3.4. ETUDE DES PROJETS
PROJET n°1 : LA CUISINIERE SOLAIRE
Figure 7: Cuisinière Solaire
Elle a été
expérimentée au SENEGAL
dans la zone de Méckhé par
Monsieur Alain SARR, afin de (d')
:
o Evaluer la
contribution des
énergies renouvelables (le cas
drs cuisinières solaires) à la
promotion du développement durable et à la
lutte contre la pauvreté ;
o Montrer que les
cuiseurs solaires
participent à la
restauration de
ressources
ligneuses ;
Page | 56
o Analyser le rapport entre la disponibilité des
cuiseurs solaires dans les foyers et l'amélioration des revenus des
ménages et la meilleure santé des femmes.
PROJET n°2 : LE FOYER AMELIORE AU CHARBON A
BOIS
1. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Ce type de foyer utilise deux fois la puissance du charbon de
bois:
o La chaleur de rayonnement ;
o La combustion des gaz non utilisés ce que produit du
charbon de bois. Figure 8 : Principe de fonctionnement du
F.A
Le foyer amélioré fonctionne avec la nouvelle
technologie. Elle est basée sur le principe de gazéificateur, qui
par une alimentation en air secondaire permet de brûler les gaz non
utilisés.
Page | 57
La combustion complète du charbon de bois par
l'arrivée de l'air secondaire réduit considérablement les
émissions des gaz nocifs pour la santé et l'Environnement.
2. LES TESTS DE FOYERS DOMESTIQUES A CHARBON
Deux tests sont unanimement recommandés pour mesurer
l'économie de combustible d'un foyer :
o Le « test d'ébullition de l'eau
» ;
o Le « test de cuisine contrôlée
».
Nous n'avons pas pu mesurer les émissions de gaz
à effet de serre et autres polluants présents dans les
fumées, faute ou manque d'un équipement adéquat.
2.1. LE TEST D'EBULLITION DE L'EAU (TEE)
Le TEE permet, de façon simple et rapide, de
caractériser le comportement thermique d'un fourneau, c'est - à -
dire son efficacité à extraire l'énergie du combustible et
à la transmettre à la marmite.
Le rendement qu'il permet de calculer est le rapport entre
l'énergie transmise par le foyer à la marmite et l'énergie
contenue dans le combustible brûlé. Ce test permet de calculer
aussi la puissance du fourneau et sa consommation spécifique.
2.1.1. Le protocole du TEE
Il comprend les étapes suivantes :
? Noter les conditions météorologiques : la
température ambiante, intensité du vent, humidité relative
de l'air, etc.
? Peser la marmite à vide : ce poids sera noté
(MV) ? Remplir la marmite d'eau au 2/3 de sa capacité ?
Remettre le couvercle et le thermomètre
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· Peser la marmite pleine, toujours avec couvercle et
thermomètre : noter (M0) ce poids
· Noter la température de l'eau dans la
marmite
· Nettoyer parfaitement le fourneau, puis le peser
à vide et noter (FV) ce poids
· Remplir à raz bord le fourneau avec du
charbon
· Allumer le feu avec des brindilles ou avec une
cuillère à soupe de pétrole (10 à 15ml) sans poser
la marmite
· Cinq minutes après l'allumage, peser le foyer
plein et noter ce poids (F0)
· Poser la marmite pleine d'eau, couvercle et
thermomètre en place et démarrer le minutage
· S'il existe un volet de fermeture de la porte, celui -
ci doit rester ouvert
· Relever la température toutes les cinq minutes,
sans déplacer la marmite ni le fourneau
· Au moment où l'eau se met à bouillir,
noter le temps (TE)
· Peser la marmite complète (eau, couvercle et
thermomètre inclus) et noter le temps (M1)
· Peser le fourneau plein du charbon restant (sans la
marmite) et noter (F1)
· Reposer la marmite sur le fourneau et fermer le volet
s'il existe pendant 60 minutes
· Veiller à ce que la température de l'eau
ne descende pas en dessous de la température d'ébullition : si
cela arrive, le test n'est plus valable
· 60 minutes après le début de
l'ébullition, peser la marmite complète et noter
(M2)
· Peser le foyer plein de charbon et des braises
restantes et noter (F2)
Page | 59
2.1.2. Expression des résultats
TE : Temps nécessaire pour parvenir
à l'ébullition (en mn)
TES : Temps d'ébullition
spécifique c'est - à - dire temps nécessaire pour amener
un litre d'eau de 0 à 100°C (en mn/l)
PCU1 ou 1: Pourcentage de chaleur
utilisé pour la première phase (phase de haute puissance qui
s'achève à l'ébullition) c'est - à - dire le
rapport de l'énergie récupérée par le contenu de la
marmite à l'énergie produite par la combustion pendant la
première phase
(%)
CS1 : Consommation spécifique de la
première phase c'est - à - dire la quantité de charbon
nécessaire pour amener un litre d'eau de 0 à 100°C (Kg/l)
P1 : Puissance pendant la première
phase c'est - à - dire la quantité d'énergie produite
pendant la première phase par unité de temps (kW)
PCUT ou t : Pourcentage de
chaleur utilisé totale c'est - à - dire le rapport de
l'énergie récupérée par le contenu de la marmite
à l'énergie produite par la combustion pendant la totalité
du test (%)
CS2 : Consommation spécifique de la
deuxième phase c'est - à - dire la quantité de charbon
nécessaire pour évaporer un litre d'eau pendant la
deuxième phase (Kg/l)
P2 : Puissance pendant la deuxième
phase c'est - à - dire la quantité d'énergie produite
pendant la deuxième phase par unité de temps (kW)
CT : Consommation totale de charbon durant le
test (Kg) MEV : Masse d'eau évaporée sur la
totalité du test (l)
F : Flexibilité (souplesse) c'est -
à - dire le rapport de la puissance de la première phase à
la puissance de la deuxième phase.
Page | 60
2.1.3. Modes de calcul pour la première
phase
o Coefficient de correction de la température
initiale de l'eau (K) :
La température initiale de l'eau sera ramenée
à 0°C par le coefficient de correction suivant :
Avec T° : température initiale de l'eau
o Autres coefficients :
Co = 4,18 kJ/kg. C° (capacité calorifique de
l'eau)
Li = 2.260 kJ/kg (chaleur latente de vaporisation de l'eau) PCI
= 29.000 kJ/kg (Pouvoir calorifique inférieur du charbon)
Le prélèvement des données pendant le
test d'ébullition d'eau sont repris dans le tableau ci - dessous :
Tableau 12 : Prélèvement des
données pendant le TEE
FOYER
|
MV
|
M0
|
M1
|
M2
|
F0
|
F1
|
F2
|
FV
|
T0
|
TE
|
TRAD.
|
3,92
|
8,92
|
8,58
|
8,06
|
10,42
|
9,98
|
9,57
|
1,5
|
32,1
|
21
|
AMEL.
|
3,66
|
8,66
|
8,56
|
7,88
|
11,26
|
10,95
|
10,72
|
2,6
|
32,1
|
28
|
|
Avec :
M0 : Poids marmite pleine (Kg)
M1 : Poids marmite pleine après ébullition (Kg)
M2 : Poids marmite pleine après mijotage
(Kg)
MV : Poids marmite vide + couvercle + thermomètre (Kg) F0
: Poids du foyer plein 5minutes après l'allumage
(Kg)
F1 : Poids du foyer plein la première
phase (Kg)
F2 : Poids du foyer plein après la
deuxième phase (Kg) FV : Poids du foyer à vide (Kg)
T0 : Température initiale de l'eau
(°C)
TE: Temps d'ébullition (mn)
o Temps d'ébullition spécifique TES
(mn/l):
Page | 61
- Pour le Foyer Traditionnel :
|
|
|
- Pour le Foyer Amélioré :
|
|
|
|
o Rendement (en %) :
- Pour le Foyer Traditionnel :
- Pour le Foyer Amélioré :
o Puissance de la première phase P1(en KW)
:
- Pour le Foyer Traditionnel :
- Pour le Foyer Amélioré :
o Consommation spécifique de la première
phase CS1 (en Kg/l):
Page | 62
- Pour le Foyer Traditionnel :
|
-
|
-
|
- Pour le Foyer Amélioré :
|
-
|
-
|
|
2.1.4. Modes de calcul pour la deuxième phase
:
o Consommation spécifique de la deuxième
phase CS2 (en Kg/l) :
- Pour le Foyer Traditionnel :
- Pour le Foyer Amélioré :
0,232
CS2 = =0,34K€
0,680
o Puissance de deuxième phase P2 (en kW)
:
29000(F1 -- F2
P2 30 x 60
- Pour le Foyer Traditionnel :
- Pour le Foyer Amélioré :
Page | 63
2.1.5. Modes de calcul pour la totalité du test
d'ébullition d'eau :
o Rendement t de 'essai :
- Pour le Foyer Traditionnel :
- Pour le Foyer Amélioré :
o Consommation totale de charbon (en Kg): CT =
F0 - F2
- Pour le Foyer Traditionnel :
CT = 10,42 - 9,57 = 0,86Kg
- Pour le Foyer Amélioré :
CT = 11,260 - 10,722 = 0,54Kg
o Masse d'eau évaporée
MEV = M0 - M2
- Pour le Foyer Traditionnel :
MEV = 8,92 - 8,06 = 0,86L - Pour le Foyer
Amélioré :
MEV = 8,66 - 7,88 = 0,78L
o Flexibilité :
F = P1 / P2
- Pour le Foyer Traditionnel :
F = 10 / 6,6 = 1,5
Un test de cuisine contrôlée consiste à
mesurer les consommations de charbon d'un fourneau pendant une véritable
préparation culinaire. Ce test
Page | 64
- Pour le Foyer Amélioré :
F = 5,3 / 3,7 = 1,4
Sources:
o René MASSE, Conception d'un foyer
amélioré domestiques à charbon de bois en Afrique
Subsaharienne, 2000.
o KAFUMBA, Les techniques améliorées
de combustion pour la préservation des forêts autour de Kinshasa,
Mémoire ISTA 2004.
2.1.6. Limites d'interprétation du TEE
L'interprétation des résultats doit tenir compte
de la difficulté de contrôler certains paramètres de
manière précise, comme par exemple : la qualité de
l'allumage, l'homogénéité du charbon utilisé, ainsi
que l'étanchéité du couvercle de la marmite.
C'est pourquoi il convient de réaliser au moins deux
TEE par fourneau. Avec tous les résultats détaillés ci -
avant, ce test permet de caractériser le comportement thermique d'un
fourneau en valeur absolue : mais il ne permet pas de dire s'il est
économe en combustible de cuisson ou pas. Un fourneau pourra par exemple
avoir un très bon pourcentage de chaleur utilisée totale (PCUT),
et consommer plus de charbon pour préparer un plat qu'un fourneau qui
aurait un PCUT moindre... Car, toute l'énergie qui arrive dans la
marmite n'est pas toujours utilisée pour la cuisson des aliments : en
phase de mijotage (cuire à petit feu), il suffit de maintenir les
aliments à une température inférieure à la
température d'ébullition de l'ordre de 85°C pour les
cuire.
Tout excès d'énergie dans la marmite pendant
cette phase a pour effet de vaporiser l'eau, ce qui provoque un risque
d'accrochage des aliments aux parois, densifie la sauce, durcit la viande,...
sans cuire plus vite le plat.
Or, on le sait, la vaporisation (changement de phase eau -
vapeur) se fait en consommant beaucoup d'énergie, ici inutilement.
C'est pourquoi, une fois les caractéristiques
thermiques des fourneaux connues, on compare leurs consommations de charbon
lors de la préparation de véritables plats : C'est l'objet des
TCC qui sera décrit.
2.2. LES TESTS DE CUISINE CONTROLEE (TCC)
Page | 65
permet de comparer les performances de consommations de deux
fourneaux, dans des conditions réelles d'utilisation.
Le choix de la préparation culinaire de
référence résultera de l'enquête
socioéconomique sur les consommations d'énergie domestique
à réaliser lors de notre descente dans la cité de Mbanza -
Ngungu.
Ci - dessous, nous présenterons le protocole de TCC
utilisé à Mbanza - Ngungu pour : le plat de
référence le Haricot + Pondu, Riz et la sauce au Poulet.
La recette utilisée correspond à un plat pour 6
personnes, une taille représentative des familles de la cité de
Mbanza - Ngungu.
2.2.1. Le protocole du TCC
Trois cuissons par type de foyer ont été
réalisées à l'abri de l'air. Le minutage commençait
cinq (5) minutes après l'allumage dont voici les différentes
étapes :
· Peser la marmite A et son couvercle vide ;
· Peser la marmite B et son couvercle vide ;
· Peser les aliments et l'eau nécessaire à la
préparation ;
· Peser les foyers F1 et F2 vides ;
· Remplir chaque foyer de charbon (laisser à
chaque cuisinière la liberté de le remplir comme elle en a
l'habitude) ;
· Peser les foyers F1 et F2 pleins ;
· Allumer le fourneau F1 et F2 avec une cuillère
à soupe de pétrole (10 à 15 ml) et noter l'heure ;
· Poser la marmite A et B sur le fourneau,
démarrer la cuisson et noter l'heure ;
· Rajouter du charbon seulement si nécessaire
après l'avoir pesé ;
· Sitôt que la cuisinière estime la cuisson
terminée noter l'heure et :
· Peser les marmites A et B avec leurs contenus ;
C'est pourquoi, dans une philosophie de tests de fourneaux, il
faut réaliser au minimum deux tests de cuisine comparée.
Page | 66
? Peser les fourneaux F1 et F2 avec les charbons restants.
2.2.2. Expression des résultats pour le TCC
Le prélèvement des données pendant le
test de cuisine contrôlée sont repris dans le tableau ci - dessous
:
Tableau 13 : Prélèvement des données
pendant le TCC
|
FOYER
|
Q0
|
Q1
|
EQC
|
QC
|
QNC
|
T
|
|
HARICOT + PONDU
|
|
TRAD.
|
3,5
|
1,73
|
1,77
|
4,01
|
7,90
|
240
|
|
AMEL.
|
3,5
|
2,75
|
0,75
|
4,35
|
7,93
|
209
|
|
POULET + RIZ
|
|
TRAD.
|
1,5
|
0,8
|
0,70
|
5,36
|
6,40
|
123
|
|
AMEL.
|
1,5
|
1,05
|
0,45
|
5,09
|
6,50
|
109
|
Q0 : Quantité initiale de charbon (Kg) ;
Q1 : Quantité de charbon restant (Kg) ;
T : Temps de cuisson (mn), un indicateur important pour les
cuisinières ;
EQC : Equivalent charbon de bois consommé (Kg) ;
QC : Quantité d'aliments cuits (Kg) ;
QNC : Quantité d'aliments non cuits (Kg).
MEV : Masse d'eau évaporée (l), permet de localiser
une perte excessive d'énergie, la chaleur utilisée à
changer la phase de l'eau vers la vapeur sans bénéfice pour la
cuisson du plat.
o L'équivalent charbon de bois consommé
(en Kg) : EQC = Q0 - Q1
o Consommation spécifique :
2.2.3. Limites d'interprétation du
TCC
La cuisinière influence certains résultats puisque
c'est - elle qui décide du remplissage initial de charbon, et de la fin
de cuisson.
Page | 67
Le pouvoir calorifique du charbon influence aussi les
résultats du TCC. C'est pourquoi, il convient de préparer la
quantité nécessaire à la réalisation de tous les
TCC qu'on veut conduire sur les différents fourneaux à comparer,
en mélangeant les contenus de plusieurs sacs de charbon, de provenances
différentes.
Ceci dit, seul ce TCC permet de comparer les performances de
consommation de deux fourneaux, ce qui intéresse les familles et qui est
au coeur des préoccupations de tous les promoteurs de projets FA. Ils ne
permettent pas de prévoir exactement quelles seront les consommations de
charbon, mais ils peuvent assurément dire quel est le fourneau le plus
économe en situation réelle.
2.3. COMPOSITION DES REPAS
Tableau 14 : Composition des repas par test
REPAS
|
FOYER TRADITIONNEL
|
FOYER AMELIORE
|
|
TEST en (Kg)
|
HARICOT + PONDU
|
-Haricot -Pondu -Sel -Ingrédients -Eau
-Huile
|
T1
|
T2
|
T3
|
T1
|
T2
|
T3
|
|
0,47
|
0,50
|
0,43
|
0,47
|
0,50
|
|
1,5
|
1,7
|
1
|
1,5
|
1,7
|
|
0,065
|
0,070
|
0,065
|
0,065
|
0,070
|
|
0,03
|
0,03
|
0,03
|
0,03
|
0,03
|
|
5,60
|
5,70
|
5,60
|
5,60
|
5,70
|
|
0,25
|
0,27
|
0,15
|
0,25
|
0,27
|
QNC
|
7,25
|
7,90
|
8,16
|
7,25
|
7,93
|
8,25
|
QC
|
4,5
|
4,01
|
5,75
|
4,93
|
4,35
|
5,81
|
|
POULET + RIZ
T4 T4
|
-Poulet
|
0,650 0,650
|
-Riz
|
2,3 2,3
|
-Eau
|
2,95 3
|
-Huile
|
0,5 0,5
|
-Sel
|
0,01 0,01
|
-Ingrédients
|
0,05 0,05
|
QNC
|
6,40 6,50
|
QC
|
5,36 5,09
|
|
Le tableau ci - dessus reprend les quantités de tous
les éléments qui sont entrés dans la composition de repas
tels qu'ils se préparent dans les ménages pour chaque test sur
les deux types de foyer.
Page | 68
Il donne aussi les quantités d'aliments au début,
c'est - à - dire avant la cuisson (QNC) et à la fin de
la cuisson (QC), utiles et nécessaires pour le calcul de la consommation
spécifique (Cs) dans le test de cuisine contrôlée.
2.4. MATERIELS UTILISES
? Ensemble foyer - marmite - combustible ; ? Deux
thermomètres à tige longue (160°C) ;
? Une balance mécanique d'une capacité de 20Kg et
d'une sensibilité de 50gr ;
? Un chronomètre pour le minutage ;
? Un vase gradué pour la mesure de l'eau.
2.5. INTERPRETATION DES RESULTATS DES TESTS 2.5.1. Test
d'ébullition d'eau
Tableau 15 : Résultat de test d'ébullition
d'eau
Type de Foyer
|
TE
(mn)
|
TES
(mn/l)
|
1
(%)
|
CS1
(kg/l)
|
P1
(Kw)
|
çt
(%)
|
CS2
(kg/l)
|
P2
(Kw)
|
CT
(kg)
|
MEV
(l)
|
F
|
Foyer Tradit.
|
21
|
6,6
|
16
|
0,13
|
10
|
13
|
0,80
|
6,6
|
0,86
|
0,86
|
1,5
|
F.Amél. ALFI
|
28
|
8,4
|
18
|
0,09
|
5,3
|
20
|
0,34
|
3,7
|
0,54
|
0,78
|
1,4
|
|
Le tableau 15 ressort, les fourneaux traditionnels à
charbon de bois sont trop puissants et les conduites du feu sont très
dispendieuses en énergie.
Ce ceux qui explique pendant la montée à
l'ébullition de l'eau, cette durée est d'autant plus courte,
qu'on transfert beaucoup d'énergie dans la marmite mais ce gain de temps
se fait au prix d'une surconsommation de combustible et amène rapidement
l'eau à l'ébullition (6,6 minutes/litre d'eau) comme pour tous
les autres foyers dont l'unique paroi de la chambre de combustion est en
contact direct avec l'air.
Cet aspect de chose a pour effet de vaporiser l'eau en
consommant beaucoup d'énergie, ici inutilement.
Page | 69
2.5.2. Test de cuisine
contrôlée
Tableau 16 : Résultat d'économie de
combustible et de temps de cuisson
Type de
repas
|
Type de Foyer
|
EQC
(Kg)
|
CS
|
Durée
(mn)
|
Economie en
|
|
combustible
|
Haricot
+
Pondu
|
Traditionnel
|
1,77
|
0,44
|
240
|
0%
|
0%
|
|
0,75
|
0,17
|
209
|
12,9%
|
58%
|
Riz +
Poulet
|
Traditionnel
|
0,70
|
0,13
|
123
|
0%
|
0%
|
|
0,45
|
0,08
|
109
|
11,4%
|
36%
|
|
Au regard de ces résultats, le tableau 16
relève que le foyer amélioré ALFI a réalisé
de bonnes performances par rapport au foyer traditionnel qui gaspille beaucoup
d'énergie occasionnée par la forme de la chambre de combustion
munis de nombreux trous d'aération.
Les tests révèlent que les économies en
combustibles réalisées par le foyer amélioré sont
de l'ordre de 58% et 36%, par rapport au foyer traditionnel.
Par son principe de gazéificateur, qui par une
alimentation en air secondaire pendant la phase de mijotage (basse puissance),
permet de brûler les gaz non utilisés et maintien la
température en deçà de la température
d'ébullition (85°C) car tout excès d'énergie dans la
marmite pendant cette phase a pour effet de vaporiser l'eau, ce qui provoque un
risque d'accrochage des aliments aux parois de la marmite, densifie la sauce,
durcit la viande,...sans cuire plus vite le plat comme pour le cas du foyer
traditionnel.
La combustion complète du charbon de bois par
l'arrivée de l'air secondaire réduit considérablement les
émissions des gaz nocifs pour la santé et l'environnement.
Ainsi, les sources industrielles du changement climatique
à long terme (catastrophe climatique) sont des gaz apparus à
partir de l'industrialisation :
Page | 70
| 
