Recommendations concerning inventory of timber, fuelwood, and nontimber products and charcoal species regeneration



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ANNEX: REFERENCES FOR A POTENTIAL STUDY COMPARING YIELDS OF THE CASAMANCE KILN VERSUS TRADITIONAL KILN


1. Document distributed by the Peace Corps (c. 1980s; date unknown)

2. ÉTUDE FAO: FORÊTS 41: Techniques simples de carbonisation FAO/ Rome, 1983

3. CTFT’s MEMENTO DU FORESTIER 1989 (pages 951-966)

4. Le projet SIE-Afrique (c. 2005)

5. Lettre de Politique de Développement du Secteur de l’énergie (9 avril 2003)

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1. REFERENCES FROM A DOCUMENT DISTRIBUTED BY PEACE CORPS



Charcoal yield worksheet

The basic formula for determining the % yield of charcoal by weight is:


100 x (Wt. of charcoal )

[(Calculated oven-dry wood weight) -

(Weight of Brands)]
Brands [Poussier in French; cinders, residues) may be of two types: wet and oven-dry. Brand content of 2% or more by volume is an immediate indication of kiln inefficiency.

There are essentially four options in accounting for brands in yield calculations:

1) Subtract wet brands from wet wood, then calculate oven-dry wood weight.

2) Subtract dry brands after calculation of oven-dry wood weight.

3) Do both of the above (considered to be most accurate).

4) Ignore the brands in the calculation and list as X% yield with Y% of brands.

Sample problem:

875 kg of charcoal

100 stères of wood at 350 kg/ stère

8 kg of wet brands

__4 kg of dry brands



20% moisture content

2. REFERENCES FROM FAO DOCUMENT 41: Techniques simples de carbonisation (1983)

(Sous-Division produits de l'industrie mécanique du bois, division des industries forestières, dépt des forêts)

Le principe de base de la carbonisation en meules est le même que celui de la charbonnière en fosse, à savoir que le bois à carboniser est enfermé dans un espace clos dont l'étanchéité [airtightness] est assurée par de la terre, matériau disponible partout où l'on trouve du bois. La charbonnière en meule est préférée à la fosse lorsque les conditions suivantes existent:



  • le sol est rocheux, induré ou superficiel

  • la nappe phréatique est trop proche de la surface

  • on travaille dans les zones agricoles où les ressources ligneuses peuvent être disséminées

  • il est souhaitable de faire le charbon de bois près d'un village ou autre installation permanente

A l'inverse la charbonnière en fosse est idéale lorsque

  • le sol est bien drainé, profond, limoneux.

    Les rendements en charbon varient selon l'habileté de l'opérateur, la siccité [dryness] du bois, et l'étanchéité à l'air de la meule [how well sealed off it is from air].



Un rendement de 1 tonne de charbon pour 4 tonnes de bois sec à l'air représente un bon résultat. Des rendements de 1 tonne pour 6 tonnes de bois sont plus courants.

La charbonnière type Casamance

Ce type de meule a été modifié par addition d'une cheminée faite de vieux fûts métalliques soudés ensemble. Des essais effectués au Sénégal avec ce système modifié ont montré de bons résultats. La cheminée améliore la circulation des gaz, ce qui réduit la proportion de fumerons et accélère la carbonisation. Du fait qu'il y a moins de fumerons, le rendement en charbon est amélioré.

L
a base de la meule est faite de deux couches de bois de petite et moyenne dimension. Pour la première couche, les bois sont disposés régulièrement, radialement autour du centre de la base, et pour la deuxième couche ils sont rangés tangentiellement, perpendiculaires à ceux de la première couche. Cette base joue un rôle important, car elle assure l'écoulement de l'air dans la meule.

Les couches composées de grosses billes (40 cm de diamètre) sont disposées à partir du centre jusqu'à 50 cm de la périphérie de la base. Elles sont entourées par des billes de moyen diamètre (20-40 cm), qui donnent de la solidité à la meule, et qui couvrent presque entièrement le reste de la base.

Le dernier anneau de la base est composé essentiellement de bois courts, de 20 à 40 cm de diamètre, disposés sur le pourtour de la base.

Le diamètre de la base varie en fonction du volume de la meule:

Pour

une

meule

de

30 m3

il

faut

une

base

d'au

moins

3 m

de

rayon

"

"

"

"

60m3

"

"

"

"

"

"

4 m

"

"

"

"

"

"

100m3

"

"

"

"

"

"

5 m

"

"

La meule est couverte avec de l'herbe et des broussailles, puis du sable ou de la terre limoneuse. La cheminée est placée sur le pourtour, comme le montre le schéma ci-haut: l’ouverture à la partie inférieure étant en communication avec la base de la meule.

L'emplacement de la meule doit être nettoyé au râteau, et débarrassé des racines et des souches.

La carbonisation est terminée lorsque la fumée commence à diminuer et devient bleue. A partir de ce moment c'est le charbon lui-même qui brûle, d'où la nécessité d'enlever la cheminée et de fermer hermétiquement la meule.

...Le charbon qui vient d'être sorti de la meule doit être couvert de sable pour prévenir son inflammation. Cela évite une perte de qualité lorsqu'on l'éteint avec de l'eau. Seul le charbon en morceaux doit être ensaché, les fumerons [smut, soot] et le poussier [dust] étant écartés. Les sacs seront fermés avec une ficelle, à laquelle on attachera une étiquette de contrôle indiquant le poids du sac et le numéro de la charbonnière.

La meule Casamance est basée sur le principe du tirage inversé, c'est-à-dire que l'air entre par les évents de la base et que les gaz chauds, au lieu de s'échapper par le sommet, redescendent et passent par la cheminée, qui est reliée à la base de la meule. Au cours de la phase de décomposition exothermique, les sous-produits se condensent à la base de la cheminée, où ils sont recueillis; ce condensat est un mélange de goudron de bois et d'acide pyroligneux.

Récupération des goudrons avec la charbonnière Casamance

La récupération du condensat à la base de la cheminée dans la charbonnière type Casamance pose certains problèmes qu'il convient de ne pas perdre de vue. Le volume théorique qui peut se condenser est considérable, et se compose principalement d'eau sans valeur.

A partir de 100 stères de bois - soit une meule Casamance de grande taille - on peut obtenir environ 21 tonnes de condensat, qui demanderaient une centaine de fûts [barrels] de 200 litres pour les contenir. Ce condensat est formé essentiellement d'eau, qui est corrosive et contamine l'environnement en raison de sa teneur en acide acétique et autres acides voisins.

On peut recueillir en outre environ 2 tonnes de goudron, remplissant une dizaine de fûts, en supposant qu'il n'en soit pas brûlé une partie avant d'arriver à la cheminée. En pratique il est indispensable de permettre à toute l'eau et aux substances acides de s'échapper normalement par la cheminée sous forme de vapeur; leur dilution dans l'atmosphère diminue leurs effets polluants et irritants. On y parvient en maintenant la cheminée chaude, et en évitant les vents froids. On perd ainsi une partie du goudron, mais c'est inévitable avec un tel système simple, sinon le puisard de récupération [collection tank] déborderait, et la zone serait sérieusement contaminée par le condensat.

Lorsqu'on opère par temps froid, entraînant une condensation d'eau excessive, il faut isoler la partie inférieure de la cheminée, ou construire une cheminée en briques. En maintenant la cheminée chaude, c'est-à-dire aux environs de 100 C, on assure un tirage continu qui permet une circulation convenable des gaz dans la charbonnière, avec une bonne carbonisation, et on aura encore une condensation de goudron.

Prix de revient du charbon de bois produit avec la charbonnière Casamance (d'après l'expérience sénégalaise) NB: year = 1978

Coûts de production pour 12000 kg de charbon de bois








% du total

100 stères de bois à 550 FCFA/stère

55000

28,0 -

Main-d'oeuvre, y compris ensachage

77040

39,2

Chargement des camions à la charbonnière à 250 F CFA/tonne

3000

1,5

Transport au dépôt principal

10449

5, 3

Déchargement au dépôt principal

2200

1, 1

Sacs

15000

7,6

Taxe à 1,50 F CFA/kg

18000

9,2

SOUSTOTAL

180 689

91,9

plus divers et imprévus 10% du coût hors taxe

16000

8,1

Coût du charbon de bois rendu au dépôt

196 689

100%



Transport vers les principaux marches: (N.B. année = 1978)

-- à Ziguinchor (1,81 F CFA/kg)

18,21 F CFA/kg

-- à Dakar (8,00 F CFA/kg)

24,40 F CFA/kg


3. REFERENCES FROM CTFT’s MEMENTO DU FORESTIER1989 (p.951-966)

Caractéristiques physiques du charbon

Le charbon de bois est caractérisé tout d’abord par sa densité. Sa masse spécifique peut varier de 0.2 à 0.6 t/m3, elle est fortement corrélée à celle du bois de départ, un bois dense donnant un charbon dense et un bois léger un charbon léger avec un coefficient massique de transformation de l’ordre de la moitié (ex: un bois de 0.6 de densité donnera un charbon dont la densité variera de 0.30 à 0.35), la perte en masse (70-75%) étant un peu compensée par le retrait (shrinking) enregistré pendant la carbonisation, retrait qui conserve toutefois dans le charbon la structure du matériau de bois.

Le pouvoir calorifique du charbon dépend de la technique de carbonisation et peut varier de 27.2 MJ/kj (charbon de meule) à près de 33.4 MJ/kg (charbon de cornue).

Le charbon est enfin plus ou moins friable et plus ou moins résistant, ces qualités dépendant de la nature de l’essence et de la technique de pyrolise. Il est aussi plus ou moins absorbant mais en tout cas, il l’est beaucoup plus que le charbon minéral.



Principaux usages

Les emplois du charbon de bois sont multiples et pour chaque utilisation les caractéristiques demandées sont différentes.



Emploi comme combustible ménager ou artisanal: avec le bois de feu, le charbon de bois reste l’un des principaux combustibles des pays en voie de développement. Il est utilisé partout pour la cuisine mais principalement dans les zones urbaines, dans les villages lacustres ainsi que dans les zones arides où il est plus rentable, sur les distances excédant 60-70km, de transporter du charbon plutôt que du bois, le premier se conditionnant mieux que le second et donnant à poids égal un équivalent calorifique double.

L’artisanat local (les forges par exemple) se sert également de ce combustible. On demande à ce type de charbon d’émettre peu de fumées et d’odeurs, désagréable, de bien “tenir” le feu, de donner peu d’étincelles (sparks) et de ne pas laisser des cendres. S’il doit être transporté sur des distances importantes, il ne doit pas être trop friable.



Les sous-produits de la carbonisation

Au cours de la pyrolyse, et a côté du charbon but de l’opération, d’autres composés sont formés constitués par des produits liquides condensables et par des gaz incondensables.

Les produits liquides: ils correspondent à 40-50% du poids du bois initial et sont appelés pyroligneux. Le pyroligheux est constitué tout d’abord par de l’eau (plus de la moitié de la totalité de liquidedpour des bois à 10-15% d’humidité), puis par de l’acide acétique et ses homologues propioniques et butyriques, de l’alcool méthalique, de l’alcool allytique, de l’acétone, quelques composés basiques (ammoniac, ammines) puis des goudrons.

Avec les résineux, le liquide receuilli se sépare souvent en deux phases, l’une comprenant le pyroligneux proprement dit de couleur jaune, l’autre les goudrons de couleur plus foncée. Pratiquemenet, il est parfois difficile, en particulier avec les bois feuillus, d’obtenir une séparation nette de ces deux phases et l’on a souvent affaire à un liquide brun ou jaune foncé dont le poids correspond à 10 à 20% du poid du bois, sur lequel surnagent quelques huiles légères.

Les goudrons des arbres feuillus ont une teinte foncée, allant du brun au noir. Ils sont principalement constitués par de la créosote avec de petites quantités de benzène, xylène, etc. Les goudrons de résineux, plus légers et de couleur plus claire, allant du jaune à l’orange, sont plus intéressants d’un point de vue chimique car ils contiennent des terpènes.

Les pyroligneux peuvent être séparés en leurs constituents par distillation fractionnée. Mais ce traitement étant assez compliqué, beaucoup d’unités industrielles préfèrent souvent réinjecter le pyroligneux dans le circuit comme source d’énergie.

Notons enfin que les goudrons sont également utilisés dans certains pays (tels le Brésil) comme fuel grossier de remplacement ou dans d’autres (le Sénégal) comme produit de préservation de perches...

En fait, les usines modernes de production de charbon de bois tournent pratiquement en circuit fermé du point de vue énergétique et n’ont pas besoin de faire appel à des sources extérieures.

Ce n’est évidemment pas le cas des unités plus simples qui travaillent sans récupération, tands qu’au stade artisanat, la plus grande part sinon la totalité des sous-produits est perdue. Seuls les goudrons peuvent être récupérés avec certains fours en maçonnerie ou avec certaines meules améliorées.

Le pouvoir calorifique du bois D’un point de vue théorique, une notion importante en ce qui concerne le bois énergie est le pouvoir calorifique.

On appelle “pouvoir calorifique” d’un corps la quantité de chaleur dégagée par la combustion de l’unité de poids de ce corps. Le pouvoir calorifique s’exprime en joules/g, l’expression calories étant cepandant tolérée du fait de l’habitude (1 cal. = 4.1855 J)….

Le pouvoir calorifique inférieur est le calcul du pcs en connaissant le nombre de molécules d’eau formée et la chaleur nécessaire au passage de l’état de vapeur d’eau à 100deg. C. à l’état liquide à 15 °C....

Le pouvoir calorifique d’un corps varie dans de fortes proportions suivant son degré d’humidité. La quantité de chaleur fournie diminue quand la teneur en eau du bois augmente.



Influence de la technique de suivie et de l’appareillage utilisé sur les rendements en charbon La technique de carbonisation influence nettement les rendements car il est bien évident que si la chaleur nécessaire à la réaction est fournie par le bois, le rendement final en charbon en sera diminué d’autant. C’est ce que l’on observe lorsque les carbonisations sont effectuées par des techniques artisanales rudimentaires (meules ou fosses) où l’on obtient des rendements très bas, d’autant que le bois étant toujours utilisé vert ou très peu séché, une quantité importanted d’eau doit être éliminée avant que commence toute pyrolyse. Or, il faut donc dépenser des calories (donc du bois) pour chauffer l’eau de l’ambiance jusqu’à 100 deg. C. (330 J/g d’eau) les carbonisations sont d’ailleurs d’autant plus longues.

A l’inverse, dans des appareillages industriels modernes, l’énergie est produite le plus souvent à partir des sous-produits de la carbonisation. Les pyroligneux sont brûlés ainsi que les gaz, ceux-ci servant d’abord au séchage du bois avant d’être envoyés aux brûleurs. L’usine tourne donc en circuit fermé...

A titre d’exemple, on donne ci-après quelques estimations faites pour la carbonisation de bois provenant de forêts tropicales hétérogènes africaines (densité moyenne des bois estimée à 0.7).

1 stère de bois de forêt naturelle = 0.7 m3 et environ 500kg de bois anhydre soit potentiellement 9.2 x mille MJ et pratiquement 7.5 x mille MJ (bois à 20% d’humidité).




Type de carbonisation

Artisanale rudimentaire

Fours métalliques

Industrielle

Rendement pondéral charbon/bois anhydre

10 à 15% soit environ 50 -75 kg charbon par stère

20 à 24% soit environ 100-120 kg charbon /str

30 à 33% soit environ 150-165 kg charb/stre

Equivalent calorifique du charbon

1.46 à 2.22 x 10MJ

3.14 à 3.55 x 10MJ

4.6 à 5.02 x 10MJ

Rendement énergétique (p.r. au bois sec à l’air)

20 à 29%

42 à 47%

61 à 67%
On voit donc que de la technique retenue dépendront fortement les quantités de charbon produites et les rendements énergétiques qui sont très défavorables dans le cas des carbonisations artisanales des pays en développement. Toutefois, l’installation d’unités industrielles modernes... peuvent paraîre onéreuses. C’est pourquoi... l’accent est mis soit sur l’amélioration des meules ou encore sur la construction sur place de fours les plus simples possibles...

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Le projet SIE-Afrique (http://www.sie-energie.gouv.sn/spip.php?article1)




Le projet SIE-Sénégal s’inscrit à l’intérieur du projet SIE-Afrique qui appuie la mise en place de Systèmes d’Information Energétique (SIE) nationaux.

Objectif :Efficacité énergétique des charbonneries

Valeur en 2005 : 7 %

Evolution dans le temps : voir graphique

« Malgré la forte croissance de la part de la production de charbon qui est produite dans les meules casamançaises depuis 2000 (incitations financières de la DEFCCS), la technique améliorée reste peu diffusée au Sénégal. »


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Lettre de Politique de Développement du Secteur de l’énergie (9 avril 2003) (http://faolex.fao.org/docs/texts/sen60664.doc)

Arrêté fixant les modalités d’organisation de la campagne d’exploitation forestière 2005

4.4. Dans le sous-secteur des combustibles domestiques

69. Les préoccupations environnementales occupent une place importante dans la stratégie retenue par l’état dans le secteur des combustibles domestiques.

70. Ainsi le Gouvernement entend poursuivre l’objectif général défini en 1997, à savoir (i) valoriser de manière durable les ressources énergétiques issues des formations forestières; (ii) faire bénéficier aux collectivitiés locales et aux populations riveraines des ressources tirées de l’exploitation forestière; et (iii) promouvoir des combustibles de substitution adaptés aux modes de cuisson sénégalais.

71. Dans le cadre de l’amélioration de l’efficacité du sous secteur le Gouvernment a décidé l’introduction et la généralisation, dès le 1er janvier 2004, de la meule casamance, technique de carbonisation de loin plus performante que la meule traditionelle.


Le Ministre de l’Economie de l’Hydraulique Le Ministre d’Etat, Ministre des Mines, de Abdoulaye DIOP l’Energieet des Finances Macky SALL

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