la fabrication de bougies.

Parmi les principaux avantages liés au Jatropha, on peut noter l'autonomie de production de biocarburant. Ainsi, si un agriculteur peut produire son propre diesel, cette source d'énergie améliorera sa condition économique. Il y a aussi sa capacité de production de biodiesel. En effet, un seul plan de Jatropha donne en moyenne un litre de biodiesel par an et ce, pendant 40 ans ; sans oublier le fait que 90% du travail peut être assuré par des femmes et donc ayant pour conséquence directe, l'amélioration du potentiel de leurs revenus et par ricochet l'amélioration du bien-être et du mieux-être de la famille. Enfin, sa forte capacité de pousser sur des sols pauvres et de pouvoir créer beaucoup d'humus contribuant ainsi à rendre la terre arable lui confère sa résistance aux sècheresses.

Le MiscanthusXGiganteus (MXG)

Originaire de l'Asie-Est, le MXG est une plante hybride issue du croisement entre le Miscanthus Sinensus et le Miscanthus Saccharoflorus (voir figure2). Encore appelé Herbe à éléphants ou Roseau de chine, le MXG est une plante pérenne (20 à 25 ans) de 3 à 4 mètres de hauteur, peu exigeante en intrants. La plantation s'effectue à partir de plantules ou de rhizomes fragmentés. Cette dernière technique s'avère la plus économique. Le choix du site est très important : la disponibilité de l'eau est un paramètre important pour avoir un meilleur rendement (600 à700mm/an). La récolte commence à partir de la 3^ème année après l'implantation et ceci chaque année. Un problème pouvant survenir chez le MXG, est la sensibilité des rhizomes au froid la première année si la température du sol passe en dessous de -3,5°C.

Mais quelles sont les utilisations possibles du MXG ?

Cette biomasse est une ressource potentielle d'énergie renouvelable. En effet, le MXG peut être utilisé comme combustible solide (par exemple sous forme de granulés). La mise au point d'une meilleure formulation de MXG pour fabriquer des granulés ou des briquettes pourrait permettre de réduire la pression exercée jusque là sur les forêts tropicales dues entre autres à une utilisation du bois de chauffage. Aussi, il se révèle que le MXG constitue une excellente matière pour la production d'énergie gazéification¹ et pyrolyse². Dans le dernier cas, l'avantage étant d'obtenir directement de la chaleur ou de l'électricité et ou de l'huile pour la production de biocarburant. Les caractéristiques techniques du MXG tels que : i) son Pouvoir Calorifique Inférieur³ (PCI=18,0 MJ.Kg^-1 de MS), ii) sa teneur en cendre : 1,6-4,0% de MS⁴ dont 50% de silicium, iii) la température de ramollissement⁵ des cendres : 912-1051°C sont autant d'éléments qui lui confèrent un potentiel énergétique élevé. 

Le MXG est aussi utilisé comme litière pour volailles, bovins et porcs ; il est apprécié aussi des chevaux et autres animaux de compagnie. Il a un taux de poussière relativement plus bas par rapport aux autres paillages. Le cœur spongieux de la tige lui confère un grand pouvoir absorbant (presque 3 fois en poids d'eau) ; d'où des niveaux pathogènes pour les animaux notoirement plus bas que des paillages classiques.

De même, il est utilisé dans divers gammes de matériels de construction dont les plus connus sont les panneaux de fibres et les blocs de béton et s'est avéré être un excellent matériau dans la fabrication des bios-pots qui représentent un immense progrès pour l'environnement par la réduction de l'utilisation des plastiques d'origine fossile.

Enfin, longtemps utilisé pour la couverture des toits en chaume le MXG résiste plus à la putréfaction que d'autres pailles, ce qui le rend particulièrement intéressant. Aussi, il est important de souligner qu'il est de plus en plus utilisé comme pâte à papier dans l'imprimerie.

Au-delà de toutes ces applications, il est nécessaire de mentionner que le MXG est une excellente biomasse qui semble pousser également sur des sols dégradés ; des sols renfermant une forte teneur de polluants métalliques par exemple. Il contribue également à l'amélioration de la biodiversité (sert de niches écologiques)

Au regard des différents avantages liés à ces deux plantes, il est important de souligner que les États africains, face à l'ampleur de la pauvreté, ont tout intérêt à intégrer dans leurs politiques stratégiques de développement des énergies renouvelables, la promotion de la valorisation du Jatropha et du MXG. Ceci permettrait d'une part de contribuer à l'amélioration des techniques agricoles en cours dans ces pays mais également d'assurer un maintien en état de l'environnement. Toutefois, cela doit se faire dans les règles de l'art. Ces cultures ne doivent donc pas rentrer en compétition avec les cultures vivrières et les méthodes culturales utilisées doivent faire appel à un concept d'agriculture durable.⁶ Par ailleurs, une bonne vulgarisation et un transfert de technologie accompagnée de l'implantation des pôles de recherches coordonnées en Afrique, s'avèrent nécessaire pour réellement bénéficier des merveilles de ces biomasses végétales. Dans tous les cas, ces plantes n'ont pas encore cessé de révéler tout leur mystère.

Africa.Arid Lands Newsletter, automne hiver 1996, Numéro 40

Agrocarburants. www.grain.org, consulté le 18 janvier 2009

Alioune Fall.-Énergie et développement durable en Afrique : l'apport du NEPAD-Liaison

Énergie-Francophone, N°65-4^ème trimestre 2004. pp 6-13

Jatropha Curcas. www.prota.org, consulté le 15 janvier 2009

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Ludovic Vimond. Biomasse : un nouvel élu : miscanthus, publié le 19 septembre 2006 sur campagnesetenvironnement.fr

Marceau Vesperi. Jatropha, le biocarburant venu du désert, publié le 5 mars 2007 sur ZDNet.fr

Miscantus, un encouragement pour les bioénergies. www.lille.inra.fr, consulté le 15 janvier 2009

Raphaël Baldos. Le miscanthus, combustible biomasse prometteur, mis en ligne le 10 août 2006 sur novethic.fr

Rapport final des journées de réflexion sur les enjeux et défis liés au développement des biocarburants au Bénin, Palais des congrès de Cotonou-18 et 19 décembre 2007

Reinhard Henning, 1996. Combating Dertification: The Jatropha Project of Mali, West

1 Gazéification de la biomasse : décomposition thermique de la matière en présence de vapeur d'eau

2 Pyrolyse : décomposition thermique de la matière carbonée en absence d'air

3 PCI : énergie thermique libérée par la réaction de combustion d'un kilogramme de combustible sous forme de chaleur sensible, à l'exclusion de l'énergie de vaporisation (chaleur latente) de l'eau présente en fin de réaction.

4 MS : matière sèche

5 Température de ramollissement : température à laquelle une couche donnée d'enduit à chaud présente une déformation donnée sous l'action d'une bille en acier d'une masse de 13,9 grammes (http://fr.wikipedia.org)

6 Agriculture durable : Système de production agricole qui vise à assurer une production pérenne de nourriture, de bois et de fibres en respectant les limites écologiques, économiques et sociales qui assurent la maintenance dans le temps de cette production (http://fr.wikipedia.org).

La valorisation énergétique du MiscanthusXGiganteus et du Jatro