COMBUSTIBLES TORRÉFACTION
Marchés et technologies pour le en 2002
bois torréfié
Les fournisseurs de services électriques considèrent que la co-combustion des combustibles renouvelables tels que les déchets de bois ou la biomasse récoltée, est une option économiquement intéressante pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Transnational Technology propose la co-combustion avec du bois torréfié, un produit intermédiaire entre le bois et le charbon.
USA
e bois torréfié n’est pas une nouveauté. Dans les années quatrevingt, les Français ont développé un équipement industriel pour sa production et ont exprimé leur intérêt pour ce combustible en tant que substitut au charbon conventionnel. Les travaux sur le bois torréfié continuent en France où il est utilisé dans les matériaux de construction et appelé " bois rétifié ". Du bois traité thermiquement, ThermoWood, est également produit en Finlande. Jim Arcate fait la promotion du bois traité thermiquement en tant que voie parallèle aux procédés et équipements de production du bois torréfié à des fins énergétiques. La torréfaction permet d’atteindre un taux d’humidité stable d’environ 3 %, une réduction de la masse entre 20 et 30 % (principalement par libération d’eau, des oxydes de carbone et des substances volatiles) tout en conservant plus de 90 % du contenu énergétique originel du bois, comme le montre le tableau 1.
L
SOURCE NREL
James R. Arcate, Tr a n s n a t i o n a l Te c h n o l o g y L L C , U S A
QU’EST-CE QUE LE BOIS TORRÉFIÉ ?
Figure 1. La centrale de Shasta de 49,9 MW net consomme environ 750 000 tonnes par an de déchets de scieries et résidus forestiers.
BOIS ENERGIE N°6 < JUILLET 2002 > 12
SOURCE : TRANSNATIONAL TECHNOLOGY
COMBUSTIBLES TORRÉFACTION
Condenseur
Ventilateur 2 Vers le condenseur
Radiateur 2 Condensat
Bois
Séchage
Radiateur
Torréfaction
1
Ventilateur 1
Refroidissement
Bois torréfié
Eau de refroidissement
Récupération de combustibles
Ventilateur 3
Pertes
Brûleur Fluides thermiques vers les radiateurs 1 et 2
LES MARCHÉS DU BOIS TORRÉFIÉ La co-combustion du bois torréfié avec le charbon La co-combustion permet la substitution d’une partie du charbon utilisé dans les chaudières des centrales énergétiques par des combustibles issus de la biomasse. Ceci permet à l’énergie issue de la biomasse d’être convertie en électricité avec un rendement élevé, digne d’une centrale de co-combustion moderne. Comparée au charbon qu’elle remplace, la biomasse réduit les émissions dioxyde de soufre (SO2) et les émissions net de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre. Transnational Technology propose la co-combustion du bois torréfié avec du charbon dans des chaudières à charbon pulvérisé. Le bois torréfié est friable et peut être mélangé avec du charbon dans le silo, transporté jusqu’au foyer via le système d’alimentation du charbon, pulvérisé et utilisé en co-combustion avec le charbon. Le bois torréfié a un pouvoir calorifique proche de celui des poussières de charbon et il a un taux d’humidité inférieur à celui des charbons utilisés pour la production d’énergie. Le rendement énergétique peut réellement être amélioré par la co-combustion du bois torréfié avec le charbon. Le bois torréfié pourrait également être utilisé à des taux plus importants que la biomasse pure, et la séparation des systèmes d’alimentation et de combustion n’est pas nécessaire. Andries Weststeijn de Essent en Hollande affirme que sa compagnie de production d’énergie s’intéresse acti-
Gaz brûlés
Figure 2. Séchage continu par vapeur surchauffée et torréfaction du bois.
Combustible auxiliaire
vement à la co-combustion directe d’une large palette de combustibles issus de la biomasse pour leurs centrales à charbon pulvérisé. Si le bois torréfié peut être co-pulvérisé avec de la poussière de charbon sans modifier les pulvérisateurs, à des taux de mélange supérieurs et avec des prix de la biomasse compétitifs, il y aurait une opportunité de marché substantielle pour le bois torréfié dans le secteur de la production d’énergie. Un programme de démonstration financé par l’Etat hollandais actuellement en cours consiste à produire environ 30 tonnes de bois torréfié et à tester la co-combustion dans l’une des centrales à charbon pulvérisé de Essent.
Le bois torréfié pour les centrales électriques à biomasse seulement Pourquoi se donner la peine de produire du bois torréfié pour les centrales à biomasse ? Pourquoi ne pas simplement brûler des plaquettes forestières humides ? La centrale électrique à bois de Wheelabrator Shasta (Wheelabrator Shasta Energy Company à Anderson en Californie), de 49,9 MW net consomme environ 750 000 tonnes par an (dont 350 000 à 400 000 tonnes sèches par an) de déchets de scieries et résidus forestiers du comté de Shasta et des environs. La centrale, qui possède trois chaudières à grilles mobiles, est opérationnelle depuis décembre 1987. Voir Figure 1.
Tableau 1. Caractéristiques de quelques bois torréfiés
Espèces Pin Maritime Résultats de la torréfaction Température atteinte, °C 280 Rendement de fabrication (base sur bois sec) 77 % Analyse élémentaire C% 59.7 H% 5.6 N% 0.25 O% 32.9 Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) 19 150 du bois sec, kJ/kg Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) 5.32 du bois sec, kWh/kg Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) 22 600 du bois torréfié, kJ/kg Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) 6.28 du bois torréfié, kWh/kg Rendement énergétique 90.8 (bois torréfié/bois) %
Noyer et Chêne Eucalyptus 270 77 %
275 74 %
56.8 5.2 0.45 36.2 17 850
57.2 5.1 0.15 37.2 18 550
4.96
5.15
21 500
22 650
5.97
6.29
92.7
90.3
BOIS ENERGIE N°6 < JUILLET 2002 > 13
COMBUSTIBLES TORRÉFACTION
AIRLESS PROCESS SYSTEMS
Figure 3. Plaquettes de bois torréfié produites par un prototype de procédé dit " sans air ".
L’utilisation du bois torréfié au lieu de la biomasse brute pourrait améliorer le rendement électrique (soit le rapport entre l’électricité produite par rapport à l’énergie entrante) de la centrale. En effet, d’après Doug Albertson de Energy Products (Idaho, Etats-Unis), avec du bois à 50 % d’humidité on atteint un rendement électrique de 18-19 % environ pour une centrale de 10 MWe (net). Avec du bois torréfié, le rendement électrique passe à 21-23 % environ. Le bois torréfié réduirait également les coûts de livraison, stockage et d’alimentation des biocombustibles à la centrale.
Le bois torréfié densifié Le pouvoir calorifique des granulés de bois torréfié serait d’environ 22,5 MJ/kg (6,25 kWh/kg) comparé aux 19,3 MJ/kg (5,36 kWh/kg) des granulés de pin conventionnels. Les granulés de bois torréfié auraient une densité énergétique volumique de 18 GJ/m3 (5 000 kWh/m3), approximativement 20 % de plus qu’un granulé de bois conventionnel et environ équivalent aux poussières de charbon à u n e m oy e n n e de 2 0 M J / k g (5,56 kWh/kg). La densité énergétique des granulés de bois torréfié, plus importante que celle des sciures, des plaquettes forestières et des granulés de bois classiques, pourrait réduire les coûts de transport et faciliter l’utilisation de pourcentage de bois torréfié plus important dans les centrales au charbon. L’industrie du ciment représente une autre application potentielle importante pour la co-combustion du bois torréfié densifié avec le charbon. Le bois torréfié pourrait aussi compléter l’alimentation des systèmes de production de granulés de bois et de briquettes.
BOIS ENERGIE N°6 < JUILLET 2002 > 14
TECHNOLOGIES DE FABRICATION DU BOIS TORRÉFIÉ D’après Ed Lipinsky de Innovative Thinking Inc. (à Worthington en Ohio aux Etats-Unis) la chimie de la torréfaction est influencée par de nombreux paramètres tels que : la composition de la biomasse, la taille des particules, les températures et temps de réaction, le pouvoir calorifique, et la composition, la pression et le débit des effluents gazeux. Dans l’intervalle de température de 220 à 280 °C, les réactions principales de décomposition concernent l’hémicellulose. La cellulose et la lignine peuvent aussi subir une restructuration polymérique et des réactions de dépolymérisation, mais à un moindre degré. Puisque l’eau peut avoir un rôle significatif dans la torréfaction, les effets de l’utilisation de vapeur surchauffée ont été explorés. La vapeur surchauffée a une capacité calorifique supérieure à l’air chaud ou à l’hydrogène et la vapeur fournit au procédé un environnement qui réduit les pertes par oxydation. Thomas Stubbing de Heat-Win Ltd au Royaume Uni l’appelle le " Procédé sans air ". La vapeur surchauffée à pression atmosphérique est recirculée sur un chauffage indirect et à travers le bois jusqu’à ce qu’il sèche et soit transformé en bois torréfié, comme le montre la figure page 13. La vapeur générée par l’humidité retirée lors du séchage est évacuée et peut être utilisée pour la récupération d’énergie. ᔢ L’atmosphère de la vapeur surchauffée recirculée dans le sécheur est générée par l’humidité provenant du séchage du bois. La chaleur latente de la vapeur évacuée du sécheur peut ê t re r é c u p é r é e e n u t il is a n t u n condenseur à air ou à eau froide pour produire de l’air chaud pour le pré séchage du bois ou de l’eau chaude pour le chauffage ambiant. ᔢ Les gaz du bois et vapeurs générés par la torréfaction sont recirculés à travers un radiateur indirect et la chambre de torréfaction. La vapeur en excès est condensée et les effluents gazeux combustibles peuvent être utilisés pour produire de la chaleur pour le procédé. ᔢ Pour éviter l’auto-allumage au contact de l’air ambiant, le bois torréfié est refroidi à une température de sécurité par recirculation de la vapeur surchauffée maintenue à environ 110 °C.
LA COMMERCIALISATION DU BOIS TORRÉFIÉ La torréfaction fournit un combustible riche énergétiquement, à faible taux d’humidité, résistant à l’humidité, et facilement utilisé par co-combustion directe avec le charbon. Un défi majeur pour les développeurs d’usines à bois torréfié est la disponibilité de l’équipement commercial qui réduirait le temps de réaction, les apports énergétiques et les coûts de production pour la fabrication de volumes de bois torréfié à un niveau acceptable. Le procédé de séchage et de torréfaction par vapeur surchauffée discuté précédemment paraît être le moyen le plus sûr pour atteindre cet objectif. Le 28 mars 2002, Recycled Waste plc en Grande-Bretagne annonçait l’acquisition des droits exclusifs sur la technologie du procédé " sans air " (Airless Processing Technology) : " pour le procédé thermique des déchets organiques par vapeur surchauffée et autres gaz pour altérer avantageusement leurs propriétés physiques et composition chimique tout en brûlant ou récupérant utilement les composants gazeux qu’ils émettent ". Airless Process Systems LLP a été nommé responsable pour l’application de la technologie du procédé " sans air ". Ceramic Drying Systems Ltd sera le fabricant et fournisseur du matériel nécessaire. Transnational Technology travaille également sur le séchage de la biomasse et la torréfaction avec Merrill Air Engineers (à South Portland dans le Maine, Etats-Unis). L’évaporateur T he r m o d y n e d e M e rril l est u n sécheur continu qui utilise de la vapeur surchauffée produite par séchage du produit. En 2002, le département américain des entrepreneurs pour l’efficacité énergétique a récompensé Merrill d’un prix pour la contribution significative à l’économie énergétique. ᔤ
POUR PLUS D’INFORMATIONS, CONTACTER : James R. Arcate Transnational Technology LLC 3447 Pipa Place Honolulu, HI 96822-1221 – USA +1 808 741 7502 www.techtp.com
COMBUSTIBLES PYROLYSE
bois liquéfié le mazout !
Le nouveau pourrait bientôt remplacer Steven Gust Jukka-Pekka Nieminen Fortum Oil and Gas Oy
Finlande
Fortum Oyj et Vapo Oy en Finlande lancent avec force la commercialisation de leur technologie du combustible de bois liquéfié produit à partir de déchets, résidus et rémanents des industries forestières, une solution innovante et écologique pour remplacer le fioul lourd. L’usine pilote a été officiellement ouverte par le Ministre du Commerce et de l’Industrie finlandais le 14 mai 2002. nents des industries forestières n’accroît pas la quantité de CO2 dans l’atmosphère. En effet, s’ils ne sont pas utilisés, ces résidus vont pourrir dans la forêt en libérant la même quantité
Fig. 2 : Un sécheur de biomasse utilisant la chaleur générée par le procédé de pyrolyse
FORTUM
FORTUM
Fig. 1 : Forestera™ est un combustible de bois liquéfié produit à partir de déchets, résidus et rémanents des industries forestières et qui peut remplacer le mazout.
Les sociétés finlandaises Fortum Oyj et Vapo Oy ont gravi la marche supérieure dans le développement et la commercialisation de leur procédé de pyrolyse rapide avec l’achèvement de la mise en service de leur usine pilote de 3.5 millions d’euros. L’usine a officiellement été ouverte par Sinikkä Mönkäre, le Ministre du Commerce et de l’Industrie qui a insisté sur l’importance des énergies renouvelables dans la diversité énergétique finlandaise (Figure 3). Leur intérêt principal est de répondre à la demande croissante en combustibles renouvelables. Ce combustible de bois liquéfié, Forestera™, produit à partir de déchets, résidus et réma-
de CO2. Leur conversion en combustible replaçant les énergies fossiles réduira donc les émissions net de CO2. Le principal marché pour ce combustible en Scandinavie serait son utilisation comme combustible de chauffage alternatif dans les grosses chaudières au fioul domestique (léger) comme utilisés dans les petites industries, les écoles, les hôpitaux, etc. La taille de ces installations est de l’ordre de 100 kW à 1 MW. Un prototype de ce système de combustion sera près à l’essai cet automne. L’utilisation de ce combustible en re m p l a c e m e n t d u fiou l l ou rd (mazout) est également possible par exemple en Suède où les taxes sont élevées et rendent le prix du fioul lourd plus élevé que celui du fioul
BOIS ENERGIE N°6 < JUILLET 2002 > 16
Fig. 3 : Le ministre finlandais du Commerce et de l’Industrie, Sinikka Mönkäre, inaugurant l’usine pilote.
léger en Finlande. Utiliser ce combustible, qui est en fait une sorte de bois liquide, nécessite donc qu’il ne soit pas soumis aux mêmes taxes que les combustibles fossiles. Les principaux avantages de ce combustible de bois liquéfié sont que son transport et son stockage sont moins chers que pour les combustibles de bois solides et qu’il est brûlé plus proprement. En effet, la combustion des liquides se réalise par une pulvérisation formant des millions de gouttelettes, qui mélangées à l’air brûlent proprement et avec un très bon rendement. La principale matière première pour Forestera™ vient des résidus des opérations d’exploitation du bois. Ils sont n or ma le me nt tro uvés loi n de s consommateurs de chauffage et sont volumineux, ils ont une faible valeur énergétique et coûtent cher à manipuler et transporter. C’est pourquoi leur conversion en liquide compact permettra un transport sur longue distance. Avec l’achèvement de la mise en service de leur usine pilote, Fortum et
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Vapo vont dans le futur développer et optimiser entièrement la chaîne de production depuis la collecte de résidus en passant par des étapes de broyage, séchage, pyrolyse, récupération de vapeur et assurance qualité jusqu’à l’utilisation finale. La technologie et le combustible obtenu sont tous deux déposés Forestera™. La base du procédé a été inspirée d’une technologie de pyrolyse rapide déjà existante qui a été modernisée, optimisée et améliorée par des connaissances " maison ". Une innovation importante adaptée à ce procédé a été obtenue par application d’un projet de développement en raffinerie. Les principaux défis du travail de développement sont de rendre le prix du produit compétitif avec les combustibles existants et d’assurer une qualité de combustible adéquat pour les applications concernées. Le but principal est de réduire la quantité de grumeaux et améliorer la stabilité par rapport aux autres technologies sur le marché. En pratique cela signifie que l’usine doit être capable de procéder avec différentes matières premières, le rendement doit être élevé et la qualité du combustible constante. La capacité de production de l’usine pilote est de 300 à 3 5 0 k g / h d’ hu il e à p ar t ir d e 500 kg/h de matière sèche entrante, soit un rendement global de 60 à 70 %. Le rendement du procédé est important de manière à réduire les coûts de production. Une attention particulière a été portée aux questions de sécurité et de facilité des opérations de l’usine avec un travail considérable sur le système d’automatisation et sur la formation des opérateurs. Le procédé utilisé est celui d’une pyrolyse rapide dans laquelle la matière première est d’abord broyée et séchée jusqu’à une humidité de moins de 10 %, suivie d’un chauffage rapide à 500 °C environ et finalement
suivie d’une condensation de la vapeur. Les principales étapes du procédé sont montrées sur la figure 5. Les propriétés du produit liquide Forestera™ sont les mêmes que celles
Fig. 4 : Pyrolyseur et condenseur Forestera™.
FORTUM
FORTUM
COMBUSTIBLES PYROLYSE
d’autres procédés de pyrolyse : - 20 à 30 % d’eau - une viscosité intermédiaire entre celle des fiouls lourds et légers - une forte acidité avec un pH de 2-3 - une forte densité d’environ 1,2 kg/L - une capacité calorifique de la moitié d e c e l l e d u f io u l l é g e r : 1 5 à 17 MJ/kg. ᔤ
POUR PLUS D’INFORMATIONS : Steven Gust and Jukka-Pekka Nieminen, Fortum Oil and Gas Oy, e-mail : steven.gust@fortum.com ou jukka-pekka.nieminen @fortum.com
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Fig. 5 : Les différentes étapes de la pyrolyse du bois. Vert = flux matière Rouge = flux de chaleur Bleu = flux de gaz incondensables
BOIS ENERGIE N°6 < JUILLET 2002 > 17
COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES
La production de plaquette en
zone montagneuse Raffaele Spinelli
Même en zone de montagne la production de plaquettes-énergie peut devenir rentable. Voici quelques conseils pour augmenter l'efficacité de vos chantiers, et un modèle électronique gratuit pour calculer la productivité et le coût du déchiquetage.
Italie
tières devrait-elle rapidement croître, au bénéfice des exploitants forestiers exerçant dans les environs de ces nouvelles usines. L’approvisionnement en plaquettes devra être régulier et en grande quantité. L’organisation de l’approvisionnement est une question essentielle. Dans de nombreux cas, les ressources sont si diversifiées qu’elles ne peuvent être mobilisées par un système unique. Concentrer la mobilisation en quelques opérations industrielles demeure un idéal théorique, qui risque de passer à côté d’une grande partie de la matière première disponible. Il faut que les dirigeants italiens du secteur énergétique puissent envisager un large éventail d’alt e r n a t iv e s o p é r a t io nnel l es, en connaissant les caractéristiques potentielles et optimales de chacune d’entre elles.
La forêt de montagne italienne devrait voir la valorisation de ses bois de qualité médiocre croître avec la demande en bois-énergie.
eaucoup d’entreprises italiennes d’exploitation forestière produisent une quantité conséquente de plaquettes forestières. Dans la plupart des cas, la plaquette est un produit secondaire issu des arbres et parties d’arbres de moindre valeur. La mise en plaquettes est la seule façon de v alor i se r le s a r bre s de q ua li té médiocre, les branches et les houppiers. La qualité de la plaquette est directement liée à celle de la matière première : le taux d’écorce et de feuillage est trop élevé pour la pâte à papier, qui est de toute façon peu développée en Italie. Les usines de panneaux de particules sont les principaux clients des producteurs de plaquettes, parce qu’elles acceptent une qualité médiocre. La filière bois-énergie devrait offrir bientôt un débouché alternatif. Attirées par de généreuses subventions d’ E ta t, p lusi e ur s com p a g n i e s
B
BOIS ENERGIE N°6 < JUILLET 2002 > 18
construisent des usines de cogénération qui utiliseront la biomasse comme principale source d’énergie. Aussi la demande en plaquettes fores-
Récemment, le Conseil National de la Recherche (CNR) a réalisé une enquête nationale sur les opérations de déchiquetage, avec le but de réunir toute l’information existante dans une étude. L’objectif final de cette recherche est de mettre en relation le rendement de la mise en plaquettes avec un certain nombre de param è t re s , n o t a m m e n t l e t y pe d e machine et sa puissance, le système Photo 1 : Les déchiqueteuses autotractées sont plus mobiles et permettent de gagner du temps.
SOURCE RAFFAELE SPINELLI
ITEBE
LE CNR LANCE UNE ENQUÊTE À L’ÉCHELLE NATIONALE
COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES
SOURCE RAFFAELE SPINELLI
Photo 2 : Le débardage par câble est utilisé dans les zones de montagne malgré les contraintes qu'il implique.
naves. Cependant, les déchiqueteuses de fabrication italienne sont les plus répandues et dominent le marché. Cela indique probablement que la technologie italienne est désormais mâture, et également qu’elle peut bénéficier d’un service après-vente plus dense. L’étude, incluant plus d’une centaine de cas, couvrait un large éventail de situations. Elle a fourni un modèle de rendement applicable à la plupart des opérations de plaquettes que l’on
peut rencontrer en Italie. Le degré de signification statistique élevé de ce modèle en fait un outil prédictif raisonnablement fiable pour estimer la performance opérationnelle en fonction des conditions de travail spécifiques.
PUISSANCE DU MOTEUR ET DIMENSION DES BOIS DÉTERMINENT LE RENDEMENT Ce sont les deux éléments les plus importants pour estimer le rendement du déchiquetage. En plus de leur effet évident, ils sont fortement corrélés à d’autres variables, comme
choix reflète notre but qui est de toucher le plus grand nombre d’utilisateurs potentiels. La feuille de calcul elle-même a été conçue pour être simple et conviviale. Sa structure est suffisamment souple pour pouvoir s’adapter à de nombreuses situations différentes. Le modèle fournit un outil intégré aussi bien pour les dirigeants, les aménageurs, que pour les entrepreneurs. Il est disponible gratuitement sur simple demande par E-mail à l’adresse suivante : spinelli@irl.fi.cnr.it L’étude indique également que la technologie du déchiquetage est relativement au point, ce qui garantit une durée de vie accrue, à la fois pour les machines et pour notre modèle. Photo 3 : Avec une alimentation manuelle, on atteint les 3 gt/PHM contre 6 à 20 gt/PHM avec une grue de chargement.
SOURCE RAFFAELE SPINELLI
de chargement, le mode opératoire, les caractéristiques de la matière première et les conditions locales du chantier. Un tel travail a permis de développer un modèle mathématique capable de prédire le rendement matière et le coût de production de la plaquette comme une fonction des paramètres mentionnés ci-dessus. Un grand nombre d’entreprises italiennes d’exploitation forestière est impliqué dans la filière plaquettes forestières. La plupart ont démarré leur activité au milieu des années quatre-vingt et ont désormais acquis une expérience significative. Bien que les conditions de travail soient quelque peu différentes de celles rencontrées en Amérique ou en Suède, la plaquette italienne vise le même objectif et rencontre les mêmes difficultés. L’objectif est de transformer un résidu de faible valeur en un produit industriel. Les difficultés sont liées à la faible valeur du produit industriel lui-même, qui laisse peu de marge d’erreur. Ainsi un effort considérable est accompli pour améliorer la productivité, diminuer les coûts et optimiser la totalité de la chaîne de production en général. La flotte de machines utilisée par les entrepreneurs italiens est très hétérogène. Les déchiqueteuses sont représentées par un grand nombre de modèles et de marques, notamment américaines, allemandes et scandi-
le type de technicien opérateur, ou le mode de chargement. Il est clair que les machines les plus puissantes sont généralement conduites par des professionnels spécialisés et qu’elles sont chargées à la grue, alors que le contraire est souvent vrai pour les machines plus petites. D’autres paramètres importants sont le site de déchiquetage (sur place de dépôt ou en forêt) et la configuration de la déchiqueteuse. Les machines autotractées présentent une meilleure mobilité et prennent moins de temps à repositionner, qu’elles opèrent en forêt ou non. Les petits porteurs à plaquettes sont pénalisés par leur capacité de chargement limitée et de plus sont généralement utilisés sur des distances de portage comparativement plus longues, ce qui explique une consommation de temps plus élevée, si on les compare à d’autres systèmes. Le modèle de rendement a été couplé à un tableau des coûts, et monté dans une feuille Excel. Ce logiciel est l’un des tableurs les plus répandus, et ce
Plusieurs années s’écouleront vraisemblablement avant leur obsolescence.
PLAQUETTES FORESTIÈRES EN ZONES DE MONTAGNE Une minorité d’opérations de déchiquetage est menée en combinaison avec un débardage par câble : les entrepreneurs préfèrent généralement produire leurs plaquettes dans des conditions de récolte plus aisées. Cependant, plusieurs raisons peuvent occasionnellement justifier le déchiquetage au bas d’un câble : la disponibilité en résidus de grumes est la première de ces raisons. Une condition fondamentale pour le déchiquetage des rémanents est l’existence d’un marché à distance raisonnable du site de récolte. Un tel marché peut se présenter sous la forme d’usines de panneaux de particules et de centrales thermiques (les secondes étant plus courantes dans les régions montagneuses où se pra-
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SOURCE RAFFAELE SPINELLI
COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES
Photo 4 : Le stockage avant déchiquetage ne doit pas être trop long pour éviter les difficultés telles que l'interpénétration des branchages.
être trop allongé : un long stockage peut générer certaines difficultés, spécialement s’il concerne des houppiers ou des arbres entiers. En effet les branchages s’emmêlent dans les tas. Leur interpénétration augmente avec le temps de stockage et avec le poids total comprimant les houppiers. Désencrouer des houppiers longtemps stockés exige un chargeur puissant. Par ailleurs, un bois excessivement sec provoque beaucoup de poussière et tend à se rompre facilement, forçant le chargeur à soulever
SOURCE RAFFAELE SPINELLI
tique l’exploitation par câble). La plupart des déchiqueteuses fonctionnant en combinaison avec un câble ont un moteur indépendant, de puissance comprise entre 200 et 300 kW. De plus petites unités, alimentées à la main, se rencontrent parfois dans les Apennins ; toutes les autres machines sont alimentées à la grue. Les machines chargées manuellement produisent toujours moins de 3 tonnes de matière verte/heure de machine en fonctionnement (green tons /productive machine hour
Photo 5 : La manipulation de conteneurs est difficile et coûteuse sur les chantiers étroits.
= gt/PMH), tandis que les unités chargées à la grue atteignent partout un rendement compris entre 6 et plus de 20 gt/PMH, selon la taille des bois. La plupart des entrepreneurs travaillent en dépôt intermédiaire permanent. Les opérations occasionnelles de déchiquetage en dépôt intermédiaire de transit effectuées simultanément au débardage par câble impliquent toujours un tracteur qui déplace le bois depuis le point de chute du câble jusqu’à la déchiqueteuse. Pendant la production de plaquettes, plusieurs opérateurs préfèrent laisser sécher les rémanents sur l’aire d’arrivée avant le déchiquetage. Cependant, le temps d’attente ne doit pas
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la même pièce (ou ses fragments) plusieurs fois. Le bois pourri est également un problème : on rapporte souvent qu’il occasionne des casses, s’expliquant par sa capacité à boucher les interstices entre les couteaux ainsi que les fentes des disques. Sur les aires d’arrivée des câbles, le peu d’espace disponible représente souvent la contrainte principale, imposant une très bonne coordination entre les équipes de câblage, de déchiquetage et de transport. Le déchiquetage exige le positionnement correct d’au moins trois éléments : la pile de bois, la déchiqueteuse et la place de dépôt des plaquettes. Le chargeur peut constituer un quatrième élément à positionner si la
déchiqueteuse n’est pas équipée d’un chargeur intégré. L’expulsion des plaquettes peut se faire sous de nombreuses formes. Souffler les plaquettes directement dans un camion épargne de la place et des coûts supplémentaires de chargement. Mais cela requiert une organisation très soigneuse, pour éviter des temps d’attente à la déchiqueteuse ou aux camions. Pour éviter ce problème, on peut expulser les plaquettes directement sur le sol, en formant de grands tas. De cette façon, ni la déchiqueteuse ni le camion ne sont réduits à s’attendre mutuellement : chacun opère indépendamment, au rythme convenant le mieux à l’organisation globale du chantier. Par ailleurs, un rechargement secondaire dans un camion prend moins de temps que le soufflage direct, spécialement si la déchiqueteuse est relativement petite. Plusieurs exploitants gardent un vieux chargeur garé sur le chantier, afin que les chauffeurs puissent charger leurs camions eux-mêmes, sans attendre quiconque. Recharger un semi-remorque standard de 26 tonnes demande environ 1 heure, un temps considérablement plus court que celui nécessaire pour le remplir directement avec une déchiqueteuse de taille moyenne. Malheureusement, les tas prennent beaucoup de place, ce qui peut être rédhibitoire sur une aire d’arrivée de câble. On peut réduire l’espace nécessaire pour les tas en les élevant à l’aide d’un petit bulldozer. On procède en construisant une rampe en haut de la pile et en poussant les plaquettes jusqu’au sommet, stockant ainsi de très grandes quantités de plaquettes sur de relativement petites surfaces. L’usage de containers pourrait offrir le même avantage que la mise en tas, c’est-à-dire la limitation des temps d’attente. Cependant, cette solution n’a pas la faveur des exploitants italiens, qui n’apprécient pas le poids mort supplémentaire et le coût de ce système. Par ailleurs, il peut être difficile de manipuler des containers sur des chantiers étroits. ᔤ
POUR EN SAVOIR PLUS CONTACTEZ L'AUTEUR À : Raffaele Spinelli - CNR IRL Via Barazzuoli 23 50136 Firenze - Italie Tel. : +39 055 661886 Fax : +39 055 670624 spinelli@irl.fi.cnr.it
COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES
Démonstration d’abattage et de préparation du bois-énergie en Lorraine Timo Määttä, Contim Oy Finlande et France
Une coopération franco-finnoise a comparé les techniques de déchiquetage des deux pays. Cette expérience a servi à identifier les facteurs de coûts dans l’optique d’une optimisation de la production de plaquettes forestières à partir des arbres arrachés par les tempêtes de décembre 1999.
Ce projet de démonstration a commencé en juillet 2000 par une étude de faisabilité s’intéressant pratiquement aux facteurs de coût et à l'efficacité de l’approvisionnement en b o i s- é n e rg i e à p a r ti r de s si te s endommagés par la tempête de décembre 1999 en France. À la suite des dommages causés à la forêt par la tempête, l'utilisation du bois comme combustible pour la production d'énergie est considérée comme l'option la plus raisonnable. En effet, après six mois passés dans la forêt, le bois n'a aucune valeur commerciale pour des utilisations telles que le bois scié. En outre, le reboisement est meilleur marché quand les arbres tombés ont été déplacés hors de la forêt. Dans la plupart des cas, dans la zone touchée par la tempête, le bois doit être enlevé avant la plantation ou avant que le reboisement naturel soit possible. Au sein du projet, une chaîne de production de combustible bois a été arrangée en combinant les technologies finlandaises de déchiquetage et françaises de transport pour une démonstration d’organisation de l’approvisionnement de la forêt à l'usine. Par conséquent, une unité de déchiquetage a été transférée de Finlande pour réaliser une chaîne de production efficace de bois-énergie. Les facteurs économiques de coût pour cet approvisionnement en boisénergie ont été étudiés pour évaluer le prix des plaquettes forestières produites afin d'étudier la compétitivité et l'efficacité de l'approvisionnement en bois-énergie dans la région de la Lorraine pour des futures opérations commerciales.
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ADEME - R. BOURGUET
OBJECTIFS DU PROJET
Une forêt dévastée après la tempête de décembre 1999 en France.
COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES
EXPÉRIENCES Les principaux éléments de coûts étaient liés aux opérations de déchiquetage en bord de route et le transport sur longue distance. Par rapport aux analyses finlandaises, les opérations de déchiquetage étaient performantes tandis que le débardage en forêt et les opérations sur longue distance excédaient les coûts causés normalement en Finlande (voir tableau 1). Le taux d’humidité des plaquettes était de 45 %. Leur taille était d’environ 20 mm. Le bois pour le déchiquetage a également été relativement bien réparti entre les rémanents et l'arbre entier. La déchiqueteuse “Giant” détenue par LHM Hakkuri utilise la méthode de déchiquetage à tambour. La déchiqueteuse utilisée est efficace, avec un taux de 85 à 90 m3 par heure. La fréquence de déplacement de la déchiqueteuse est relativement faible, la d i s t a n ce d e tr ans f e rt é ta n t de quelques mètres à quelques kilomètres par jour. L'entretien des machines, entre autres, comblait le temps d’attente de la remorque ou des camions.
Tableau 1: Comparaison entre les coûts de la chaîne d’approvisionnement de plaquettes forestières en Lorraine (France) avec les coûts moyens en Finlande (en Euros).
Phase de travail Acquisition / Achat des droits d’abattage Exploitation (abattage et coupe) Stockage du bois-énergie Transport en forêt, 200 m Déchiquetage en bord de route Prix cumulés selon les tarifs en bord de route Transport longue distance des plaquettes forestières, < 50 km Organisation du transport / livraison des plaquettes Coûts totaux Coûts totaux avec une approche intégrée
Coût en Euros / m3 en vrac en Lorraine
Coût en Euros / m3 en vrac en Finlande 1
0
0,5
1,83 Inclus dans les opérations d’exploitation 1,83
0
2,13
1,68 – 2,69
5,79
3,18 – 5,04
2,29
2,19
Pas de données
0,5
8,08
5,87-7,73
6,25
5,87-7,73
0 – 0,5 1 – 1,35
1 Coûts basés sur les méthodes d’approvisionnement du bois-énergie produit à partir des rémanents forestiers et utilisant le déchiquetage en bord de route.
Chaque camion avait une capacité de charge entre 25 et 30 tonnes et la charge moyenne des plaquettes était de 27.5 tonnes, ce qui équivaut à une charge moyenne de 87,1 m 3 par camion. Le temps nécessaire pour remplir un camion allait de 35 minutes à 1 h 40 en fonction principalement du type de bois et du fait que le déchiquetage concernait soit de rémanents de bois ou des arbres entiers. Les opérations de transport étaient facilitées par le bon état des routes. La distance de transport vers la ville de Golbey près d'Epinal s'étendait entre 50 et 60 km. Plusieurs démonstrations pour des groupes intéressés ont été organisées. Différents groupes ont assisté à ces démonstrations, venant par exemple des Pays-Bas, d’Allemagne, de Finlande, et bien sûr de France. Les présentations ont été organisées par l’ONF.
SUITE DU PROJET Cette expérience a bien montré les p ossi bi li té s de l a t e c hn o l o g ie moderne de déchiquetage du bois en France. Avec plus de lieux d’utilisation des plaquettes, les distances de transport seraient plus courtes, réduisant les coûts du bois-énergie. En Lorraine, le projet de démonstration a
contribué à promouvoir l'utilisation du bois-énergie comme combustible. Ces expériences devraient permettre des opportunités intéressantes pour l’organisation du déchiquetage à long terme dans des régions françaises plus importantes, ce qui permettrait au bois-énergie de pénétrer le marché local. Si les effets sur l’environnement et l’emploi sont pris en considération, le prix des plaquettes forestières devient plus compétitif que celui des énergies fossiles. Le projet a permis de faire le jour sur la plupart des obstacles pratiques, les prix et les barrières du déchiquetage.
Déchiquetage en bord de route des grumes de pin avec leurs branches.
LHM HAKKURI OY, TOMMI LAHTI
Les participants finlandais étaient Jyväskylä Science Park, LHM Hakkuri Ltd (fabricant de déchiqueteuse) et Kotimaiset Energiat Ltd (entrepreneur en déchiquetage). Ils ont assuré ensemble la mise à disposition et le transport d'une déchiqueteuse « Giant » et du personnel en Lorraine pour la durée du projet. Les participants finlandais ont également contracté un chef de projet, M. Timo Määttä de Contim Ltd, pour régler les détails pratiques et assurer le contact avec les participants français. Le partenaire français était l’Office National des Forêts (ONF) en tant que client pour les opérations de déchiquetage et l’organisation de l'approvisionnement jusqu’aux équipem en t s lo caux de p roducti on d'énergie, qui conviennent à l'utilisation des plaquettes forestières comme source d'énergie. L’ONF est intervenu en tant que fournisseur de plaquettes forestières faisant des contrats avec l'acheteur des plaquettes et des sociétés d’abattage ou de déchiquetage. En outre, l’ONF en coopération avec la compagnie Norske Skog, fournissait le transport depuis les stockages en bord de route à l'usine par deux compagnies de transport contractées par l’ONF.
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COMBUSTIBLES PLAQUETTES FORESTIÈRES
LHM HAKKURI OY, TOMMI LAHTI
Déchiqueteuse à tambours " Giant " sur un camion " Sisu ", déchiquetant du bois de pin.
La maintenance de la déchiqueteuse doit être améliorée dans le cas d’une utilisation de longue durée. De plus, les camions pourraient être mieux adaptés au chargement des plaquettes. Les camions n’ont pas été faits pour transporter les plaquettes forestières, ils avaient des capacités en volume inférieures à ceux des
équipements spéciaux utilisés en Finlande. La rentabilité de l’approvisionnement en bois-énergie en Lorraine peut être améliorée en réalisant des opérations de déchiquetage en continu (sans temps d’attente) et donc plus efficace, et en sélectionnant le matériel approprié pour les longues distances de transport. ᔤ
POUR PLUS D’INFORMATIONS : Tommi Lahti LHM Hakkuri Oy Tel : +358 400 656 045 Fax : +358 14 216 128 tommi.lahti@lhmhakkuri.com
LHM HAKKURI OY, TOMMI LAHTI
Les bois à déchiqueter étaient principalement des grumes de pin coupé, de 5 m de long avec leurs branches.
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