UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

MENTION : INGENIERIE MINIERE PARCOURS : Géo-Energie

Mémoire de fin d’étude pour l’obtention de diplôme : Grade : Master II Titre « Ingénieur »

EVALUATION DE LA POTENTIALITE ET OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE : CAS DES ATELIERS DE FONDERIE DE LA COMMUNE URBAINE D’

Présenté par : NIRINARIVELO-NASOLONIAINA Jean Freddy

Date de Soutenance : 04 Novembre 2019

Promotion 2018

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

MENTION : INGENIERIE MINIERE PARCOURS : Géo-Energie

Mémoire de fin d’étude pour l’obtention de diplôme : Grade : Master II Titre « Ingénieur »

EVALUATION DE LA POTENTIALITE ET OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE : CAS DES ATELIERS DE FONDERIE DE LA COMMUNE URBAINE D’AMBATOLAMPY

Présenté par : NIRINARIVELO-NASOLONIAINA Jean Freddy

Date de Soutenance : 04 Novembre 2019 Devant le jury composé de :

Président de jury : Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, Maître de conférences

Rapporteurs : Monsieur RAVONINJATOVO Achille Olivier, Professeur Monsieur RASOANAIVO Jean Luc, Maître de recherches

Examinateurs : Monsieur RANAIVOSON Léon Félix, Maître de conférences

Madame RAKOTOVAO Soatsitohaina, enseignant chercheur

Promotion 2018

TENY FISAORANA

Ny dera sy haja ary voninahitra dia ho an’Andriamanitra irery ihany. Saotra no atolotra azy noho ny fitantanany sy ny fanambinany nanomezany fahasalamana nahafahana nanatontosa izao asa fikarohana izao.

Isaorana manokana ihany koa ireto olona voalaza manaraka ireto:

 Andriamatoa RAKOTOSAONA Rijalalaina, Profesora ary Talen’ny Sekoly Ambony Politeknika eto Antananarivo ankehitriny ;

 Andriamatoa RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, mpampianatra mpikaroka ary tompon’andraikitra voalohany ao amin’ny sampam-pampianarana momban’ny harena ankibon’ny tany eo anivon’ny Sekoly Ambony Politeknika eto Antananarivo, izay nitarika ka nahatontosana izao dingana lehibe izao;

 Andriamatoa RAVONINJATOVO Achille Olivier, profesora, Talen’ny fikarohana ao amin’ny Departementa Energetika eo anivon’ny CNRIT, izay nanampy amin’ny fitsa- rana sy nanaiky hanitsy ny diso rehetra. ;

 Andriamatoa RASOANAIVO Jean Luc, dokotera mpikaroka ao amin’ny Departemanta Energetika eo anivon’ny CNRIT izay nanome ahy torohevitra ary nanampy betsaka nandritra ny fotoana niasana tao sy ny nanoratana ny boky.

 Andriamatoa RANAIVOSON Léon Félix sy Ramatoa RAKOTOVAO Soatsitohaina izay mpampianatra mpikaroka nanaiky nampianatra sy nampita fahaizana ary nanaiky ho isan’ireo mpitsara Manolotra ihany koa ny fisaorana an’ireo miasa rehetra ao amin’ny Departemanta Energetika CNRIT tamin’ny fandraisana ahy.

Mankasitraka ny fianakaviana, indrindra ireo Ray aman-dreny, namatsy ara-bola ary nanohana ara-panahy sy ara-moraly, sy ny maro izay tsy voatanisa izay nandray anjara tamin’ny fahavitako ny asa fikarohana hatramin’ny farany na ny akaiky na ny lavitra.

Andriamanitra manakarem-pahasoavana hamaly fitia anareo.

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SOMMAIRE

TENY FISAORANA LISTE DES ABREVIATIONS LISTE DES ACRONYMES LISTE DES FIGURES LISTE DES PHOTOS LISTE DES TABLEAUX INTRODUCTION

DONNEES ET ETUDES DE BASE

MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE

MATERIELS

METHODES

RESULTATS DE TRAVAUX DE LABORATOIRE

DISCUSSION ET SUGGESTION

CONCLUSION

RÉFÉRENCES

ANNEXES

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LISTE DES ABREVIATIONS

ADER : Agence de Développement de l’Electrification Rurale AIE : Agence Internationale de l’Energie BAD : Banque Africaine de Développement BT : Basse tension CNRIT : Centre National de Recherches Industrielle et Technologique

CO2 : Gaz carbonique COI : Commission de l’Océan indien EnR : Energie(s) renouvelable(s) EPIC : Etablissement public industriel et commercial ESPA : Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananrivo EUEI-PDF : Energy Initiative Partnership Dialogue Facility FNE : Fonds National de l’Electricité GIZ : Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit GPL : Gaz de pétrole liquéfié HT : Haute tension INSTAT : Institut National de la Statistique JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy LI : Lampe Incandescent MEEF : Ministère en charge de l’Environnement, de l’Ecologie et des Forêts MEEH : Ministère de l’Eau, de l’Energie et des Hydrocarbures MPPT : Maximum Power Point Tracker MT : Moyenne tension NBM : Nouvelle Brasserie de NPE : Nouvelle Politique de l’Energie OMH : Office Malgache des Hydrocarbures ONE : Office Malgache de l’Environnement ORE : Office de Régulation de l’Electricité PCI : Pouvoir calorifique inférieur PIB : Produit Intérieur Brut PND : Plan National de Développement PNE : Plan National d’Electrification PTF : Partenaires Techniques et Financiers PV : Photovoltaïque RI : Réseau interconnecté RIA : Réseau Interconnecté d’Antananarivo RN : Route Nationale TAC : Turbine à Combustion WAVES : Wealth Accounting and Evaluation of Ecosystem Services WWF : World Wildlife Fund

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LISTE DES ACRONYMES

% : Pourcentage °C : Dégrée Celsius Ar : Ariary GWh : Giga wattheure Ha : Hectare Kg : kilogramme Km : kilomètre KVa : Kilo volt ampère kV : Kilovolt (1.000 Volts) kWh : Kilowattheure m 3/s : Mètre cube par seconde m/s : Mètre par seconde mm/an : Millimètre par an Mds : Milliards MTep : Méga Tonne équivalent pétrole MW : Mégawatt (1.000 kW) TJ : TéraJoule (106 J) TJ/an : TéraJoule par an USD : United States Dollar W/m2 : Watt par mètre carré W : Watt

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LISTE DES FIGURES

Figure 1: Evolution de la production d’énergie primaire par type de source d'énergie ...... 6 Figure 2:Contribution des différentes sources dans la fourniture d’Energie ...... 8 Figure 3: la carte administrative des communes dans le district d’Ambatolampy ...... 13 Figure 4: Diagramme de la consommation moyenne par secteur des produits pétroliers ...... 22 Figure 5: Proportion de l’utilisation du Bois Energie en milieu urbain et rural ...... 25 Figure 6: Schéma de la chaîne d’approvisionnement en charbon de la ville d’Ambatolampy 33 Figure 7: Deux différentes modes de tirages ...... 46 Figure 8: Effet photovoltaïque ...... 49 Figure 9: Constitution d'un générateur photovoltaïque ...... 50 Figure 10: onduleur à MPPT ...... 52 Figure 11: Schéma de principe d'une installation photovoltaïque raccordée au réseau...... 52 Figure 12: Principe de fonctionnement d’une centrale hydraulique ...... 55 Figure 13: Centrale de moyenne et haute chute ...... 56 Figure 14: Dessin en 3D du prototype ...... 62 Figure 15: Schéma de la coupe du foyer ...... 62 Figure 16: Vue en plan du foyer ...... 62 Figure 17: Courbe d'évolution de l’épaisseur de l'isolant thermique pendant le séchage ...... 67 Figure 18: Graphe de simulation de la performance et de l'efficacité du prototype ...... 79 Figure 19: Organigramme du CNRIT ...... IV Figure 20: Carte de potentiel hydroélectrique à Madagascar ...... XI Figure 21: Carte d'irradiation globale de Madagascar ...... XII

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LISTE DES PHOTOS

Photo 1: Station-service Shell d’Ambodiriana - Ambatolampy ...... 21 Photo 2: Deux grands catégories de bois énergies : Charbon de bois et bois de chauffe ...... 23 Photo 3: Charbon de bois empilés en sacs d'une grossiste à Ankodondona I ...... 27 Photo 4: Charbon de bois en boite des vendeurs en détails ...... 28 Photo 5: Fonderie des aluminiums par des fourneaux traditionnels en hauteur ...... 29 Photo 6: Traitement des aluminiums par des fours allongés ...... 30 Photo 7: Système de moulage des artisans par des "tany haboka" ...... 31 Photo 8: Des ustensiles : produit fini des fonderies d'aluminiums à Ambatolampy ...... 32 Photo 9: Argile cuite broyé ...... 36 Photo 10: CALORITE ...... 36 Photo 11: Ciment fondu ...... 36 Photo 12: Chaux ...... 36 Photo 13: Sable fine ...... 36 Photo 14: Latérite ...... 36 Photo 15: Eau ...... 36 Photo 16: Mètre à ruban ...... 37 Photo 17: Truelle à mortier ...... 37 Photo 18: Balance et débris d'alu ...... 38 Photo 19: Souffleur ...... 38 Photo 20: Thermocouple ...... 38 Photo 21: ThermoFlow ...... 38 Photo 22: Thermo anémomètre ...... 38 Photo 23: Creuset ...... 38 Photo 24: Charbon du bois ...... 38 Photo 25: Gant de protection ...... 38 Photo 26: Carbonisation de bois avec une meule traditionnelle à Tsinjoarivo ...... 42 Photo 27: Champ photovoltaïques de la centrale solaire à Ihazolava ...... 48 Photo 28: Le mini-barrage hydroélectrique à -Ambatolampy ...... 54 Photo 29: Découpage de la barrique ...... 64 Photo 30: Paroi externe et différente moule ...... 64 Photo 31: Assemblage et ajustage des moules ...... 65 Photo 32: Mélange des ingrédients de l'isolant thermique ...... 65 Photo 33: Le foyer du prototype après coulage de l’isolant thermique ...... 66 Photo 34: Construction du couvercle ...... 66 Photo 35: Revêtement en ciment réfractaire ...... 67 Photo 36: Mesure de la vitesse d'air du souffleur ...... 68 Photo 37: Assemblage du prototype et souffleur ...... 68 Photo 38: Foyer à haute température du prototype pendant le test ...... 69 Photo 39: Mesure de la température à l'aide du thermocouple ...... 70 Photo 40: Vue de CNRIT ...... III

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Production mondiale d’énergie commercialisée en 2017 ...... 4 Tableau 2: Réserves d’énergies primaires fossiles (base 2015) ...... 7 Tableau 3: Répartition des communes dans le district d’Ambatolampy ...... 14 Tableau 4: Répartition spatiale de la population ...... 14 Tableau 5: Nombre des populations active ...... 15 Tableau 6: Récapitulatif de la situation de l’artisanat ...... 17 Tableau 7: Ressources forestières dans le district d'Ambatolampy ...... 25 Tableau 8 : Différentes pourcentages des trois produits de la pyrolyse ...... 43 Tableau 9: Composition et rendement du charbon selon la température ...... 45 Tableau 10: Trois principales technologies de capteurs ...... 51 Tableau 11: Caractéristiques du site hydroélectrique de Tsinjoarivo ...... 55 Tableau 12: Différents caractéristiques des types de turbines ...... 58 Tableau 13: Essai de détermination des composants de meilleure qualité d'isolant thermique du prototype ...... 63 Tableau 14 : Consommation de charbon de bois dans les ménages ...... 72 Tableau 15: Consommation de charbon de bois dans les fonderies ...... 74 Tableau 16: Vitesse et section du souffleur ...... 75 Tableau 17: Résultat d'essai de fusion n°1 : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU ...... 76 Tableau 18: Résultat d'essai de fusion n°2 : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU ...... 76 Tableau 19: Résultat d'essai de fusion n°3 : ESSAI DE FUSION EN CONTINU ...... 77 Tableau 20: Résultat d'essai de fusion n°4 : ESSAI DE FUSION EN CONTINU ...... 77 Tableau 21: Résultat d'essai de fusion n°5 : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU ...... 78 Tableau 22: Résultat d'essai de fusion n°6 : ESSAI DE FUSION EN CONTINU ...... 78 Tableau 23: Critères d’analyse des fonderies améliorés et traditionnelles ...... 80 Tableau 24: Cout de fabrication de la fonderie amélioré ...... 82

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Mémoire de fin d’étude GEO-ENERGIE

INTRODUCTION

L’énergie est le moteur de tout développement socio-économique d’un pays ou d’une région. Pour les spécialistes du développement, la consommation énergétique constitue un indicateur du niveau de développement du dynamisme de l’économie d’un pays. Il est essentiel et indispensable d’analyser et d’évaluer clairement les diagnostics de cette énergie afin d’assurer la mise à disposition de ressources énergétiques en quantité suffisante, correspondant aux besoins de ses utilisateurs en termes de qualité, d’efficacité et de sécurité, et qui leur sont accessibles physiquement et économiquement.

Dans le district d’Ambatolampy, les usages abusifs du bois énergie et des énergies fossiles en tant que principales sources d’énergies, sont les causes les plus violentes de la détérioration de l’environnement et du déséquilibre de la vie socio-économique de la population.

L’absence de bonne visibilité du cadre réglementaire et le manque de connaissances sur ces ressources potentielles ont ralenti le développement du certain secteur dans ce district. Pour apaiser voire réduire ces effets néfastes de la consommation démesurée de ces sources d’énergie, l’adoption d’autre technologie qui permettra d’améliorer ses modes d’utilisations dans le secteur utilisateur comme dans le cas des fonderies d’aluminium étant l’une des solutions.

Afin de permettre au secteur de l’énergie d’intégrer pleinement le concept de durabilité dans la production et la satisfaction des besoins énergétiques, nous avons initié ce mémoire intitulé : « Evaluation de la potentialité et optimisation de la consommation énergétique : cas des ateliers de fonderie de la commune urbaine d’Ambatolampy ».

Pour assurer la pérennisation des activités de ces artisans, c’est-à-dire l’amélioration de leur source d’énergie et la qualité du produit fini tout en préservant l’environnement, plusieurs questions se posent entre autres :

- Le district d’Ambatolampy dispose-t-il de ressources énergétiques garantissant non seulement la durabilité du métier de fonderie locale mais aussi des autres activités de développement du district ?

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- les ateliers de fonderie de la Commune Urbaine sont les grands consommateurs d’énergie de la ville et quelle est la consommation énergétique moyenne quotidienne de ces ateliers ? - Réduire la consommation énergétique quotidienne de chaque atelier est-elle possible pour obtenir la même quantité de produit fini ? - Quelle est la technologie appropriée pour arriver à cette fin ? - Concevoir un prototype de fonderie artisanale économe est-il faisable techniquement ? - Quels sont les différents avantages apportés par l’adoption de ce prototype sur l’activité des artisans et la zone d’étude ? Le présent travail de recherches essaie d’apporter un éclaircissement sur les différentes questions posées à travers les trois parties de ce document :

- La première partie présente l’état de connaissance sur l’énergie dans l’échelle mondiale, nationale ainsi que la présentation de notre zone d’étude ; - La seconde partie informe les matériels utilisés, les méthodes adoptées pour la concrétisation de ce travail de recherche ; - La troisième partie récapitule les différents résultats issus des enquêtes sur terrain et travail dans le laboratoire abordée de discussion avec des suggestions.

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DONNEES ET ETUDES DE BASE

La présente partie nous rappelle des connaissances générales sur le sujet choisi. Cette première partie nous permettra d’élargir notre compréhension sur les données et études de base concernant le secteur énergie. Elle présente aussi la monographie du district d’Ambatolampy qui est la zone d’étude de notre travail de recherches. De plus, ce premier chapitre consiste aussi à exposer notre compréhension globale sur la situation de l’énergie à l’échelle mondiale et de faire une revue globale du secteur énergétique à Madagascar. SITUATION ENERGETIQUE MONDIALE [1] [26] I.1.1. Production mondiale d’énergie primaire Les différentes sources d’informations statistiques présentent de légères différences dont certaines peuvent s’expliquer et d’autres témoignent de la difficulté de l’exercice. La production énergétique mondiale (énergie primaire) s'élevait selon l'Agence internationale de l'énergie à 13,76 milliards de tep en 2016 contre 6,1 Mds tep en 1973. Les énergies fossiles représentaient 81,1 % de cette production (charbon : 27,1 %, pétrole : 31,9 %, gaz naturel : 22,1 %) ; le reste de la production d'énergie provenait du nucléaire (4,9 %) et des énergies renouvelables (14,0 %, dont 9,8 % de la biomasse et 2,5 % de l'hydraulique): bois énergie, énergie hydraulique, éolien, solaire, agro carburants.

En recherchant les ordres de grandeur, plutôt que la précision arithmétique, la situation dans les premières années du 21ème siècle peut se résumer par le tableau ci-dessous.

Tableau 1: Production mondiale d’énergie commercialisée en 2017

SOURCE PRIMAIRE Mtep % Pétrole 4 387 32,5 Charbon 3 767 27,9 Gaz Naturel 3 165 23,4 Nucléaire 596 4,4 Hydraulique 919 6,8 Renouvelables + déchets 677 5 TOTAL 13 511 100 Source : extrait des statistiques de BP Cette statistique comprend les énergies renouvelables utilisées pour la production d'électricité, mais pas celles utilisées directement pour des usages thermiques (bois, biocarburants, pompe à chaleur géothermique, chauffe-eau solaire...) ni celles qui sont auto-consommées.

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Pour la consommation, les combustibles fossiles totalisent 83,8 % du total et les énergies renouvelables 11,0 %. Si les énergies renouvelables thermiques étaient prises en compte, la part des renouvelables serait beaucoup plus importante. Ainsi, dans les statistiques mondiales de l'AIE, la catégorie « Biomasse et déchets » représente 9,8 % de l'énergie primaire consommée en 2016 et on peut en déduire qu'au total, les énergies renouvelables couvrent environ 20 % des besoins mondiaux en énergie. On constate, par ailleurs, que 86,8% de la production mondiale d’énergie primaire a été basée sur des ressources non renouvelables, sans changement par rapport à 2010. Cette production d'énergie primaire a conduit, en 2016, à une consommation totale d'énergie dans le monde de 9 555 MTep. Au niveau mondial, les énergies renouvelables représentent dorénavant en 2017, 19,3 % de la consommation finale d'électricité contre 78,4 % pour les combustibles fossiles et seulement 2,3 % pour le nucléaire. On constate des écarts énormes entre les différentes zones économiques de la planète : environ 1,6 milliards d’habitants n’ont aujourd’hui pratiquement pas accès à l’énergie.

I.1.2. Evolution de la demande énergétique mondiale Sous l’effet de : - l’accroissement de la population mondiale (9 à 10 milliards d’habitants à l’horizon 2050), - des efforts des pays en voie de développement pour combler leur décalage économique (croissance de 8 à 10% en Chine et en Inde), - du maintien d’une légère croissance de la demande énergétique dans les pays développés, la demande d’énergie primaire poursuit sa croissance.

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La figure ci-après précise l’évolution prévisible de cette demande, par source d'énergie, d'ici 2040

Figure 1: Evolution de la production d’énergie primaire par type de source d'énergie Source: Key World Energy Statistics, IEA – 2017 Les experts tablent sur une croissance moyenne de l’ordre de 1,7% par an pour les prochaines décennies ce qui conduit à prévoir le doublement de la production mondiale soit 20 milliards de tep dans les années 2040 – 2050.

Dans le cadre des négociations internationales sur le climat, tous les pays se sont engagés à maintenir la hausse des températures en deçà de 2 °C par rapport à l'ère préindustrielle. Pour aboutir à ce résultat, il faut globalement s'abstenir d'extraire un tiers des réserves de pétrole, la moitié des réserves de gaz et plus de 80 % du charbon disponibles dans le sous-sol mondial, d'ici à 2050. Selon l'AIE, les engagements individuels des pays à la COP21 sont largement insuffisants : ils ne feraient que ralentir la progression des émissions de CO2 et mèneraient à une hausse des températures de +2,7 °C en 2100.

I.1.3. Réserves des combustibles fossiles Pétrole, charbon et gaz naturel sont des ressources d'énergie dites fossiles. Les stocks ont été constitués à l'ère primaire (il y a 250 millions d'années). Pendant des dizaines de millions d'années, le rayonnement solaire a permis le développement des plantes et de la biomasse en général. Lorsqu'une petite partie de cette biomasse (moins de 1%) s'est trouvée enfouie, elle a pu évoluer jusqu'à former du pétrole, du gaz et du charbon. Le transfert d'énergie à partir de ces ressources nécessite de les brûler : cette combustion est à l'origine de l'augmentation des gaz à

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effet de serre (CO2 en particulier) dans l'atmosphère. Ces ressources assurent actuellement environ les trois quarts de nos usages d'énergie à l'échelle mondiale. En deux siècles, nous avons presque totalement utilisé un réservoir qui a mis environ 200 millions d'années à se former. Le simple calcul du ratio R/P (réserves prouvées / consommation constatée) conduit à un chiffre qui caractérise la durée de vie des réserves. Il ne faut pas donner à ce chiffre - exprimé en années – une signification absolue car les deux termes du ratio comportent des incertitudes : 1 / d’une part, les progrès dans la recherche et l’exploitation des gisements ont tendance à augmenter le taux de récupération et donc, par là même, le volume des réserves prouvées et la « durée » de ces réserves, 2 / d’autre part, la croissance de la demande dans les prochaines décennies conduit au doublement de la consommation annuelle, ce qui a évidemment l’effet inverse sur la « durée » des réserves. Le tableau ci-après résume la situation en ce qui concerne le pétrole, le gaz naturel et les minéraux solides (charbon, bitumineux et lignite).

Tableau 2: Réserves d’énergies primaires fossiles (base 2015)

Réserves mondiales R/P (au rythme actuel de prouvées la consommation) (années) Pétrole (GTep) 239,4 50,7 Gaz naturel (trillions m3) 186,9 52,8 Minéraux solides (milliards tonnes) 892 114 Source : Mémento sur l’énergie – CEA 2016 Ces chiffres peuvent paraitre préoccupants d'un point de vue géopolitique, puisque les 2/3 des réserves de pétrole sont situées au Moyen Orient dont 80% dans les Pays de l’OPEP. Néanmoins, les découvertes et les exploitations récentes de gaz de schistes, mieux répartis sur la surface du globe, semblent pouvoir modifier ces conclusions ainsi que la géopolitique associée, en augmentant significativement le R/P du gaz naturel.

SECTEUR DE L’ENERGIE A MADAGASCAR : VUE D’ENSEMBLE [12] [14] I.2.1. Mix énergétique : largement dominé par la biomasse En état actuel, la consommation énergétique moyenne par habitant à Madagascar s’élevant à 0,315 [Tep/an] (Tonne équivalent pétrole) qui est parmi les plus faibles au monde. Dans d’autre pays comme la Mozambique, elle est à 0,405 [Tep], de 2,655 [Tep] en Afrique du sud et de 3,80 [Tep] en France.

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Le marché énergétique de Madagascar est dominé par la consommation domestique :

- Le bois énergie satisfait les besoins en énergie de cuisson, estimés à 140 000[TJ/an] - Le pétrole lampant et l’électricité répondent à l’éclairage, d’environ 8 000[TJ/an] La faible consommation d’énergie du secteur productif reflète le dynamisme actuellement relativement faible de l’économie MIX ENERGETIQUE À malgache. MADAGASCAR L’offre énergétique à Madagascar 8% 2% est composée à plus de 90% par le Bois bois, tandis que les produits pétroliers Produits pétroliers et les énergies renouvelables ne représentent respectivement que 8% Energies 90% Renouvelables et 2% afin de satisfaire la demande en carburants et la production d’électricité. Figure 2:Contribution des différentes sources dans la fourniture d’Energie  La biomasse dont en majorité le bois-énergie (bois de chauffe et charbon du bois) utilisé avec des foyers traditionnels inefficaces et nocifs pour la santé couvre les besoins énergétiques pour la cuisson. Le volume potentiel exploitable issu des forêts naturelles est estimé à environ 8,12 millions m3 par an. A ceci, s’ajoute la production au niveau de 150.397 ha des reboisements à vocation énergétique, estimée à 1,05 millions m3. Au total, la production durable des forêts et des reboisements énergétiques est évaluée à 9,169 millions de m3 par an. La consommation excessive et inefficace, couplée avec une production insuffisante du bois et une carbonisation à faible rendement, contribuent à la dégradation des écosystèmes forestiers. Le bois est en grande partie collecté à titre gratuit. Selon une étude de l’offre et de la demande en bois, seulement 10% du volume de la consommation nationale rentrerait dans la transaction marchande.  Les produits pétroliers consommés sont entièrement importés. Le pays importe la totalité des sept produits pétroliers dont il a besoin : gaz, essence super 95 (sans plomb), gasoil, pétrole lampant, essence aviation, fuel jet, et fuel oïl. Le gasoil, produit pétrolier le plus utilisé par le secteur économique, en représente plus de la moitié (54%). Le pétrole lampant est utilisé par environ 80% de ménage. 70% du marché est localisé autour de la capitale d’Antananarivo et Tamatave. Les transports (privés, de marchandises, terrestres, maritimes et aériens) et la production d’électricité représentent 65% du marché.

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 L’utilisation des EnR reste encore marginale à Madagascar. Le pays compte pourtant un potentiel hydraulique de l’ordre de 7800 MW, dont seulement 2% est aujourd’hui exploité. Par ailleurs, le pays bénéfice de près de 2.800 d’heures d’ensoleillement annuel, avec un rayonnement supérieur à 5500 W/m² dans certaines zones comme la région Sud-Ouest. Dans les extrémités nord et sud du pays, la vitesse moyenne annuelle du vent est de 6 à 9 m/s, en faisant des sites à fort potentiel éolien.

I.2.2. Développement du secteur électrique : principal enjeu énergétique du pays Le développement de l’accès à l’électricité constitue le défi énergétique principal du pays et conditionne son développement socioéconomique. Parmi le plus faible au monde, seulement 15% de la population à Madagascar aurait accès à l’électricité, dont 5% en milieu rural où vit pourtant 67% de la population. C’est largement en dessous de la moyenne des pays de l’Afrique Sub-Saharienne (37.5% en 2014) et en plus la production d’électricité s’appuie de plus en plus sur le thermique. Ces situations emportent l’étranglement du développement d’activités créatrices d’emploi et pénalisent aussi l’accès de tous aux services sociaux de base.

Ce secteur reste dominé par la JIRAMA, dont les pertes s’élèvent à 35% et la qualité de service n’est pas conforme aux standards souhaités ; et il est sujet à des tarifs insuffisants à recouvrir les coûts opérationnels, et encore moins à investir dans la maintenance ou l’expansion.

I.2.3. La Nouvelle Politique de l’Energie

La NPE 2015-2030, qui s’inscrit dans la mise en œuvre du Plan National de Développement (PND) 2015-2019, a été élaborée en 2015 avec l’assistance de l’Union Européenne à travers le programme EUEI-PDF. Elle ambitionne de « répondre aux défis d’urgence économique, sociale et environnementale du pays » et dans sa vision « recommande une combinaison d’approche technologique et de méthodes préservant et développant les ressources naturelles énergétiques du pays. Ce processus consiste à développer un mix énergétique associant les EnR (dont en particulier l’hydroélectricité), les hydrocarbures et autres ressources thermiques, en exploitant au mieux toutes les possibilités d’expansion et d’interconnexion de réseaux ainsi que de mini- réseaux sur la base des principes du moindre coût et de la neutralité technologique, pour atteindre les objectifs énergétiques définis. » Ces objectifs couvrent les trois sous-secteurs qui composent le secteur énergie, à savoir la biomasse, les hydrocarbures et l’électricité et concernent tous les domaines d’utilisation de l’énergie, aussi bien domestiques qu’industriels. Les objectifs de la NPE (2015 – 2030), sont les suivants :

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. Un taux d'accès à une source d'éclairage moderne (c’est-à-dire par une connexion électrique, un panneau solaire, ou une lampe solaire) de 70%, contre 15% aujourd’hui – cela implique une production d’électricité de 7 900 GWh en 2030 (en comptant la production individuelle), au moyen de 2 500 MW installés supplémentaires par rapport à 2015 ; avec comme hypothèses : - 70% des ménages connectés au réseau électrique ; - 20% des ménages connectés grâce à des mini-réseaux ; - 5% des ménages électrifiés grâce à des systèmes solaires domestiques, potentiellement partagés par plusieurs ménages ; et - 5% des ménages utilisant des lampes solaires pour l’éclairage. Pour le mix de production électrique sur le réseau interconnecté : - 75% de l’électricité produite à partir de l’hydraulique ; - 15% de l’électricité produite à partir d’une source thermique, provenant d’une ressource fossile locale (dans le scénario modélisé, le pétrole brut), avec une entrée en production d’une première centrale en 2020 ; - 5% de l’électricité produite à partir de centrales éoliennes ; et - 5% de l’électricité produite à partir de centrales solaires. Pour le mix de production électrique sur les mini réseaux : - 50% d’hydroélectricité ; - 20% de biogaz ; - 25% de diésel ; et - 5% de solaire. En total, 80% du mix énergétique, visé pour 2030, sera d’origine renouvelable.

. Un taux de pénétration des foyers de cuisson améliorés (c’est-à-dire les foyers améliorés au bois de chauffe ou au charbon de bois, au GPL, à éthanol, à briquettes, ou autres alternatives au charbon et au bois) de 71%, contre moins de 4% aujourd’hui, l’application de techniques de transformation performantes (100% du bois certifié d’origine durable est transformé par des meules de carbonisation avec un rendement supérieur à 20%) : - 70% des ménages utilisent foyers à bois et à charbon améliorés, - 0,8% des ménages utilisent des foyers à GPL ou à briquettes, et - 0,7% des ménages utilisent des foyers à éthanol.

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. Un Programme de reboisement de 35.000 ha à 40.000 ha par an à partir de 2018, contre moins de 9.000 ha par an aujourd’hui, pour sécuriser l’approvisionnement en bois-énergie, la protection des ressources forestières et les bassins versants afin de pérenniser les aménagements hydroélectriques ; et

. Un taux de pénétration d’équipements d'efficacité énergétique pour les utilisations thermiques commerciale et industrielle de 60% alors que ces équipements sont largement absents de Madagascar aujourd’hui. D’après les estimations, la mise en œuvre de la NPE jusqu’en 2030 nécessiterait 12 Mds USD pour l’électrification, 310 millions USD pour l’ensemble du programme bois-énergie et 1,2 Mds USD pour l’efficacité énergétique. Des fonds qui seront pour la majorité levés auprès des Partenaires techniques et financiers (PTF).

Pour atteindre ces objectifs, les projets de loi et ses textes d’application doivent être réalistes, cohérents et mis en œuvre. Pour conclure, la mise en œuvre de tout ce programme énergétique doit générer des impacts positifs à tous les secteurs socio-économiques et environnementaux, entre autres : développement de l’industrie, création d’emploi, amélioration des conditions de vie (santé, éducation, communication, …). C’est pour cette raison que nous devrons faire une étude approchée pour mieux connaitre la situation de l’énergie dans le district d’Ambatolampy.

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MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE

Le district d’Ambatolampy est connu, partout à Madagascar par ses aventures technologiques, visibles dans divers secteurs notamment la tradition locale de fonderie d'aluminium qui est l’une des secteurs d’utilisation d’énergie dans cette région. Mais il y a aussi la plus grande ferme solaire photovoltaïque. C’est en tout cas pour ces raisons que nous l’avons choisie comme zone d’étude et de recherche. PRESENTATION DE DISTRICT [21] II.1.1. Historique Le nom « Ambatolampy » vient du terme « Vatolampy » qui veut dire gros rocher, et, est situé du temps de la royauté à l’Est d’Ambodivona ou l’actuel Ambatolampy-bas. Il n’y avait pas visiblement de gros rocher, mais on peut noter l’existence d’une masse granitique qui tapisse le fond du lit de la petite rivière appelée « morona » du côté d’Ambodiriana.

L’histoire d’Ambatolampy est liée à l’existence de huit hommes ou les « VALOLAHY » soldats envoyés par Le Roi ANDRIANAMPOINIMERINA pour faire régner l’ordre et son autorité. Ces Valolahy sont considérés comme les ancêtres-fondateurs d’Ambatolampy.

Pendant la période coloniale, la ville se développe à l’Ouest, à son emplacement actuel, oubliant totalement Ambatolampy-bas son berceau. Et le gouvernement français a fait d’Ambatolampy une Province regroupant Andramasina, , et Ambatolampy.

II.1.2. Localisation géographique Le District d’Ambatolampy est situé dans le massif du haut plateau de la Grande Ile, et est desservi du Nord vers le Sud par la route nationale N° 7 (PK 32 au PK 89) et de l’Ouest vers l’Est par la RIP N° 72. Il fait partie de la Région actuellement s’il l’était dans la région Analamanga auparavant.

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II.1.3. Délimitation

Figure 3: la carte administrative des communes dans le district d’Ambatolampy Le district est délimité : Naturel : - à l’Ouest par le massif d’Ankaratra - à l’Est par la forêt de Betsimisaraka - au Sud par la rivière Onive - au Nord, par des frontières artificielles Administratif: - à l’Ouest par les Districts de Faratsiho et Arivonimamo - à l’Est par le District d’Anosibe An’ala et Marolambo - au Sud par le District d’Antanifotsy - au Nord par les Districts d’Andramasina et d’Antananarivo Atsimondrano On présente dans le tableau ci-dessous le nom de ces 19 communes, superficie, distances par rapport au chef-lieu du district et accessibilité :

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Tableau 3: Répartition des communes dans le district d’Ambatolampy

COMMUNES DISTANCES SUPERFICIE ACCESSIBILITE (en Km) (en Km2) (mois) AMBATOLAMPY VILLE 00 25 12 BEHENJY 24 122 12 12 98 12 08 112 12 SABOTSY-NAMATOANA 18 134 12 TSIAFAJAVONA 15 99 12 ANDRAVOLA-VOHIPENO 10 32 12 AMBOHIPIHAONANA 09 90 12 BELAMBO-FIRAISANA 15 108 12 MORARANO 07 60 12 12 75 12 AMBODIFARIHY 20 57 12 ANTANIMASAKA 20 25 12 28 102 12 48 96 10 ANTSAMPANDRANO 28 122 11 ANDRANOVELONA 45 168 8 TSINJOARIVO 48 108 11 ANDRIATSIVALANA 34 14 12 TOTAL : 19 367 1.638 Source : Régisseur du district Ambatolampy-Monographie-2018 MILIEU HUMAIN II.2.1. Population et démographie La totalité de la population d’Ambatolampy est issue de l’ethnie Merina. En 2018, le nombre de la population totale dans le district d’Ambatolampy s’élève à 344 127 habitants dans une superficie de 1 638 Km², ce qui donne une densité 210 habitants/Km2. Cette densité est culminante dans la ville d’Ambatolampy qui est à 1473 habitants/Km2 tandis que dans les communes rurales comme Andriambilany et Manjakatompo cette densité est de 81 à 93 habitants/Km2 c’est très faible par rapport à la moyenne.

Tableau 4: Répartition spatiale de la population

Superficie (km2) Population Densité (hab/km2) Taille moyenne de ménage 1 638 344 127 210 5,3 Source : Régisseur du district Ambatolampy-Monographie-2018

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Ce district est parmi les districts les plus peuplés à Madagascar. Cette situation s’explique par la potentialité des différentes activités attractives comme l’agricole, l’artisanat etc. existant dans cette région. Le taux de croissance de la population du district d’Ambatolampy est très élevé.

II.2.2. Population active La population active est constituée par les personnes en âge de travailler, en général entre 18 et 60 ans. Elle exprime le degré de dépendance de la population toute entière par rapport aux personnes qui travaillent. Le tableau ci-après montre le nombre respectif de population active le district d’Ambatolampy. Les personnes occupées sont celles parmi les personnes actives qui travaillent effectivement et en plein temps.

Tableau 5: Nombre des populations active

Localité Population active Totale % Homme Femme District Ambatolampy 54 894 58 581 113 475 32,97 Source : Régisseur du district Ambatolampy-Monographie-2018 MILIEU PHYSIQUE II.3.1. Relief Le principal relief est le massif d’Ankaratra du Sud au Nord et occupe la partie Ouest de la région. C’est la limite naturelle du District d’Ambatolampy qui la sépare des Districts d’Arivonimamo et de Faratsiho. Son point culminant est de 2 644 m d’altitude, c’est le pic de Tsiafajavona.

II.3.2. Climatologie Le climat dans le périmètre d’Ambatolampy est influencé par la présence de la chaîne de montagne d’Ankaratra et la forêt de Manjakatompo. C’est à cause de cela que ce District est doté d’un climat tropical d’altitude. - Saison fraîche : du mois de Mai au mois d’Octobre - Saison pluvieuse : du mois de Novembre au mois d’Avril. La pluviométrie est à 1200 mm/an. La température minimale est à 3°C en mois de Juin et de 26°C le mois de Décembre. II.3.3. Typologie du sol Le district est caractérisé par de sol généralement ferralitique et latéritique, rocailleux dans la partie Est et Nord qui est favorable à la formation de Lavaka. Mais au centre le sol est dominé par la formation volcanique de Tsiafajavona.

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II.3.4. Hydrographie Deux versants se font remarquer dans la région : - Bassin de Manjakatompo et Behenjy arrosé par la rivière d’Andromba qui verse ses eaux dans l’Ikopa - Bassin de Tsiafajavona, Antsampandrano et Tsinjoarivo traversé par la rivière de l’Onive versant ses eaux dans le Mangoro. Des rivières et ruisseaux traversent les communes du district et se jettent dans ces deux rives. ACTIVITES ECONOMIQUES Du point de vue économique, le district d’Ambatolampy présente une grande potentialité en matière agricole, artisanale, le transport, industriel et même le commerce qui sont les bases de l’économie dans cette zone.

II.4.1. L’agriculture L’agriculture est la première activité pour une grande partie de la population. La riziculture: le rendement à l’hectare est encore faible 2,60 t/ha car la production annuelle est de 53224 tonnes de riz sur une surface totale de 20448 ha. Cela est dû à l’incapacité à maîtriser l’eau (crue de la rivière), à l’insuffisance de la fumure, et au système de culture pratiqué lequel est surtout traditionnel. La production pratique la culture en ligne et le semis direct qui sont les seules améliorations introduites.

Les cultures de contre saison: comme les pommes de terre qui sont de 99240 tonnes sur 1730 ha de surface, maïs 14739 tonnes sur 4913 ha de surface, les tomates, haricots constituent aussi un apport de revenu non négligeable pour ceux qui en pratiquent. Elles sont considérées comme une pratique pouvant améliorer le rendement rizicole. Quant aux fruitiers : kaky, pomme, pêche, ananas, bibassiers, avocat et pruniers cette zone de la région de Vakinankaratra a une forte abondance mais ils sont répartis dans plusieurs parties de district.

II.4.2. L’élevage L’élevage est souvent combiné avec l’agriculture. Il sert d’épargne pour les besoins d’urgence et pour la production de fumier de ferme. Toutefois, on peut compter jusqu’à 6948 de têtes de bovidés et 14653 de porc d’après la monographie 2018 du district. L’élevage de poules pondeuses et de poulets de chair commence à avoir de l’ampleur mais seulement dans les communes d’Ambatolampy ville, Behenjy et Andriambilany. Les volailles comme les poulets gasy, les dindes, les oies et les canards sont presque trouvés dans toutes les communes.

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II.4.3. L’artisanat L’activité artisanale est menée parallèlement avec l’agriculture et l’élevage. Aussi, on peut trouver différentes sortes d’activités artisanales dans le district; prenons comme exemple : la fonderie d’aluminium, confection de cocottes pour le marché local, national et même international ; la confection de baby-foot et des menuiseries ou même des confections de vêtements prêts-à-porter destinés aux ventes en gros dans les grands marchés d’Antananarivo. Mais dans toutes ces activités, c’est l’artisanat en aluminium notamment la cocotte en aluminium qui occupe une place très importante dans la commune urbaine. En effet, c’est pour cette raison qu’on nomme Ambatolampy, le premier fabricant de cocotte ou même des ustensiles de cuisine dans la région du Vakinankaratra et dans tout Madagascar. Le tableau suivant récapitule la situation de l’artisanat par activité dans le District. Tableau 6: Récapitulatif de la situation de l’artisanat

Types d’activités Situation administrative Nombre total des Formelle Informelle Artisans Fonderie aluminium 03 38 41 Vilany et dérivé 07 160 167 Micro mécanique 03 18 21 Bois et dérivé 09 40 49 Gavage foie gras 07 12 19 Vannerie 05 20 25 Bijouterie et lapidairerie 01 04 05 Peinture et photographie 01 03 04 Corne et objet d’art 02 02 Poterie et argile 01 13 14 Broderie et couture 07 25 32 Agro-alimentaire 04 09 13 Mécanique auto et dérivé 09 25 34 Habillement 01 04 05 Sculpture 01 03 04 Source : Régisseur du district Ambatolampy-Monographie-2018 Les artisans détiennent la troisième place de l’activité de district d’Ambatolampy. Mais la ville est réputée pour ses productions artisanales de batteries de cuisine et autres objets en aluminium qui sont vendus dans tout le pays. Ces petites fabriques, qui seraient au nombre d'une centaine dans la localité, sont toutes familiales. Elles occupent les membres de la famille et, pour le surplus, des ouvriers venant de communes rurales aux alentours. Le savoir-faire se transmet de génération à génération.

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II.4.4. L’industrie Actuellement, il y a deux industries qui projettent d’apporter un développement économique positif de cette région :

- l’industrie de transformation et de production d’eau minérale bio (SAINTO) qui crée 50 emplois à Behenjy ; - la création de la Nouvelle Brasserie de Madagascar (NBM) qui a créé 150 emplois, entreprise qui produit la bière blonde à fermentation haute dénommée : la Skol et la Libertalia. II.4.5. Le transport et voie de communication Pour se rendre à Ambatolampy on n’a pas besoin de 4x4 puisque cette partie de la RN 7 est en très bon état, à toute période de l'année. C’est la principale ville à mi-chemin entre Antananarivo et . C’est pour cela que le transport routier détient une énorme place sur l’économie de ce district. Par contre, il est plus difficile d'accéder à certains sites dans la périphérie d'Ambatolampy en saison des pluies, les pistes en terre peuvent vite devenir impraticables.

Le chemin de fer est aussi omni présent dans cette zone mais à cause de mauvaise condition d’entretien et de rénovation, la voie ferrée est presque inaccessible.

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VUES SYNOPTIQUES DU SECTEUR ENERGETIQUE DANS LE DISTRICT D’AMBATOLAMPY

ELECTRICITE La fourniture en Energie électrique à Madagascar est assurée par le réseau de la société d’Etat JIRAMA créée en 1975 qui approvisionne notre zone d’étude par le RIA. Ainsi, l’Energie électrique provient de 2 principales sources : . Electricité générée par les centrales thermiques . Electricité générée par les centrales hydroélectriques En outre, d’autres sources d’Energie électrique sont actuellement utilisées comme l’Energie solaire, éolienne et la biomasse. Au vu de la puissance installée et le nombre de groupes, la production d’Energie électrique est quasiment assurée par la Société d’Etat JIRAMA.

III.1.1. Production d’Energie électrique dans le RI Tana-Antsirabe La zone d’Ambatolampy fait partie du Réseau Interconnecté Tana-Antsirabe (RIA) qui concentre une grande partie de la production d’Energie électrique à Madagascar car elle représente 68,9 % de la production totale. Pour les autres centres, la production d’Energie électrique oscille entre 0 à 8,56 % de la production totale. Ce réseau intègre les régions Atsinanana, Analamanga et Vakinankaratra. La puissance installée dans les centrales thermiques et les centrales hydrauliques dans le RIA atteignent 213 160 KW en 2014 pour atteindre 87 313 562 kWh de la production brute totale. En 2017, la mise en service d’autres centrales au fuel lourd de 176 MW dans le RIA: • 40MW de Symbion Power à Mandroseza • 60MW d’AKSAF Power à • 76MW de TAC (turbine à combustion) Jovenna En ce qui concerne l’électrification rurale, la production d’énergie électrique est assurée entièrement par des opérateurs privés.

III.1.2. Consommation d’énergie électrique de la zone d’Ambatolampy Dans la zone d’Ambatolampy, l’énergie électrique prend un rôle important pour le développement socio-économique surtout en ville. Il y a 3 257 unités d’abonnés dans ce district et la consommation mise en vente atteint de 5 376 193 kWh en 2017 qui ne représente que 5,3 % de la production totale brute du RIA.

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Ces consommateurs d’Electricité se divisent en quatre 4 grandes catégories :

III.1.2.1. Les ménages Les ménages utilisent essentiellement l’électricité pour leur besoin d’éclairage aussi bien en milieu rural qu’urbain. En effet, la consommation en Electricité des ménages se déroule généralement en fin de matinée et dans la soirée. Les autres équipements qui consomment l’Electricité au niveau des ménages sont principalement la télévision, la radio, les appareils électroménagers. D’après une étude sur les caractéristiques de l’éclairage domestique, chaque ménage utilise en moyenne 2,1 lampes à incandescence (LI). Dans l’ensemble, les LI représentent plus de 50% des lampes utilisées. La puissance moyenne des LI utilisées par les ménages est de 52 Watts, celle des LFC de 20 Watts et celle des “autres lampes” tourne autour de 25 Watts.

III.1.2.2. Les industries Elles utilisent l’Electricité pour alimenter les équipements et les matériels de production. Les industries comme NBM et SAINTO consomment généralement les courants de haute et moyenne tension. Il y a aussi beaucoup d’usines comme des scieries et rizeries dans ce district.

III.1.2.3. Les PME et le secteur des services Ce sont les entreprises qui consomment l’Energie électrique pour faire fonctionner les matériels bureautiques. Elles consomment généralement de l’Electricité de basse tension.

III.1.2.4. L’éclairage public Cette catégorie représente le service public pour l’éclairage à partir des poteaux de la JIRAMA L’administration regroupe les institutions publiques dont les ministères et elle est placée dans la catégorie des résidentiels.

HYDROCARBURES On parle des hydrocarbures liquides tout mélange sous la forme de pétrole naturel, ou produit synthétique similaire. Les pétroles (qu'il s'agisse des bruts conventionnels, de condensats, …) ne sont pas tous de la même qualité. Différentes échelles permettent de comparer les pétroles entre eux. Les plus importantes sont la densité et la teneur en soufre.

III.2.1. Les produits énergétiques dérivés de pétrole Le pétrole brut a de nombreux produits dérivés, dans le secteur énergétique et la chimie, comme le pétrole lampant, le fuel oïl, les Gaz de Pétrole Liquéfié (butane, propane,...) etc. mais l'essence et le gasoil représentent les principaux dérivés du pétrole.

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III.2.2. L’approvisionnement et la distribution des produits pétroliers Ambatolampy dispose de 3 stations de vente des produits pétroliers se répartissant au bord de la route nationale (RN7) traversant la commune urbaine. La distribution et l'alimentation en produits pétroliers de ces stations se fait par l’intermédiaire des camions citernes allant du dépôt à Antananarivo (dépôt pétrolier de Soanierana et dépôt pétrolier d’Alarobia) jusqu'aux diverses stations de vente. Les opérations entrant dans la chaîne d’approvisionnement des Produits Pétroliers sont les suivants : • L’importation des hydrocarbures • Le stockage des hydrocarbures • Le transport des hydrocarbures • La distribution des hydrocarbures La photo ci-après montre le type d’une station-service dans la commune urbaine d’Ambatolampy.

Photo 1: Station-service Shell d’Ambodiriana - Ambatolampy Il y a aussi beaucoup des revendeurs illicites qui distribuent de gasoils, essences et pétrole lampant répartissant dans toutes les communes du district d’Ambatolampy.

III.2.3. Consommation et destination finale des produits pétroliers Les Produits Pétroliers ciblent plusieurs catégories de consommateurs à Ambatolampy et possèdent plusieurs usages en tant que carburant pour alimenter les moteurs et combustible pour alimenter les bruleurs de foyers pour la cuisson, l’éclairage ou les chaudières. Les catégories de consommateurs sont : les ménages, les industries, le secteur du transport, les entreprises de construction et BTP, le secteur de l’hôtellerie et de la restauration.

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 Les ménages La loi de consommation en produits pétroliers de ce secteur suit les concordances des activités urbaine et rurale et dépend ainsi de la mode de vie de la population (niveau de vie).

 L’Industrie L’usine NBM a besoin des produits pétroliers comme le gaz pour alimenter la chaudière.

 Le transport terrestre (particulier, collectif, marchandises) Ce secteur utilise en majeur partie les produits pétroliers tels que le gas-oil et l'essence ainsi que les lubrifiants (divers huile moteur). Il reste encore difficile d’évaluer avec exactitude la part de la consommation pour le sous-secteur du transport terrestre même au niveau de l’OMH par rapport à la consommation régionale.

Ce diagramme montre la consommation moyenne de chaque branche et secteur utilisateur des produits pétroliers.

Consommation par secteur

Gaz butane

Fuel oil

Petrole

Essence

Gasoil

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% tertaire industries transport

Figure 4: Diagramme de la consommation moyenne par secteur des produits pétroliers

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BOIS ENERGIE III.3.1. Généralités Le bois énergie est un type de bioénergie utilisant la biomasse constituée par le bois. Il s'agit essentiellement de l'utilisation du bois en tant que combustible, et dans une moindre mesure en tant que source de combustible. Il peut s'agir d'une énergie renouvelable si le bois est produit par une gestion durable des forêts. Le bois énergie se subdivise en deux grandes catégories :  Le « bois de chauffage » se présente sous quatre formes essentielles : les bûches, les granulés de bois ou pellets, les briques de bois reconstituées et les plaquettes forestières. Pour brûler correctement, le bois doit être sec. Pendant la combustion du bois, une grande partie de l'énergie produite est consacrée à chauffer et vaporiser l'eau (contenue dans le bois) dont la capacité thermique et la chaleur latente sont particulièrement élevées. Le bois vert contient plus de la moitié de son poids en eau. Un bois en équilibre avec l'air ambiant (équilibre obtenu au bout de deux ans pour des bûches de bois dur fendues) a un taux d'humidité de l'ordre de 20 %. Pouvoir calorifique inférieur (PCI) du bois : – 1,7 kWh/kg à 60 % d'humidité ; – 4,0 kWh/kg à 20 % d'humidité ; – 4,4 kWh/kg à 11 % d'humidité. Ce pouvoir calorifique est indépendant de l'essence et même de la partie de la plante considérée (écorce comprise).

 Le charbon de bois est obtenu en carbonisant du bois en atmosphère contrôlée (en l'absence d’oxygène).

Photo 2: Deux grands catégories de bois énergies : Charbon de bois et bois de chauffe

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III.3.2. Disposition de bois énergie dans le district d’Ambatolampy Les plantations de bois énergie dans la zone d’étude sont constituées principalement par :

- les plantations d’Eucalyptus robusta: L’installation et l’exploitation de l’eucalyptus ne nécessitent pas beaucoup d’entretien. Une plantation peut produire pendant près d’un siècle en étant exploitée tous les 3 ou 4 ans. - les pins - le mimosa, Ces sont des plantations datant des années et qui ont été utilisées à travers de nombreuses générations.

Le bois de chauffe et le charbon de bois restent encore à Ambatolampy les principales sources d’énergie en milieu rural et aussi en milieu urbain

III.3.2.1. En milieu rural Comme le cas de 82,2% des ménages à Madagascar, l’utilisation de bois de chauffe reste la première source de combustible des ménages dans le district. L’atout du bois de chauffe en milieu rural : - une énergie de proximité à moindre coût, - satisfaire le bien-être de la population, telles que l’éclairage, le chauffage voire la fourniture d’éléments fertilisants pour les activités agricoles via les cendres, empêche l’accès des moustiques à la maison. Les artisans, les fabricants de briques, producteurs de tuiles et les outils de transformation des produits agricoles utilisent également le bois de chauffage pour leur travail. III.3.2.2. En milieu urbain Le bois de chauffe et le charbon de bois sont utilisés : - à des fins domestiques par des familles à revenu moyen. - à des fins professionnelles, surtout le charbon de bois qui est la principale source d’énergie dans la fonderie d’aluminium, dans la pâtisserie, l’établissement de restauration publique, boulangeries etc.

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En fait, jusqu’à maintenant, l’usage du bois comme source d’Energie reste dominant avec un taux de dépendance très élevé de plus de 90 % comme illustré dans la figure ci-après.

100% 25% 80% 49%

60% 72%

40% 67% 44% 20% 20% 8% 8% 8% 0% Rural Urbaine Ensemble Autres sources d'énergies Bois de chauffe Charbon de bois

Figure 5: Proportion de l’utilisation du Bois Energie en milieu urbain et rural L’exploitation des ressources ligneuses pour la production de bois énergie en générale engendre des revenus de subsistance pour les populations rurales productrices. Répondant à une demande urbaine constante, la production de charbon de bois assure des revenus réguliers aux producteurs. Les emplois générés par l’exploitation de bois sont multiples : propriétaire foncier, exploitant forestier, charbonnier, bûcheron, tâcherons, scieur de long etc. L'offre de bois énergie se scandalise à Ambatolampy au respect de l'équilibre écologique que les forêts de cette région procurent. On démontre ainsi que cette offre en bois énergie est conditionnée par la demande qui ne cesse de s'augmenter en fonction du temps. Les principales zones de ressources forestières dans le district d’Ambatolampy sont présentées dans le tableau suivant :

Tableau 7: Ressources forestières dans le district d'Ambatolampy

NOM TYPE DE FORET LOCALISATION SURFACE

Manjakatompo- Station forestière Nord-Ouest 7800 ha dont Ankaratra (Nouvelle aire protégée) 2603 ha boisés Ampahibato Périmètre forestier 1200 ha Tsinjoarivo Forêt naturelle Sud-Est 1500 ha Antananarivokely Forêt naturelle Nord 100 ha Source : Union Forestière d'Ambatolampv ou UFA (2008)

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III.3.3. Approvisionnement de bois énergie Le bois de chauffe et le charbon de bois produit dans le District d’Ambatolampy provient de 2 sources principales : les plantations forestières paysannes et l’exploitation des formations naturelles. III.3.3.1. Bois de chauffe L’approvisionnement en bois de chauffe s’effectue, pour la plupart des ménages, par collecte dans les formations naturelles pas loin du village sans aucune demande d'autorisation préalable. Le bois de chauffage récolté provient des coupes ou des défriches. Il ne requiert pas l’usage d’une technologie avancée, c’est la plus accessible en termes de combustible énergétique. Les récoltes s’effectuent de manière journalière et de manière traditionnelle pour la plupart des ménages. En effet, habituellement, la procuration de bois de chauffe se fait par les femmes et enfants ou parfois les hommes par les moyens de transports suivant : - posés sur leur tête ou les épaules, de manière traditionnelle. - à l’arrière de bicyclettes - des charrettes pour les villages éloignés des formations forestières.

III.3.3.2. Charbon de bois L’approvisionnement en charbon de bois se fait majoritairement par des plantations forestières d’eucalyptus qui tiennent la première place avec près de 60% des utilisations dans cette zone d’Ambatolampy. Environ 85% des ménages et presque tous les artisans dans la fonderie d’aluminium dans la ville d’Ambatolampy obtiennent leur charbon en les achetant. a. Les moyens de transport de ces combustibles : - pour les petits vendeurs, c’est en bicyclette - pour les grands producteurs, emportés par charrettes et même par camions. b. Zone de provenance : - Dans la partie Est du district : commune de Tsinjoarivo notamment dans le Fokontany d’Andasihotsaka, Fokontany d’Ankadivory et Antsahabo. - Dans la partie Ouest du district : forêt de l’Ankaratra-Manjakatompo. Les Tankaratra descendances des Cinq Hommes (les ancêtres des Tankaratara) dans les villages Andraraty, Andravola, Ambatoharanana, Ambatomirahavavy, Antanimenakely estiment posséder des droits sur la végétation qui entoure ces lieux de culte, c’est-à-dire actuellement la forêt. - Dans les villages aux périphéries de la ville d’Ambatolampy.

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c. Difficulté sur l’approvisionnement de charbon de bois : - Zones accessibles mais parfois pénibles pendant la saison de pluie ; - Approvisionnement largement informelle et non contrôlée ; - Conversion de surfaces forestières en terres agricoles, ce qui donc expliquerait les zones « non forêt » assez remarquables surtout dans la partie Est et Sud du district. III.3.3.3. Stockage et distribution de bois énergie dans la ville d’Ambatolampy : Les échanges intercommunales en bois énergie dans le district d’Ambatolampy sont très élevés tandis que les échanges extérieurs sont minimes. Ces charbons de bois transportées par les producteurs ou exploitant sont collectés par : des marchands grossistes ou parfois acheté directement par des artisans dans les fonderies d’aluminium et fabricants de marmites.

La photo ci-après montre les sacs de charbon de bois empilés dans un marchand grossiste dans la ville d’Ambatolampy.

Photo 3: Charbon de bois empilés en sacs d'une grossiste à Ankodondona I

Il disposait une cinquantaine de marchand grossistes de charbons dans la commune urbaine d’Ambatolampy. Chacun d’entre eux possèdes en moyenne 70 sacs de charbons de bois par semaine. Et ils sont visible presque dans tous les fokontany surtout à Ambanimaso I et II, Ankodondona et Ambodiriana. Ces grossistes distribuent les sacs de charbons aux détaillants qui satisfaisant les besoins de plupart de ménages dans la commune urbaine ou ils fourni directement les artisants. On voit ces vendeurs en détails dans tous les coins de la rue de la ville d’Ambatolampy.

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La figure suivante présente la façon dont ces vendeurs en détails exposent ces marchandises

Photo 4: Charbon de bois en boite des vendeurs en détails

III.3.4. PROCESSUS DE FABRICATION DES USTENSILES [7] La fonderie d’aluminium est l’étape la plus essentielle pour notre étude sur l’utilisation et la consommation de charbon au cours de la fabrication d’ustensiles de cuisine. Mais pour bien donner une perception à notre enquête, nous devons développer tous les processus de fabrication de ces marmites et ces objets d’art en aluminium ci-après.

III.3.4.1. Le pesage et le morcellement du bloc de matières premières Tout d’abord, le pesage de la matière première notamment ici le déchet et débris de canettes des boissons collectés dans toutes les régions de Madagascar. C’est une étape nécessaire afin de bien vérifier et de mesurer la quantité expédiée par l’importateur lui-même. Suite au pesage, on passe tout de suite au morcellement de ces matières premières si les aluminiums à fondre sont en bloc (jante, portail en alu etc…….) en utilisant comme outil de travail un grand marteau et un « fandraka ». III.3.4.2. Fonderie des matières premières Ces matières premières devraient être fondues avant d’entrer à l’étape suivante de fabrication. Les matériaux principaux nécessaires pour cette fonderie sont donc les réchauds en brique dont l’un est allongés par sa longueur et l’autre par sa hauteur ; ensuite, de la marmite «nongo» comme creuset dont elle est fabriquée par des argiles, et enfin, des charbons de bois. La fonderie a besoin du feu avec de la température à partir de 680°C afin de les bien fondre. Tout d’abord, il faut faire fondre l’aluminium dans ce creuset durant quelques minutes jusqu’à effervescence.

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Nous montrons dans la figure ci-après le traitement de l’aluminium dans un creuset sur le fourneau à température très élevée.

Photo 5: Fonderie des aluminiums par des fourneaux traditionnels en hauteur

Type de fonderie en hauteur  Constituant : 60 briques en argiles et fil d’acier  Forme : cylindrique  Hauteur : 70 cm  Diamètre intérieur : 30 cm  Système d’aération : Air libre  Perdition énergétique : extrêmement élevée. C’est ce type de fonderie traditionnelle qu’on a apporté une amélioration et une autre conception dans la partie de la méthodologie ci-dessous.

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On obtient de ces derniers des aluminiums en boules ou en lingots, comme nous montre dans la figure précédente, qui devront être passés dans le réchaud qui s’allonge par sa longueur afin d’avoir le but voulu c'est-à-dire que ces matières premières soient bien fondues.

Photo 6: Traitement des aluminiums par des fours allongés

Type de fonderie allongé  Constituant : 80 briques en argile et fil d’acier  Forme : rectangulaire  Dimension : 1 m de long et 60 cm de haut Tout ce travail est fait rapidement avec beaucoup de dextérité. De plus, elles montrent également qu’il s’agit bien là des ustensiles véritablement faites à base de vrai aluminium donc de marmites de meilleure qualité. Le métal bouillant est manipulé certes avec précaution, mais sans protection particulière. Avoir de l’eau en cas de brûlures, mais cette eau est à éloigner du four, car dans un premier temps on va faire fondre de l’aluminium, et l’alu bouillant mélangé avec de l’eau produit une explosion!! Donc surtout pour les outils et tout le reste doivent impérativement être sec. III.3.4.3. Le moulage Après la fonderie des matières premières, nous passons maintenant au moulage. D’abord, comme dit le terme « moulage » veut dire la prise en forme des choses à copier. Le moulage est donc le cœur de toute opération de la fabrication. Et les matériaux principaux utilisés pour cette étape sont le cadre de moule fabriqué en bois, et une moule avec une forme de l’objet à copier et aussi une terre spéciale dite le « tany haboka ». Ce type de terre se trouve dans la commune d’Ambatolampy même notamment à Antsahabalika et nous ne le trouvons nulle part à Madagascar.

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Alors, la première chose à faire dans cette opération est la préparation de moule. D’abord, on place le cadre de moulage dans une place fixée. Ensuite, on y verse en premier, de la terre spéciale dite « tany haboka » et à mettre après l’objet à fabriquer. Après, on verse quelques poudres de charbon juste au-dessus de l’emplacement de la marmite. Et après, on remet du « tany haboka ».

Photo 7: Système de moulage des artisans par des "tany haboka"

Après, on installe juste au-dessus du dernier le tuyau. Ensuite, verser le liquide fondu dans cette matrice spéciale en forme de l’objectif. Tout de suite après il faut ôter l’objet (ex : la marmite) de la matrice même si elle est encore brûlante à ce moment-là. Et finalement on résulte à produire l’objet en aluminium (marmite, d’autres ustensiles de cuisine comme la poêle, la cuillère, la fourchette, etc.…) Notons bien que l’objet en aluminium faite devra être refroidi dans un sable. III.3.4.4. La finition Après le moulage de la marmite, nous en arrivons à la phase finale, la finition. La finition peut se faire de deux manières : la finition appelée simple et la finition par polissage. Avant de les aborder, revenons un instant au terme « finition » ; c’est l’une des étapes essentielles à chaque fabrication des produits pour attirer l’attention de la clientèle et disposer de produits répondant aux normes requises.

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- La finition simple : Elle a comme rôle d’ajuster ces produits et de les retoucher par quelques outils simples comme la scie, la lime et n’oublions pas aussi la place où on retire l’appui c'est-à-dire sur une petite ou grande table selon le choix du fabricant, mais à condition qu’elle soit épaisse.

- La finition par polissage : Elle est pratiquée afin de bien lisser la marmite et d’avoir un peu plus d’attirance et de vraie qualité surtout au niveau de la brillance. L’outil principal de cette finition par lissage est un appareil adapté dont il est constitué par une dynamo, sachet, courroie, etc.…et fabriqué par ces fabricants eux-mêmes par leur propre recherche.

Alors, le rôle principal de cette sorte de finition pour un mot est donc d’avoir un peu plus de brillance du produit fabriqué notamment la marmite en aluminium et aussi de la présentation esthétique.

Photo 8: Des ustensiles : produit fini des fonderies d'aluminiums à Ambatolampy

Pour conclure cette section, les étapes à suivre pour la fabrication de ces ustensiles sont complémentaires les unes dépendant des autres. L’utilisation de charbon de bois est indispensable dans cette activité purement artisanale et non industrielle dans la commune urbaine d’Ambatolampy. Jusqu’à l’heure actuelle, cette mode de consommation chez ces fabricants d’ustensiles ne s’améliore pas tandis que l’approvisionnement en bois énergie dans ce district devient de plus en plus tendue.

En résumé, les producteurs de bois énergie (charbon) sont des paysans pour 55,5 % des cas ou des transporteurs/ouvriers spécialisés qui en font une activité complémentaire au métier de

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transport pour 20,4 % des cas. Le mode de transport reste très divers suivant l’utilisation de différents véhicules motorisés ou non. Les utilisateurs principaux sont de deux types : les ménages et les fonderies d’aluminium.

Filière charbon de bois formelle Filière charbon de bois informelle Reboisement et exploitation des plantations Exploitation illégale des ressources forestiers pour la production de bois par le reboiseur existantes aucun aménagement durable

Reboiseur Exploitant Coupe des arbres et charbonnier transformation du bois en charbon par le même acteur Production du charbon par le reboiseur lui-même ou par un charbonnier engagé

Charbonnier engagé

Collecteurs

Transport des Transporteurs charbons en sacs par des charrettes de location

Grossistes Vente de charbon en sac aux revendeurs ou détaillants

Revendeurs En fonction de la taille du commerce et professionnalisme Détaillants du revendeur, il vend le charbon en sac ou en détails.

Utilisation de bois pour la Consommateurs et utilisateurs finaux préparation de repas par les ménages, les cuisines…. et dans la fonderie d’aluminium.

Figure 6: Schéma de la chaîne d’approvisionnement en charbon de la ville d’Ambatolampy

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MATERIELS

Ce premier chapitre consiste à inventorier tous les matériels utilisés pour la concrétisation de ce travail de recherches comprenant respectivement : les matériels d’étude et de laboratoire ainsi que les différentes matières et matériaux utiles pour la confection d’un prototype de fourneau pour fonderie. MATERIELS DE RECHERCHE Plusieurs matériels ont été utilisés pour la collecte et le traitement des informations, entre autres : - Stylo et bloc-notes : c’est pour prendre des notes pendant les travaux sur terrain ou même au cours de traitement de donnée. Ils ont servi aussi pour l’élaboration de questionnaires pour servir de support à l'enquêteur au cours des entretiens ; - Appareil photo : pour matérialiser de visu le travail effectué ; - Flash disque : pour transférer et stocker les données recueillies avant traitement des données ; - Ordinateur portable : pour la saisie et le traitement des données collectées.

MATERIELS ET MATERIAUX POUR LA CONFECTION D’UN PROTOTYPE DE FONDERIE Les principaux matériels et matériaux pour confectionner la mini fonderie qui sera développée dans le second chapitre sont les suivants :

IV.2.1. Matériels pour la confection de la paroi et du moule du prototype - Un demi - fût métallique d’un diamètre de 30 cm et 40 cm de hauteur : utilisé comme paroi extérieure; - Un seau en plastique de 18 cm de diamètre et 24 cm de hauteur : utilisé comme un moule intérieur; - Deux tuyaux en PVC de diamètre respectif de 50 mm et 80mm. IV.2.2. Matériaux pour l’isolation thermique du prototype Pour isoler le prototype des divers paramètres extérieurs dans l’optique de réduire au minimum la déperdition de chaleur, diverses matières y ont été mélangées telles que:

- 6 kg d’argile cuite broyé ; - 2 kg de CALORITE (ciment réfractaire) - 500 g de ciment fondu ;

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- 1 kg de chaux ; - 1,5 kg de sable fine ; - 1,5 kg de Latérite ; - 2,5 litres d’Eau. Les photos ci-dessous présentent ces différents matériaux :

Photo 9: Argile cuite broyé Photo 10: CALORITE Photo 11: Ciment fondu

Photo 12: Chaux Photo 13: Sable fine Photo 14: Latérite

Photo 15: Eau

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IV.2.3. Les matériels de travail pour la confection du prototype - Un seau : pour mélanger les diverses matériaux pour l’isolation thermique ; - Un mètre à ruban et une règle : pour mesurer ; - Une truelle à mortier : pour mélanger les mortiers et les introduire entre le moule et la paroi du prototype.

Photo 16: Mètre à ruban Photo 17: Truelle à mortier

IV.2.4. Matériels de laboratoire pour les divers essais thermiques du prototype Les matériels et appareils utilisés pour les différents essais thermiques du prototype de fonderie appartiennent au laboratoire du Département Energétique du CNRIT. Parmi ces matériels, on peut citer :

- Balance électronique : sert à peser les matières premières ; - Souffleur électrique de puissance ½ cheval : pour expirer de l’air dans le foyer du prototype pour avoir la température désirable ; - Thermocouple : pour mesurer la température dans le foyer de notre fonderie ; - ThermoFlow : pour mesurer la puissance de déperdition thermique de notre prototype ; - Thermoanémomètre (marque : Testo Term de type J / plage : 0 à 20 m/s) : pour mesurer la vitesse d’air expiré par le souffleur ; - Creuset ou « vilany nongo » en argile : pour contenir l’aluminium à fondre ; - Débris d’aluminium : 480 g cannettes de bières et tiges d’aluminium; - Charbon de bois : pour alimenter en feu la fonderie ; - Gant de protection thermique : pour pouvoir travailler dans la chaleur.

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Photo 18: Balance et débris d'alu Photo 19: Souffleur Photo 20: Thermocouple

Photo 21: ThermoFlow Photo 22: Thermo anémomètre Photo 23: Creuset

Photo 24: Charbon Photo 25: Gant de protection du bois

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METHODES

Les méthodes adoptées afin d’obtenir les résultats se sont focalisées sur les données déjà existantes et des enquêtes menées dans le district d’Ambatolampy. Il s’agit tout d’abord d’évaluer les principales sources d’énergie les plus consommées et utilisées dans le district en se basant sur les données (données publiées, revue énergétique etc.) et les méthodes utilisées par des recherches antérieures. Notre méthodologie s'articule en quatre phases : la phase exploratoire/ recherches bibliographiques et observation, la collecte de données, le traitement des informations et enfin la conception et la fabrication d’un prototype de fonderie d’aluminium. PHASE EXPLORATOIRE Elle est l'une des phases importantes de notre recherche, car elle nous a permis de faire d’une part des recherches bibliographique et webographie et d’autre part de descendre sur la zone d’étude pour voir de visu la réalité sur place et éventuellement réaliser des enquêtes sur les ressources énergétiques exploitées dans le district ainsi que sur les différentes activités les plus énergétivores et les plus exploitées par une grande partie de la population locale. V.1.1. Recherches bibliographique et webographie Cette étape est très importante et indispensable parce qu’elle permet de recueillir des informations sur : - Les études et recherches déjà effectuées relatives au thème de ce travail de recherche dont l’évaluation de la potentialité énergétique de la zone d’étude ainsi que les différentes technologies relatives à la fonderie, au transfert et à l’isolation thermique ; - Les différentes notions et concepts de filière énergie nécessaires à l’étude. Une recherche bibliographique a été entreprise pour connaître la situation actuelle de la potentialité énergétique de la zone d’études. Plusieurs bibliothèques ont été visitées telles que la bibliothèque de la Mention Ingénierie Minière, au sein de la bibliothèque de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, la Bibliothèque Universitaire d’Ankatso, la bibliothèque du Régisseur du district d’Ambatolampy ainsi que celle des archives du Ministère de l’Eau, de l’Energie et de l’Hydrocarbure. Tout ceci pour avoir les idées, les bases de données démographiques, les cartes et les statistiques pour illustrer notre travail. Des sites internet ont été également consultés par le biais des moteurs de recherche Google et Yahoo pour compléter les informations déjà recueillies.

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V.1.2. Observation et consultation des documents et des sites web On a consulté les ouvrages généraux, les mémoires, les rapports et les projets portant sur notre problématique. Cette consultation de document nous permet de compléter les connaissances déjà réunies sur le sujet et sur l'espace à étudier pour éviter en effet de refaire inutilement un travail déjà accompli par d'autres. Plusieurs ouvrages ont été consultés mais la plupart ne traite pas à fond les problèmes dans la même perspective que nous. Certains ne sont que des simples descriptions découlant d'enquête légère ou des rapports des missions. L’observation directe de la situation énergétique de la zone a été facilement réalisée puisque nous passons fréquemment dans ce district d’Ambatolampy. Notre passage fréquente dans cette localité nous a permis de connaître d’avance la problématique locale d’une part et d’autre part de faire des recoupements sur le fondement ou non des différentes idées y présentes par le biais des enquêtes à effectuer. COLLECTE DE DONNEES Des données, émanant du service des statistiques économiques de l’Institut National de la Statistique (INSTAT), au MEEH, au OMH et JIRAMA, au régisseur du district ont été recueillies pour servir de base à une enquête par entretien sur les contextes énergétiques dans le district d’Ambatolampy. Comme les données recueillies ont été, d’une part, soit incomplètes soit anonymes, alors quelques secteurs utilisateurs d’énergies ont été pris au hasard et enquêtés au cours du mois de Mai et Juin 2019. Une fiche d’enquête a été élaborée pour faciliter le déroulement des entretiens et d’homogénéiser les enquêtes à réaliser. Des recoupements d’informations ont été effectués entre les catégories d’acteurs. Les informations ainsi collectées concernent : - Identification et caractérisation des ressources ; - Identification des consommateurs ; - caractérisation du mode d’approvisionnement ; - Et les technologies de transformation et production d’énergie. Sur le terrain, des entretiens informels ont été tenus avec les différents acteurs concernés : les artisans fabricants des ustensiles de cuisine en aluminium dans le fokontany d’Ambanimaso I et Andafiatsimo, les marchands des charbons de bois (grossistes, ou détaillants), les charbonniers, les garagistes, quelques ménages, transporteurs, scieries… afin d’obtenir le maximum d’information d’ordre qualitatif et quantitatif sur la filière énergie dans ce district.

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Des descentes sur le terrain ont été effectuées sur les principales zones d’approvisionnement et transformation d’énergies identifiées, à savoir, dans la ville d’Ambatolampy, à Tsinjoarivo, à Ihazolava, et à Behenjy. Mis à part les observations directes et les différentes enquêtes effectuées sous forme d’entretiens auprès des différents responsables administratifs tels que : - Le Directeur Général du Ministère de l’eau, de l’énergie et des hydrocarbures - L’Adjoint de Chef de district d’Ambatolampy - La Direction de JIRAMA de la ville d’Ambatolampy - Le Chef de cantonnement de la Circonscription Interrégionales de l’Environnement, des Eaux et Forêts (CIREEF) Ambatolampy. Ces travaux d’enquêtes sur terrain ont duré 7 semaines. Durant cette période, nous avons essayé d’enregistrer le maximum d’informations nécessaires à la réalisation de la recherche sur l’évaluation des potentiels énergétique, sociale et économique ainsi que certains aspects techniques. TRAITEMENT DES INFORMATIONS Le traitement des informations comprend : - la saisie des informations sur ordinateur au fur et à mesure de leur obtention ; et - l’analyse des données (biblio, webo) capitalisées en adéquation avec les différentes informations collectées à travers les enquêtes réalisées ou des entretiens avec des personnes ressources. Certaines données statistiques sont compilées et présentées sous forme de tableau pour faciliter leur compréhension et par la suite leurs interprétations. Les informations géographiques sont compilées et présentées sur de cartes ou de support de texte, selon le cas, à l’aide de logiciel afférent. Le traitement et la structuration des informations recueillies ont permis de grouper et de synthétiser les données pertinentes par sources d’énergies dans la partie des résultats suivants.

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METHODES DE TRANSFORMATION ENERGETIQUE Les techniques et les moyens de productions d’énergie qu’on va entamer dans ce paragraphe concerne principalement les sources d’énergies renouvelables qui possèdent de potentialité dans notre zone d’étude. On développe également des informations quantifiées pour fournir certains critères techniques de transformation d’énergie.

V.4.1. La carbonisation du bois [8] [13] La carbonisation est la forme de valorisation du bois que nous allons développer dans ces pages qui suivent. Le constat est que les techniques de carbonisations existant dans le district d’Ambatolampy restent traditionnelles et offrent de très faibles rendements de 10 à 14%.

Photo 26: Carbonisation de bois avec une meule traditionnelle à Tsinjoarivo

Il y a beaucoup d’étapes par ordre chronologique pour y parvenir à la production de charbon de bois :

. Production du bois (plantation, gestion, aménagement durable) . Récolte du bois (exploitation, éclaircies, récupérations du bois abandonné en forêt) . Séchage et conditionnement du bois (sciage en billons de longueur homogène) . Carbonisation . Défournage, criblage (élimination des impuretés et des poussières), entreposage et ensachage . Transport du charbon de bois vers un dépôt ou un point de distribution

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V.4.1.1. Séchage du bois Le séchage du bois avant la carbonisation a une grande influence sur le rendement en charbon. Il correspond au transfert d’une partie de l’eau contenue dans le bois dans l’atmosphère. La durée de séchage dépend de divers facteurs :

- le type d’essence, - les dimensions du bois, - la préparation du bois après l’abattage, - les conditions atmosphériques, - la façon d’empilage et la forme de la pile. Une tonne de bois à 40% d’humidité sur brut, après séchage à 20% d’humidité brut, ne pèsera que 800 kg, soit 20% en moins. Le temps de séchage doit être contrôlé de façon à assurer un maximum de séchage avant que le bois ne se détériore. Un bois trop sec se carbonise mal. Une humidité de bois de 35 à 30 % est optimale.

V.4.1.2. Théorie de carbonisation La carbonisation du bois consiste en la décomposition thermique de la cellulose et de la lignine pour donner du charbon de bois c’est la pyrolyse. L’air n’est pas nécessaire dans le processus de pyrolyse et les techniques les plus évoluées de fabrication de charbon de bois ne comportent aucune admission d’air, ce qui améliore le rendement (pas de bois brulé) et la qualité. Durée calcination de bois : 48 à 72h. Le tableau qui suit présente les différents pourcentages pour chacun des trois produits en ce qui concerne le poids et l’énergie.

Tableau 8 : Différentes pourcentages des trois produits de la pyrolyse

Produits % en poids % en énergie Charbon de bois 25-30 45-55 Pyroligneux 40-55 30-45 Gaz 10-15 10-15

Les pyroligneux sont constitués d’eau, d’acide acétique, d’acétone, d’acide formique, de méthanol, d’acétate de méthyle, de phénol, de crésol, et de goudrons épais. Les gaz contiennent de l’oxyde de carbone, du gaz carbonique, du méthane et des traces d’oxygène.

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V.4.1.3. Différentes phases de la carbonisation a. L’allumage Le feu est mis à une partie de la charge. On finit pénétrer le maximum d’air dans le four. La température de la zone de combustion s’élève jusqu’à 200°C. Le bois perd surtout son humidité. C’est la période endothermique où les réactions sont provoquées par un apport de chaleur correspondant au séchage au cours de laquelle peuvent être éliminés quelques composés volatiles entraînés par la vapeur d’eau. Le reste du four monte en température. Cette phase est courte, elle ne sert qu’à former le front de carbonisation à l’intérieur du four.

b. La déshydratation Les entrées de l’air sont réduites, l’ensemble de la charge libère l’eau qu’elle contient. A partir de 200°C à 270-280°C, les constituants les moins stables du bois se décomposent et donnent un dégagement de gaz oxygénés CO, CO2, de vapeur d’eau, d’acide acétique et du méthanol. Le résidu n’est pas encore du charbon mais du bois torréfié.

c. La carbonisation proprement dite A partir de 270-280°C, le bois commence à se décomposée spontanément en une réaction exothermique incontrôlable qui élève la température, sans apport extérieur de calories, jusqu’à vers 350-380°C. Le phénomène de combustion est encore nécessaire pour entretenir le processus de l’ensemble de la charge. Une petite quantité d’air est donc nécessaire. La température moyenne lors de cette phase est généralement comprise entre 280 et 380°C. Ces dégagements gazeux produisent toujours des gaz oxygénés mais en quantité réduites et également des hydrocarbures de poids moléculaires peu élevés (méthane, méthanol, acétone, méthyle-éthyle etc.) Cette production est accompagnée de goudrons légers. Le résidu est du charbon mais sa teneur en carbone pur est 65 à 70 (-80%) et 3 à 5% de cendres, le charbon de cuisson. Si l’on chauffe pour que la température dépasse 400°C, la teneur en carbone pur augmente avec la décomposition d’une plus grande proportion de goudrons. Les gaz formés sont principalement constituées par des hydrocarbures et parallèlement le pyroligneux s’enrichit en goudrons lourds. Une température de 500°C donne une teneur en carbone pur d’environ 85%, et une teneur en éléments volatils de 10%. Le rendement en charbon de bois à cette température est d’environ 33% du poids du bois anhydre – compte non tenu du bois brûlé pour lancer la carbonisation et augmenter la température au-delà de 400°C.

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Si l’on continue à chauffer au-dessus de 500°C jusqu’à 700°C, il se produit une phase de dissociation : les gaz produits sont moins importants, mais contiennent de plus en plus d’hydrogène si l’on élève encore la température de 700°C à 900°C. Ce départ d’hydrogène entraine un enrichissement relatif en carbone (jusqu’à 90-95%). Le tableau ci-après nous montre la composition et rendement pondéral du charbon de bois en fonction de la température atteinte pendant la carbonisation.

Tableau 9: Composition et rendement du charbon selon la température

Température de Composition du charbon de bois Rendement carbonisation (°C) % carbone pur % matières volatiles Charbon/Bois à 0%H Bois torréfié (200-275) 31 68 74 300 68 31 42 500 86 13 33 700 92 7 30

A la fin de la carbonisation il y a refroidissement du four. V.4.1.4. Les différents modes de carbonisation La réaction de carbonisation est d’abord endothermique, puis exothermique, puis endothermique. Il faut donc chauffer pour que la réaction démarre.

 La carbonisation par combustion partielle : l’énergie nécessaire à la carbonisation est fournie par la combustion d’une partie de charge. C’est le mode le plus fréquemment employé.  La carbonisation par chauffage externe : l’énergie nécessaire est fournie à la charge par un foyer de chauffe externe par l’intermédiaire d’une surface charge (vase clos, cornue).  La carbonisation par contact de gaz chauds : l’énergie nécessaire à la carbonisation est fournie par des gaz chauds provenant d’un foyer externe et mis en contact direct avec la charge. Le foyer est alimenté par les gaz de pyrolyse.

V.4.1.5. Les différents modes de tirage Il existe deux modes de tirage à savoir le tirage direct et le tirage inversé. Le tirage direct les fumées sont directement évacuées sans circuler dans la charge alors que le tirage inversé avant d’être évacuées les fumées circule de nouveau dans la charge de bois. C’est le cas de la carbonisation sans cheminée.

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Figure 7: Deux différentes modes de tirages

V.4.1.6. Rendements en carbonisation Pour éviter toute évaluation erronée il sied de parler des rendements en matière de carbonisation. La maîtrise du rendement clairement défini est indispensable à une évaluation comparative des matériels et notamment l’élaboration de toute étude technico-économique ainsi qu’en préalable à tout engagement dans un projet. Il existe cinq types de rendements à savoir les rendements : massique, commercial, massique pondéré, énergétique et technologique.

a. Rendement massique Pour une comparaison rigoureuse le rendement massique sur matière anhydre est le seul qui peut être pris en compte. C’est le poids de charbon anhydre produit rapporté au poids du bois anhydre carbonisé.

b. Rendement commercial C’est le quotient entre le poids de charbon commercialisable qui est produit et le poids du bois anhydre carbonisé.

c. Rendement massique pondéré Pour comparer les résultats de deux résultats de rendement massique, il faut tenir en considération la qualité du charbon. Afin de pouvoir comparer deux essais entre eux et plusieurs technologies entre elles on ramène le calcul tous les charbons à un même taux de carbone fixe sur anhydre de 80% et on définit ainsi le rendement massique pondéré.

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d. Rendement technologique Le rendement technologique Rt permet d’exprimer la quantité de charbon escomptable par cycle ou par cuisson en fonction du volume du four.

e. Rendement énergétique Le rendement énergétique brut Re de la transformation du bois en charbon est le rapport entre l’énergie calorifique potentielle du charbon produit et l’énergie calorifique potentielle du bois brut initial.

V.4.1.7. Les facteurs influant sur la carbonisation De nombreux paramètres influent sur le résultat d’une carbonisation. L’’importance de chacun d’eux dépend du type de carbonisation employé. Les facteurs les plus importants sont les suivants : . température, . rapidité du processus, . matière première utilisée, . technique suivie, . qualification de l’opérateur, . conditions météorologiques.

V.4.2. Systèmes solaires photovoltaïques [10] La première ferme solaire photovoltaïque développée par GreenYellow sur le sol malgache se situe dans le district d’Ambatolampy. Cela en résulte que cette zone a de potentiel en énergie solaire. Dans le cadre du renforcement du Réseau Interconnecté d’Antananarivo (RIA) de la société JIRAMA ainsi que la réalisation de la nouvelle politique de l’énergie dans le volet du mixte énergétique qui vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre, cette centrale sera en mesure de fournir une puissance nominale de 20 mégawatts dont 30% de la production de cette centrale sera destinée à renforcer la fourniture d’énergie pour les industries d’Antsirabe tandis que les 70% viendront contribuer à 10% sur le besoin énergétique de la capitale et ses environs. Avec 73 728 de panneaux étalées au total sur une surface de 33 hectares dans le fokontany d’Ihazolava Ambohimpihaonana à une dizaine de kilomètres au Sud de la ville d’Ambatolampy.

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La figure suivante nous montre de nombreuses rangées de générateur photovoltaïque dans cette centrale solaire

Photo 27: Champ photovoltaïques de la centrale solaire à Ihazolava V.4.2.1. Énergie solaire Par rayonnante solaire, nous faisons référence à l'intensité du rayonnement électromagnétique incident sur une surface de 1 mètre carré [kW/m2]. Cette intensité est égale à l'intégrale de l'énergie associée à chaque valeur de fréquence du spectre de rayonnement solaire. Lorsqu'il traverse l'atmosphère, le rayonnement solaire perd de son intensité car il est partiellement réfléchi et absorbé (principalement par la vapeur d'eau et par d'autres gaz atmosphériques).

V.4.2.2. Principe de fonctionnement d’une installation photovoltaïque Une installation photovoltaïque (PV) transforme directement et instantanément l'énergie solaire en énergie électrique sans utiliser de combustible. En fait, la technologie photovoltaïque (PV) exploite l'effet photoélectrique, par lequel des semi-conducteurs correctement « dopés » génèrent de l'électricité lorsqu'ils sont exposés au rayonnement solaire. La production annuelle d'énergie électrique d'une installation PV dépend de différents facteurs. Notamment : . rayonnement solaire incident sur le site de l'installation ; . inclinaison et orientation des panneaux ; . présence ou absence d'ombrage ; . performances techniques des composants de l'installation (Principalement les modules et les onduleurs).

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V.4.2.3. Principaux composants d'une centrale photovoltaïque a. Générateur photovoltaïque La cellule photovoltaïque constitue l’élément de base des panneaux solaires photovoltaïques. Il s’agit d’un dispositif semi-conducteur à base de silicium délivrant une tension de l’ordre de 0,5 à 0,6 V., d'une épaisseur d'environ 0,3 mm et d'une surface de 100 à 225 cm2.

La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de silicium (matériau semi- conducteur) : - une couche dopée avec du bore qui possède moins d'électrons que le silicium, cette zone est donc dopée positivement (zone P), - une couche dopée avec du phosphore qui possède plus d'électrons que le silicium, cette zone est donc dopée négativement (zone N). Lorsqu'un photon de la lumière arrive, son énergie crée une rupture entre un atome de silicium et un électron, modifiant les charges électriques. Les atomes, chargés positivement, vont alors dans la zone P et les électrons, chargés négativement, dans la zone N. Une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une tension électrique, est ainsi créée. C'est ce qu'on Figure 8: Effet photovoltaïque appelle l'effet photovoltaïque.

La partie du silicium contribuant à fournir le courant est la zone entourant la jonction P-N ; les charges électriques se forment dans les zones éloignées, mais le champ électrique ne peut pas les déplacer et par conséquent elles se recombinent. Il est donc important que la cellule PV ait une grande surface : plus la surface est grande, plus le courant généré est important.

On constate que pour 100% de l'énergie solaire incidente - 3% de pertes par réflexion et ombrage des contacts frontaux - 23% de photons ayant une grande longueur d'onde et une énergie insuffisante pour libérer les électrons ;génération de chaleur - 32% de photons ayant une courte longueur d'onde et un excédent d'énergie (transmission) - 8.5% de recombinaison des porteurs de charge libres

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- 20% de gradient électrique dans la cellule, surtout dans les régions de transition - 0.5% de résistance en série, représentant les pertes par conduction = 13% d'énergie électrique utilisable

La figure ci-dessous represente la constitution d’un champ photovoltaique, comme ce qu’on trouve à Ihazolava, à partir d’une cellule.

Figure 9: Constitution d'un générateur photovoltaïque Afin de limiter les pertes par dissipation, la perforation de la jonction ainsi que la surchauffe locale et les dommages sur le modules en raison des ecarts de fabrications et l’inégalité des cellules, ils sont équipés de « diodes by-pass » court-circuitant la partie ombragée ou endommagée du module.

Les cellules formant le module sont encapsulées dans un système d'assemblage qui : . isole électriquement les cellules de l'extérieur ; . protège les cellules contre les agents atmosphériques et les contraintes mécaniques ; . résiste aux rayons ultraviolets, aux basses températures, aux variations soudaines de température et à l'abrasion ; . évacue facilement la chaleur afin d'éviter que la hausse de température ne réduise l'énergie fournie par le module.

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La comparaison des trois principales technologies de capteurs photovoltaiques est presentée dans le tableau suivant.

Tableau 10: Trois principales technologies de capteurs

Technologie Monocristallin Polychristallin Amorphe

Cellule et modules

Caracteristiques 14 à 20 %. 11 à 15 %. 5 à 9 %. : importante (30 ans) importante (30 ans) assez importante (20 ans)

élevé. meilleur marché que les peu onéreux par rapport panneaux monocristallins aux autres technologies 100 à 150 Wc/m2. 2. 2. 7 m2/kWc. 8 m2/kWc. 16 m2/kWc.

sous un faible éclairement. avec un éclairement un faible éclairement. faible. l’élévation de la avec l’élévation de la température. températures élevées. température. és à partir de silicium de plein soleil. élaborés à qualité électronique qui en partir d’un bloc de se refroidissant forme avec le temps. silicium fondu qui plusieurs cristaux. s’est très minces de silicium solidifié en formant un mais non uniforme : on qui sont appliquées sur du seul cristal distingue des motifs créés verre, du plastique souple par les différents cristaux. ou du métal, par un uniforme. procédé de vaporisation sous vide.

Part du marché 43 % 47 % 10 %

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b. Onduleur Le système de conditionnement d'énergie et de contrôle est constitué d'un onduleur convertissant le courant continu CC en courant alternatif CA et contrôlant la qualité de la puissance de sortie fournie au réseau au moyen d'un filtre LC situé à l'intérieur de l'onduleur. Il calcule en permanence le point de fonctionnement (tension-courant) qui produit la puissance maximale à injecter au réseau : c’est la MPPT (Maximum Power Point Tracker). Ce fonctionnement dépend de l’ensoleillement et de la température. En raison des caractéristiques de performances requises, les onduleurs des installations autonomes et des Figure 10: onduleur à MPPT installations raccordées au réseau doivent présenter des caractéristiques différentes : • dans les installations autonomes, les onduleurs doivent être capables de fournir une tension côté AC aussi constante que possible lors de la variation de la production du générateur et de la demande de charge ; • dans les installations raccordées au réseau comme le cas du centrale solaire d’Ihazolava, les onduleurs doivent reproduire le plus fidèlement possible la tension du réseau et en même temps tenter d'optimiser et de maximiser la production d'énergie des panneaux PV.

Figure 11: Schéma de principe d'une installation photovoltaïque raccordée au réseau. Un onduleur possède un rendement supérieur à 94 %. Son remplacement est à prévoir tous les 10 ans environ.

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c. Des systèmes de fixation du module Les modules PV doivent être fixés sur une structure pour s’assurer qu’ils restent orientés dans la bonne direction et pour leur fournir le support structurel et la protection nécessaires. Les champs à inclinaison fixe sont généralement inclinés par rapport au plan horizontal afin de maximiser l’ensoleillement annuel qu’ils reçoivent. L’angle d’inclinaison optimal dépend de la latitude du lieu dans lequel le site se trouve. L’azimut idéal d’un système dans l’hémisphère sud est le nord géographique.

d. Les transformateurs élévateurs La puissance générée par les onduleurs nécessite généralement une élévation supplémentaire de la tension pour atteindre la tension requise pour le réseau.

e. L’interface de raccordement au réseau C’est à ce niveau que l’électricité est exportée dans le réseau. La sous-station disposera également du commutateur d’interface de raccordement au réseau requis, comme des disjoncteurs et mises à l’arrêt pour protéger et isoler la centrale électrique PV, ainsi que des systèmes de mesure.

V.4.2.4. Quantification du rendement de la centrale Il est prévu que le rendement d’une centrale PV chute au cours de sa durée de vie, en particulier dans la deuxième et la troisième décennie, les modules continuant à se dégrader et les composants de la centrale vieillissant.

a. Coefficient de rendement Le coefficient de rendement (CR) est un paramètre couramment utilisé pour quantifier la performance de la centrale PV.

푅푒푛푑푒푚푒푛푡 푒푛 퐶퐴 (푘푊ℎ) 푥 1(푘푊/푚2) CR= ×100 푃푢𝑖푠푠푎푛푐푒 𝑖푛푠푡푎푙푙é푒 푒푛 퐶퐶 (푘푊푐)푥푃푙푎푛 푑’푒푛푠표푙푒𝑖푙푙푒푚푒푛푡 푑푢 푝푎푛푛푒푎푢 (푘푊ℎ/푚2)

b. Rendement spécifique Le « rendement spécifique » est souvent utilisé pour aider à déterminer la valeur financière d’une centrale et comparer les résultats opérationnels de différentes technologies et systèmes. Le rendement spécifique d’une installation dépend de :

. L’ensoleillement annuel total tombant sur le plan du capteur, . La performance du module, . Les pertes du système.

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c. Facteur de capacité Le facteur de capacité d’une installation PV (exprimé en %) est le rapport entre la production réelle sur une période d’un an et sa production si elle avait fonctionné à la puissance nominale toute l’année, tel que décrit par la formule suivante :

é푛푒푟푔𝑖푒 푝푟표푑푢𝑖푡푒 푝푎푟 푎푛 (푘푊ℎ) 퐹퐶 = 8760 (ℎ푒푢푟푒푠/푎푛) × 푝푢𝑖푠푠푎푛푐푒 𝑖푛푠푡푎푙푙é푒 (푘푊푐)

V.4.3. Centrales hydroélectriques [3] [11] L’hydroélectricité est l’exploitation de la force motrice de l’eau afin de générer de l’énergie électrique. D’après notre recherche et observation on constate que l’énergie hydroélectrique est disponible dans ce district d’Ambatolampy. Actuellement, cette zone compte deux sites hydroélectriques en phase d’aménagement : o Le mini-barrage hydroélectrique sur la rivière Andromba, à Behenjy-Ambatolampy qui a été construit par la société MADO. Il alimente en électricité l’usine de Sainto et les riverains. Cette centrale hydroélectrique est en cours de construction mais à de niveau moins important, avec une puissance de 2 MW.

Photo 28: Le mini-barrage hydroélectrique à Behenjy-Ambatolampy o À la suite de la recherche dans le base de donnée MapHydro par province de l’ORE, on remarque également l’existance de la site hydroélectrique de Tsinjoarivo dont les informations qui le concerne sont presentées dans le tableau suivant :

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Tableau 11: Caractéristiques du site hydroélectrique de Tsinjoarivo Nom du site Tsinjoarivo Localisation 40 km à l'Est d'Ambatolampy Rivière Onive Puissance 22 MW Hauteur de chute 54 m Niveau d’étude Préliminaire Localité à desservir RIAntananarivo Durée de réalisation Etude : 18 mois Construction : 2 ans Source : MapHydro ORE

V.4.3.1. Fonctionnement d’une usine de production d’hydroélectricité Les deux facteurs essentiels de la récupération d’énergie disponible sont : - la hauteur de chute - le débit d’eau, qui dépendent du site et qui doivent faire l’objet d’études préalables pour déterminer le projet d’aménagement.

L’eau est prélevée dans le cours d’eau puis dérivée vers la centrale à partir d’une prise d’eau via un canal d’amenée plus ou moins long suivant le type de centrale. Ce canal s’achève dans une conduite forcée amenant l’eau à la turbine ou aux turbines de la centrale. Le transit de l’eau à travers la turbine met celle-ci en mouvement qui est transmis aux générateurs. Ce principe de fonctionnement d’une centrale hydroélectrique est résumé dans la figure suivante.

Figure 12: Principe de fonctionnement d’une centrale hydraulique

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V.4.3.2. Les différentes composantes d’une centrale hydroélectrique Une centrale hydroélectrique est composée de quatre éléments principaux : - les ouvrages de prise d’eau (digues, barrages), - les ouvrages d’amenée et de mise en charge (canal d’amenée, conduite forcée), - les équipements de production (turbines, générateurs, systèmes de régulation), - les ouvrages de restitution. La figure ci-après illustre ces différents ouvrages dans une centrale hydroélectrique

Figure 13: Centrale de moyenne et haute chute

a. L’ouvrage de prise d’eau La forme et les dimensions de cet ouvrage sont adaptées à la nature du terrain ou à la conformation du lit du cours d’eau. Il est construit en enrochements, en gabions, en terre, en maçonnerie ou en béton. Il peut parfois tirer parti des faciès naturels et ne nécessiter aucun aménagement. La prise d’eau peut également être installée sur un canal d’irrigation ou sur une adduction d’eau potable.

b. Les ouvrages d’amenée et de mise en charge Un canal d’amenée, en terre ou en béton, et la conduite forcée le plus souvent en acier ou en polyéthylène dirigent l’eau vers la centrale. Le canal est muni d’une grille qui retient les corps solides charriés par le cours d’eau. Eventuellement un dessableur favorise le dépôt des particules avant l’entrée dans l’installation.

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Un système de vannes répond à différentes utilisations : protection contre les crues, isolement du canal, isolation de la turbine, etc.

Une chambre de mise en charge si le canal d’amenée est à écoulement libre, ou une cheminée d’équilibre s’il s’agit d’une conduite en charge, assure la jonction avec la conduite forcée qui alimente en eau la turbine.

c. Les équipements de production i. Une turbine Quelque principe Une turbine hydraulique est comme la roue à aube d’un moulin, transforme en énergie mécanique l’énergie fournie par la chute d’eau. Le rendement des turbines se situe généralement entre 80 et 90 % ; il croît avec la taille des roues. Une turbine hydraulique comporte trois éléments :

 L’élément essentiel est la roue qui a pour rôle la transformation de l’énergie hydraulique en énergie mécanique. La roue est composée : - d’augets à l’air libre (turbine Pelton) ;

- d’aubes ou pales, soit à l’air libre (turbine Banki-Michell), soit formant des conduits qui sont en charge dans les machines à réaction (turbines Francis ou Kaplan).

 un distributeur ou injecteur qui donne aux particules d’eau la vitesse convenable pour aborder la roue dans des conditions déterminées, de façon à obtenir le minimum de pertes et transformer ainsi, partiellement ou totalement, l’énergie de pression en énergie cinétique.  Un aspirateur ou diffuseur (turbines Francis ou Kaplan) qui a pour but de récupérer, sous forme d’énergie de pression, l’énergie cinétique résiduelle et l’énergie potentielle de l’eau à la sortie de la roue et d’évacuer l’eau vers l’aval. Les catégories de turbines On distingue deux grandes catégories de turbines :

- les turbines à action (Pelton, Banki). L’eau est mise en vitesse maximale dans l’injecteur. Toute l’énergie dans le jet entraîne la rotation de la roue et l’eau ressort en pluie, - les turbines à réaction (Francis, Kaplan). L’eau est guidée par le distributeur pour rentrer sans choc dans la roue. Celle-ci se met en vitesse maximale à la sortie de la roue.

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Il existe de nombreux types de turbines s’adaptant aux différentes contraintes imposées par chaque site. Le tableau dans le page suivant nous montre les principales turbines les plus utilisées avec ses caractéristiques.

Tableau 12: Différents caractéristiques des types de turbines

Nom et description Rendement Débit Schéma représentatifs maximum minimum turbinable Turbine Pelton L’eau sous forte pression est dirigée sur des augets en forme de double 84 à 90% 10% de cuillère, en passant dans Qmax un injecteur muni d’un pointeau de réglage.

Turbine Banki-Michell L’écoulement traverse une roue constituée de deux flasques réunies 78 à 84% 20% de entre elles par une Qmax couronne d’aubes disposées cylindriquement.

Turbine Francis L’écoulement pénètre radialement entre les aubes directrices et les 84 à 90% 30% de aubes de la roue, qui sont Qmax fixes.

Turbine Kaplan Il s’agit d’une turbine hélice dont les aubes directrices sont mobiles 84 à 90% 20% de et dont les pales de la Qmax roue sont à inclinaison variable.

Il existe d’autres types de turbines non évoqués ici : Turgo, Dériaz, hélice, etc. Leur axe peut être vertical, horizontal et même incliné.

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ii. Générateurs La puissance mécanique est transformée en puissance électrique par un générateur de courant. Il est mis en rotation par la turbine ; en général par un accouplement direct ou par un système de transmission.

Types de générateur Il existe deux types de générateur : - générateur asynchrone ; - générateur synchrone. Rendement des générateurs La transformation de la puissance mécanique en puissance électrique entraîne des pertes. Comme pour les turbines, une partie de la puissance est dissipée sous forme de bruit et de chaleur. Le rendement d’un générateur est défini comme :

rendement générateur ηg =Pél/Pmec ηg :

puissance électrique Pél :

puissance mécanique Pmec : Le rendement des générateurs varie avec la puissance et donc avec le débit. Cependant, cette variation n’est moindre que pour les turbines. iii. Transformateur Le transformateur permet la facilité du transport d’énergie électrique sur de longues distances entre les zones de production et les zones de consommation.

Il y a deux types de transformateur : - Transformateur élévateur : permet d’élever la tension électrique du courant alternatif produite le but de minimiser les pertes et faciliter le transport du courant électrique. - Transformateur abaisseur : pour fonction de réduire la tension électrique qui provient soit du réseau ou de distribution. d. Les ouvrages de restitution A la sortie de la centrale, les eaux turbinées sont renvoyées dans la rivière par un canal de fuite. Ce canal est établi soit à l’air libre, soit en galerie dans le cas où la centrale est souterraine. La longueur du canal de fuite est très variable selon le type d’aménagement.

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V.4.3.3. Les différents types de centrales hydroélectriques a. Les grandeurs caractéristiques de la centrale hydroélectrique Quatre grandeurs caractéristiques permettent d’évaluer l’importance d’un aménagement hydroélectrique : i. le débit d’équipement (Q) : c’est le débit maximum susceptible d’être turbiné par la centrale, c’est-à-dire le débit maximum absorbé par toutes les turbines lorsque celles-ci fonctionnent ensemble à pleine puissance. Il s’exprime en m3/s. ii. la hauteur de chute  Brute (Hb): c’est la différence d’altitude, exprimée en mètre, entre le niveau de l’eau à la prise d’eau (cote de surface libre en eaux moyennes) et le niveau de l’eau au droit de la restitution. 푝 푣2 Hb = 푧 + + + 훴퐻퐿 ⍴푔 2푔

Hb : chute brute ou énergie totale, en [m] ; z : hauteur (énergie potentielle), en [m] ; p/ρg : hauteur de pression, en [m]. (p est la pression relative, sur ou sous pression, mesurée par rapport à la pression atmosphérique) ; V2/2g : hauteur de vitesse (énergie cinétique), en [m] ; g : accélération due à la pesanteur =9,81 [m/s2] ; ρ : masse volumique de l’eau = 1000 [kg/m3] ; ΣHL : pertes de charge, en [m].

 nette (Hn) : tient compte des pertes de charge hydrauliques dans les ouvrages d’amenée et de restitution. 퐻푛=퐻푏−Σ퐻퐿 iii. la puissance de l’aménagement : c’est une fonction combinée du débit d’équipement et de la hauteur de la chute. Elle est exprimée en kilowatts (kW) ou mégawatts (MW). On distingue habituellement :  la puissance maximale brute qui exprime la puissance potentielle de l’aménagement

P = 9,81 x Q x H b b  la puissance installée qui représente la puissance effective de l’aménagement

Pi = 9,81 x Q x Hn x R

R : rendement de l’ensemble turbine-générateur, lequel varie principalement entre 0,6 et 0,9 selon la puissance

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iv. l’énergie électrique produite Il indique la capacité de production d’un aménagement hydroélectrique. Elle dépend de la puissance installée et du régime du cours d’eau.

W = Pi x t x f

t = durée de fonctionnement de l’aménagement en heures, f = coefficient lié aux variations saisonnières de débit pour des installations au fil de l’eau. b. Les types de centrales Ce rappel des quelques formules de base permet de comprendre les principaux types de centrales hydroélectriques: - Les centrales de haute chute [hauteur de chute (h > 100 mètres)] Dans ce cas, la puissance est principalement liée au fort dénivelé entre la prise d’eau et le rejet. La conduite est l’ouvrage le plus important de ce type de petite centrale. - Les centrales de moyenne chute [hauteur de chute (100 m > h > 15 m)] La puissance est liée à la fois à la hauteur de chute et au débit turbiné. - Les centrales de basse chute [hauteur de chute (h < 15 m)] La puissance dépend alors du débit turbiné. Il n’y a en règle générale pas de conduite forcée, ou celle-ci reste très courte. L’ouvrage le plus important est le barrage ou la prise d’eau, le plus souvent construit en béton. c. Classification des centrales hydroélectriques Les centrales hydroélectriques peuvent être classées selon sa puissance de générer des courants électriques: - Grande centrale dont la puissance est supérieure à 10MW, - Petite centrale dont la puissance est entre 10MW et 1MW, - Mini centrale dont la puissance entre 1MW et 10kW, - Microcentrale dont la puissance est inférieure à 10kW. TRAVAUX D’EXPERIMENTATION Cette partie informe les différentes étapes suivies avant la conception et la fabrication du prototype envisagé.

V.5.1. Enquêtes réalisées Les différentes enquêtes et informations recueillies réalisées au niveau des ateliers de fonderie de la ville d’Ambatolampy ont prouvé que chaque atelier dispose d’une fonderie énergivore avec un foyer de combustion non économe et de mauvaise qualité. Leur objectif est de couler l’aluminium pour produire soit de la cocote ou d’ustensiles de cuisine.

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V.5.2. Conception de dessin du prototype de fourneau La conception du dessin du prototype a été réalisée avec les logiciels Archicad et Autocad. Cette étape est indispensable pour faciliter les travails de réalisations. Le dessin en 3D ci-après illustre l’image finale du fourneau à la fin de la réalisation tandis que les dessins en 2D indiquent le schéma de la coupe et la vue en plan avec ses cotations respectives.

Figure 15: Schéma de la coupe du foyer

Figure 14: Dessin en 3D du prototype

Figure 16: Vue en plan du foyer

V.5.3. Proportion idéale de matériaux utilisés comme isolant thermique Différentes compositions de matériaux ont été l’objet des expériences pour déterminer le mélange approprié permettant de disposer un isolant thermique de meilleure qualité. Quatre essais de matières ont été effectués dans le laboratoire du Centre National de Recherches Industrielle et Technologies (CNRIT) pour déterminer la composition idéale d’un isolant thermique performant et de meilleure qualité. Ces expériences nous permettent d’apprécier la caractéristique de chaque composition avant de choisir les meilleures matières pour l’isolant thermique de notre prototype. Le but de cette réalisation est de savoir l’efficacité de notre prototype pour pouvoir améliorer les réchauds traditionnels en brique des artisans.

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Les essais que nous avons effectués sont récapitulés dans le tableau ci-après pour savoir les points essentiels de notre expérience.

Tableau 13: Essai de détermination des composants de meilleure qualité d'isolant thermique du prototype

ESSAI MATERIAUX UTILISEES CONSTATS

Essai n°1 1 volume d’Argile non cuite + Après 3 jours de séchage, on remarque 1 volume de ciment + eau qu’il y a des fissures au niveau de l’isolant. Suite à ce fait, on a abandonné cet essai n°1.

Essai n°2 1 volume de brique en argile Dès qu’on a essayé d’enlever broyé + 0,5 volume de latérite + l’empreinte (moule) interne de la boite, sable + eau l’isolant est cassé à cause de la fragilité de l’isolant. Composition trop fragile. Ce n’est pas convaiquant pour un bon isolant.

Essai n°3 1 volume de brique d’argile Après séchage, On obtient un isolant broyé + 3/4 volume de ciment + compact avec des légères fissures. On a chaux + eau. décidé quand même de poursuivre le test par la mise en feu de cet essai. On a remarqué que les fissures se développent et plus on augmente la température l’isolant se détériore petit à petit.

Essai n°4 1 volume de brique d’argile L’isolant obtenu est plus cohérent que broyé + 0,5 volume de ciment + les isolants de la composition 0,3 volume de chaux + 0,3 précédente. Il y a encore quelque volume de sable + 0.5 volume fissure non remarquable mais il est latérite + eau. assez résistant et tiendra la forme voulue. Après la première mise en feu, il y a de l’évolution sur sa dureté par rapport à son état après séchage. A température élevée, l’isolant résiste bien mais le feu l’affine légèrement. Pour la suite de la recherche, nous avons utilisé cet essai n°4 comme le produit approprié pour la confection du prototype de fonderie améliorée.

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V.5.4. Etapes de confection de prototype de fonderie Nous tenons à préciser que la taille de ce prototype a été simulée à la moitié de la taille du modèle réel de la fonderie utilisée par les différents ateliers de fonderie d’Ambatolampy. Pour confectionner un prototype de fonderie, nous avons utilisé une boîte à huile métallique vide qui a été servie comme paroi extérieure. Cette paroi a les caractéristiques suivantes : un diamètre de 30 cm et d’une hauteur de 30 cm. Pour le foyer de la fonderie, on a troué la paroi et on a mis un seau plus petit ayant 18 cm de diamètre et 23 cm de hauteur pour servir d’empreinte (moule). Les différentes étapes de confection du prototype comprennent respectivement : V.5.4.1. Modification du fût métallique - Découpage du demi-fût métallique en deux parties pour le réduire en hauteur et pour y faire aussi un couvercle qui va s’emboité l’un de l’autre.

Photo 29: Découpage de la barrique - Perçage des trous avec une soudure électrogène sur la paroi métallique et le seau en plastique puis glissage du tuyau afin de créer un trou d’aération. Soudage des poignées sur le couvercle. Paroi extérieure

Moule intérieure

Moule du Trou de couvercle ventilation

Photo 30: Paroi externe et différente moule

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V.5.4.2. Coulage de l’isolant thermique du prototype Avant le coulage des mélanges d’ingrédients pour cet isolant réfractaire, il y a quelque étape que nous avons réalisée : - Assembler et ajuster les moules : seau en plastique et les tuyaux en PVC

Photo 31: Assemblage et ajustage des moules

On a placé à l’intérieur, 3 briques de 6 cm d’épaisseurs autour pour le maintenir le moule ainsi que pour le bien centrer. - Mélanger les matières pour la fabrication de l’isolant thermique de notre prototype Nous avons retenu la composition des matières dans l’essai n°4 ci-dessus mais en version améliorée. On a obtenu la composition la plus intéressante suivante : 2 volumes d’argile cuite broyée +1 volume de ciment réfractaire + 0,5 volume de sable fin + 0,75 volume de latérite et de chaux + 0,25 de ciment fondu + Eau.

Photo 32: Mélange des ingrédients de l'isolant

thermique

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- Coulage de la composition du mélange de matière pour l’isolant thermique

Moule en PVC du trou de

ventilation

Photo 33: Le foyer du prototype après coulage de l’isolant thermique Pour optimiser la conservation thermique, il faut mettre un couvercle au-dessus du foyer pour réduire au minimum les pertes thermiques. Et nous coulons aussi d’isolant réfractaire au niveau du couvercle.

Moule en PVC du trou de sortie de fumée

Photo 34: Construction du couvercle V.5.4.3. Séchage et démoulage Le séchage a pour but d’éliminer lentement l’eau de façonnage sans déformer notre prototype. C’est une opération délicate car il faut éviter les gerçures, le voilage : il s’agit d’interrompre le séchage au-dessous de la limite de tension que peut supporter la pâte (limite de plasticité) et cette limite varie avec la structure de l’argile, la finesse de la pâte, sa cohésion, son mode de façonnage. La durée de séchage est de 21 jours dont 7 jours pour un séchage à l’ombre.

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La courbe suivante montre l’évolution du retrait en épaisseur de l’isolant durant la période de séchage.

6,1 6 5,9 5,8 5,7 5,6 5,5 5,4 EPAISSEUR EPAISSEUR [cm] 5,3 5,2 5,1 1ère 3ème 6ème 9ème 12ème 15ème 18ème 21ème JOUR

Figure 17: Courbe d'évolution de l’épaisseur de l'isolant thermique pendant le séchage

Après le séchage, on passe au démoulage pour enlever le seau en plastique à l’intérieur et les tuyaux en PVC pour les aérations en les découpant par un couteau à haute température.

V.5.4.4. Revêtement en ciment réfractaire de l’isolant thermique Au préalable, pour favoriser l’adhérence, on mouille légèrement la surface de l’isolant thermique. On délaye 500 g de CALORITE dans 1/8 litre d’eau. Bien malaxer pendant cinq minutes. Après obtention de la circonstance désirée, on applique le ciment et égalise la surface avec un chiffon mouillé. On le laisse sécher pendant 48 heures avant de le soumettre au feu.

Foyer Trou de sortie de fumée

Couvercle Isolant réfractaire thermique

Photo 35: Revêtement en ciment réfractaire

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V.5.5. Essais d’expérimentation avec le prototype V.5.5.1. Détermination du débit d’air On a d’abord prélevé la vitesse de l’air [en m/s] expiré par le souffleur en marche à l’aide du thermoanémomètre pour déterminer le débit de la ventilation pendant tous les essais de fusion ci-après. Un mètre à ruban a été utilisé pour mesurer la longueur et la largeur du sortie d’air afin de connaitre la section du souffleur.

Section du souffleur

Thermoanémomètre

Photo 36: Mesure de la vitesse d'air du souffleur V.5.5.2. Premier essai de mise à feu ou cuisson Avant la première mise-en feu du foyer ou cuisson, on a assemblé le prototype et le souffleur électrique comme la photo suivante nous montre.

Photo 37: Assemblage du prototype et souffleur

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On a monté progressivement la température dans le foyer en démarrant à partir de la température ambiante. Elle vise à donner au prototype les qualités propres d’utilisation à projeter : Solidité, résistance. V.5.5.3. Les essais de fusion proprement dits Les étapes suivies avant de lancer les essais sont : - Le morcèlement des aluminiums ; - Le pesage du charbon : on a utilisé du charbon de bois en eucalyptus ; - Le pesage de deux types d’aluminium à fondre : feuille et tiges d’aluminium ; Il est nécessaire d’effectuer ce pesage avec la balance électronique afin de connaitre l’homogénéité des résultats. - L’allumage du feu ; - La mise au foyer du creuset rempli de débris d’aluminium; - Installation du couvercle ; - Démarrage du souffleur ; - A la fin de fusion, arrêt de souffleur.

Charbon Alu fondu incandescent à haute dans le creuset température

Photo 38: Foyer à haute température du prototype pendant le test On a procédé six (6) essais pour avoir déterminé la consommation, la variation de température, le temps de fusion des débris d’aluminium et le reste du combustible. Le gant de protection thermique est obligatoire au cours de ces travaux d’essais de fusion.

V.5.5.4. Prise de mesure Tous les travaux sont mesurés à l’aide des appareils convenables :

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- La déperdition énergétique : C’est à l’aide du thermoflow qu’on l’a mesuré, la valeur affichée sur l’appareil est exprimée en[퐵푇푈⁄푆푞. 푓푡. ℎ] = 3,1546 W/m2. Cet appareil capte le rayonnement thermique émit par le prototype à l’extérieur de la paroi.

- L’évolution de la température dans le foyer a été mesurée avec le thermocouple. La mesure a débuté à partir de la température ambiante jusqu’à la température de fusion. La photo ci-après nous montre son mode d’utilisation

Thermocouple

Sonde introduite dans le foyer

Photo 39: Mesure de la température à l'aide du thermocouple - Pour déterminer la durée de chaque processus, on a utilisé un chronomètre. - A la fin de chaque essai, on procède au pesage du reste de combustible dans le foyer avec la balance électronique. Cette mesure est essentielle afin de connaitre la performance et l’efficacité du prototype.

Les essais d’expérimentation ont été réalisés au laboratoire du CNRIT pendant quelques semaines. Les résultats issus de ces essais sont enregistrés dans la partie « résultat » de ce ptravail.

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RESULTATS D’ENQUETE SUR LA CONSOMMATION DE BOIS ENERGIE

LA CONSOMMATION RURALE DU BOIS DE CHAUFFE La consommation de bois de chauffage varie d'une famille à une autre et en fonction de divers paramètres tels que : - Le climat de la région considérée, - Le comportement écologique (comportement familial de paysans). - La dimension (taille) d'une famille (Exemple : les grandes familles qui font cuire des quantités importantes d'aliments à chaque fois valorisent mieux le bois de chauffage utilisé). - La variation saisonnière D’après les données de littérature, la consommation moyenne en bois de chauffe dans le milieu rural comme dans la plupart des communes du district d’Ambatolampy est en moyenne de 1,8 kg/jour. CONSOMMATION DE CHARBON DE BOIS DANS LES MENAGES URBAINS Le charbon de bois est le combustible li plus utilisé pour la cuisson dans la plupart des ménages urbains dans le district d’Ambatolampy Les résultats de notre enquête dans six (6) ménages différents échantillonnés dans la ville d’Ambatolampy sont présentés dans le tableau suivant.

Tableau 14 : Consommation de charbon de bois dans les ménages

Nombre de Type de Foyer Nombre de Consommation personne boite de de charbon par ménage charbon par (kg/jour) jour Ménage n°1/Ambanimaso I 4 Fatapera gasy 5 1,750 Ménage n°2/Ankodondona I 3 Fatapera gasy 4 1,400 Ménage n°3/Bemasoandro 7 Fatapera gasy 11 3,850 Ménage n°4/Ambodiriana 4 Foyer amélioré 3 1,050 Ménage n°5/Ambanimaso I 5 Foyer amelioré 4 1,400 Ménage n°6/Haute Ville 6 Fatapera gasy 8 2,800 TOTAL 29 35 12,250

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A partir de ces résultats dans ce tableau, on peut faire une estimation en calculant.

On a 1 boite de charbon = 350 g de charbon (photo n°29) donc,

Consommation moyenne de charbon/personne/jour = Totale de la consommation de charbon / Nombre de personne par ménage Application numérique : 12,250 / 29 = 0,422 kg /personne/jour

D’où, Consommation moyenne de charbon/personne/jour = 0,422 kg /personne/jour

Ce combustible n’est consommé que de manière intermittente dans la journée : trois fois par jour pour la cuisson. Les principaux facteurs d’augmentation de consommation en charbon de bois sont : - l’accroissement démographique entrainant l’augmentation des ménages, - la pratique non économe au niveau des consommateurs. En ce qui concerne le mode d’utilisation de cette énergie, une grande proportion des ménages dépend encore des cuiseurs traditionnels « fatapera gasy » pour le charbon de bois. Celle-ci ne permet aucune économie de bois-énergie. L’utilisation des foyers améliorés est restée marginale malgré l’intérêt porté par les consommateurs pour ce type de foyers.

CONSOMMATION DE CHARBON DE BOIS DANS LES ATELIERS DE FABRICATION D’USTENSILES EN ALUMINIUM Premièrement, le charbon joue un rôle essentiel dans la fonderie des matières premières notamment les déchets et débris d’aluminium. Pourtant cette consommation intermédiaire risque de ne pas couvrir le besoin des artisans pour faire fondre ces matières premières, alors que ces fabricants en ont besoin en grande quantité afin de mieux fondre en liquide ces déchets et débris d’aluminium.

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D’après notre enquête au niveau de quelques fonderies de la commune urbaine d’Ambatolampy, cette consommation est présentée dans le tableau ci-après :

Tableau 15: Consommation de charbon de bois dans les fonderies

Localisation Poids Consommation de charbon Poids charbon d’aluminium (en sac) (kg) (kg/jour) Réchaud Réchaud Hauteur Allongé Ambanimaso I 300 2 4 270 Ambodiriana 200 1,5 3,5 225 Ankodondona II 80 1 2 135 Andafiatsimo 50 2 - 90 TOTAL 630 6,5 9,5 720

Ce tableau montre que Un grand sac de charbon pèse en moyenne 45 kg, alors on a :

La consommation moyenne = TOTAL Poids charbon / Nombre des ateliers enquêtés

Application numérique :

La consommation moyenne = 720kg/4 = 180 kg/jours pour une fonderie = 4 sacs/jour

Or le tableau n°6 ci-dessus nous montre qu’il y a 41 fonderies dans la commune urbaine d’Ambatolampy, sans compter les petits ateliers clandestins :

D’où,

La consommation moyenne totale des fonderies = 180 kg × 41 = 7 380 kg/jr = 164 sacs/jr

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RESULTATS DES TRAVAUX D’EXPERIMENTATION AU LABORATOIRE

Plusieurs tests du prototype de fonderie améliorée ont été effectués au laboratoire du Département Energétique du CNRIT. Ces tests consistent à faire des essais de fusion des feuilles et des débris d’Aluminium de deux façons différentes en : - CONTINU, ou - DISCONTINU. Les résultats des essais de fusion sont présentés et interprétés dans ce chapitre. RESULTAT DES TESTS VII.1.1. Le débit du vent expiré par le souffleur Tableau 16: Vitesse et section du souffleur

Vitesse [m/s] 12,6 16,7 14,5 Section [m2] 0, 0195

Donc le débit Q = Vitesse moyenne × Section =14,6 × 0, 0195 = 0.261 [m3/s] VII.1.2. La déperdition thermique La valeur affichée sur le thermoflow pendant les essais de fusion de notre prototype varie entre 90 - 100 [ 퐵푇푈⁄푆푞. 푓푡. ℎ] Donc p = 284 [W/m2] à 315,46 [W/m2] VII.1.3. Tableau récapitulatif des résultats d’essais Les tableaux suivants nous montrent les résultats des six (6) essais de fusion réalisés par notre prototype de fonderie améliorée. VII.1.3.1. Première journée d’essai : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU Lors de la première journée du test, on introduit pour la première fois du feu dans le foyer de notre prototype.

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Tableau 17: Résultat d'essai de fusion n°1 : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU

Heure Evolution de la Poids du Poids de Combustible température charbon l’alu restant (°C) Initial Allumage souffleur 12h 05 21,5 900 g 50 g 226 g = 22,6 % 12h 07 72 Alu 12h 09 336 mélangé 12h 10 513 12h 12 557 12h 15 624 Arrêt souffleur 12h 19 637 Début de fusion 12h 21 778

12h 24 924

Interprétation : le prototype consomme encore beaucoup d’énergie lors de ce premier essai de fusion pour pouvoir éliminer totalement l’eau de constitution de l’isolant thermique. L’évolution de la température ambiante jusqu’à la température de fusion demande plusieurs minutes à cause du prototype de fonderie non encore rôdé

VII.1.3.2. Deuxième journée d’essai : Ces 3 essais suivants a été faite pendant une même journée. L’essai n°2 ci-après est un essai discontinue puisque la température de départ c’est la température ambiante du foyer.

Tableau 18: Résultat d'essai de fusion n°2 : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU

Heure Evolution de la Poids du Poids de Combustible température charbon l’alu restant (°C) Allumage souffleur 10h 30 18,6 800 g 80 g 308 g =38,5% 10h 32 224 débris de 10h 34 550 cannete 10h 36 685 Début fusion 10h 38 896 Arrêt souffleur 10h 40 967

Interprétation : Le foyer commence à roder et le temps de fusion des feuilles d’aluminium est assez court par rapport au temps de fusion du tube. Cela implique un gain du temps et minimise la consommation de combustible.

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L’essai n°3 et n°4 sont des essais continus parce que l’essai de fusion suivant recommence juste après le pesage de combustible restant de l’essai antérieur.

Tableau 19: Résultat d'essai de fusion n°3 : ESSAI DE FUSION EN CONTINU

Heure Evolution de la Poids du Poids Combustible température charbon de restant (°C) initial l’alu

Allumage souffleur 11h 00 225 700 g 90 g 338 g =48,2 % 11h 01 662 débris Début fusion 11h 03 727 de tubes Arrêt souffleur 11h 05 858 11h 07 918 d'alu

Interprétation : La température de départ dans le foyer est bien conditionné pour faciliter l’élévation brusque de la température et accélère le temps de fusion de l’aluminium même si ce sont des tubes épais. La consommation réduit jusqu’au 50% près et il y a une excellente économie de charbon.

Tableau 20: Résultat d'essai de fusion n°4 : ESSAI DE FUSION EN CONTINU

Heure Evolution de la Poids du Poids Combustible température charbon d’alu restant (°C) Allumage souffleur 11h 25 280 600 g 120 g 284 g = 47,3% 11h 27 374 débris Début fusion 11h 28 750 d'alu 11h 29 954 combiné Arrêt souffleur 11h 31 896

Interprétation : Comme l’essai précèdent, l’obtention de température de fusion est très rapide même si on réduit le poids du combustible introduise dans le foyer et on augmente le poids de l’aluminium à fondre. Cet essai continu permet d’économiser la moitié de l’énergie consommé.

VII.1.3.3. Troisième journée d’essai Pour cet essai n°5, on a commencé par la température ambiante donc c’est un essai discontinu.

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Tableau 21: Résultat d'essai de fusion n°5 : ESSAI DE FUSION EN DISCONTINU

Heure Evolution de la Poids du Poids Combustible température charbon de l’alu restant (°C) initial Allumage souffleur 12h 21 20,5 600 g 30 g 168 g = 28% 12h 23 227 Tube d’alu 12h 25 358 12h 27 515 Début fusion 12h 29 692 Arrêt souffleur 12h 31 858

Interprétation : L’évolution de la température est un peu lente par rapport aux essais continus précèdent. Le duré de fusion est similaire aux essais discontinus n°1 et n°2 et cela implique une consommation allant jusqu’au 70 % près du charbon dans le foyer.

Tableau 22: Résultat d'essai de fusion n°6 : ESSAI DE FUSION EN CONTINU

Heure Evolution de la Poids du Poids Combustible température charbon de l’alu restant (°C) Allumage souffleur 12h 50 265 500 g 50 g 190 g = 38% Arrêt souffleur 12h 52 671 Feuille d’alu Début de fusion 12h 54 750 12h 56 841 12h 58 721

Interprétation : Il ne nécessitait que quelque minute de souffle pour obtenir la température de fusion de l’aluminium pour ce dernier essai continu n°6. On a réduit à 500 g le poids de charbon introduit dans le foyer en revanche le combustible restant à la fin de fusion occupe encore le 38% de ce poids initiale.

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VII.1.4. Simulation graphique de la performance et de l’efficacité On a simulé graphiquement ces résultats des tableaux ci-dessus pour évaluer sa performance et son efficacité.

1000 900 800 700 600 500

Poids [g] Poids 400 300 200 100 0 essai n°1 essai n°2 essai n°3 essai n°4 essai n°5 essai n°6 poids charbon [g] 900 800 700 600 600 500 poids de l'alu [g] 50 80 90 120 30 50 reste combustible [g] 226 308 338 284 168 190

Figure 18: Graphe de simulation de la performance et de l'efficacité du prototype L’écart entre le poids de charbon initial avant la mise en feu et le poids du reste du charbon après la fusion de l’aluminium est représenté sous forme de histogramme vert indique l’économie du combustible à chaque essai de notre prototype. - Les essais de fusion discontinu n°1, n°2, et n°5 : présentent un long écart C’est-à-dire que la consommation est élevée et 60 à 80 % de combustible introduit dans le prototype.

- Les essais de fusion continus n°3, n°4 et n°6 : présentent un court écart C’est-à-dire que ces essais économisent plus de combustible (près de 40 à 50%) par rapport aux essais discontinus puisqu’on commence avec une température assez haute comparant à la température ambiante.

ANALYSE FFOM (Force – Faiblesse – Opportunité – Menace) Les résultats des essais ci-dessus nous permettent d’évaluer la force, la faiblesse, l’opportunité et le menace après les essais de notre prototype de fourneau afin déterminer chaque critère d’analyse. Les fourneaux traditionnels ont été pris ainsi l’objet de référence afin de connaitre les différences entre ces deux fourneaux

Ces critères d’analyse entre les fourneaux traditionnels et notre fonderie améliorée sont représentés sous forme de tableau dans la page suivante.

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Tableau 23: Critères d’analyse des fonderies améliorés et traditionnelles

Critères Type de fonderie Amélioré Traditionnelle Economie d’énergie +++ 0 Rapport qualité/prix ++ +++ Facilité de fabrication + +++ Facilité d’utilisation +++ ++ Polyvalence Charbon +++ +++ Gaz +++ - Mobilité +++ - Durabilité ++ + Elégance +++ 0 Confort +++ 0 Faible dégagement de fumée ++ + Faible dégagement de chaleur +++ 0 Allumage ++ ++ Extinction + + Ventilation - +++ Propreté +++ + Rapidité de production ++ +++ Gain de temps ++ ++ Disponibilité de matériel de fabrication + +++ Cout des matériaux de construction 0 +++

+++ : Excellent 0 : Nul Niveau d’évaluation : ++ : Très bon - : Non appréciable + : Bon

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DISCUSSION ET SUGGESTION

Les résultats des essais d’expérimentation et l’analyse FFOM ont prouvé que le prototype de fonderie améliorée présente un atout significatif par rapport au fourneau de fonderie des fabricants d’aluminium qui est très énergétivore. Cette discussion portera sur les trois points suivants : - Les avantages apportés par l’utilisation de la fonderie améliorée par rapport à celle de la fonderie traditionnelle utilisée par les fabricants d’ustensiles en aluminium ; - Le prix de la fonderie améliorée ; - La stratégie adoptée afin que tous les fabricants d’ustensiles en aluminium puissent disposer de cette fonderie améliorée AVANTAGES APPORTES PAR LE PROTOTYPE DE FONDERIE AMELIOREE Plusieurs avantages sont issus de ce travail de recherches dont la réduction de la consommation en charbon de bois pour la fusion de l’aluminium, la préservation des ressources forestières, l’amélioration des revenus des artisans fabricants d’ustensiles de cuisine en aluminium et enfin, l’amélioration des conditions de vie des artisans La question qui se pose est que : - chaque artisan fabricant dispose –t-il le même niveau d’éducation pour pouvoir appliquer cette technologie ? - le prix de la fabrication est-il à la portée de la bourse de chaque artisan ? Cette technologie n’a pas besoin de niveau d’éducation élevée car la technologie est simple et tout le monde peut le réaliser une fois que la technologie est bien transmise. En ce qui concerne le prix de la réalisation de ce prototype, ce n’est pas cher et à la portée de la bourse de chaque artisan fabricant. STRATEGIES ADOPTEES POUR INCITER ET DIFFUSER CETTE TECHNOLOGIE DE FONDERIE AMELIOREE Pour faciliter le transfert de technologie de fabrication de cette fonderie améliorée, des programmes de formation doivent être élaborées par les représentants des ateliers de fabrications d’ustensiles de cuisine en aluminium afin que chaque artisan puisse connaître et appliquer cette technologie.

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DETERMINATION DU COUT VIII.3.1. Prix de la fonderie améliorée On a déterminé le cout de notre fonderie en additionnant les prix des matériels et des services que nous avons dépensé pendant la fabrication du prototype de fonderie.

Tableau 24: Cout de fabrication de la fonderie amélioré COUT DES MATERIELS Matériels Prix unitaire (Ariary) Quantité Prix (Ariary) Barrique métallique 7 000 1 7 000 Moule en plastique 3 000 1 3 000 Tuyaux PVC 1 000 2 2 000 Poignet 1 000 2 2 000 Ciment réfractaire 21 000 (/kg) 2 42 000 Ciment fondu 700 (/kg) 1 700 Chaux en vrac 500 (/kg) 2 1 000 COUT DES SERVICES Ouvrage des matériels (Découpage, Soudure, Perçage) 6 000 TOTAL 63 700

Certain matériaux comme l’argile cuite, latérite, sable sont disponibles partout en grande quantité, alors ils sont gratuits.

VIII.3.2. Prix des fourneaux de fonderies traditionnelles Pour le four de fonderie traditionnelle, son prix est estimé en fonction du nombre de brique et fil d’acier qu’ils les constituent.

Fourneau en hauteur : 60 briques × 100 Ar = 6 000 Ar

2 mètres de fil d’acier × 2 000 Ar = 4 000 Ar

Somme = 11 000 Ar

Foureau allongé : 80 briques × 100 Ar = 8 000 Ar

4 mètres de fil d’acier × 2 000 Ar = 8 000 Ar

Somme = 16 000 Ar

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VIII.3.3. Discussion sur les couts Notons que toutes les briques constituants ces fours des fonderies traditionnels sont remplacés après 15 jours environ d’utilisation tandis que notre prototype n’a besoin que quelque entretien. Même si le cout de fabrication de la fonderie améliorée est 6 fois plus coûteux que celle du traditionnelle, son durabilité ajuste l’écart entre cette différence de prix. IMPLICATION DU FOURNEAU AMELIORE POUR LE DEVELOPPEMENT Le fourneau amélioré est une technologie qui permet une réduction de la consommation de charbon de bois tant que les énergies de substitution à usage artisanale ne soient vulgarisées à Ambatolampy. L’utilisation de ce fourneau doit être préférée par rapport aux réchauds traditionnels pour les raisons suivantes : - Le fourneau de fonderie traditionnelle permet de récupérer seulement 18% de l’énergie de combustion du charbon pour la fonderie des aluminiums. Les 82% de l’énergie produite lors de la combustion sont perdus donc gaspillés. - Le four de fonderie traditionnelle expose les artisans et les personnelles au feu et à toutes ses conséquences telles que les brulures, la chaleur, les intoxications par la fumée, les incendies, etc. - Les fonderies améliorées permettent ce qui suit :  de récupérer 70% de l’énergie produite par la combustion du charbon pour la fonderie des aluminiums;  d’économiser 20 à 50% donc la moyenne de 35 % du charbon utilisé dans la fonderie d’aluminium c’est-à-dire au lieu de consommer 180 kg ou 4 sacs en moyenne par jour de charbon, cette consommation sera réduite à 117 kg ou 2,6 sacs au moyenne par jour.  d’économiser 30 à 50% de l’argent utilisé dans l’achat de charbon pour la fonderie;  d’économiser 40 à 70% des ressources ligneuses de la forêt coupée pour la production de bois de feu;  d’alléger les travaux de production des artisans. - La fonderie améliorée protège les artisans et les personnels dans les ateliers de fonderies d’aluminium de l’exposition au feu et de la chaleur, les intoxications par la fumée, les incendies, etc.

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INTERACTION DE L’ENERGIE DANS L’ECONOMIE ET L’ENVIRONNEMENT L'objet de cette section est de présenter les aspects principaux susceptibles d’éclairer les fondements complexes de la relation économie-énergie-environnement et d’établir ainsi des prévisions et précaution à moyen et à long terme.

VIII.5.1. Les impacts des consommations d’énergies La consommation de carbone fossile d'un habitant dans le milieu urbain dans le district d’Ambatolampy est actuellement très grande par rapport à celle d’un habitant en milieu rural ; par contre la demande en bois énergie est proportionnelle à celle-ci. Tous ceux-là expliquent les déséquilibres totaux en besoin d’énergies des deux milieux cités ci-dessus et engendrent une véritable crise d’énergies et des impacts sur les modalités de leur consommation et surtout sur l’environnement.

VIII.5.1.1. Les conséquences de la crise d’énergie dans l’économie et sur la vie sociale Les influences de la crise énergétique sur la vie quotidienne de la population sont les suivantes :

- Réduction du temps de travail à cause des temps perdus à la recherche des sources énergies ; - Baisse du revenu causant ainsi la baisse de taux production; - Transformation du mode de vie : évolution du mode d'alimentation de manière à minimiser le recours à la cuisson ; - Conflits entre la population urbaine pauvre et la population rurale.

VIII.5.1.2. Les conséquences de la crise d’énergie sur l’environnement La consommation d’énergie provoque une grande source de pollution. Citons à titre d'exemple les effets suivants : - Désertification des zones suite au déboisement pour l’exploitation de bois énergie ; - Dépression des forets dû aux émissions du souffre émis par les centrales thermiques et les divers transports utilisant les produits pétroliers (pluies acides constituant de l'acide sulfurique) ; - Réchauffement de l'atmosphère à mesure que les cheminées industrielles et les divers foyers crachant du gaz carbonique. Ce phénomène est appelé : EFFET DE SERRE.

VIII.5.2. Les solutions proposées Pour faire face aux dangers menaçants la vie socio-économique et environnementale des populations locales, on distingue des solutions pour lutter contre ces effets néfastes :

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VIII.5.2.1. Réduction du processus de dégradation des ressources naturelles Pour atteindre cet objectif, les mesures suivant ont été recommandé : - La promotion de la gestion durable des ressources forestières à travers les outils de planification forestière, l’octroi de permis par voie d’adjudication, les outils de valorisation des forêts et dérivés, les redevances et recette forestières, le transfert de gestion ; - La promotion d’un programme national de reboisement : activités de reboisement, de mise en défense, d’embroussaillement et de valorisation des plantations artificielles ; - La gestion des feux de végétation à travers les structures locales de lutte, les compagnes de sensibilisation /éducation/ responsabilisation et les compagnes de contrôle et de répression. VIII.5.2.2. Amélioration du rendement énergétique des usages du bois Pour pouvoir satisfaire de façon durable et efficace les besoins en Bois Energie, il faut : - Etudier et développer la filière de production de foyers économes comme notre recherche sur la fonderie améliorée par une approche entrepreneuriale et commerciale. - Continuer la recherche en matière de carbonisation amélioré. - bonne organisation spatiale pour les nouvelles plantations afin de bien couvrir les besoins énergétiques plus importants des zones éparpillées pour un service de proximité, ou pour éviter l’éloignement des sites d’exploitation, de carbonisation et d’approvisionnement des points de vente. VIII.5.2.3. Recherche des substituts énergétiques de bois de chauffe Le besoin d'énergie pour la cuisson, le chauffage domestique et la production de biens artisanaux comme dans les fonderies d’aluminium peuvent être remplacées par :

- charbons de substitution à base des schistes bitumeux et lignite puisqu’il y a présence de ces énergies fossiles dans cette région Nord de Vakinankaratra (Sambaina jusqu’à Antanifotsy) afin de substituer les gaspillages des bois énergies. - des sous-produits agricoles et forestiers de faible granulométrie pour l’obtention de combustibles de substitution - les déchets de jatrophas curcas pour l’obtention de combustibles de substitution et obtention du biogaz - les déchets ménagers par une construction des équipements de l’unité de fabrication de charbon à partir de fines récupérées VIII.5.2.4. Valorisation des énergies renouvelables Mettre à la disposition des utilisateurs un Plan Directeur de la Recherche pour le développement des énergies renouvelables, répondant aux besoins du développement du pays (social,

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économique, environnemental, culturel) et respectant les engagements pris au niveau international. Pour parvenir à tout cela il faut :

a) Connaître la situation actuelle de la recherche dans le domaine de l’énergie renouvelable, b) Promouvoir l’innovation participative dans la recherche sur les énergies renouvelables à valeur ajoutée socio-économique, culturel et environnemental, c) Contribuer à l’atteinte des objectifs nationaux dans le cadre de l’économie verte et l’atténuation du changement climatique d) Renforcer la capacité technique, institutionnelle, organisationnelle et opérationnelle des entités concernées dans le domaine des énergies renouvelables e) Valoriser les résultats de recherche dans le domaine des énergies renouvelables pour un développement durable (économie, social, environnemental, culturel, technologique). f) Assurer la mise en œuvre efficace et efficiente du plan directeur de la recherche sur les énergies renouvelables par le Ministère chargé de la Recherche et de l’Energie.

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CONCLUSION

Le district d’Ambatolampy est connu depuis longtemps non seulement dans tout le pays par la production de marmite dénommée « cocote Ambatolampy » mais aussi dans toute la région de l’Océan Indien. Plusieurs ménages de la commune urbaine d’Ambatolampy pratiquent cette activité comme source de revenu. L’enquête réalisée dans ladite commune nous a permis d’inventorier 41 ateliers de fabrication d’ustensiles en aluminium fonctionnels. Le charbon de bois est la source d’énergie utilisée par ces ateliers pour le bon fonctionnement de leur activité avec une consommation journalière de 7,38 t/j, soit 164 sacs de charbon de 45 kg en moyenne.

L’objectif de ce travail de recherches est d’évaluer la potentialité énergétique du district pour la pérennité des activités de ces ateliers d’une part et d’autre part de réduire la consommation énergétique journalière en charbon de bois de ces ateliers par la conception et la réalisation d’un prototype de fonderie d’aluminium amélioré. Le résultat d’enquête a prouvé que le district d’Ambatolampy possède plusieurs sources d’énergie telles que : primo, les ressources forestières dont la station forestière de Manjakatompo Ankaratra avec 7800 ha où 2603 ha sont boisés, le périmètre forestier Ampahibato avec 1200 ha de forêt, la forêt naturelle de Tsinjoarivo avec 1500 ha et la forêt naturelle Antananarivokely avec 100 ha ; secundo, les centrales hydroélectriques respectives de Tsinjoarivo avec une puissance de 22 MW et celle de la rivière d’Andromba , à Behenjy qui est en cours de construction et pouvant produire 2 MW ; enfin la centrale solaire récemment installée et pourrait fournir 20 MW. La méthodologie adoptée pour la concrétisation de ce travail de recherches est à la fois qualitative et quantitative. Sa concrétisation à termes nécessite à priori par le passage à travers l’ordre chronologique des différentes activités suivantes : la recherche de données bibliographique et webographie, la descente dans la zone d’études pour la réalisation d’enquêtes permettant de connaître la réalité dans ledit district sur la potentialité énergétique locale, les ateliers de fabrication d’ustensiles de cuisine en aluminium, son fonctionnement, les sources d’énergie utilisées et consommées ainsi que les modèles de fonderie fonctionnelle dans les ateliers. De plus, nous avons procédé respectivement à la conception et à la réalisation du prototype de fonderie améliorée simulé avec les fonderies fonctionnelles, les travaux d’expérimentation au laboratoire permettant de tester l’efficacité énergétique du prototype de fonderie réalisée et enfin le traitement et l’analyse des données collectées avec les résultats des divers tests de labo. La rédaction du présent mémoire qui a clôturé ce travail de recherches.

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Mémoire de fin d’étude GEO-ENERGIE

Les résultats des essais d’expérimentation ont montré que : - primo, l’isolant de la fonderie améliorée présente la composition en matériaux suivant : 2 volumes d’argile cuite broyé, d’1 volume de ciment réfractaire, de ½ volume de sable fin, de ½ volume de latérite, de ¼ volume de chaux et enfin de ¼ volume de ciment fondu et de chaux ; - Secundo, les essais de fusion en continu sont plus économiques que ceux en discontinu. Cette économie se présente sous plusieurs formes entre autres : o Economie de 35% en charbon de bois pour la fusion de l’aluminium, c’est-à- dire au lieu de consommer 180 kg/j/atelier (4 sacs de charbon de 45 kg), cette consommation sera de 117 kg/j/atelier soit 2,6 sacs de charbon/j/atelier ; o Economie monétaire de l’ordre de 30% à 50% sur l’achat de charbon par fonderie ; o Economie environnementale par la préservation forestière de 3,6 ha/j en tenant compte de la réduction de 35% de consommation de charbon de bois, soit 2,583 t/j pour un rendement de carbonisation de 7t/ha. - Tertio, l’utilisation de cette fonderie améliorée par les ateliers présente divers avantages dont : l’augmentation de leur revenu, un gain de temps leur permettrait de faire d’autres activités génératrices de revenu (AGR) et enfin la protection de leur santé puisque cette fonderie améliorée n’émet qu’une faible quantité de fumée, et en plus le gain du temps pour pouvoir faire d’autre chose. Beaucoup restent encore à faire entre autres : la recherche d’autres sources d’énergies pouvant remplacer le bois énergie qui est une autre perspective pour la résolution des problèmes socio- économiques et environnementaux générés par l’utilisation abusive des ressources forestiers.

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RÉFÉRENCES

BIBLIOGRAPHIES

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I

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WEBOGRAPHIES [21] www.wavespartnership.org [Madagascar comptes bois], Mai 2019

[22] http://www.omh.mg [Prix des produits pétroliers], Juin 2019 [23] http://www.jirama.mg [Tarification d’électricité], septembre 2019 [24] http://cnrit.recherches.gov.mg [25] http://fr.wikipedia.org/static/ [Situation énergétique mondiale], Juillet 2019 [26] http://www.youtube.com [vidéo de la réalisation de fonderie] [27] https://www.researchgate.net/ [28] http://www.willgoto.com/ [29] https://www.connaissancedesenergies.org/sites/all/themes/cde_2017/favicon.ico

II

ANNEXES

ANNEXE I : PRESENTATION DU CNRIT 1. Fiche signalétique Le Centre National de Recherches Industrielle et Technologique est un Etablissement Public à Caractère Industrielle et Commerciale (EPIC) doté de la personnalité morale jouissant de l’autonomie de gestion administrative et financière. Il a été régi par le statut juridique (EPIC).

Nom : CNRIT Statut Juridique : EPIC Adresse : 38, rue Rasamimanana Fiadanana, Antananarivo 101 Tél : 020 22 635.20 E-mail : [email protected] Année de création : 1987 Le Centre National de Recherches Industrielle et Technologique (C.N.R.I.T) est un établissement public à caractère scientifique, technique et économique.

Il a été créé suivant le décret nº 87 – 288 du 28 juillet 1987, réorganisé par le décret nº92-469 du 22 avril 1992 et placé sous tutelle du Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique (MESupRES) et sous la tutelle financière du Ministère de l’Economie, des Finances et du Budget (MEFB). C’est ce dernier qui assure le financement du centre.

2. Domaine d’activités et objectif du CNRIT La CNRIT participe à l'élaboration et à la mise en œuvre de la politique nationale de recherches technologiques et valorise les résultats de ces recherches pour le développement durable de Madagascar :  Recherche et innovation ;  Valorisation des matières premières et des ressources locales ;  Développement des technologies endogènes ;  Absorption et adaptation des technologies étrangères.  Encadrement, assistance et appuis des opérateurs de développement ;  Renforcement des capacités et des compétences régionales par la maîtrise des technologies propres ;  Gestion et protection de l'environnement (industriel, physique et social…).

II

Le CNRIT a pour objet de contribuer :  à l’élaboration et la conduite de la politique nationale de recherches pour le développement industriel et technologique,  à la valorisation des résultats de recherches au transfert et à l’innovation,  à la formation scientifique et technologique,  à la diffusion des informations scientifiques et technologiques en coopération avec le Centre d’Information et de Documentation Scientifique et Technique (C.I.D.S.T)

Photo 40: Vue de CNRIT

III

3. Environnement interne du CNRIT

CONSEIL SCIENTIFIQUE ET D’ORIENTATION

CONSEIL DIRECTION SCIENTIFIQUE ET D’ORIENTATION

DEPARTEMENT CONTROLEUR DE ADMINISTRATIF GESTION ET FINANCIER

DEPARTEMENT DEPARTEMENT DEPARTEMENT DEPARTEMENT MATERIAUX METALLURGIE CHIMIE ENERGETIQUE ET GENIE CIVIL ET GEOLOGIE

DEPARTEMENT INFORMATIQUE ET ELECTRONIQUE APPLIQUEE

Figure 19: Organigramme du CNRIT

4. Réalisations dans les départements  Conseil d’Administration Le conseil d’administration est l’origine chargé de présenter les programmes de recherches technologique, les conventions en matière de recherche scientifique et technique auprès de l’instance hiérarchique supérieure. C’est à lui qu’incombent les taches relatives aux états financiers du centre et la décision de la mise en œuvre des projets.

 Conseil scientifique d’orientation Le Conseil scientifique d’orientation assiste le conseil d’administration dans les instructions techniques des délibérations.

IV

 Direction La Direction a pour taches d’appliquer les décisions et programmes validés par le conseil d’administration. Elle a pour rôle de coordonner les différents départements techniques et structures d’appui.

 Département Administration et financier Il assure la gestion administrative et financière du centre, il gère aussi la logistique, la documentation et des gestions juridiques.

 Département énergétique C’est à ce département que reviennent les missions suivantes :

- L’étude des pressions de compactage des différents déchets végétaux ; - Valorisation des sous-produits agroforestiers de faible granulométrie de Madagascar - L’étude des résidus des industries de transformation de bois ; - Amélioration de la productivité du carbonisateur de l’association Pro-Natura ; - Les aérogénérateurs ; - La valorisation des produits agricoles par utilisation du séchoir solaire ; - Le distillateur solaire ; - Biogaz et biométhanisation : étude de valorisation de la salvinia sp, étude des meilleures souches de bactéries méthanoïques ; - La réalisation d’une machine thermoformeuse. - Installations Photovoltaïques, - Analyse d’huile de jatropha et pyrolyse de déchets de jatropha curcas.

 Département Chimie Ce département assume les trois fonctions suivantes : - Connaissance et valorisation de matières premières locales - Production d‟intrants pour industrie ou artisanat - Valorisation des résidus agricoles ou industriels

 Département Métallurgie et Géologie Le département métallurgie et géologie assure les fonctions de : - Recherche technologique des métaux ferreux et non ferreux - Recherche sur la technologie des matériaux réfractaires - Amélioration des techniques de prospection minière - Traitement des pierres industrielles et pierres fines - Recherches sur les pâtes à grès.

V

 Département informatique

Il assure principalement : - La conception des systèmes d’informatiques - L’élaboration des logiciels de gestion scientifique et technique - La conception et réalisation des outils et des méthodes de développement en informatique - La maintenance et réalisation d’appareils divers comme l’onduleur, interface, capteur,…

 Département Matériaux et Génie Civil Le Département matériaux et génie civil s’occupe :

- Du transfert de technologie (formation, assistance, technique,…….) - Des études, recherches, conceptions, évaluation des technologies de matériaux de la construction - Des études, recherches, conception, évaluation de bâtiment économique et écologique  Contrôle de Gestion Essentiellement la fonction de cette unité consiste à assister la direction en matière de contrôle et de gestion.

 Division documentation Ce département met à la disposition du CNRIT le mécanisme d‟information capable de gérer les résultats d‟études et des recherches appelées Système d‟informations documentaires.

 Groupe Marketing et étude Le groupe marketing et étude a pour tâche : - Valoriser les résultats de recherches - Vendre des brevets - Créer des PME /PMI (petite et moyenne entreprise et petite et moyenne industrie) - Rechercher des partenaires - Analyser les besoins - Faire des études de marché - Orienter la recherche.

VI

ANNEXE II : TRANSFERTS THERMIQUES Il y a un échange thermique ou encore transfert thermique lorsque deux systèmes sont à des températures différentes, le système le plus chaud cède de la chaleur au plus froid. Il existe trois modes essentiels de transferts de chaleur: la conduction, le rayonnement et la convection 1. Définitions . Température T : elle se définit en chaque point d’un corps liquide, solide ou gazeux. C’est une fonction scalaire de l’espace et du temps lorsque le problème en dépend (problème instationnaire). L’unité de température est le degré Kelvin [°K] ou le degré Celsius [°C]. . Flux de chaleur : c’est la quantité de chaleur qui traverse une surface S par unité de temps:

En Watt . Densité de flux φ : elle représente la puissance qui traverse l’unité de surface. Pour une surface perpendiculaire au flux de chaleur :

Exprimée en W.m−2 2. Conduction dans une coque cylindrique

T2 Considérons une coque cylindrique limitée par les rayons R1 R 2 et R2 de températures T1 et T2, suffisamment longue pour que r l’on puisse considérer le transfert de chaleur uniquement  er radial. (Figure ci contre) R 1 L’équation de la chaleur s’écrit : T 1

d’où : ce qui donne : Les conditions aux limites fournissent les constantes A et B et on en déduit la solution finale :

On en déduit le flux à travers une surface cylindrique quelconque de rayon r et de hauteur L située entre R1 et R2 :

Ce qui fournit la valeur de la résistance thermique de la coque :

VII

On pourra vérifier que si R2 et R1 sont très proches, le problème se comporte comme un mur

(disparition de l’effet de courbure) et Rcyl tend vers

3. La convection Un débit ou une circulation de liquide ou de gaz peut transporter avec lui une certaine quantité d’énergie thermique. Ce transport de l’énergie par un écoulement est analogue au transport d’autres quantités scalaires (non vectorielles): transport d’une concentration de sel par de l’eau, transport de l’humidité par l’air, ... On retiendra donc que dans la convection, la chaleur se sert du fluide comme véhicule pour se déplacer. Sans entrer dans les détails, notons qu’il existe deux types de transferts convectifs:

• La convection forcée • La convection naturelle En convection on caractérise le flux de chaleur Φ qui est extrait par le fluide de température T0 d’une paroi de surface S à la température TP par :

Φ = h .S . (TP − T0)

Ou Φ est en Watt, S en m2, T en Kelvin et ou` h désigne le coefficient d’échangé entre la paroi et le fluide (en W.m−2.K−1) déterminé par l’utilisation des nombres adimensionnels tels que :

- Nombre de Nusselt :

D : dimension caractéristique [m] λ : conductivité thermique du fluide [W m−1 K−1]

- Nombre de Reynolds : avec

U : vitesse caractéristique du fluide [m/s] D : dimension caractéristique [m] 훾 : viscosité cinématique du fluide [m2/s] ρ : masse volumique du fluide [kg/m3] μ : viscosité dynamique du fluide [Pa.s ou kg/(m.s)]

VIII

Ecoulement autour d’un cylindre : topologie de l’écoulement derrière le cylindre en fonction de l’intensité de l’écoulement initial.

- Nombre de Prandtl :

μ : viscosité dynamique [kg m−1 s−1] λ : Conductivité thermique [W m−1 K−1] Cp : capacité thermique massique à pression constante [J kg−1 K−1]

- Nombre de Grashof : g : accélération de la pesanteur [m/s²] β : coefficient de dilatation [K-1] ∆θ : différence de température [K] D : diamètre caractéristique [m] ρ : Masse volumique [kg/m3] μ : viscosité dynamique [kg m−1 s−1]

IX

4. Le rayonnement Le transfert d’énergie par rayonnement résulte des interactions énergétiques entre un milieu matériel et le champ électromagnétique environnant et se produit par l’intermédiaire d’ondes électromagnétiques, donc sans support matériel.

X

ANNEXE III : ENERGIE RENOUVELABLE A MADAGASCAR

Figure 20: Carte de potentiel hydroélectrique à Madagascar (Source : MapHydro par province de l’ORE)

XI

Figure 21: Carte d'irradiation globale de Madagascar

XII

ANNEXE IV : GUIDE D’ENTRETIEN POUR LES ENQUETES Fiche d’enquête pour le cas de bois énergie District : ………………………………… Fokontany : ………………………………. Commune : ……………………………... Type de secteur : ☐Ménage ☐Artisanat ☐Agriculture Cultures/Elevage ☐ Autres Nombre: ………………………………

 Consommation d’énergie Inona avy ny angovo fampiasanareo ? Ahoana ny fomba ahazoana azy ? Avy aiza ala/ toerana hakana ny hazo atao angovo ? Firy ny habetsahan’ny angovo lany ?

Karazana angovo Fomba ahazoana azy Fatra lany/jour, semaine, Observations (*1) (*2) mois (*3)

(*1) Type de combustible : 1=Bois de chauffe ; 2=Charbon de bois ; 3=Biomasse ; 4=Pétrole ; 5=Electricité ; 6=Gaz ; 7=Autres à préciser en observation (*2) Moyen de procuration : 1=Achat ; 2=Collecte (*3) Quantité consommée : préciser l’unité (nombre de stères pour le bois, nombre de sacs pour le charbon, litres pour le pétrole, kWh pour l’électricité, kg pour le gaz), préciser l’unité de temps (Jour, Semaine, mois) Inona no karazana fatana ampiasainareo? Kitay (1) Fatapera charbon (2)

(1)Kitay : 1- telo toko, 2- fatana mitsitsy hazo, 3-trépied traditionnele, 4- hafa (2)Fatapera : 1- vita amin’ny vy, 2- fatana mitsitsy, 3-Briques  Production de bois Kitay Charbon Fanamarihana Fomba ahazoana (1) Toerana fakana hazo Karazana ala (2) Karazan-kazo (3) Fatrany alaina (4)/ isambolana, + vidiny (1) Fomba ahazoana : 1-alaina fotsiny, 2- vidina, raha vidina, aiza no vidina ? , 3- hafa (2) karazana ala : 1- ala nambolena, 2- ala voajanahary, 3- hafa (3) Karazan-kazo : 1- eucalyptus, 2-pin, 3-mimosa, 4-hafa (4) Fatrany : 1-entana, 2-boite, 3-gony pm, 4-gony gm, 5-sarety, 6-camion, 7-kilao, 8-hafa

XIII

TABLE DE MATIERES

TENY FISAORANA ...... i

SOMMAIRE ...... ii

LISTE DES ABREVIATIONS ...... iii

LISTE DES ACRONYMES ...... iv

LISTE DES FIGURES ...... v

LISTE DES PHOTOS ...... vi

LISTE DES TABLEAUX ...... vii

INTRODUCTION ...... 1

DONNEES ET ETUDES DE BASE ...... 4

SITUATION ENERGETIQUE MONDIALE ...... 4 I.1.1. Production mondiale d’énergie primaire ...... 4 I.1.2. Evolution de la demande énergétique mondiale ...... 5 I.1.3. Réserves des combustibles fossiles ...... 6 SECTEUR DE L’ENERGIE A MADAGASCAR : VUE D’ENSEMBLE ...... 7 I.2.1. Mix énergétique : largement dominé par la biomasse ...... 7 I.2.2. Développement du secteur électrique : principal enjeu énergétique du pays ... 9 I.2.3. La Nouvelle Politique de l’Energie ...... 9 MONOGRAPHIE DE LA ZONE D’ETUDE ...... 12

PRESENTATION DE DISTRICT ...... 12 II.1.1. Historique ...... 12 II.1.2. Localisation géographique ...... 12 II.1.3. Délimitation ...... 13 MILIEU HUMAIN ...... 14 II.2.1. Population et démographie ...... 14 II.2.2. Population active ...... 15 MILIEU PHYSIQUE ...... 15 II.3.1. Relief ...... 15 II.3.2. Climatologie ...... 15 II.3.3. Typologie du sol ...... 15

XIV

II.3.4. Hydrographie ...... 16 ACTIVITES ECONOMIQUES ...... 16 II.4.1. L’agriculture ...... 16 II.4.2. L’élevage ...... 16 II.4.3. L’artisanat ...... 17 II.4.4. L’industrie ...... 18 II.4.5. Le transport et voie de communication ...... 18 VUES SYNOPTIQUES DU SECTEUR ENERGETIQUE DANS LE DISTRICT D’AMBATOLAMPY ...... 19

ELECTRICITE ...... 19 III.1.1. Production d’Energie électrique dans le RI Tana-Antsirabe ...... 19 III.1.2. Consommation d’énergie électrique de la zone d’Ambatolampy ...... 19 HYDROCARBURES...... 20 III.2.1. Les produits énergétiques dérivés de pétrole ...... 20 III.2.2. L’approvisionnement et la distribution des produits pétroliers ...... 21 III.2.3. Consommation et destination finale des produits pétroliers ...... 21 BOIS ENERGIE ...... 23 III.3.1. Généralités ...... 23 III.3.2. Disposition de bois énergie dans le district d’Ambatolampy ...... 24 III.3.3. Approvisionnement de bois énergie ...... 26 III.3.4. PROCESSUS DE FABRICATION DES USTENSILES ...... 28

MATERIELS ...... 35

MATERIELS DE RECHERCHE ...... 35 MATERIELS ET MATERIAUX POUR LA CONFECTION D’UN PROTOTYPE DE FONDERIE ...... 35 IV.2.1. Matériels pour la confection de la paroi et du moule du prototype ...... 35 IV.2.2. Matériaux pour l’isolation thermique du prototype ...... 35 IV.2.3. Les matériels de travail pour la confection du prototype ...... 37 IV.2.4. Matériels de laboratoire pour les divers essais thermiques du prototype ... 37 METHODES ...... 39

PHASE EXPLORATOIRE ...... 39 V.1.1. Recherches bibliographique et webographie ...... 39 V.1.2. Observation et consultation des documents et des sites web ...... 40 COLLECTE DE DONNEES ...... 40

XV

TRAITEMENT DES INFORMATIONS ...... 41 METHODES DE TRANSFORMATION ENERGETIQUE ...... 42 V.4.1. La carbonisation du bois ...... 42 V.4.2. Systèmes solaires photovoltaïques ...... 47 V.4.3. Centrales hydroélectriques ...... 54 TRAVAUX D’EXPERIMENTATION ...... 61 V.5.1. Enquêtes réalisées ...... 61 V.5.2. Conception de dessin du prototype de fourneau ...... 62 V.5.3. Proportion idéale de matériaux utilisés comme isolant thermique ...... 62 V.5.4. Etapes de confection de prototype de fonderie ...... 64 V.5.5. Essais d’expérimentation avec le prototype ...... 68

RESULTATS D’ENQUETE SUR LA CONSOMMATION DE BOIS ENERGIE 72

LA CONSOMMATION RURALE DU BOIS DE CHAUFFE ...... 72 CONSOMMATION DE CHARBON DE BOIS DANS LES MENAGES URBAINS ...... 72 CONSOMMATION DE CHARBON DE BOIS DANS LES ATELIERS DE FABRICATION D’USTENSILES EN ALUMINIUM ...... 73 RESULTATS DES TRAVAUX D’EXPERIMENTATION AU LABORATOIRE ...... 75

RESULTAT DES TESTS ...... 75 VII.1.1. Le débit du vent expiré par le souffleur ...... 75 VII.1.2. La déperdition thermique ...... 75 VII.1.3. Tableau récapitulatif des résultats d’essais ...... 75 VII.1.4. Simulation graphique de la performance et de l’efficacité ...... 79 ANALYSE FFOM (Force – Faiblesse – Opportunité – Menace) ...... 79 DISCUSSION ET SUGGESTION ...... 81

AVANTAGES APPORTES PAR LE PROTOTYPE DE FONDERIE AMELIOREE ...... 81 STRATEGIES ADOPTEES POUR INCITER ET DIFFUSER CETTE TECHNOLOGIE DE FONDERIE AMELIOREE ...... 81 DETERMINATION DU COUT ...... 82 VIII.3.1. Prix de la fonderie améliorée ...... 82 VIII.3.2. Prix des fourneaux de fonderies traditionnelles ...... 82

XVI

VIII.3.3. Discussion sur les couts ...... 83 IMPLICATION DU FOURNEAU AMELIORE POUR LE DEVELOPPEMENT ...... 83 INTERACTION DE L’ENERGIE DANS L’ECONOMIE ET L’ENVIRONNEMENT ...... 84 VIII.5.1. Les impacts des consommations d’énergies ...... 84 VIII.5.2. Les solutions proposées ...... 84 CONCLUSION ...... 87

RÉFÉRENCES ...... I

ANNEXES ...... II

TABLE DE MATIERES ...... XIV

XVII

Auteur : NIRINARIVELO-NASOLONIAINA Jean Freddy Téléphone : 033 91 806 88 / 034 08 306 33 E-mail : [email protected] Nombre de pages : 88 Nombre de figures : 21 Nombres de photos : 40 Nombre de tableaux : 24

TITRE : EVALUATION DE LA POTENTIALITE ET OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE : CAS DES ATELIERS DE FONDERIE DE LA

COMMUNE URBAINE D’AMBATOLAMPY RESUME Ambatolampy est une ville située dans les Hautes terres de Madagascar, principalement dans la

région Vakinankatra. Elle est réputée pour sa production artisanale des ustensiles de cuisine en aluminium et autres objets en aluminium qui sont vendus dans tous les pays même à l’étranger. Ces petites entreprises artisanales d’une quarantaine dans la commune urbaine de ladite ville utilisent le

charbon de bois comme source d’énergie pour la fusion de l’aluminium pour la production de ces ustensiles en alu. La fusion de ces métaux d’aluminium demande chaque jour 7,38 tonnes de charbons de bois soient 164 sacs par jour de charbon. Or, Cette source d’énergie sert aussi pour la plupart des ménages à la cuisson des aliments. Malgré la potentialité énergétique dans ce district, l’offre en énergie risque d’être en difficulté pour la durabilité des activités de ces ateliers de

fabrication d’ustensiles en alu ainsi que le développement local dudit district. La conception d’un

fourneau améliorée, pouvant réduire jusqu’à 35% la consommation en combustibles pour remplacer les réchauds traditionnels dans ces ateliers de fonderies est l’une des solutions pour cette problématique. L’utilisation de cette technologie permettra d’améliorer la vie socio-économique de la population locale d’une part et d’autre part la préservation des ressources forestières de 3,6 hectares de bois par jour.

Mots clés: Energies, renouvelables, fonderies, prototype, bois énergies, environnement.

ABSTRACT Ambatolampy is a city located in the Highlands of Madagascar, mainly in the Vakinankatra region.

It is renowned for its artisanal production of aluminum cookware and other aluminum objects that

are sold in all countries even abroad. These small artisanal enterprises of about forty in the urban commune of the said city use charcoal as a source of energy for the fusion of aluminum for the production of these aluminum utensils. The melting of these aluminum metals requires 7.38 tons of charcoal per day, or 164 bags per day of charcoal. But, This energy source is also used for most households to cook food. Despite the energy potential in this district, the energy supply may be in difficulty for the sustainability of the activities of these aluminum utensils manufacturing workshops as well as the local development of the district. The design of an improved stove, which can reduce fuel consumption by up to 35% to replace traditional stoves in these foundry workshops, is one of the solutions for this problem. The use of this technology will improve the socio-economic life of

the local population on the one hand and the preservation of forest resources on 3.6 hectares of wood

per day. Key words: Energy, renewable, foundries, prototype, wood energies, environment