UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

Département Mines

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ oOo ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du Diplôme d’Etude Approfondie en Génie minéral

CONTRIBUTION A LA CARACTERISATION DU LIGNITE D’AMBALANJANAKOMBY

Présenté par : RAKOTONDRAMANGA Ratsimandresy Harinirina Thierry

Promotion 2011

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

Département Mines

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ oOo ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du Diplôme d’Etude Approfondie en Génie minéral

CONTRIBUTION A LA CARACTERISATION DU LIGNITE D’AMBALANJANAKOMBY

MEMBRES DU JURY :

Président : Madame ARISOA Rivah Kathy Rapporteur : Monsieur RANDRIANJA Roger Examinateurs : Monsieur RAKOTONINDRAINY Monsieur RAJEMIARINIRAO Manitriniaina Monsieur RANOARIVONY Honoré

Présenté par : RAKOTONDRAMANGA Ratsimandresy Harinirina Thierry

Soutenu le 25 Janvier 2013

Promotion 2011

REMERCIEMENTS

Cet ouvrage n’aurait pas pu être réalisé sans la collaboration de plusieurs personnes que je tiens à remercier ici : - Avant tout le monde, je rends grâce à Dieu qui m’a donné force et santé durant l’élaboration de ce mémoire Mes sincères remerciements s’adressent à : - Monsieur PHILIPPE ANDRIANARY, directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo - Madame ARISOA RIVAH KATHY chef du département Mines - Ma gratitude va aussi à Monsieur le Professeur RANDRIANJA ROGER qui a proposé le sujet, suivi avec constance la progression de mes travaux et prodigué des conseils judicieux. - Un très grand merci à Monsieur PROSPER ainsi qu’aux personnels du laboratoire de génie chimique de Vontovorona - Je suis aussi reconnaissant envers les membres de jury qui ont voulu accepter de juger ce mémoire. - Je tiens à adresser aussi mes chaleureux et sincères remerciements à vous chers Enseignants et Professeurs qui n’ont ménagé conseils et efforts, au cours de notre formation.. - Mes vifs remerciements à Monsieur LEE : Directeur général de la société CHINA SONANGOL INTERNATIONAL LIMITED pour son appui lors des descentes sur terrain. - Enfin, mes remerciements s’adressent à ma famille, particulièrement à mes parents, mon frère, mes parents qui m’ont toujours soutenu moralement et financièrement ainsi qu’à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation de ces travaux.

Merci infiniment, Que Dieu vous bénisse

Sommaire

INTRODUCTION……………………………………………………………………………………………………………..…….1

PREMIÈRE PARTIE : GÉNÉRALITÉ SUR LE CHARBON

CHAPITRE I. Généralité sur le lignite ...... 2

I.1. Définition et catégories ...... 2

I.2. Processus de formation ...... 2

I.3. CONSTITUANTS DU LIGNITE ...... 4

CHAPITRE II. Exploitation ...... 5

II.1. Fonctionnement technique ...... 5

II.2. Enjeux par rapport à l'énergie ...... 8

II.3. L’aspect économique ...... 8

II.4. L’aspect sécurité ...... 8

II.5. L’aspect environnemental ...... 9

II.6. Production : ...... 9

II.7. Commerce international : ...... 11

CHAPITRE III. Le lignite à Madagascar...... 12

III.1. Dans la zone nord ouest de Madagascar ...... 12

III.2. Dans la zone centrale de Madagascar ...... 13 DEUXIÈME PARTIE : PRÉSENTATION DE LA ZONE D'ÉTUDE

CHAPITRE I. Milieu physique ...... 16

I.1. Délimitation géographique ...... 16

CHAPITRE II. Milieu Biologique...... 20

CHAPITRE III. Milieu humain ...... 24

III.1. Ethnie et occupation ...... 24

III.3. Infrastructures sanitaire et Sociale ...... 25

III.4. Communication et Media ...... 26

III.5. Source d’énergie ...... 26

III.6. Source de revenu ...... 26

III.7. Problèmes dans la commune ...... 27

CHAPITRE IV. Les travaux de prospection ...... 28

IV.1. Méthode et matériel ...... 28

IV.2. Résultats………………………………………………… ...... 28

IV.3. Evaluation du gisement ...... 36 TROISIÈME PARTIE : CARACTÉRISATION DU LIGNITE

CHAPITRE I. Caractérisation du Charbon...... 37

I.1. Comparaison de 5 types de charbon avec le lignite, et la tourbe ...... 38

CHAPITRE II. CARACTERISATION DES LIGNITES ...... 39

II.1. Les différentes analyses pour la caractérisation du lignite ...... 39

II.2. RESULTAT D’ANALYSE DES LIGNITES ...... 44

CHAPITRE III. Utilisation du lignite ...... 45

III.1. Production de chaleur industrielle ...... 45

III.2. La cimenterie ...... 45

III.3. Production d'électricité ...... 46

III.4. Production de Gaz par récupération ...... 47

III.5. Synthèse d'hydrocarbures et d'autres composés ...... 48

III.6. Traitement du Charbon ...... 48

III.7. Interprétation ...... 53

III.8. Impact environnemental...... 54

RECOMMANDATION ...... 56 Conclusion ………………………………………………………………………………………………………………………………55

Bibliographie

Annexes

Liste des abréviations

Ma : Millions d’année

Mt : Millions de tonnes

Km : kilomètre

Cm : centimètre m3 : mètre cube min : minute

% : pourcent

Kg : kilogramme

°C : degré Celsius km2 : kilomètre carré mm : millimètre

BD500 : base de donnée échelle 1/500000ème

Ha : hectares

FLM : Fiangonana Loterana Malagasy

FJKM : Fiangonan’i Jesoa kristy eto Madagasikara

EKAR : Eglizy Katolika Apostolika Romana

ESPA : Ecoles Supérieur Polytechniques d’Antananarivo

CEG : Collège d’Enseignement Secondaire

Epp : Ecole Primaire Publique

CSBII : Centre de Santé de Base niveau 2

MV : matières volatiles kJ/kg : kilojoule par kilogramme

Pcs : pouvoir calorifique supérieur

Pci : Le pouvoir calorifique inférieur kcal/kg : kilocalorie par kilogramme

MW : mégawatt

GPS : Global Positionning Système

LISTE DES FIGURES

FIGURE N° 1: Processus de formation du charbon ...... 3

FIGURE N° 2: Exploitation des mines souterraines de charbon ...... 7

FIGURE N° 3 : Repartition des gisements de lignites a madagascar ...... 15

FIGURE N° 4: Carte de localisation de la zone d’etude ...... 16

FIGURE N° 5 : Carte geologique ...... 18

FIGURE N° 6 : Carte hydrographique ...... 19

FIGURE N° 7: Carte d’ocuupation du sol ...... 21

FIGURE N° 8: Eglise fjkm de la commune ...... 25

FIGURE N° 9: Epp de la commune ……………………………………………………………………………………………..25 FIGURE N° 10 : CsbII de la commune ...... 25

FIGURE N° 11 : Litologie en affleurement ...... 29

FIGURE N° 12 : Affleurement de lignite ...... 30

FIGURE N° 13 : Affleurement de lignite ...... 30

FIGURE N° 14 : Affleurement de lignite ...... 31

FIGURE N° 15 : Site d’exploitation artisanale de lignite …………………………………………31 FIGURE N° 16 : Lignite mis en sac ...... 31

FIGURE N° 17 : Affleurement de lignite ...... 32

FIGURE N° 18 : Affleurement de lignite ...... 33

FIGURE N° 19 : Affleurement de lignite ...... 33

FIGURE N° 20 : Affleurement de lignite ...... 34

FIGURE N° 21 : Affleurement de lignite ...... 34

FIGURE N° 22 : Carte des points d’affleurements des lignites ...... 35

FIGURE N° 23 : Differentes utilisations du lignite ...... 52

LISTE DES TABLEAUX

TABLEAU N° 1 : Huit premiers pays producteurs de charbon en 2005 ...... 10

TABLEAU N° 2 : Réserve en lignite du bassin d’Antanifotsy ...... 14

TABLEAU N° 3 : Nom vernaculaire des espèces végétales et leur localisation respective ...... 20

TABLEAU N° 4 : liste des animaux sauvages ...... 22

TABLEAU N° 5 : Nombre de population dans chaque Fokontany ...... 24

TABLEAU N° 6 : Comparaison de 5 types de charbon ...... 38

TABLEAU N° 7 : resultat des analyses de lignite ...... 44

TABLEAU N° 8 : comparaison de la valeur calorifique de quelques combustibles ...... 47

Introduction

Parmi les pays en voie de développement, Madagascar est particulièrement avancé en ce qui concerne la recherche géologique. Il possède des bassins houillers de charbon situé au sud, dans la partie central et ceux à l’Ouest de l’île qui sont encore quasiment inexploités.

Madagascar rencontre aujourd’hui des difficultés face à la crise énergétique, que ce soit au niveau de l’électricité, au niveau du prix du carburant ou au niveau des combustibles domestiques. Face à ces crises énergétiques, les besoins en énergies de remplacement se font sentir énormément dans tous les pays en développement.

A Madagascar, l’utilisation du charbon de terre, comme source d’énergie contribuerait à préserver l’environnement en évitant les dégâts très aigus de la déforestation. L’utilisation du charbon de terre par diverses industries comme la forge, la fonderie, la production de chaux, de ciment, la valorisation chimique, devrait également être envisagée face à la crise énergétique que notre pays traverse actuellement.

Concernant le lignite, divers gisements ont déjà fait l’objet d’étude et d’exploration. L’exploitation de ces gisements pourrait ouvrir des perspectives intéressantes de production de combustible. Le présent travail est une contribution pour la caractérisation du lignite d’Ambalanjanakomby et comporte ainsi trois parties : 1-La première partie est la généralité sur le charbon comprenant : - Définition et catégorie - L’exploitation - Le lignite à Madagascar 2-La deuxième partie consacrée à la présentation générale de la zone d’études : commune d’Ambalanjanakomby District de Maevatanana · Milieu physique · Milieu biologique · Milieu Humain 3-La troisième partie consiste en l’étude sur le lignite comprenant : - La caractérisation du lignite ainsi que - les différentes voies de valorisation en combustibles du lignite.

1

PREMIÈRE PARTIE

GÉNÉRALITÉ SUR LE CHARBON

Généralité sur le lignite

CHAPITRE I. Généralité sur le lignite

I.1. Définition et catégories

Le lignite est une roche sédimentaire composée de restes fossiles de plantes (vient de Lignine). C’est une roche carbonée. C'est également une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère.

C'est une roche intermédiaire entre la tourbe et la houille. Le lignite est un charbon de rang inférieur avec une teneur en eau élevée et une teneur en carbone de 50 à 60%, lui conférant un faible pouvoir calorifique.

Avec la houille, les charbons bitumeux et sous-bitumeux, le lignite (appelé aussi houille brune) désigne une des grandes catégories de charbon. Avec la tourbe, ces combustibles solides sont des sédiments fossiles organiques, résultat de la transformation de résidus végétaux enfouis dans le sol.

Le lignite constitue des couches sédimentaires d’âge récent (tertiaire ou quaternaire). Il est défini comme un charbon à faible maturité organique (aussi dit « de rang inférieur »), généralement plus tendre et plus friable, avec un aspect terne et terreux.

I.2. Processus de formation

La formation des plus importants gisements de charbon commença au Carbonifère, environ de -360 à -295 Ma.

Le lignite résulte généralement de la fossilisation de substances ligneuses (bois), ou encore de la maturation de la tourbe (qui résulte de la forte activité biologique qui se développe dans les zones humides, à partir de végétaux herbacés et de mousses constituant progressivement un humus humide et dépourvu d’oxygène).

Au cours de l’évolution géologique, à profondeur et température croissante, du fait du gradient géothermique, le charbon passe par différentes étapes successives et continues, allant du lignite au charbon sous-bitumineux ou bitumineux et finalement à la houille. La

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Généralité sur le lignite

qualité d’un gisement de charbon dépend de la température, de la pression et de la durée de formation de celui-ci, appelée « maturité organique ».

FIGURE N° 1: Processus de formation du charbon

Source : THESE Génie Chimique ESPA 2010 RAMAROSON Jean de Dieu

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Généralité sur le lignite

I.3. CONSTITUANTS DU LIGNITE Les constituants que nous allons développer dans ce paragraphe sont des résultats d’une analyse sommaire relative aux combustibles solides fossiles.

I.3.1. Matières organiques Le lignite est formé en grande partie des matières organiques. Cette composante lui confère la couleur noire. En macroscopie, le lignite est classé comme « le durain », du fait que son éclat mat et une masse dure. La teneur en carbone est de 55 à 60%.

I.3.2. Minéraux Des analyses montrent que des morceaux d’autres roches sont présents en différentes granulométries dans le lignite. Ces roches sont généralement des silico- aluminates (grès, schistes et tufs volcaniques) et elles constituent les résidus (cendres et scories) après la combustion. En outre, ces résidus permettent d’effectuer des analyses élémentaires. Ainsi, on identifie certains éléments majeurs tels que les silices, l’aluminium et le calcium, éléments en trace dont le souffre, le chlore, le fluor, le sodium ou le phosphore selon l’environnement de formation.

I.3.3. Eaux Dans les lignites, on peut trouver deux formes de l’eau : - l’eau libre est la forme éliminable par la température ordinaire - l’eau liée ne peut s’évaporer que dans un courant d’air à 105°C. L’eau liée est la principale source d’humidité dans ce charbon. La quantité d’eau dans ce combustible caractérise son évolution. En effet, les températures et les pressions tendent toujours à expulser l’eau durant la transformation. Plus la teneur en eau est élevée plus le pouvoir calorifique est bas. En général, la teneur en eau dans les lignites varie entre 25 à 50% et parfois même jusqu’à une teneur inférieure à 25%.

I.3.4. Matières volatiles Ces matières sont formées essentiellement de gaz adsorbés durant la formation.

Comme on est dans le domaine du carbone, il s’agit donc du CO2, du CH4, des hydrocarbures et d’autres gaz tels que : Argon et Hydrogène.

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Généralité sur le lignite

CHAPITRE II. Exploitation

Avant d’exploiter les gisements de charbon, il est nécessaire de les évaluer pour mettre en place les techniques d’extraction et d’exploitation appropriées. Les couches de charbon (appelées veines) ne sont pas toujours continues et peuvent former plusieurs strates sur des centaines de mètres de profondeur. Les gisements sont des zones généralement profondes où l’on trouve de grandes quantités de charbon. L’ingénierie d’exploitation des mines de charbon a pour rôle de comprendre la structure de ces couches et de développer la meilleure méthode pour les atteindre et les exploiter.

II.1. Fonctionnement technique

Les techniques d’exploitation des mines se déclinent en deux phases :

II.1.1. En amont : l’évaluation des gisements

Il faut d’abord estimer un gisement afin de déterminer son volume, sa qualité, sa rentabilité et la nature géologique des sols environnants.

Le sol est sondé afin d’obtenir des informations sur le gisement telles que la profondeur des couches ou l‘existence de failles.

Grâce à cette prospection, les ingénieurs peuvent concevoir le plan de la mine et les techniques à utiliser.

Ce travail permet de savoir si l’exploitation est économiquement viable face aux investissements à prévoir.

Un centre industriel se crée ensuite autour du gisement, des explosifs sont utilisés, des puits et des galeries sont creusés afin de préparer l’accès aux veines de charbon.

II.1.2. En aval : l’abattage (l’exploitation)

En fonction de la profondeur du gisement, il existe deux types d’exploitations minières :

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Généralité sur le lignite

II.1.2.1. Les mines souterraines

Pour atteindre les couches de charbon, il faut creuser dans le sous-sol et construire des galeries.

L’endroit où se trouve le charbon est appelé « gîte ». Les galeries de roulage, (3 mètres sur 3 mètres) permettant la circulation des wagonnets, s’étendent sur des kilomètres. Certaines tailles (galeries entre les galeries supérieures et inférieures) parfois boisées, peuvent ne pas dépasser un mètre de hauteur ; les mineurs y travaillent couchés.

La mine s’articule généralement autour de deux puits. Le puits principal relie la mine « au jour ». Une cage d’ascenseur descend et remonte les mineurs (jusqu’à 1000 mètres en quelques minutes), et remonte le minerai.

Le puits d’aération assure la circulation de l’air dans les galeries évitant ainsi les risques d’asphyxie et d’explosion.

A la surface, le carreau est le site industriel qui récupère et trie le charbon. Le gîte, le puits et le carreau sont à la base des techniques d’exploitation des mines souterraines.

Une unité d'exploitation comporte au moins 2 puits reliés entre eux par un ensemble de galeries pour assurer la circulation d'air (aérage) afin de diluer le grisou (CH4) et abaisser la température.

Du diazote sous pression est utilisé comme gaz d'inertage, à titre préventif et curatif, pour traiter les zones déjà exploitées dans lesquelles le charbon restant a tendance à s'échauffer par oxydation à l'air.

L'eau est évacuée (exhaure) par une cascade de pompes vers la surface (les débits moyens sont de 20 à 30 m3/min/unité).

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Généralité sur le lignite

FIGURE N° 2: Exploitation des mines souterraines de charbon (©2011)

Source : www.lignite.com

II.1.2.2. Les mines à ciel ouvert

Dans certains cas, il suffit de creuser en surface pour atteindre le gisement. Chaque couche est creusée successivement afin d’y exploiter l’intégralité du charbon. Les mines à ciel ouvert atteignent parfois plusieurs dizaines de mètres de profondeur.

Il existe également les mines à flanc de montagne, particulièrement exploitées aux Etats- Unis : on les exploite en détruisant le sommet d’une montagne pour accéder aux strates de charbon qui se trouvent dans la roche. Le charbon est exploité ainsi lorsque la couche de stérile ne dépasse pas de 200 à 400 m d'épaisseur.

Elles présentent l'avantage, par rapport aux exploitations souterraines, d'une productivité nettement supérieure (les dernières mines mises en exploitation extraient de 10 à 20 millions de tonnes par an), d'une mise en exploitation plus rapide (2 à 5 ans, au lieu de 10 ans), de coûts d'exploitation plus réduits, de taux de récupération plus élevés et de conditions de travail moins dangereuses. L'activité minière est dans ce cas une activité de type travaux publics.

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Généralité sur le lignite

II.2. Enjeux par rapport à l'énergie

Les techniques d’exploitation des mines nécessitent de la précision et de la maîtrise pour répondre à un certain nombre d’enjeux :

II.3. L’aspect économique

Pour être fonctionnelle, l’exploitation d’une mine nécessite d’importants investissements (voies de transports, forage, aération…)

Pour que l’exploitation de la mine dure, les techniques d’exploitation doivent être rentables. La rentabilité dépend de la profondeur, de la qualité et de la quantité de charbon et des techniques utilisées pour extraire ce charbon. La prospection détermine si les investissements nécessaires à l’extraction seront rentables.

II.4. L’aspect sécurité

Les conditions de travail dans les mines sont difficiles et dangereuses (manque d’air et de confort, chaleur…) Il existe également des risques d’explosion, d’incendie ou d’éboulement. Le charbon contient en effet des matières volatiles (hydrogène, méthane, hydrocarbures…), explosives ou asphyxiantes.

Les mineurs sont souvent affectés par des infections pulmonaires irréparables telles que la silicose, causée par les poussières de charbon qui se déposent dans les poumons des mineurs.

Améliorer les systèmes de ventilation est une des clés de l’hygiène et de la sécurité dans les mines de charbon.

Plusieurs pays émergents ont un taux d’accident encore élevé car l’amélioration de la sûreté dans les mines coûte cher et ne contribue pas directement à accroître la production et la rentabilité de l’exploitation. Tous les ans, des milliers de mineurs meurent encore dans les mines de charbon suite à des accidents ou des inondations. Le charbon est l’énergie dont l’exploitation provoque le plus d’accidents mortels. C’est le cas en Chine, dont les

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Généralité sur le lignite

mines de charbon sont considérées comme les plus dangereuses au monde. 2 433 mineurs y sont morts en 2010, selon les statistiques officielles.

II.5. L’aspect environnemental

Outre que les risques d'accidents (effondrements et coups de grisou) restent important dans les mines de charbon.

L’exposition chronique à poussière de houille et au radon dans les mines ou à leurs abords est un facteur de silicose et de risque de cancer du poumon, retenu par les tableaux de maladies professionnelles.

Les mineurs utilisaient autrefois un canari en cage, qui quand il mourrait donnait le signal d'une remontée urgente en raison du manque d'oxygène ou d'une surabondance de

CO2 et/ou CO.

Le radon peut continuer à dégazer dans les mines ou le sol fracturé par des affaissements miniers, longtemps après la fin de l'exploitation

Les explosions et les incendies dans les mines libèrent une grande quantité de gaz carbonique dans l’atmosphère.

L’exploitation des mines dénature le paysage, engendre une quantité de gravats (les terrils), pollue l’eau avoisinante et dégage du CO2. Les mines à ciel ouvert sont les plus dévastatrices.

De nouvelles techniques d’exploitation tentent de réduire l’impact sur l’environnement en cherchant à réhabiliter les mines, une fois les gisements épuisés.

Des recherches sur la capture et le stockage du CO2 sont en cours. Les mines dont les gisements ont été épuisés pourraient être utilisées pour ce stockage.

II.6. Production :

- 3564 millions de tonnes en 1990 (houille seulement); - 3650 millions de tonnes en 2000 ;

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Généralité sur le lignite

- 4973 millions de tonnes en 2005, plus 900 Mt de lignite.

Voici les huit premiers pays producteurs de charbon en 2005, selon l'Agence Internationale de l'Energie, la production incluant charbon "noir" et lignite :

TABLEAU N° 1 : Huit premiers pays producteurs de charbon en 2005

Pays Production Mt Notes Chine 2226 Etats‐Unis 1028 Plus grand producteur jusqu'en 1990 Inde 430 Charbons de basse qualité (Arsenic, Soufre) Australie 372 Premier exportateur Afrique du Sud 315 Russie 220 Indonésie 318 Majorité de lignite Pologne 160

Source : www.lignite.com

Contrairement au pétrole, le charbon est majoritairement consommé dans le pays qui le produit, quelques 15% de la production mondiale, seulement, sont exportés. Les premiers sont l'Australie (231 Mt), l'Indonésie, la Russie et l'Afrique du Sud. Les exportations chinoises ont diminué ces dernières années, la production, malgré une hausse de 50% en trois ans, ne parvenant pas à maintenir le rythme de la gigantesque demande des centrales électriques chinoises.

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Généralité sur le lignite

II.7. Commerce international :

Le charbon est consommé, en majeure partie, sur place. Les échanges internationaux, ont porté, en 2007, sur 917 millions de t, à 73 % de charbon vapeur et 27 % de charbon à coke, effectués par voie maritime à 90 %. Ils ont concerné 17 % de la consommation.

- Principaux pays importateurs, en 2007, en millions de t : Japon : 182, Corée du Sud : 88, Formose : 69, Inde : 54, Royaume-Uni : 50, Chine : 48, Allemagne : 46. L'Union européenne a importé 251 millions de t.

- Principaux pays exportateurs, en 2007, en millions de t : Australie : 244, Indonésie : 202, Russie : 100, Colombie : 67, Afrique du Sud : 67, Chine : 54, États-Unis : 53.

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Généralité sur le lignite

CHAPITRE III. Le lignite à Madagascar

III.1. Dans la zone nord ouest de Madagascar

III.1.1. Ambilobe : Dans la région sud d’Ambilobe , au sud de l’Ifasy à 3km au sud ouest d’Antanimandry, on connait quelques affleurements de lignite de très faible épaisseur (de 8 à 15cm) une petite galerie a suivi sur une vingtaine de mètres, un lit irrégulier d’une puissance moyenne de 12cm.

III.1.2. Antsohihy : La région isalienne de Befotaka au nord d’Antsohihy renferme quelque lit de lignite. 5km au sud ouest de Befotaka, 3km au sud est d’Andampy sur la rivière d’Andampimanetrambo, 10km au nord Est de Befotaka près des sources d’Androta. L’épaisseur des lignites est d’environ 40cm.

III.1.3. Ambalanjanakomby : De minces lentilles de lignite sont connues dans les environs d’Ambalanjanakomby et aussi dans la zone ouest Maevatanana, dans les grés de l’Isalo.

III.1.4. Kandreho : Des indices de lignite et schiste bitumineux sont connus dans la région de Kandreho, dans la falaise limitant le plateau calcaire jurassique moyen. Cette falaise est constituée au dessus des grès de l’isalo qui forment la base par le lias supérieur et le début des bajocien. Les lignites se présentent en mince lentille de 10 à 30cm avec épaississements très locaux disséminés dans une épaisse formation de schistes noirs. Aucune couche continue exploitable n’a été mise en évidence. Les schistes bitumineux alternent avec des calcaires dans les bajocien, vers la partie supérieure avec des bancs de 20 à 30 cm. L’épaisseur calcaire schistes atteignant 25 m. ces schistes brulent en conservant leur forme.

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Généralité sur le lignite

III.2. Dans la zone centrale de Madagascar

III.2.1. Antanifotsy : Le bassin d’Antanifotsy, au voisinage de la voie ferrée, présente des réserves de 32 millions de tonnes de lignite dont 18 millions de tonnes pour la couche 3, la meilleure, dont le pouvoir calorifique est de 3.500 Calories/Kg. L’épaisseur de cette couche est faible et sa puissance réduite est de 1,35 mètre. Dans l’exploitation de Soamandrariny on ne prenait que 65 cm. Cette couche subhorizontale mais parfois un peu ondulée affleure toujours à flanc de coteau avec généralement un recouvrement progressif devenant rapidement important. Une petite exploitation fut entreprise de 1947 à 1949, à Soamanandrariny par le Service des Mines à la demande de la Directions des Chemins de fer pour assurer la chauffe des locomotives. La production totale de lignite a été 570 tonnes de 1947 à 1949.

La faible épaisseur des couches pose des problèmes pour une exploitation rentable. Les plus grandes réserves ne sont accessibles que par travaux souterrains. Une exploitation à ciel ouvert par décapage du recouvrement ne pourrait couvrir que des surfaces très limitées. Les gisements du bassin d’Antanifotsy se trouvent à une altitude de 1600 m.

Si des études géologiques ont été menées dans le bassin, plus précisément à Soamanandrariny-Anjoma et en partie pour Amparafarantany, des recherches plus poussée doivent être faites dans le secteur Ampitatafika Andakandrano vu que rien n’a été fait en dehors d’un lever d’exploration

III.2.2. Sambaina : Le bassin de Sambaina et d’Antanifotsy sont assez différents. Les phénomènes volcaniques ont débuté plus tôt dans le bassin de Sambaina plus proche des grands centres d’émission de l’Ankaratra et les sédiments lacustres s’y sont déposés plus tardivement.

Les travaux de recherche ont montré l’extension très limitée du gisement de Mandrorohasina, aucune indice n’a été rencontré ni a l’ouest ni au sud de la plaine. Il reste à étudier le nord de la plaine à partir du gisement d’Andranokely

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Généralité sur le lignite

Voici un tableau montrant le Réserve en lignite du bassin d’Antanifotsy (en millions de tonnes) (Rapport de synthèse OMNIS)

TABLEAU N° 2 : Réserve en lignite du bassin d’Antanifotsy

Secteur sûres probables Possibles Soamanandrariny Anjoma 10.500 1.750 Ianaborona 2.880 3.200 Amparafarafantsy 7.200 4.920 1.980 Totaux 18.300 3.730 10.400

Source : valorisation du charbon de terre de la Sakoa Mémoire Génie Chimie ESPA 2003

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Généralité sur le lignite

FIGURE N° 3 : REPARTITION DES GISEMENTS DE LIGNITES A MADAGASCAR

Source : «CONTRIBUTION A LA PRESERVATION DE LA FORET PAR LA VULGARISATION DU CHARBON DE TERRE A USAGE DOMESTIQUE – CAS DU LIGNITE D’ANTANIFOTSY»Mémoire Mines ESPA 2006

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DEUXIÈME PARTIE

PRÉSENTATION DE LA ZONE D’ÉTUDE.

Présentation de la zone d’étude

CHAPITRE I. Milieu physique

I.1. Délimitation géographique

Notre zone d’étude se trouve dans la commune d’Ambalanjanakomby, district de Maevatanana, situé à 374km d’Antananarivo sur la Route National numéro quatre vers Mahajanga. Délimitée au nord par la commune d’Andranomamy, au sud par Maevatanana, à l’Est par Marokoro, au nord Est par Sarobaratra et Bekapaika, au nord ouest par Anjiajia, et à l’ouest par Tsararano. Elle a une superficie de 872km2 et composé de 11 Fokontany.

FIGURE N° 4: CARTE DE LOCALISATION DE LA ZONE D’ETUDE

C.ANDRANOMAMY C. ANJIAJIA

C .T S C A . R B A E R K A A N P O A I K A

C.MAEVATANANA II

C.MAROKORO

Source : BD500 et Auteur

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Présentation de la zone d’étude

I.2. Climat Le climat de la Région est de type tropical marqué par deux saisons bien distinctes : - une saison chaude et pluvieuse de Novembre à avril (7 mois) avec une température maximum de 43°C dans les zones de basse altitude et - une saison sèche de mai à octobre (5 mois), avec une température minimale de 15°à 18°C dans les zones d’altitude. La température moyenne annuelle relativement élevée par rapport à celle des autres Régions, est de 28°C avec une amplitude de 12°C. Dans la région, La pluie atteint 1000 à 1800mm/an.

I.3. Géologie Les terrains sédimentaires forment, une bande de largeur variable. En effet, cette couverture sédimentaire forme un système de cuesta dont la plus importante est celle des grès de l’Isalo qui, dans la région, porte le nom de chaîne de Galoka. Entre ces reliefs s’étendent les plaines alluviales. Les formations sédimentaires ont été affectées par des intrusions éruptives post- liasiques représentées par des granites alcalins et des syénites néphéliniques. Lithologie : Notre zone d’étude est formée d’argilite rouge, de grès sur les collines, et d’alluvion dans les vallées.

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FIGURE N° 5 : CARTE GEOLOGIQUE

Source : BD500

Autres Minérales sur les lieux : bois silicifié, or, variété de quartz.

I.4. Mines Dans le Fokontany d’Ambodibonara, il y a un terrain d’orpaillage d’environ 100ha. Bon nombre de la population exploite le granite pour la fabrication de moellon pour les vendre à des operateurs de bâtiment à Maevatanana.

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I.5. Hydrologie

La Région est largement drainée par un réseau hydrographique particulièrement dense qui met à sa disposition un capital en eau inestimable et pouvant être exploité pour, l’alimentation en eau, la pêche, l’agriculture, l’énergie hydroélectrique. Mais cette hydrographie est tributaire du relief et du climat, qui confèrent des régimes capricieux, se traduisant par l’alternance des crues et des étiages souvent absolus. Les principaux fleuves traversant la commune sont : Manambatromby (23Km), Berondra (17Km), Ankalamilotrabe (12Km), et Ankalamilotrakely (5,4Km). Ce réseau est complété par la présence de quelques lacs tel : Bemakambakely (10ha), Marofototra (15ha), Amparihimatirefa (97,9ha), Besalio (168,2ha), Marovoaykely (15ha), Ambohijanahary (167,7ha).

FIGURE N° 6 : CARTE HYDROGRAPHIQUE

Source : BD100

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CHAPITRE II. Milieu Biologique

II.1. La flore La Région est très riche en biodiversité animale et végétale. Les conditions naturelles de la Région contribuent à la diversification des formations végétales toutes aussi importantes les unes que les autres en matière de potentialités. Elle est caractérisée par une faible couverture forestière aux essences diverses. En 2005, l’espace couvert de foret dans la commune est de 2733 à 3000ha. Voici un tableau montrant le nom vernaculaire, l’espèce végétale, et leur localisation respective dans la commune.

TABLEAU N° 3 : Nom vernaculaire des espèces végétales et leur localisation respective

Nom vernaculaire Espèce Localisation dans la commune Manary Analakivoho Satrana Analakivoho Bois de rose Analakivoho Bois d’ébène Analakivoho Palissandre Analakivoho Ramy Analakivoho Manga Au sud du Village Ambalanjanakomby Goavy Au sud du Village Ambalanjanakomby Mokonazy Au sud du Village Ambalanjanakomby Satrana Au sud du Village Ambalanjanakomby Danga Au sud du Village Ambalanjanakomby Sanatry Ambodibonara, Ambalabongo, Ambalanjanakomby voamaintilany Ambodibonara, Ambalabongo, Ambalanjanakomby Voahirana Belahasa, betakilotra, Ambalanjanakomby Katrafay Ambodibonara, Ambalabongo, Ambalanjanakomby Taindalitra, Arovy, Mavoravina Ambodibonara, Ambalabongo, Ambalanjanakomby Vahabe, Ambodibonara, Ambalabongo, Ambalanjanakomby Source : PCD COMMUNE AMBALANJANAKOMBY

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Les arbres les plus exploités sont le Palissandre, Ramy exporté vers les grandes villes pour la fabrication de meuble, le Sanatry, Voamaintilany, Katrafay pour la médecine traditionnelle et les arbres fruitiers : Manga, Mokonazy, Goavy pour la cueillette.

Les feux de brousse réduisent les forets de 2,7 pourcent par an.

FIGURE N° 7: CARTE D’OCUUPATION DU SOL

Source : BD100

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II.2. La faune

Le tableau suivant nous montre la liste des animaux sauvage parmi tant d’autres qu’on peut rencontrer dans notre zone d’étude.

TABLEAU N° 4 : liste des animaux sauvage

Nom vernaculaire Espèce Localisation dans la commune Lambo Potamocer larvatus Analakivoho Maki Lemur catta Analakivoho Fosa Cryptoprocta ferox Analakivoho Sokina Setifer setosis Au sud du Village Ambalanjanakomby Trandraka Tenrec ecaudatus Au sud du Village Ambalanjanakomby Akanga Numida meleagris Analakivoho Fody Fodia Madagascariensis Au sud du Village Ambalanjanakomby Tsipoy Au sud du Village Ambalanjanakomby Vintsy Alcedo vintsoides Belahasa, betakilotra, Ambalanjanakomby Dangobe Belahasa, betakilotra, Ambalanjanakomby Sakorokata Furcifer sp Analakivoho Voay Crocodilus niloticus Belahasa, betakilotra, Ambalanjanakomby Amalona Anguilla sp Belahasa, betakilotra, Ambalanjanakomby

Source : PCD COMMUNE AMBALANJANAKOMBY

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Les feux de brousse réduisent l’habitat des animaux du foret, et les braconniers sont les problèmes majeurs car les primates (Maki), et les reptiles (Voay) sont victime de braconnage alors qu’ils sont des espèces protégés.

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CHAPITRE III. Milieu humain Nombre de population en 2006 : 7686. C’est une population jeune : 46 pourcent sont âgé de 15 à 30ans

III.1. Ethnie et occupation La population résulte surtout de la migration d’autres ethnies de l’ile, comme Les merina provenant d’Antsirabe et d’Antananarivo qui sont des commerçants et exploitant Miniers, les Betsirebaka provenant du sud : des fermiers nomades, les Antandroy et Betsileo, Sakalava et Tsimihety : des agriculteurs et pêcheur, hôteliers et épiciers.

Le taux d’accroissement démographique est de 1.45% par an, le taux de mortalité est de 1.30% par an et le taux de natalité 2.14% par an.

Le tableau suivant nous montre le nombre de population dans chaque fokontany de la commune par classe d’âge.

TABLEAU N° 5 : Nombre de population dans chaque Fokontany

Classe d’âge 0 – 5 ans 5 - -14 ans 15 – 30 ans 30 – 60 ans + de 60 ans somme

Fokontany

Ambalanjanakomby 308 291 283 263 74 1196

Ambodibonara 288 273 265 245 69 1119

Ambalabongo 251 258 249 237 65 1002

Anosidambo 231 273 212 203 55 975

Madirotelo 192 177 178 169 45 657

Belahasa 173 173 141 135 37 612

Manaribevato 135 124 132 135 37 573

Antsohibe 115 115 106 101 28 548

Andranofasika 96 89 88 84 23 379

Maromalandy 77 74 71 68 18 332

Betakilotra 57 57 53 51 14 293

Somme 1922 1844 1768 1691 461 7686

Source : PCD COMMUNE AMBALANJANAKOMBY RAKOTONDRAMANGA R H Thierry 24

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III.2. Religion On ne compte que quelque église dans la commune : Protestante : FLM et FJKM, Catholique : EKAR, Adventiste. 35% de la population sont Chrétiens.

FIGURE N° 8: Eglise FJKM de la commune

Source : Auteur

III.3. Infrastructures sanitaire et Sociale Le passage de la route nationale numéro 4 à travers la commune est un grand avantage pour elle car celle-ci permet la communication directe avec les communes avoisinantes ainsi que la sortie des produits. Lors de notre passage, nous avons constaté que la commune possède un poste fixe de la gendarmerie, un centre de santé de base niveau 2 et comme établissement scolaire : un CEG, un Epp.

FIGURE N° 9: EPP de la commune FIGURE N° 10 : CSBII de la commune

Source : Auteur

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III.4. Communication et Media

Comme media, la radio national malagasy est la seule chaine écouté. Les operateurs en télécommunications : Orange et Airtel sont présent dans la commune.

III.5. Source d’énergie

Le charbon de bois et le bois de chauffe sont les sources d’énergie utilisées dans les foyers pour le chauffage et la cuisson. Pour l’éclairage, ils utilisent du pétrole, de la bougie parfois.

Peu de foyer aisé utilise du groupe électrogène, c’est surtout utilisé pour la projection de film vidéo et pour les bals de jeune : la distraction de la population.

Le CSBII utilise de l’énergie solaire pour l’éclairage et le réfrigérateur (stockage des médicaments)

III.6. Source de revenu

L’agriculture est la première source de revenu de la population, ils cultivent du Mais et surtout du Riz. La récolte se fait le plus souvent trois fois par an.

L’Elevage occupe la seconde place de source de revenu. L’élevage de zébu est le plus pratiqué vu les vastes zones de pâturage dans la commune.

La pêche est aussi une bonne source de revenu pour la population car les marais et rivières dans la commune leur procurent assez de poissons pour leur mets et aussi pour approvisionner les communes avoisinantes.

La cueillette est une source de revenu non négligeable de la population car la région est riche en arbres fruiters.

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III.7. Problèmes dans la commune

‐ Feu de brousse : réduction des zones de pâturage des zébus de 10ha/an et l’espace forestier de 2,7%/an.

‐ La vaccination des bétails et des volailles n’est que de 40 pourcent causant la réduction de ceux-ci de 3 a 5 tète de bœuf par an pour chaque propriétaire.

‐ Pendant la saison de pluie, le ruissèlement fait des ravages et réduit l’espace cultivable.

‐ L’absence d’industrie et formation technique au sein de la commune oblige la population a utilise des technique de production artisanale et rudimentaire.

‐ Malgré la présence d’un poste fixe de la gendarmerie au sein de la commune, la sécurité reste précaire car l’insécurité y règne vu qu’il y a même des endroits ou l’on ne peut se déplacer seul.

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CHAPITRE IV. Les travaux de prospection

Historiquement, le lignite du nord ouest de Madagascar n’a encore fait d’aucun objet d’étude approfondie surtout dans la zone D’Ambalanjanakomby. Henrie Besairie a juste mentionné l’existence d’affleurement du minerai sur les lieux dans son ouvrage Gite minéraux de Madagascar. A présent, vu l’augmentation sans cesse du prix du carburant et le problème de déforestation, il est indispensable de faire des recherches d’autres gisement du minerai pour les industries qui en ont besoin et aussi comme alternative au remplacement du bois de chauffe a usage domestique, ainsi pour le développement local et national par l’installation éventuelle de grande industrie.

IV.1. Méthode et matériel

Lors de cette recherche nous avons utilisé un GPS de marque Garmin etrex, une boussole, un appareil photo, 2 barre à mines et des sacs à échantillon

Notre travail consistait à vérifier l’existence et en la recherche d’autres affleurement de lignite sur le site. Ensuite d’en prendre les coordonnées GPS, photo, échantillonnage de chaque affleurement, et si possible la direction et le pendage. Mesurer la longueur et l’épaisseur de l’affleurement.

La prospection a été menée à l’origine dans les ruisseaux. Deux hommes de la population locale ont accepté de nous guider sur les lieux des affleurements de lignite le long des ruisseaux et des rivières.

Après cela nous avons effectué une série de coupes stratigraphiques en profitant des rivières qui recoupent les formations sédimentaires. Les renseignements à recueillir sont: coordonnées, allongement visible des affleurements reconnus, pendage des couches.

IV.2. Résultats

Lors de notre prospection, dans la commune d’Ambalanjanakomby, situé à 374km à l’ouest d’Antananarivo sur la Route Nationale numéro quatre vers Mahajanga,

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Nous avons trouvé 9 points d’affleurements de lignite qui sont localisés le long des rives de la fleuve MANAMBATROMBY et d’un affluent de la rivière Andranomena.

Le pendage de la couche minéralisée est de 20 à 30 degré ouest, et son épaisseur en affleurement est de 2 à 15cm et son allongement est de 10 à 30m.

De la couche minéralisée au sommet on a pu voir la stratigraphie :

‐ Formation détritique ; grès ; lignite ; shale ‐ Une formation détritique composée de grès et d’argilite rouge.

FIGURE N° 11 : LITOLOGIE EN AFFLEUREMENT

Argilite Rouge

Grès

Source : Auteur

Voici les coordonnées GPS et les photos des affleurements de lignites que l’on a trouvés pendant les travaux de prospection.

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Présentation de la zone d’étude

FIGURE N° 12 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Couche de lignite

Source : Auteur

‐ Aff 01 S : 16.696820 E : 047.088090 H : 62m

La couche de lignite est d’environ 3cm, intercalée dans du grès et du shale.

FIGURE N° 13 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Source : Auteur

‐ Aff 02 S : 16.696970 E : 047.088380 H : 75m

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Présentation de la zone d’étude

La couche de lignite est d’environ 2cm, intercalée dans du grès.

FIGURE N° 14 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Couche de lignite

‐ Aff 03 S : 16.696990 E : 047.088990 H : 69m

Remarque

Les trois affleurements cités précédemment sont localisés le long des rives d’un affluent de la rivière Andranomena. Cette dernière se déverse dans le fleuve Manambatromby.

FIGURE N° 15 : Site d’exploitation artisanale de lignite FIGURE N° 16 : Lignite mis en sac

Source : Auteur

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‐ Aff 04 S : 16.706500 E : 047.077720 H : 62m

Cet affleurement est le lieu où la population locale exploitait le minerai pour le revendre à un opérateur Indien à Majunga qui fabrique de la chaux. Le minerai sert donc de source d’énergie pour cuire le calcaire.

FIGURE N° 17 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Couche de lignite

Source : Auteur

‐ Aff 05 S : 16.707290 E : 047.080140 H : 56m

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FIGURE N° 18 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Source : Auteur

‐ Aff 06 S : 16.713340 E : 047.086700 H : 82m

FIGURE N° 19 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Source : Auteur

‐ Aff 07 S : 16.716720 E : 047.076100 H : 73m

La couche de lignite est d’environ 15cm.

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FIGURE N° 20 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Source : Auteur

‐ Aff 08 S : 16.707320 E : 047.079580 H : 69m

FIGURE N° 21 : AFFLEUREMENT DE LIGNITE

Source : Auteur

‐ Aff 09 S : 16.704590 E : 047.075290 H : 64m

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Présentation de la zone d’étude

Remarque

Les affleurements 04 ; 05 ; 07 ; 08 ; 09 se trouvent le long de la rive de la rivière Manambatromby. Quant au sixième il est situé un peu plus à l’Est.

Voici une carte nous montrant les points d’affleurement localisés sur les lieux de prospection.

FIGURE N° 22 : Carte des points d’affleurements des lignites

Affleurement

O1 ; 02 ; 03

Affleurement 04 ; 05 ; 07 et 09 Affleurement 06

Source : BD 100

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Présentation de la zone d’étude

IV.3. Evaluation du gisement Pour le moment, il nous est impossible d’évaluer le gisement de lignite d’Ambalanjanakomby faute de données. Pour cela, il nous faut faire des travaux plus approfondis. .

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TROISIEME PARTIE

CARACTÉRISATION DU CHARBON

Caractérisation du lignite

CHAPITRE I. Caractérisation du Charbon

Pour les besoins industriels et domestiques, un charbon se caractérise par :

‐ sa teneur en matières volatiles (MV) exprimée en pourcentage. Celles-ci sont constituées principalement de méthane et d'hydrogène ; sous l'effet d'une élévation de température, les matières volatiles se dégagent du combustible, s'enflamment facilement, et accélèrent la combustion. ‐ son pouvoir calorifique C'est l'énergie exprimé en kJ/kg, fournie par la combustion d'un kg de charbon. ‐ sa teneur en eau exprimée en pourcentage. ‐ sa teneur en cendre exprimée en pourcentage. Les cendres sont les résidus solides de la combustion du charbon, et peuvent contenir des polluants, métalliques notamment, voir un peu de métaux radioactifs. ‐ sa teneur en soufre exprimée en pourcentage ; la présence de dioxyde de soufre dans les fumées de combustion contribue à la pollution

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Caractérisation du lignite

I.1. Comparaison de 5 types de charbon avec le lignite, et la tourbe

Teneur en carbone Pouvoir calorifique Produits (en %) (en kJ/kg)

Anthracite 93 - 97 33 500 - 34 900

Charbon maigre et houille anthraciteuse 90 - 93 34 900 - 36 000

Charbon demi-gras ou semi-bitumineux 80 - 90 35 000 - 37 000

Charbon gras ou bitumineux à coke 75 - 90 32 000 - 37 000

Flambant 70 - 80 32 700 - 34 000

Lignite 50 - 60 < 25 110

Tourbe < 50 12 555

TABLEAU N° 6 : Comparaison de 5 types de charbon

Source : www.techno-science.net

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Caractérisation du lignite

CHAPITRE II. CARACTERISATION DES LIGNITES La caractérisation consiste à déterminer la densité, l’humidité, le taux de carbone fixe, l’indice de matières volatiles et le pouvoir calorifique L’utilisation du lignite dépend des caractères physico-chimiques. Les analyses Effectuées concernent la caractérisation des lignites.

II.1. Les différentes analyses pour la caractérisation du lignite Les analyses suivantes sont les facteurs permettant de déterminer les caractéristiques physico-chimiques du charbon de terre en particulier ses différentes compositions.

II.1.1. Densité (d)

II.1.1.1. Définition : La densité «d »ou masse volumique d’un corps est le rapport de sa masse avec son volume. Il existe deux méthodes de détermination de la densité du lignite : ‐ La méthode des cubes ‐ La méthode par calcul direct

II.1.1.2. Par méthodes des cubes Comme la densité est définie comme le rapport de masse de 1g d’échantillon par son volume ; on confectionne un cube de lignite de 1cm x 1cm x 1cm, puis on le pèse dans une balance à précision.

II.1.1.3. Par calcul direct La méthode consiste à tirer un échantillon de lignite quelconque dans un lot, l’introduire dans une éprouvette graduée et mesurer le volume d’eau déplacée qui est égale au volume de l’échantillon tiré du lot. d = m [g]

V [cm3]

Avec m : masse de l’échantillon V = Vf - Vi : volume d’eau déplacée Vf = Volume final lu dans l’éprouvette après immersion de l’échantillon de lignite.

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Caractérisation du lignite

Vi = Volume initial de l’eau dans l’éprouvette sans l’échantillon de lignite.

II.1.2. Humidité (H) L’humidité est obtenue à partir de la perte en poids d’une prise d’essai de l’échantillon après chauffage dans l’étuve à 105 à 110°C pendant une heure. Il est à noter qu’il existe une fraction d’humidité, c’est l’humidité totale comprenant l’humidité de détention qui est celle que conserve l’échantillon dans l’atmosphère où il se trouve et qui ne peut être éliminé que par un étuvage comprise entre 105 à 110°C. C’est cette première fraction que nous avons optée pour la détermination du taux d’humidité dans ce travail compte tenu de la précision des résultats obtenus. L’expression des résultats est la suivante :

H = 100 ( P2- p3) P 2 - P1 Avec H : Humidité, P1 : poids du creuset vide, P2 poids du creuset + échantillon, P3 : poids de l’échantillon après étuvage,

II.1.3. Teneur en cendres Les cendres sont constitués de matières minérales. Le taux de SiO2, Al2O3 et de CaO est à déterminer. La teneur en cendre est obtenue à partir de la perte en poids subie par l’échantillon lorsqu’il est chauffé progressivement de la température ambiante à 850°C dans un four, suivant un programme de température bien déterminée. L’expression des résultats est la suivante :

(P 3 − P1)100 C = P2 − P1

Où C : cendre, P1 : masse du creuset vide, P2 masse du creuset + échantillon, P3 : masse du creuset + échantillon, après sortie du four.

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Caractérisation du lignite

Il est à noter que les cendres ne doivent pas présenter de points imbrûlés. Si on voit du point noir sur l’échantillon après incinération, on doit l’incinérer de nouveau à la température finale de 850°C jusqu’à obtenir une masse constante et une disparition des produits noirs.

II.1.4. Indice de matières volatiles (MV) Les matières volatiles (MV) sont composées de gaz combustibles, de vapeurs condensables, de vapeurs et de quelques produits calcinés et déshydratés. Le gaz combustible est constitué d’hydrogène, de Monoxyde de Carbone et de Méthane. Les vapeurs condensables sont des goudrons avec des petites quantités de gaz combustibles. Les vapeurs sont du gaz carbonique et de l’eau formée par la dégradation thermique des substances charbonneuses. C’est à partir de la perte de poids de l’échantillon lorsqu’il est directement chauffé à haute température dans un four (900°C pendant 7mn) que l’on détermine les matières volatiles. L’expression des résultats est la suivante :

MV= (P 2− P3)×100− H P2− P1 Où MV : Matière volatiles, P1 : masse du creuset vide muni de son couvercle, P2 = 3g d’échantillon + P1, P3 = P1 + masse de l’échantillon en sortant du dessiccateur, H : Humidité, P2 - P3 = Perte Par cette analyse, on peut déduire l’indice de matières volatiles ou IMV en % (Pourcent) Où IMV : Indice de matières volatiles, MV : matières volatiles, H : humidité.

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Caractérisation du lignite

II.1.5. Teneur en carbones fixes (CF) La teneur en carbone fixe est obtenue par le calcul direct : CF= 100-(H + C + MV)

Où H : pourcentage d’humidité C : pourcentage de cendre MV : matières volatiles. La teneur en carbone fixe est une fonction assez complexe, car elle dépend essentiellement du pourcentage d’humidité, du pourcentage de cendre et de l’indice des matières volatiles.

II.1.6. Pouvoir calorifique L’énergie calorifique libérée pendant la combustion est la grandeur la plus importante Pour l’emploi d’un combustible exprimé par : La chaleur de combustion ou pouvoir calorifique supérieur (Pcs) ; Le pouvoir calorifique inférieur (Pci ou Pc) Le Pcs d’un combustible solide est la quantité de chaleur dégagé par kg de combustible dans le cas d’une combustion parfaite et complète c'est-à-dire que tout le carbone est transformé en CO2=, l’hydrogène en H2O, tous les soufres en SO2. Le Pci ou Pc indique la quantité de chaleur effectivement utile dans la pratique. Autrement dit, c’est la quantité de chaleur dégagée par kg d’un combustible solide lorsque les produits de la combustion sont refroidis à la température initiale et que la vapeur d’eau n’est pas condensée. Il existe deux méthodes de détermination du pouvoir calorifique : ‐ La mesure expérimentale à la bombe calorimétrique ; ‐ À partir des formules empiriques. La mesure expérimentale à la bombe calorimétrique permet de déterminer avec plus de précision le pouvoir calorifique, mais l’opération est onéreuse c’est pourquoi il est préférable d’utiliser des formules empiriques. C’est à partir de la formule de CASSAN suivante que nous avons calculé le Pci ou Pc. RAKOTONDRAMANGA R H Thierry 42

Caractérisation du lignite

Avec : C: le taux de cendres

PCi = (100-C) x80

II.1.7. Soufre Le souffre peut être éliminé des matières combustibles et transformé du soufre en sulfate par calcination en atmosphère oxydante de la prise d’essai. La teneur en soufre présente dans le combustible analysé exprimé en pourcentage en masse par rapport au produit sec est donnée par l’expression :

13.74 (m1+m2+0.008) x 100 S = m0 100h

Où m0 : masse en gramme de la prise d’essai m1 : masse en gramme du sulfate de baryum trouvée dans l’essai à blanc h : humidité de l’échantillon sec à l’air L’abondance ou non de soufre dans un échantillon constitue un facteur important pour son utilisation car le soufre a des effets néfastes sur l’environnement.

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Caractérisation du lignite

II.2. RESULTAT D’ANALYSE DES LIGNITES

Tableau n° 7 : résultat des analyses de lignite

Echantillon Densité Cendre Humidité Matière Pouvoir Carbone Soufre Volatile Calorifique [%] [%] Fixe [%] Inférieur [%] (PCI) [%] [Kcal/kg]

1 1.3 4 2,40 64 4 500 0,408 0,98

2 1.3 5 9,82 92 7 527,2 0,394 0,82

(1) Lignite gris (2) Lignite noir

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Caractérisation du lignite

CHAPITRE III. Utilisation du lignite

Bien des processus industriels ne demandent pas seulement de l’énergie mécanique et électrique mais aussi de l’énergie calorifique. Si le besoin en énergie électrique et calorifique reste relativement constant, au cours du processus industriel et ne varie pas trop dans le temps, la construction d’une centrale industrielle avec couplage énergie/chaleur peut être intéressante.

Le lignite est surtout utilisé actuellement :

‐ Dans les centrales thermiques utilisées pour la production d'électricité ou le chauffage urbain ; ‐ Dans la sidérurgie, essentiellement pour la fabrication du coke utilisé dans les hauts-fourneaux ; entre 600 et 700 kg de charbon sont nécessaires pour produire une tonne d'acier ‐ Il est à noter que le chauffage individuel au charbon est en recul par rapport à d'autres sources d'énergie. ‐ Dans la cimenterie

III.1. Production de chaleur industrielle Le charbon de terre est un bon charbon vapeur. .Il est un vecteur énergétique classique qui fournit de l’énergie .Il peut être utilisé dans des échangeurs de chaleur (fours, séchoirs, chaudière) pour remplacer le charbon de bois.

III.2. La cimenterie Pour la cuisson du clinker, on a besoin d’un apport de chaleur d’environ 3560kj/kg (850kcal/kg) de clinker. D’une façon générale, on peut dire que 0,13kg de charbon sont nécessaire pour 1kg de clinker.

Si on utilise un charbon avec un pouvoir calorifique de 27200kj/kg (6500Kcal/kg). Cela signifie que dans le cas d’une production annuelle de 200000t/an de ciment, environ 260000t de charbon pourraient être employé.

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Caractérisation du lignite

La technique de combustion à lit fluidisé offre une méthode améliorée de combustion de charbon pour industries de production de vapeur ou de chaleur.

On doit injecter de la dolomie ou du calcaire dans le lit de combustion pour réduire les émissions de soufre.

C’est la méthode utilisée pour la production de la chaux dans la société « Chaux de la grande île ». Pour la cimenterie d’Amboanio, les caractéristiques des charbons de terre dont elle a besoin sont :

Matière volatile 18 à 22%

Cendre 13 à 22%

Carbone fixe 54 à 60%

Pouvoir calorifique 5500 à 7000Kcal /Kg

La cimenterie d’Amboanio utilisait de cette façon des houilles provenant de l’Afrique du Sud ; ses besoins se chiffrent à environ 22.000 tonnes par an.

III.3. Production d'électricité

L'utilisation du charbon dans les centrales thermiques est très importante ; ces centrales fournissent 40 % de la production mondiale d'électricité, la moitié aux États-Unis et en Allemagne.

Longtemps considéré comme dépassé, l'intérêt du charbon revient quand les besoins énergétiques atteignent les capacités maximales de production de pétrole ou de gaz naturel, renchérissant leur coût.

L'utilisation du charbon, notamment dans les centrales électriques, a fait et continue à faire des progrès énormes en matière de réduction des émissions de polluants tels que le soufre, les oxydes d'azote et les particules fines.

Par contre rien ou presque n'a changé en matière d'émission de gaz à effet de serre.

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Caractérisation du lignite

Une centrale au charbon actuelle émet sensiblement moins de CO2 par kilowattheure produit qu'une ancienne (du fait du meilleur rendement) mais deux fois plus qu'une centrale au gaz.

Le retour du charbon sera donc (et est déjà) un désastre en matière de réchauffement climatique. La séquestration du CO2 apparaît comme une solution intéressante, mais elle ne sera pas disponible à grande échelle avant de nombreuses années.

Pour un centrale électrique, la nécessité en pouvoir calorifique varie suivant la centrale thermique qui est de 16700Kj/kg a 27200 environ Pour un centrale électrique de 20MW, 1tonne de charbon correspond a 0,55t de fuel et a 0,48t de gasoil.

Voici un tableau montrant la comparaison de la valeur calorifique ainsi que la consommation en fuel, en charbon, et en gasoil.

TABLEAU N° 8 : comparaison de la valeur calorifique de quelque combustible

Comparaison Fuel Gasoil Charbon Valeur calorifique 9700kcal/kg 10500 kcal/kg 6500 kcal/kg Consommation 2600 kcal/kWh 2520 kcal/kWh 3200 kcal/kWh

= 0,27kg/kWh = 0,24kg/kWh = 0,49kg/kWh Source www.coal.com

III.4. Production de Gaz par récupération

Dans quelques cas, on récupère le gaz naturel dégageant naturellement des veines d'exploitations souterraines abandonnées.

Ce gaz est naturellement poussé vers le haut par les remontées de nappe. Dans le nordde la France les installations de Méthamine et Gazonor le récupèrent et le réinjectent dans le réseau.

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Caractérisation du lignite

C'est aussi un moyen de faire en sorte que des quantités importantes de méthane (gaz à effet de serre important) ne rejoignent l'atmosphère sans être brulées et transformées en CO2.

III.5. Synthèse d'hydrocarbures et d'autres composés

Le charbon peut servir à la fabrication de produits chimiques et de carburant de synthèse, et cet usage pourrait s'intensifier.

Depuis 1931, on sait transformer du charbon en carburant grâce à sa liquéfaction suivant divers procédés (notamment le procédé Fischer-Tropsch).

Toutefois, cette production est restée marginale puisque les carburants dérivés du pétrole coûtaient beaucoup moins cher. En 2005, seule la société Sasol, en Afrique du Sudproduisait des hydrocarbures en quantité industrielle selon ce procédé.

De même, on sait gazéifier le charbon et produire avec le gaz obtenu des produits pétrochimiques comme du méthanol, de l'ammoniac, de l'hydrogène, du propylène, mais on préfère utiliser le gaz naturel ou le pétrole.

Face à des approvisionnements en pétrole comme en gaz qui deviennent plus difficiles, nombrede pays recommencent à prendre ces filières de production au sérieux, et notamment les États-Unis et la Chine.

III.6. Traitement du Charbon

III.6.1. Concentration :

Après extraction, le charbon brut est dirigé vers des lavoirs. Il est immergé dans un liquide dense composé d'eau et de particules de magnétite en suspension afin d'augmenter la densité de l'eau.

Ainsi, le charbon plus léger, flotte à la surface et est récupéré par raclage et les schistes, plus denses, coulent au fond du bac.

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Caractérisation du lignite

Jusque vers l'an 2000, la production mondiale de houille était globalement relativement stable, en augmentation dans les pays en développement, mais en diminution dans les pays occidentaux riches en raison de son caractère polluant et moins pratique que les carburants gazeux ou liquides, ou en raison de l'épuisement des ressources.

Néanmoins, ces dernières années, la production a fortement augmenté, principalement sous l'impulsion de la Chine, qui représentait 45% de la production en 2005, contre 19% en 1990.

III.6.2. Transformation en combustible

Après son extraction, le lignite est transformé en combustible pour la centrale thermique. Deux méthodes principales sont employées :

III.6.2.1. Technique de pulvérisation :

Le lignite est réduit en morceaux dans une station de concassage puis transféré dans un réservoir (à cette étape, l’humidité du lignite est de 45 à 70%).

Il est ensuite broyé pour subir un traitement thermique en présence de fumées chaudes, extraites de la chaleur fatale d’une chaudière adjacente par un circuit de recirculation.

La chaleur des fumées réduit la teneur en eau du lignite de 45-70% à 10-20%, niveau requis pour obtenir des conditions de combustion optimales.

Le mélange ainsi obtenu est introduit dans les brûleurs de la chaudière à plus de 1400°C. Sous l’effet de la chaleur produite par la combustion du lignite, l’eau de la chaudière se transforme en vapeur à haute pression, entraînant une turbine à vapeur.

La rotation de la turbine produit de l’énergie mécanique, elle-même convertie en électricité grâce à un alternateur.

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Caractérisation du lignite

Remarque :

Dans le cas d’un lignite au pouvoir calorifique extrêmement faible et à teneur en eau particulièrement élevée, une autre étape est nécessaire avant le transfert dans la chambre de combustion de la chaudière, pour un retrait plus efficace de l’humidité qu’il contient.

Les particules de lignite sèches sont séparées au moyen de dépoussiéreurs électrostatiques puis transférées aux brûleurs de la chaudière.

III.6.2.2. Technique du « lit fluidisé » :

Le lignite concassé est utilisé directement pour former dans la chaudière un « lit » maintenu en suspension par injection d’air ascendante.

Les poussières de lignite servent de combustibles et celles qui ne sont que partiellement brûlées sont récupérées pour être ensuite réinjectées dans la chaudière.

Cette technique, qui fonctionne à des températures plus basse (de 850 à 900°C), permet un rendement plus élevé.

Par adjonction de matières (comme la calcite) elle permet de fixer certains éléments (comme le soufre). De ce fait, cette option est moins polluante qu’une centrale thermique à lignite pulvérisé.

III.6.3. Transformation du combustible en briquette

Le lignite peut être converti en un produit équivalent à du charbon de qualité moyenne par desséchement. Ce produit, appelé « briquette », est utilisé comme source de chaleur.

Pour cela, le lignite est broyé et séché jusqu'à réduction de l’humidité à 15%, puis moulé à haute pression sous forme de briquettes et sans adjonction de liant.

Ces briquettes peuvent être vendues dans le commerce pour répondre à divers usages thermiques (y compris cheminées domestiques ou poêles individuels).

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Caractérisation du lignite

III.6.4. Transformation en syngas par gazéification

La gazéification du lignite consiste à le décomposer par la chaleur (supérieure à 1 000°C) en présence de vapeur d’eau et d’oxygène.

Cette réaction permet d’obtenir un mélange gazeux combustible, appelé « syngas ».

Composé de monoxyde de carbone (CO) et d’hydrogène (H2), le syngas produit est utilisé pour deux applications :

III.6.4.1. Production d’électricité (CCGI) : Une centrale à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI) se caractérise d’abord par une opération de gazéification. Le syngas obtenu à partir du lignite est dépoussiéré, débarrassé des impuretés pour ensuite être utilisé comme combustible au sein d’une centrale à cycle combiné (turbine à gaz/turbine à vapeur).

Le principe est le suivant : une turbine à gaz produit de l'électricité. La chaleur récupérée dans les gaz d’échappement sert, comme dans tous les cycles combinés, à la production de vapeur qui elle-même entraîne une turbine.

Cette technologie permet de réduire les émissions de polluants atmosphériques et d'améliorer le rendement grâce au cycle combiné. Toutefois, les centrales CCGI sont encore peu déployées.

III.6.4.2. Carburant : Le syngas peut être transformé en essence de synthèse (comme pour les biocarburants de 2e génération) par le procédé Fischer Tropsch, réaction chimique permettant de convertir le monoxyde de carbone et l’hydrogène en hydrocarbure.

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Caractérisation du lignite

FIGURE N° 23 : Différentes utilisations du lignite

Source : www.lignite.com

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Caractérisation du lignite

III.7. Interprétation - L’exploration des anciens gisements considérés comme non rentable et la recherche de nouveau gisement de lignite pourraient apporter des nouvelles perspectives pour notre pays. - le charbon de Terre peut être utilisé dans des industries et dans les foyers comme le charbon vapeur à la place du charbon de bois et du bois de feu

- l’utilisation de charbon de terre est donc vivement recommandée afin d’atténuer le problème de déforestation à Madagascar, ainsi que le problème énergétique que Madagascar traverse depuis ces décennies et surtout en ces instants de crise.

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Caractérisation du lignite

III.8. Impact environnemental

III.8.1. Santé

Les fumées issues de la combustion de la houille sont également acides et polluantes, contenant notamment des traces de vapeur de mercure et de quelque métal lourd et/ou radioactif dans certains charbons.

Les cendres des centrales thermiques au charbon sont également parfois chargées en métaux lourds, avec des traces, parfois significatives de radioactivité, ou d'autres polluants.

Ces cendres souvent accumulées sur plusieurs mètres de hauteur sur des crassiers sont pour une partie emportées par le vent ou la pluie. On les utilise parfois comme fond de couche routière, matériaux de remblai ou de construction au risque de polluer la nappe.

.Le charbon a, dès le XIXe siècle été associé à des activités industrielles lourdes et très polluantes, dont la carbochimie et la métallurgie souvent en bordure de fleuve, canal ou sur le littoral pour des raisons de transport.

Des séquelles environnementales persistent longtemps après l'arrêt de ces activités, avec des impacts graves sur la santé. Par exemple dans le bassin minier du nord de la France, la durée moyenne de vie était inférieure de dix ans à la moyenne nationale, et elle restait inférieure de cinq ans dans les années.

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Caractérisation du lignite

Conclusion

La situation économique actuelle de Madagascar la situe parmi les pays les plus pauvres de la planète. Le recours aux combustibles de substitution tels que le gaz, le pétrole lampant et l’électricité, n’est pas envisageable pour la majorité des ménages malgaches ainsi que pour la plupart des industries or, le pays possède des richesses minérales non encore exploitées ou explorées malgré son avance en recherche géologique par rapport aux autres pays de l’océan Indien. Devant la crise énergétique et économique que le pays traverse, la valorisation des gisements de charbon (lignite) pourrait être une solution à ces problèmes parmi tant d’autre Dans la zone d’Ambalanjanakomby, il existe un gisement de lignite qui n’a encore fait d’aucun objet de recherche approfondie. Pourtant, d’après l’analyse des échantillons en affleurement que nous avons collectées sur les lieux, le combustible possède un bon pouvoir calorifique qui peut être transformé en combustible utilisé dans les industries : la cimenterie ou comme briquette utilisable dans les foyers L’exploration des anciens gisements considérés comme non rentable et la recherche de nouveau gisement pourraient apporter de nouvelles perspectives pour notre pays. La valorisation de ces gisements peut créer des emplois lors des explorations et de l’exploitation, diminuer la déforestation par construction des briquettes de lignite et l’usage de celle-ci dans les ménages et réduire l’importation de combustible de nos industries comme les cimenteries En effet, L’exploitation du charbon de terre serait une solution à ces problèmes. D’autant plus que le prix de bois et celui du charbon de bois tende à augmenter énormément rendant ainsi le prix du charbon de terre plus compétitif.

Mais l’exploitation ne peut être possible que si la sensibilisation de la population en matière d’intérêt qu’offre le charbon houille est effective.

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Caractérisation du lignite

RECOMMANDATION

L’épaisseur de la couche de lignite en affleurement varie donc de 2 à 15cm. Son pendage de 20 à 30 degré OUEST et de direction 60 degré ouest. Mais pour en savoir davantage sur le gisement tel que :

‐ L’extension des couches de lignite

‐ Le nombre de couche

‐ L’épaisseur de chaque couche minéralisée

‐ Leur profondeur respective

Nous devrions faire des études plus approfondies, telles que des prospections tactiques : des études géophysique et des campagnes de forage si possible.

Ainsi, on pourra déterminer le tonnage du gisement et peut être l’intérêt économique qu’il pourra amener à la région et à notre pays.

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Bibliographie

‐BESAIRIE – Précis de Géologie Malgache Anales Géologiques de Madagascar Fascicule XXVI Tananarive 1973. ‐ Gîtes et minéraux de Madagascar « Arch. Serv. Géol. Mad. » ‐ ANDRIAMANDANJA Ony Seheno «VALORISATION DU CHARBON DE TERRE DE LA SAKOA». Mem Génie Chimie ESPA 2003. ‐ RAMAROSON Jean de Dieu «CONTRIBUTION A L’ETUDE DE LA TRANSFORMATION DU CHARBON DE TERRE DE LA SAKOA EN COMBUSTIBLE DOMESTIQUE». THESE Génie Chimie ESPA 2010 ‐ ATOMBOLA Cyprien Louis de Magloire «CONTRIBUTION A LA PRESERVATION DE LA FORET PAR LA VULGARISATION DU CHARBON DE TERRE A USAGE DOMESTIQUE – CAS DU LIGNITE D’ANTANIFOTSY». Mem Mines ESPA 2006. ‐ Région du Boeny – Monographie de la région Boeny ‐ Région du Betsiboka – Monographie de la région Betsiboka

‐ PCD de la commune d’Ambalanjanakomby www.lignite.com www.World Coal Institute, www.Lignite combustion, US EPA www.techno‐science.net

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TABLE DES MATIERES Introduction………………………………………………………………………………………………………………..…….….1

PREMIÈRE PARTIE : GÉNÉRALITÉ SUR LE CHARBON

CHAPITRE I. Généralité sur le lignite ...... 2

I.1. Définition et catégories ...... 2

I.2. Processus de formation ...... 2

I.3. CONSTITUANTS DU LIGNITE ...... 4

I.3.1. Matières organiques ...... 4

I.3.2. Minéraux……………………………………………...... 4

I.3.3. Eaux…………………………………………………………...... 4

I.3.4. Matières volatiles ...... 4

CHAPITRE II. Exploitation ...... 5

II.1. Fonctionnement technique ...... 5

II.1.1. En amont : l’évaluation des gisements ...... 5

II.1.2. En aval : l’abattage (l’exploitation) ...... 5

II.1.2.1. Les mines souterraines ...... 6

II.1.2.2. Les mines à ciel ouvert ...... 7

II.2. Enjeux par rapport à l'énergie ...... 8

II.3. L’aspect économique ...... 8

II.4. L’aspect sécurité ...... 8

II.5. L’aspect environnemental ...... 9

II.6. Production : ...... 9

II.7. Commerce international : ...... 11

CHAPITRE III. Le lignite à Madagascar...... 12

III.1. Dans la zone nord ouest de Madagascar ...... 12

III.1.1. Ambilobe : ...... 12

III.1.2. Antsohihy : ...... 12

III.1.3. Ambalanjanakomby : ...... 12

III.1.4. Kandreho : ...... 12

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III.2. Dans la zone centrale de Madagascar ...... 13

III.2.1. Antanifotsy : ...... 13

III.2.2. Sambaina : ...... 13 DEUXIÈME PARTIE : PRÉSENTATION DE LA ZONE D'ÉTUDE

CHAPITRE I. Milieu physique ...... 16

I.1. Délimitation géographique ...... 16

I.2. Climat…………………………………………………… ...... 17

I.3. Géologie………………………………………………… ...... 17

I.4. Mines………………………………………...... 18

I.5. Hydrologie………………………………………………...... 19

CHAPITRE II. Milieu Biologique...... 20

II.1. La flore…………………………………………………...... 20

II.2. La faune…………………………………………………...... 22

CHAPITRE III. Milieu humain ...... 24

III.1. Ethnie et occupation ...... 24

III.2. Religion……………………………………………………...... 25

III.3. Infrastructures sanitaire et Sociale ...... 25

III.4. Communication et Media ...... 26

III.5. Source d’énergie ...... 26

III.6. Source de revenu ...... 26

III.7. Problèmes dans la commune ...... 27

CHAPITRE IV. Les travaux de prospection ...... 28

IV.1. Méthode et matériel ...... 28

IV.2. Résultats…………………………………………………...... 28

IV.3. Evaluation du gisement ...... 36

TROISIÈME PARTIE : CARACTÉRISATION DU LIGNITE

CHAPITRE I. Caractérisation du Charbon...... 37

I.1. Comparaison de 5 types de charbon avec le lignite, et la tourbe ...... 38

CHAPITRE II. CARACTERISATION DES LIGNITES ...... 39

II.1. Les différentes analyses pour la caractérisation du lignite ...... 39

II.1.1. Densité (d) ...... 39

II.1.1.1. Définition : ...... 39

II.1.1.2. Par méthodes des cubes ...... 39

II.1.1.3. Par calcul direct ...... 39

II.1.2. Humidité (H) ...... 40

II.1.3. Teneur en cendres ...... 40

II.1.4. Indice de matières volatiles (MV) ...... 41

II.1.5. Teneur en carbones fixes (CF) ...... 42

II.1.6. Pouvoir calorifique ...... 42

II.1.7. Soufre………………………………………………………...... 43

II.2. RESULTAT D’ANALYSE DES LIGNITES ...... 44

CHAPITRE III. Utilisation du lignite ...... 45

III.1. Production de chaleur industrielle ...... 45

III.2. La cimenterie ...... 45

III.3. Production d'électricité ...... 46

III.4. Production de Gaz par récupération ...... 47

III.5. Synthèse d'hydrocarbures et d'autres composés ...... 48

III.6. Traitement du Charbon ...... 48

III.6.1. Concentration : ...... 48

III.6.2. Transformation en combustible ...... 49

III.6.2.1. Technique de pulvérisation : ...... 49

Les particules de lignite sèches sont séparées ...... 50

III.6.2.2. Technique du « lit fluidisé » : ...... 50

III.6.3. Transformation du combustible en briquette ...... 50

III.6.4. Transformation en syngas par gazéification ...... 51

III.6.4.1. Production d’électricité (CCGI) : ...... 51

III.6.4.2. Carburant : ...... 51

III.7. Interprétation ...... 53

III.8. Impact environnemental...... 54

III.8.1. Santé………………………………………………………… ...... 54

RECOMMANDATION ...... 56

Conclusion …………………………………………………………………………………………………………...……………………55

ANNEXES Fabrication de briquette de lignite

Préparation des matières premières Nous décrivons par la suite toutes les étapes à suivre allant du lignite brute jusqu’au conditionnement de briquette.

Lignite brut Concassage Cette opération consiste à réduire les lignites en taille plus petite et facile à utiliser pour la production. Elle peut se faire soit manuellement à l’aide d’un mortier de laboratoire, soit mécaniquement avec de l’équipement performant (concasseur Granulométrie La granulométrie joue un rôle prépondérant sur l’agglomération. Comme nous savons que le lignite contient plus de 50% de matières volatiles, donc plus la granulométrie est petite, plus la teneur en matière volatile est faible. L’essai a permis d’avoir deux gammes de granulométrie 3 mm < d <5 mm 5 mm< d < 8 mm Le lignite épuré Les lignites de granulométrie inférieurs à 1 mm doivent ensuite passer à la distillation par voie sèche, de façon à éliminer les impuretés contenues dans les matières volatiles pour que le produit soit dépourvu de produits polluants, nocifs à la santé et pouvant être utilisé dans les ménages.

Processus de distillation Equipements utilisés ‐ Distillateur de laboratoire sous forme de boîte métallique pour la cuisson de l’échantillon. Il est muni d’un trou sur le couvercle pour évacuer les gaz polluants et déterminer la fin de la distillation à voie sèche. - Foyer amélioré pour la cuisson de l’échantillon ; - Du charbon de bois pour la production d’énergie.

Déroulement de la distillation Après pesage de l’échantillon (200 g) à distiller, on le met dans le distillateur de labo puis on procède directement à la cuisson une fois que le charbon soit allumé dans le foyer amélioré.

Constat et résultat Après une demi-heure environ de cuisson, une fumée blanche commence à sortir du distillateur, c’est l’eau contenue dans le lignite. Cette coloration disparaît peu à peu et tend vers une coloration jaunâtre, c’est le produit incondensable qui commence à sortir ce sont des gaz qui s’enflamment brusquement une fois qu’on allume. Cette flamme diminue peu à peu et disparaît après quelques instants selon la quantité de l’échantillon à distiller et cette disparition de la flamme marque la fin de la distillation et l’obtention de lignite dépourvu de matières volatiles. Donc on passe à l’autre étape. Dans notre cas une boîte peut épurée 200g de lignites brutes. On a fait 10 essais. A

Liant Le lignite épuré est très dur. Le liant joue le rôle d’un agglomérant pour l’ensemble des particules de lignites de faible granulométrie. Nous avons utilisé « le fécule de manioc » comme liant pour notre échantillon de briquette, compte tenu de son prix sur le marché et de la disponibilité de ce produit toute l’année. Mais il y a aussi d’autres liants pouvant être utilisés, comme : la mêlasse, le brai … Le liant doit d’une part être conforme à la réglementation des produits destinés à être en contact des denrées alimentaires et ne doit pas d’autre part être de nature à altérer la qualité du produit consommable exposé au foyer. La quantité de liant dans une briquette ne doit pas dépasser les 10% de la masse totale. Pour ne pas réduire les qualités et quantités en énergie des produits finis par rapport au lignite brut, nous avons opté la fécule de manioc comme liant de notre échantillon qui est analysé au laboratoire OMNIS et a donné ses caractéristiques physico-chimiques suivantes.

Caractéristiques du liant Liant Densité Humidité (%) Cendres (%) MV (%) Fécule de manioc 0,97 0,003 0,003 0,005

Additifs La distillation à voie sèche effectuée a pour but d’éliminer les matières volatiles dans l’échantillon qui sont des produits toxiques et nocifs à la santé humaine compte tenu de l’objectif initial du projet : « utilisation domestique du lignite ». Or, les matières volatiles sont les premiers responsables de l’inflammabilité du produit. Donc pour apporter de nouveau l’inflammabilité de la briquette de lignite il faut chercher d’autres produits additifs pouvant donner cette inflammabilité de la briquette. On choisit comme additifs des produits très inflammables qui sont la plupart du temps des végétaux (poudre de bois, herbes, bouse de vache). Ils favorisent par leur qualité inflammable la combustion du produit aggloméré. La quantité d’additif dans un charbon aggloméré est de 2 à 10% de la masse du produit fini.

Adjuvants/charges/additifs Les Roches Sédimentaires d’origine organique dépourvues des matières volatiles ont perdu leur caractère d’inflammabilité. Pour lui donner ce caractère d’inflammabilité, il faut apporter des adjuvants ou charges ou additifs au lignite pour faciliter son inflammabilité. Nous avons utilisé comme charge, des fines de charbon visant à l’amélioration de l’inflammabilité des briquettes.

Pesage Le pesage consiste à peser chaque constituant de briquette, de façon à ce que la qualité de briquette produite soit homogène. Les différentes compositions des briquettes pendant notre essai sont récapitulées comme suit :

B

Evolution des Liants et Charges pour 90g de briquette Masse de lignite (g) 90 90 90 90 90 90 90 90 90 Liant : fécule (g) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Charge : Fine de charbon (g) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

D’après l’expérience faite, on a pu constater qu’une bonne inflammabilité est obtenue avec l’échantillon dont la composition est la suivante : Masse de lignite : 90 g Liant : 5 g Additif (fine de charbon) : 5 g

C

Malaxage Cette opération consiste à mélanger le liant avec les particules solides de lignite. Le liant dilué dans l’eau est chauffé jusqu’à l’obtention d’une pâte collante pouvant être mélangée avec le lignite. Elle devra être effectuée pendant quelques minutes suivant la quantité de produits à malaxer. Dans notre cas on a procédé manuellement.

Pressage C’est une opération qui consiste à compacter le mélange (lignite + liant + charge) à l’aide d’une presse manuelle possédant une pression de compactage inférieure à 1 t. Il consiste à comprimer la pâte dans une moule cylindrique à axe vertical à l’aide d’un piston agissant de haut en bas.

Traitement thermique Après avoir effectué par le pressage, les briquettes doivent ensuite suivre un traitement thermique soit : ‐ à l’air libre ‐ à l’étuve Puisqu’elles contiennent encore de l’eau. Séchage à l’air libre des briquettes Les briquettes produites ont été séchées à l’air libre, et on a obtenu les résultats Suivants : Diminution de la masse des briquettes séchées à l’air libre Temps (mn) 0 15 30 45 50 60 Masse (g) 90,7110 89,4000 87,9002 86,1802 86,1234 86,1234

Source : Auteur Les briquettes séchées à l’air libre présentent l’avantage de n’utiliser que l’énergie solaire pour le séchage pour une durée relativement courte. Séchage à l’étuve des briquettes Par cette méthode, on ne peut étuver que 50g d’échantillon en huit heures. Le tableau N°10 représente la diminution de la masse des briquettes séchées à l’étuve. Diminution de la masse des briquettes séchées à l’étuve Temp 0 2 4 6 8 24 26 30 36 s (h) Mass 90,000 89,566 89,240 89,000 88,400 85,612 85,612 85,612 85,612 e (g) 0 0 7 1 1 0 0 0 0

Conclusion : C’est le séchage à l’air libre qui est le plus avantageux par rapport au séchage à l’étuve du point de vue quantité, durée et coût.

PROPOSITION DE TECHNIQUE DE TRAITEMENT DE LA QUALITE DE BRIQUETTE DE LIGNITE Le traitement vise principalement à éliminer l’odeur suffocante du lignite pour lui conférer une bonne qualité. L’odeur nuisible de lignite est due au processus de formation de Lignite. Pour éliminer ces dégagements, il faut porter les briquettes de lignite à une température de plus de 200°C dans un four de laboratoire. Après passage de l’échantillon au four de laboratoire, on a pu constater : D

‐ une nette amélioration de briquette que ce soit sur le dégagement de fumée, ou sur l’émission d’odeur nuisible ; ‐ les fumées sont constituées de gaz polluants tels que le soufre, et le monoxyde de carbone (CO). Dans le cas où des fumées apparaissent lors de la combustion des briquettes lors de la cuisson, cela témoigne l’existence de gaz polluant résiduel dans les briquettes, montrant que le processus de distillation de lignite a été effectué à basse température. L’élimination totale de ces polluants nécessite donc une distillation à haute température, qui demande par contre une unité de traitement des fumées issues de la distillation afin de ne polluer l’atmosphère. Afin d’éliminer les gaz polluants, nous allons suggérer deux procédés de désulfuration de gaz - la désulfuration par voie humide ; - la désulfuration par voie sèche ;

La désulfuration par voie humide Elle consiste à utiliser des substances liquides pour absorber l’hydrogène sulfuré (H2S). Les substances liquides utilisées sont l’eau, la soude caustique et le mono ou le diéthanolamine.

La désulfuration par voie sèche C’est la méthode la plus utilisée à grande échelle et on peut citer entre autre : ‐ l’emploi de la chaux vive ou chaux éteinte (solide ou liquide) ; ‐ l’emploi des oxydes métalliques comme oxydes de zinc ZnO ou les oxydes de Plomb PbO ou les oxydes de Fer : Fe2O3, FeO et ses formes hydrates ; ‐ L’emploi des matériaux ferreux sous forme de sol naturel ou de minerai. Dans notre cas, nous utiliserons, le procédé utilisant les oxydes métalliques car c’est une méthode à l’échelle industrielle et qu’en plus on peut régénérer les divers intrants entrant dans le cadre du processus de désulfuration. ‐ L’emploi de la chaux vive Ca (OH)2 C’est le procédé le plus ancien : la chaux vive ou éteinte est employée sous forme solide (en morceaux) ou en solution aqueuse. Employé en Allemagne, l’épurateur à chaux est utilisé pour la désulfuration à grande échelle avec cogénération d’électricité et de la chaleur. Par contre ses inconvénients résident sur son efficacité : ‐ difficulté d’élimination des résidus odorants ; ‐ de la concentration importante en CO2 du produit à épurer rendant difficile l’élimination efficace de H2S. En effet, le CO2 réagit également avec la chaux vive en la consommant rapidement. Le Ca(HCO3)2 ainsi formé, réagit avec le Ca(SH)2 formé à partir de H2S et du Ca(OH)2 avec reformations de H2S. Ces réactions se passent comme suit : Ca(OH) 2 + 2CO2 Ca(HCO3)2 (avec une vitesse de formation rapide) Ca (OH) 2 + 2H2S Ca(SH)2 + 2H2O Ca (SH) 2 + Ca(HCO3)2 2H2S + 2Ca(OH)2 + 2CO2 (Régénération de la chaux du gaz carbonique et de l’hydrogène sulfuré)

E

PROCESSUS DE TRANSFORMATION DE LA HOUILLE EN COMBUSTIBLE DOMESTIQUE

I

TABLEAU de l’Echelle des pouvoirs calorifiques (en calories)

II

QUELQUES DEFINITION

Houille : Charbon à haut degré de houillification et de pouvoir calorifique brut supérieur à 23 865 kJ/kg (5 700 kcal/kg), valeur mesurée pour un combustible exempt de cendres, mais humide et ayant un indice moyen de réflectance de la vitrinité au moins égal à 0,6. Les schlamms, les mixtes et autres produits du charbon de faible qualité qui ne peuvent être classés en fonction du type de charbon dont ils sont dérivés sont inclus dans cette rubrique, il y a deux sous‐catégories de houille: charbon à coke et autres charbons bitumineux et anthracite (également dénommé charbon vapeur). Le charbon à coke est une houille d'une qualité permettant la production d'un coke susceptible d'être utilisé dans les hauts fourneaux. Le charbon vapeur est utilisé pour la production de vapeur et pour le chauffage des locaux» et comprend tous les charbons anthraciteux et bitumineux autres que ceux classifiés comme charbons à coke.

Lignite : Une des deux sous‐catégories du charbon brun. Le charbon brun est un charbon d'un faible degré de houillification qui a gardé la structure anatomique des végétaux dont il est issu. Son indice moyen de réflectance de la vitrinité est inférieur à 0,6, si son pouvoir calorifique brut (sur base humide, cendres déduites) est inférieur à 23 865 kJ/kg (5700 kcal/kg). Les charbons bruns comprennent: le lignite ‐ charbon non agglutinant dont le pouvoir calorifique brut est inférieur à 17 435 kJ/kg (4 165 kcal/kg) et qui contient plus de 31% de matières volatiles sur produit sec exempt de matières minérales; le charbon sous bitumineux ‐ charbon non agglutinant dont le pouvoir calorifique supérieur se situe entre 17435 kJ/kg (4 165 kcal/kg) et 23 865 kJ/kg (5 700 kcal/kg) et qui contient plus de 31% de matières volatiles sur produit sec exempt de matières minérales.

Tourbe : Combustible solide issu de la décomposition partielle de végétaux morts dans des conditions de forte humidité et de faible circulation d'air (phase initiale de la houillification). N'est prise en considération ici que la tourbe utilisée comme combustible. La tourbe est utilisée principalement comme combustible domestique.

Agglomérés (briquettes de houille) : Combustibles composites fabriqués par moulage au moyen de fines de charbon avec l'addition d'un liant tel que le brai.

Briquettes de lignite : combustibles composites fabriqués au moyen de lignite. Le lignite est broyé, séché et moulé sous pression élevée pour donner une briquette de forme régulière sans l'addition d'un élément liant.

Briquettes de tourbe : Combustibles composites fabriqués au moyen de tourbe. La tourbe brute, après broyage et séchage, est moulée sous pression élevée pour donner une briquette de forme régulière sans l'addition d'un élément liant.

Coke : Résidu solide obtenu lors de la distillation de houille ou de lignite en l'absence totale ou presque totale d'air, il a une haute teneur en carbone, et une faible teneur en humidité et en matières volatiles. On distingue plusieurs catégories de coke:

Coke de four : Produit solide obtenu par carbonisation de charbon, principalement le charbon à coke, à une température élevée. Le coke de four est également connu sous le III

nom de coke métallurgique et est utilisé principalement dans l'industrie sidérurgique. Le semi‐coke, qui est un produit solide obtenu par carbonisation de charbon à basse température, est inclus avec le coke de four, il est utilisé principalement comme combustible domestique.

Coke de gaz : sous‐produit de l'utilisation du charbon pour la production de gaz manufacturé ou gaz de ville dans les usines à gaz. Le coke de gaz est utilisé principalement comme combustible domestique.

Coke de lignite : Produit solide obtenu par carbonisation de briquettes de lignite.

Schiste bitumineux : Roche sédimentaire contenant une forte proportion de matières organiques (kérogène), qui peut être transformée en pétrole brut ou en gaz par chauffage.

Sables bitumineux : sables ou grès contenant une forte proportion d'hydrocarbures goudronneux dont on peut extraire du pétrole par chauffage ou par d'autres procédés d'extraction. Les huiles lourdes et les goudrons qui sont si denses et si visqueux et dépourvus d'énergie primaire qu'ils ne peuvent être extraits commercialement par les méthodes classiques, c'est à dire par écoulement naturel ou par pompage, sont aussi inclus dans cette rubrique.

IV

Auteur : RAKOTONDRAMANGA Ratsimandresy Harinirina Thierry

Titre du mémoire : CONTRIBUTION A LA CARACTERISATION DU LIGNITE D ’AMBALANJANAKOMBY Nombre de pages : 55

Nombre de figures : 23

Nombre de tableaux : 8

Nombre des annexes : 04

RESUME

Madagascar possède des richesses minérales non encore exploitées ou explorées malgré son avance en recherche géologique par rapport aux autres pays de l’océan Indien. Devant la crise énergétique et économique que le pays traverse, la valorisation des gisements de charbon (lignite) pourraient être une solution à ces problèmes parmi tant d’autre Dans la zone d’Ambalanjanakomby, il existe un gisement de lignite qui n’a encore fait d’aucun objet de recherche approfondie. Pourtant, d’après l’analyse des échantillons en affleurement que nous avons collectés sur les lieux, le combustible possède une bonne énergie calorifique qui peut être transformé en combustible utilisé dans les industries : la cimenterie ou comme briquette utilisable dans les foyers La valorisation du gisement peut créer des emplois lors des explorations et exploitation, diminuer la déforestation par construction des briquettes de lignite et l’usage de celle-ci dans les ménages et diminution d’importation de combustible de nos industrie comme les cimenteries. Mots clés: charbon, lignite, caractérisation, pouvoir calorifique

ABSTRACT

Madagascar has a lot of mineral richness to mine or to explore. Despite his advance in geological research compared to the other countries of the Indian Ocean, the country goes through to an economic crisis and energy. The development of lignite could be a solution to these problems among many other

In the Ambalanjanakomby area, there is a lignite deposit where there was not yet made any object of extensive research, however; based on the analysis of the outcrop samples we collected on site the lignite has a good fuel heat energy that can be converted into fuel used in industries such as cement or briquette usable at homes.

The value of the deposit can create employments during exploration and exploitation, reduce deforestation and decrease import fuel of our industry.

Key Word : Coal, lignite, caractérisation, pouvoir calorifique

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