II/- BIOMASSE UTILISÉE
Cette étude a été
précédée par une identification des possibilités
qu'offre la biomasse
pour l'approvisionnement en énergie. C'est ce qui a
fait l'objet des études antérieures faites dans le cadre du
mémoire de maîtrise. Dans cette étude, il
a été question de faire un inventaire de toutes les ressources en
biomasse qui pouvaient être utilisées à des fins
énergétiques. Il en ressort que le charbon de bois est une
matière première qui peut avoir beaucoup d'avantages dans la
gazéification en vue de la production de la force motrice à
travers des moteurs à combustion internes (§ IV.3/- du chapitre
I), notre choix a porté pour les présents tests sur le
charbon de bois que nous nous sommes procurés au
marché Mokolo à Yaoundé. Nous y avons trouvé deux
types de charbons, un de type artisanal et l'autre de type industriel.
F Caractérisation du charbon de bois
utilisé
La matière première utilisée ici est le
charbon de bois qui provient du marché Mokolo à Yaoundé.
Nous avons opté pour deux types de charbon de bois:
· un charbon de bois traditionnel ou artisanal, provenant
des charbonniers de Baba, un village de la localité de Soa à 15
km de Yaoundé.
· Un charbon de bois industriel provenant des scieries de
la ville de Mbalmayo située à 40 km environ de Yaoundé.
Avant de passer à l'utilisation de ces deux types de
charbon, nous avons procédé à l'estimation des
caractéristiques les plus importantes de ce combustible. Les essais
préliminaires ont tour à tour porté sur:
> Densité du charbon utilisé
;
Nous avons fait un test de densité de ces
échantillons et nous avons eu comme densité pour le charbon
industriel, 280 #177;11 kg/m3. Le charbon artisanal quant à
lui reste moins dense et sa densité est d'environ 260 #177;11
kg/m3. ceci nous donne une incertitude de l'ordre de 4% sur ces
mesures.
> Rapport Air/combustible
Par définition ce rapport est défini par la
formule suivante et détermine la quantité d'air nécessaire
pour la combustion complète stoechiométrique d'une unité
de masse de combustible:
C
= 2 , 66 7 , 94 2 0 , 994
+ H -
+ S O 2
( / )
A F m (kg air/kg) (7)
, 232
0
La composition du charbon de bois étant: 95,8%C, 1,0%H2,
3,2%O2, on trouve donc A/F=2,77 kg air/kg.
> Taux de cendre
Le taux de cendre correspond à la quantité de
résidus obtenus après la combustion du charbon. Pour avoir une
idée de la valeur de ce paramètre, nous avons fait le test
suivant:
Le résidu que nous avons eu après
gazéification a été séché et pesé; la
masse obtenue après cette opération est considérée
comme étant constituée des cendres et des imbrûlés.
Nous avons constaté que les imbrûlés représentaient
environ 40% de ce résidu en poids (cette valeur élevée
s'explique par le fait que la grille destinée à filtrer les
cendres dans le générateur laisse passer beaucoup de petits
morceaux de charbon non brûlés, mais qui auraient pu être
brûlés
s'ils n'étaient pas entraînés par
gravité dans le cendrier); ceci signifie que les 60 % de ce
résidu comme est constitué des cendres de notre matière
première. Partant de ce principe, sur 80 #177;0,5 kg de charbon
gazéifié, on a eu 3.8 #177;0,5 kg de cendres +
"imbrûlé". On a alors:.
mt = 80 kg = masse totale de la matière première;
mc + mi = 3.8 = masse de cendre et d'imbrûlés. On a
lors mc = (mc + mi) x 60% = 2.48 #177;0,3 kg;
le taux de cendre est C = mc x
100 = 4.56 #177;0,39 % (8)
mt
Comme on peut le constater, cette mesure est faite avec une
incertitude relative de 8,6% qui paraît assez élevé pour ce
genre de mesure. Ceci s'explique par le mode opératoire et le
défaut de matériel adéquat. Dans tous les cas, elle nous
donne une idée assez claire de ce que pourrait être la valeur
exacte. Pour ce qui est de la procédure expérimentale pour la
détermination du taux de cendre du charbon de bois, selon la norme AFNOR
NF B 55 - 101 il faut se référer à l'annexe n°3.
> Taux d'humidité
Le taux d'humidité a été mesuré au
département de Génie Civil de l'ENSP par dessiccation dans des
fours. En effet en pesant un échantillon avant et après
dessiccation dans le four, on peut déduire la quantité d'eau
contenue dans l'échantillon initial par calcul de la perte de masse.
Ainsi on peut exprimer l'humidité du charbon de bois en pourcentage
massique par la formule:
|
W =
|
m m
2 3
-
|
x 100 (9)
|
|
m m
2 1
-
|
m1= masse de la tare (récipient d'étuvage vide et
sec)
m2 = masse de la tare + masse d'échantillons avant
étuvage
m3 = masse de la tare + masse d'échantillons après
étuvage et refroidissement.
Les mesures ont été faites au Laboratoire de
Géotechnique et de Matériaux (LGM) de l'ENSP ; après les
différents calculs, les résultats obtenus sont : W1 =
9.8 #177;0,2% de taux d'humidité pour le
charbon artisanal et W2 = 12.1
#177;0,6% de taux d'humidité pour le
charbon industriel. La procédure de
détermination du taux d'humidité selon la norme AFNOR NF B 55 -
101 se trouve à l'annexe n°3 du présent document. Au regard
de ce résultat sur le taux d'humidité des deux types de charbon
commercialisé au marché Mokolo, on remarque que le charbon
artisanal a un faible taux d'humidité par rapport au charbon industriel.
Ceci peut s'expliquer par plusieurs raisons:
- il faut tout d'abord noter que ce paramètre
dépend fortement de l'espèce de bois qui a
été carbonisé et du mode de croissance de
celui-ci;
- le charbon de bois artisanal est obtenu à partir de
plusieurs échantillons de bois, (car les
charbonniers utilisent pour la circonstance tous les types de
bois qu'ils trouvent à leur disponibilité) alors que le charbon
industriel provenant des déchets des scieries peut provenir des
échantillons plus réduits. Et puis par souci de commercialisation
rapide toutes les conditions de carbonisation ne sont pas toujours
respectées (voir §III.2.4/- du chapitre 1) . C'est
pourquoi on retrouve très souvent dans les sacs de charbon industriel
des morceaux de bois non carbonisés.
Dans tous les cas, il faut noter que ces valeurs sont
susceptibles de varier d'un échantillon à un autre et des essais
sur des échantillons variés étalés dans le temps
sont les bienvenus pour arriver à des résultats rigoureux afin de
généraliser les conclusions.
> L'indice de matières volatiles
C'est la perte de masse exprimée en pourcentage,
obtenue dans des conditions normalisées, après pyrolyse du
charbon chauffé à l'abri de l'air, abstraction faite de la perte
de masse due à l'humidité. Le principe de mesure part du fait
qu'un échantillon de charbon anhydre est constitué de carbone
fixe, de matières minérales (cendres) et de matières
volatiles. Nous n'avons pas pu faire des essais de détermination faute
de matériel adéquat, mais dans tous les cas pour le charbon de
bois, le taux de matières volatiles peut être
considéré comme étant d'environ 5.5%. (PLATIAU D.,
1986) La procédure de détermination de ce
paramètre pour un échantillon donné se trouve en annexe
n°3.
> Taux de carbone fixe
Le taux de carbone fixe est la proportion de matières
carbonées autre que les matières volatiles contenues dans
l'échantillon de charbon. Selon la norme NF B551010, il se calcule
après la détermination du taux d'humidité, du taux de
cendre et de l'indice de matières volatiles. Ainsi le taux de carbone
fixe exprimé en pourcentage massique par rapport à
l'échantillon brut est donné par la formule :
CF = 100 - (W + MV + C) (10)
H, W et C désignant respectivement le taux
d'humidité, de matières volatiles et de cendres. Avec nos
échantillons et les mesures précédentes, on a:
- pour le charbon artisanal, W = 9.8%, MV = 5.5%, C = 4.56%,
on a : CF = 80.2 #177;0,3% - pour le charbon industriel, W =
12.1%, MV= 5.5%, C= 3.05%, on a: CF = 79.4 #177;0,7% >
Pouvoir calorifique:
Par définition, on retiendra que le pouvoir calorifique
est la quantité de chaleur dégagée par la combustion
complète d'une unité de masse du combustible; il est
supérieur lorsque l'eau produite est entièrement condensée
et les autres produits de la combustion sont
ramenés à la température initiale; il est
inférieur lorsque l'eau produite demeure à l'état vapeur
et les autres produits de la combustion sont ramenés à la
température initiale.
Le principe de sa détermination réside sur le
principe selon lequel la combustion d'une quantité
déterminée de combustible en présence d'oxygène
dans une bombe calorimétrique plongée dans un volume connu d'eau
élève la température de celle-ci; le PCS se
détermine dans ces conditions à partir de
l'élévation constatée de la température du volume
constant d'eau. Le PCI se détermine à partir du PCS par calcul
selon la formule:
PCI = PCS - 2,508 x (W + 9H2). (kJ/kg)
(11)
Où W représente le taux d'humidité, 2,508 la
valeur de la chaleur latente de vaporisation de l'eau à 0°C et H2
la teneur massique en Hydrogène du combustible.
La procédure complète de détermination de ce
paramètre selon la norme AFNOR NF B 55-101 se trouve en annexe
n°3.
Nous n'avons pas pu effectuer cette mesure sur bombe
calorimétrique, mais le PCS de notre combustible a pu être
déduit des autres paramètres qui ont été
déterminés. Si nous considérons la composition suivante
pour le charbon anhydre, 95.7%C, 1.1% H2, 3.2% O2, alors on a d'après la
formule de Dulong .
PCS = 32.83C + 143.50 (H2 - 1/8O2) + 9.28S (MJ/kg)
(12)
On remarque donc qu'en tenant compte de l'effet cumulé de
la teneur en humidité (W) et de la teneur en cendre ou en
matières minérales (Mm), d'après la formule
suivante:
PCIW = PCIs (1-Mm)/(1+W) - 2.508.W/(1+W) (MJ/kg)
(13)
On a donc pour le charbon artisanal un PCS de 28.4
#177;2,9MJ/kg et pour le charbon industriel un PCS de 27,8
#177;2,9MJ/kg. La légère différence qu'on a sur
ces deux valeurs provient évidemment de la teneur en humidité et
de la teneur en matières minérales.
Tableau n°8 : récapitulatif
des caractéristiques des deux échantillons de charbon de bois:
|
Caractéristiques
|
Type de charbon
|
|
Charbon artisanal
|
Charbon industriel
|
|
C (%)
|
95.7
|
95.7
|
|
O2 (%)
|
32
|
32
|
|
H2 (%)
|
11
|
11
|
|
W (%)
|
9
|
12
|
|
Mm (%)
|
4
|
3
|
|
PCS(sec) (MJ/kg)
|
32,4
|
32,4
|
|
PCI(sec) (MJ/kg)
|
32,2
|
32,2
|
|
PCSW (MJ/kg)
|
28,4
|
27,8
|
|
PCIW (MJ/kg)
|
28,1
|
27,6
|
| 
