UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUE
DEPARTEMENT DES EAUX ET FORETS
Mémoire de fin d’études pour l’obtention du diplôme d’Ingé nieur en Sciences Agronomiques
Option ESSA-Forêts
Promotion : HINA
Année : 2009- 2014
ETUDE DES POTENTIALITES DE TAILLIS D’EUCALYPTUS D’ANKARIERA EN VUE DE L’APPROVISIONNEMENT EN BOIS DE LA CENTRALE THERMO ELECTRIQUE DANS LA COMMUNE RURALE D’ANDAINGO, DISTRICT MORAMANGA, REGION ALAOTRA MANGORO
Présenté par :
RAKOTONDRABE Miarintsoa
Soutenu le 05 Juin 2014
Devant le jury composé de :
• Président : Professeur RAMAMONJISOA Bruno Salomon • Rapporteur : Docteur RABEMANANJARA Zo Hasina • Co-rapporteur : Docteur Daniel VERHAEGEN • Examinateurs : Docteur RANDRIANJAFY Honoré Docteur RABEFARIHY Tahiry
REMERCIEMENTS
Je remercie Dieu Tout Puissant pour sa bénédiction et son grand amour qui m’a permis de réaliser ce mémoire. A Lui seul revient la gloire.
Au terme de ce travail, je tiens à remercier aux membres du jury
• Monsieur RAMAMONJISOA Bruno Salomon, Professeur d’enseignement supérieur et de recherche à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, Chef de Département des « Eaux et Forêts » à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, pour m’avoir fait l’honneur de présider cette soutenance; • Monsieur RABEMANANJARA Zo Hasina, Docteur et enseignant-Chercheur au sein du Département des « Eaux et Forêts », pour ses précieux aides et conseils ainsi que tout le temps qu’il m’a consacré durant toutes les étapes du travail; • Monsieur Daniel VERHAEGEN, Représentant du CIRAD, Docteur et chercheur CIRAD, pour son appui et sa disponibilité durant les diverses phases de réalisation de ce mémoire; • Monsieur RANDRIANJAFY Honoré, Encadreur technique, Docteur et chercheur au sein de DRFP/ FOFIFA, qui a consacré beaucoup de temps dans l’orientation de l’investigation sur terrain; • Monsieur RABEFARIHY Tahiry, Docteur et assistant au sein du Département des « Eaux et Forêts » qui a accepté de siéger parmi les membres de jury.
Je ne saurais terminer sans remercier
• Monsieur Pierre MONTAGNE, Chef de projet GESFORCOM- BIOENERGELEC, Département Environnements et Sociétés CIRAD, qui m’a permis d’y effectuer ce stage de mémoire de fin d’études; • L’institution CIRAD qui m’a accordé son appui matériel et financier dans l’élaboration de ce mémoire; • Monsieur le Directeur Général du Bureau d’Etude des Travaux et Construction Nanala Andaingo qui a accepté de m’accueillir pendant la descente sur terrain; • Les équipes du CIRAD et de FOFIFA qui m’ont facilité l’organisation des investigations sur le terrain; • L’équipe de l’ESSA-Forêts; • Tous les membres de ma famille pour leurs soutiens; • Ainsi que mes amis et les collègues qui m’ont soutenu tout au long de l’accomplissement du présent mémoire.
RAKOTONDRABE Miarintsoa
i
PRESENTATION DU PARTENAIRE
Centre International de Recherche Agronomique pour
le Développement
Un centre de recherche français qui répond, avec les pays du Sud, aux enjeux internationaux de l'agriculture et du développement.
A Madagascar, il est constitué par deux dispositifs de recherche : dispositif de recher che en partenariat « Forêts et B iodiversité » et dispositif de recherche en partenariat « Systèmes de production d’altitude et durabilité».
Le Dispositif de recherche en partenariat « Forêts et Biodiversité » a pour objectifs de produire des connaissances scientifiques pour proposer des modalités de gestion de la biodiversité forestière malgache, conciliant durabilité écologique, viabilité économique et équité sociale. Cet objectif implique une très forte int erdisci plinarité au sein du dispositif et d émontre que la valorisation de la biodiversité est un moyen pertinent d’assurer la conservation de la biodiversité malgache .
Gestion Forestière Communautaire et Communale à Madagascar, au Niger et au Mali
Le projet GESFORCOM est issu d’une offre faite à l’Union Européenne par l’unité de recherche « Biens et Services des Ecosystèmes Forestiers tropicaux » (B SEF) du département environnements et sociétés du CIRAD en réponse à l’appel à proposition du program me environnement dans les pays en développement - programme forêts tropicales et autres forêts dans les pays en développement. Les zones concernées par le projet sont les suivantes : à Madagascar : Région ALAOTRA MANGORO (Comm unes de Didy et d’Andaingo) et Région BOENY (Communes d’Ambondromamy, Tsaramandroso, Manerinerina et Sarobaratra), au Niger : département de Say (commune de Torodi) et au Mali : cercle de Yanfolia (Commune de Djiguiya de Koloni)
Ce projet a été mis en place dans ces pays depuis Décembre 2006. Il a pour but de réduire la pauvreté par la gestion durable des forêts et l’exploitation commerciale aux profits des populations .
ii
RESUME
Pour la conservation de la biodiversité et la réduction de la pauvreté rurale, le projet GESFORCOM à travers la valorisation des biomasses-énergies a implanté une centrale thermoélectrique à biomasse dans la commune rurale d’Andaingo, District Moramanga, Région ALAOTRA MANGORO. Dans ce cadre, la présente étude consiste à analyser les potentialités des taillis d’eucalyptus d’Ankariera en vue de l’approvisionnement en bois de la centrale. Elle vise aussi à vérifier si ces taillis d’eucalyptus suffisent à répondre aux besoins quantitatifs et qualitatifs en bois de la centrale. Des travaux d’inventaire forestier suivi d’une analyse des données sur la consommation en bois et sur la production énergétique de la centrale ont été faits. Le site d’Ankariera a une superficie de 220 ha de taillis d’ Eucalyptus robusta . L’analyse structurale du peuplement a montré qu’à l’âge actuel (2 ans), le site est formé principalement de petits bois. L’étude de la productivité permet d’estimer le volume moyen du peuplement à 15 m 3/ ha soit 3305 m 3 sur 220 ha (~ 1650 m 3/an) à l’âge de 2 ans. La table de production du peuplement sur une période de 20 ans permet d’élaborer les modèles de croissance et d’accroissement pour justifier l’âge de coupe. La rotation de coupe de taillis d’eucalyptus est fixée 5 ans. Le volume moyen correspondant est estimé à 64 m 3/ ha soit 14080 m 3 sur 220 ha (~2816 m 3/ an). L’analyse des données sur la centrale a montré que la consommation annuelle en bois de la centrale est estimée à 1594,3 m3. Les données démontrent également que les rondins de gros bois sont plus intéressants que les rondins de petits bois en termes de fourniture d’énergie. En conclusion, les taillis d’eucalyptus d’Ankariera assurent l’approvisionnement en bois de la centrale à partir de 2 ans mais pour une production optimale de l’énergie, l’âge de coupe devrait être au moins de 5 ans. Les recommandations de l’étude portent sur l’aménagement sylvicole du site et la valorisation des autres biomasses dans la commune afin de pérenniser la production durable en biomasse pour la centrale.
Mots clés : Taillis d’eucalyptus, centrale thermoélectrique, productivité, approvisionnement en bois, Andaingo.
iii
ABSTRACT
For the conservation of biodiversity and the reduction of rural poverty, GESFORCOM project through the development of biomass - energy implanted a thermoelectric power station to biomass in the village of Andaingo District Moramanga Alaotra Mangoro Region. In this context, the present study is to analyze the potential of coppice eucalyptus Ankariera in view of provision wood of the power station. It also aims to verify whether these coppice eucalyptus sufficient to meet the quantitative and qualitative requirements of the power station. Forest inventory works followed by an analysis of data on the consumption of wood and on the energizing production of the power station have been made. The site of Ankariera has an area of 220 ha of coppice of Eucalyptus robusta The structural analysis of settlement of Ankariera showed that the current age (2 years), the site is formed mainly of small woods. The productivity study to estimate the average stand volume to 15 m 3 / ha or 3305 m 3 of 220 ha (~ 1650 m 3/year) at the age of two years. The production table stand over 20 years allows developing growth models to justify cutting age. Rotation coppice cuts are set at 5 years. The average volume corresponding estimated at 64 m 3 / ha or 14080 m3 of 220 ha (~ 2816 m3/year). The data analysis showed that the central annual wood consumption of the plant is estimated at 1594.3 m 3. The data also demonstrate that the logs of big woods are more interesting than the logs of small woods in terms of energy supply. In conclusion, the coppice eucalyptus Ankariera ensure wood supply from the central 2 years but for optimal energy production, the age of cut should be at least 5 years. The recommendations of the study focus on sylvan management of the site and the valuation of other biomass in the village to sustain the sustainable production of biomass for the power station.
Keywords : coppice eucalyptus, thermoelectric power station, productivity, wood supply, Andaingo
iv
FAMINTINANA
Mba ho fiarovana ny zavaboary sy ho fampihenana ny fahantran’ny tontolo ambanivohitra, ny tetik'asa GESFORCOM amin'ny alalan'ny fampiasana akora azo arehitra toy ny hazo, sisin-kazo, taim- bakona ary ny apombo na hodim-bary dia nametraka tetik'asa andrana mahakasika ny fametrahana milina mpamokatra herin’aratra amin'ny alalan'ny ireo akora ireo ao amin'ny kaomina Andaingo, Fivondronana Moramanga, Faritra ALAOTRA MANGORO. Araka izany, ity fikarohana ity dia mahakasika ny fandalinana ny haben'ny dimbina kininina ao Ankariera izay hatao hamatsiana hazo ny milina. Ary natao ihany koa mba hanamarinana fa ireo kininina ireo dia ampy hamaliana ny filan'ny milina hazo. Maro ireo asa natao toy ny fanisana ala ary ny fanadihadiana ny filan’ny milina hazo sy ny famokarany angovo. Ny halehiben’ny ala “Eucalyptus robusta ” ao Ankariera dia mitentina 220 hektara. Raha ny vokatra teo amin'ny fanadihadiana ny endriky ny ala dia nampiseho fa ankehitriny (taona faharoa), ny ala kininina ao Ankariera dia mbola sokajiana ala mandinika. Ary ny habeny kosa dia eo amin'ny 15 m 3 isaky ny hektara na 3305 m 3 isaky ny 220 hektara (~1650 m 3 isan-taona). Ny takelaka famokarana ny Eucalyptus robusta ao Ankariera no nahafahana nanamboatra ireo tsipika mivolan-tsinanina mahakasika ny fitomboany mandritry ny 20 taona. Ireo tsipika mivolan-tsinanina dia nanamporofo fa amin'ny taona fahadimy dia afaka tapahana ny ala kininina. Ny haben'ny hazo amin'io taona io dia mety hahatratra hatraminy 64 m3 isaky ny hektara na 14080 m3 isaky ny 220 ha (~2816 m3 isan-taona). Eo akilan'izany, ny milina dia mila hazo 1594,3 m3 isan-taona. Ary voamporofo ihany koa fa tsara ny mampiasa hazo vaventy noho ny hazo mandinika raha eo amin’ny lafiny famokaran’ny milina angovo no jerena. Noho izany, ny dimbina kininina ao Ankariera dia ampy hamatsiana hazo ny milina manomboaka ny taona faharoa kanefa mba hamokaran’ny milina angovo tsaratsara koakoa dia tsara raha eo amin’ny fahadimy taona no tapahina ny ala. Ny fanatsarana izay naroso ato anatin’izao asa fikarohana izao dia miompana amin’ny fitantanana sy ny fikarakarana ny ala kininina ao Ankariera ary ny fampiasana ireo akora hafa azo arehitra misy ao amin’ny kaomina. Ny tanjona dia ny famokarana maharitra ny akora azo arehitra hoan’ny milina.
Teny iditra: Dimbina kininina, milina mamokatra herin'aratra amin'ny alalan'ny hafanana, famatsiana hazo, famokarana, Andaingo
v
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS ...... i
PRESENTATION DU PARTENAIRE ...... ii
RESUME ...... iii
ABSTRACT ...... iv
FAMINTINANA ...... v
TABLE DES MATIERES ...... vi
LISTE DES TABLEAUX ...... x
LISTE DES CARTES ...... xi
LISTE DES FIGURES ...... xi
LISTE DES PHOTOS ...... xi
LISTE DES ACRONYMES ...... xii
PARTIE 1 : INTRODUCTION ...... 1
PARTIE 2 : METHODOLOGIE ...... 2
1. Problématiques ...... 2
2. Hypothèses ...... 2
3. Localisation du milieu d’étude ...... 3
4. Méthodologie de travail ...... 4
4.1. Préparation ...... 4
4.1.1. Elaboration du plan de recherche ...... 4
4.1.2. Reconnaissance sur terrain ...... 5
4.2. Collecte des données ...... 5
4.2.1. Méthodes de collecte des données pour la première hypothèse ...... 5
A) Inventaire forestier pour l’indicateur I 1-1...... 5
a) Objectif de l’inventaire ...... 5
b) Méthode de l’inventaire ...... 6
B) Collecte des données au sein de la centrale pour l’indicateur I 1-2 ...... 9
4.2.2. Méthodes de collecte des données pour la deuxième hypothèse ...... 10 vi
A) Inventaire forestier pour l’indicateur I 2-1...... 10
B) Collecte des données au sein de la centrale pour les indicateurs I 2-2 et I 2-3 ..... 10
4.3. Analyses et Traitements des données ...... 10
4.3.1. Données cartographiques ...... 11
4.3.2. Données collectées sur la première hypothèse ...... 11
4.3.2.1. Calcul de volume de taillis d’eucalyptus ...... 11
a) Volume du peuplement ...... 11
b) Tarif de cubage ...... 11
c) Table de production ...... 12
4.3.2.2. Calcul de la consommation annuelle en bois énergie d’eucalyptus de la centrale ...... 14
4.3.3. Données collectées sur la deuxième hypothèse ...... 14
4.3.3.1. Calcul du nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel ...... 14
A) Analyse structurale de taillis d’eucalyptus ...... 15
a) Analyse horizontale ...... 15
b) Analyse verticale ...... 15
c) Structure totale ...... 15
B) Calcul du nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel proprement dit .... 16
C) Analyse Forces, Faiblesses, Opportunités et Menaces (FFOM) du site d’Ankariera...... 16
4.3.3.2. Calcul de la durée de combustion (t) par classe de diamètre de bois-énergie d’eucalyptus ...... 16
4.3.3.3. Calcul du pouvoir calorifique (Ei) par classe de diamètre de bois-énergie d’eucalyptus ...... 17
4.3.4. Vérification de l’hypothèse ...... 17
5. Limite de l’étude ...... 18
6. Schéma récapitulatif de la méthodologie ...... 20
PARTIE 3 : RESULTATS ...... 21
vii
1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale thermoélectrique à biomasse ...... 21
1.1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera ...... 21
1.1.1. Volume et productivité ...... 21
1.1.1.1. Volume du peuplement à l’âge actuel (2 ans) ...... 21
1.1.1.2. Tarif de cubage ...... 21
a) Tarif à une entrée ...... 21
b) Tarif à deux entrées ...... 23
1.1.1.3. Table de production ...... 24
a) Indices de Fertilité ...... 24
b) Modèle d’accroissement du peuplement d’Ankariera ...... 24
c) Modèle de croissance de peuplement pour chaque zone ...... 27
1.2. Consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale ...... 29
1.3. Conclusion partielle ...... 29
2. Grosseurs actuelles de bois énergies produits par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera et rendement énergétique de la centrale ...... 30
2.1. Grosseurs actuelles de bois énergies produits par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera ...... 30
2.1.1. Analyses structurales du peuplement de taillis d’eucalyptus d’Ankariera ...... 30
2.1.1.1 Analyse horizontale ...... 30
a) Abondance ...... 30
b) Dominance ...... 31
2.1.1.2 Analyse verticale ...... 32
2.1.1.3 Structure totale ...... 32
2.1.3. Analyses Forces, Faiblesses, Opportunité et Menaces (FFOM) des taillis d’eucalyptus d’Ankariera ...... 33
2.2. Rendement énergétique de la centrale ...... 35
2.2.1. Durée de combustion par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus ...... 35
2.2.2. Pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus ...... 36
2.3. Conclusion partielle ...... 37
viii
PARTIE 4 : DISCUSSIONS ...... 38
1. Discussions ...... 38
1.1 Discussions sur la méthodologie ...... 38
1.1.1 Inventaire forestier ...... 38
1.1.2 Tarif de cubage...... 38
1.1.3 Table de production ...... 38
1.1.4 Relevé des données sur la centrale ...... 38
1.2 Discussions sur les résultats ...... 39
1.2.1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale thermoélectrique à biomasse ...... 39
1.2.1.1. Disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera ...... 39
a) Caractéristiques structurales du peuplement d’Ankariera ...... 39
b) Volume, productivité et estimation de croissance et accroissement du peuplement d’Ankariera ...... 40
1.2.1.2. Consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale ...... 40
1.2.2. Rendement énergétique de la centrale ...... 41
1.2.2.1 Durée de combustion par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus 41
1.2.2.2 Pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus .. 41
1.2.3. Comparaison des résultats obtenus par rapport au Plan Simple de Gestion (PSG) de la commune rurale d’Andaingo (site d’Ankariera) ...... 41
1.3 Discussions sur les hypothèses ...... 43
2. Proposition d’un plan d’Action ...... 44
PARTIE 5 : CONCLUSION GENERALE ...... 50 BIBLIOGRAPHIE ...... 52 ANNEXES ...... I
Annexe 1 : Glossaire ...... I Annexe 2 : Fiche de relevé ...... II Annexe 3 : Consommation en bois de la centrale (Avril 2013) et Test sur la pression (Juillet 2013) .. IV Annexe 4: Table de production par zone...... IX Annexe 5: Coordonnées GPS par zone ...... XVIII Annexe 6 : Présentation de la commune rurale d’Andaingo ...... XX ix
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Mise en place des placeaux de suivi sylvicole ...... 6
Tableau 2 : Méthode d’inventaire adopté avec les matériels et les outils utilisés ...... 9
Tableau 3 : Méthodes adoptées pour les études techniques ...... 9
Tableau 4 : Calcul de volume ...... 11
Tableau 5 : Equations de régression de chaque tarif de cubage ...... 12
Tableau 6 : Formules pour déterminer l'indice de fertilité ...... 13
Tableau 7 : Formule utilisée pour le calcul de la consommation annuelle en bois de la centrale ...... 14
Tableau 8 : Formules pour le calcul de l'abondance ...... 15
Tableau 9 : Formules pour le calcul de la surface terrière ...... 15
Tableau 10 : Formule utilisée pour le calcul du nombre de rondins gros bois et de petits bois ...... 16
Tableau 11 : Paramètres calculés et formules utilisées ...... 17
Tableau 12 : Cadre opératoire de l'étude ...... 19
Tableau 13 : Volume de bois de taillis d’eucalyptus par zone à l’âge de 2 ans ...... 21
Tableau 14 : Tarif de cubage à une entrée par zone ...... 23
Tableau 15 : tarif de cubage à deux entrées par zone ...... 24
Tableau 16 : Indice de fertilité par zone ...... 24
Tableau 17 : Consommation en bois d’eucalyptus ...... 29
Tableau 18 : Classe des hauteurs de souches par zone ...... 31
Tableau 19 : Dominance par zone inventoriée ...... 31
Tableau 20 : Nombre de rondins de gros bois et de rondins de petits bois à l’âge de 2 ans par zone ... 33
Tableau 21 : Forces, Faiblesses, Opportunités et Menaces des taillis d’eucalyptus d’Ankariera ...... 34
Tableau 22 : Durée de combustion par classe de chargement plus de 50% de rondin de petits bois .... 36
Tableau 23 : Durée de combustion par classe de chargement plus de 50% de rondin gros bois ...... 36
Tableau 24 : Comparaison des résultats obtenus par rapport au Plan Simple de Gestion ...... 42
Tableau 25 : Superficie exploitée par zone par an ...... 46
Tableau 26 : Cadre logique ...... 47
x
LISTE DES CARTES
Carte 1 : Localisation de la zone d'étude ...... 3
Carte 2 : Zones inventoriées ...... 7
Carte 3 : Zones à exploiter en rotation à partir de 2015 ...... 45
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Mécanisme du fonctionnement de la centrale thermoélectrique à biomasse ...... 4
Figure 2 : Dispositif d’unité d’échantillonnage dans le bloc choisi par zone ...... 8
Figure 3 : Schéma récapitulatif de la méthodologie ...... 20
Figure 4: Modèle de régression polynomiale pour Ankasina, Mahambo et Ankadiranotsara ...... 22
Figure 5 : Modèles de régression de puissance pour les zones d’Antsahanifintatra, d’Ambatolava et d’Ambohipananina ...... 23
Figure 6: Modèle d’accroissement du peuplement pour les 6 zones ...... 26
Figure 7 : Modèle de croissance de peuplement pour les 6 zones...... 29
Figure 8 : Nombre de souche par Zone ...... 30
Figure 9 : Distribution de fréquences des arbres par classe des hauteurs ...... 32
Figure 10 : Distribution du nombre de rejet en fonction de classe de diamètre ...... 32
Figure 11 : Pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois énergie d’eucalyptus...... 36
LISTE DES PHOTOS
Photos 1 : Sols rocheux et formation des lavaka ...... 35
Photos 2 : Voie de desserte et coupe illicite ...... 35
xi
LISTE DES ACRONYMES
AC : Accroissement Courant
AM : Accroissement Moyen
BETC : Bureau d’Etude des Travaux et Construction
CIRAD/DP : Centre International de Recherche Agronomique pour le Développement/ Dispositif en partenariat
DREF : Direction Régionale des Eaux et Forêts
DRFP : Département des Recherches Forestières et Piscicoles
FAO : Food and Agriculture Organization
FA : Faible
FFOM : Analyse Forces, Faiblesses, Opportunités et Menaces
FO : Forte
FOFIFA : FOibem-pirenena ho an'ny FIkarohana ampiharina ho Fampandrosoana ny eny
Ambanivohitra
GESFORCOM : GEStion FOrestière COMmunautaire et COMmunale
IF : Indice de Fertilité
IOV : Indicateur Objectivement Verifiable
M : à Modifier
MO : Moyenne OS : Objectif Spécifique
PSG : Plan simple de Gestion
RGB : Rondin de Gros Bois
RPB : Rondin de Petits Bois
RS : Rien à Signaler
TCR : Taillis à Courte Rotation
xii
INTRODUCTION PARTIE 1 : INTRODUCTION
L’électrification constitue un secteur clé du développement d’un pays. L’ensemble des secteurs d’activités dans un pays a besoin d’électricité pour fonctionner la croissance économique et contribuer à l’amélioration de la vie sociale de la population (ENEA consulting, 2010). Au niveau mondial, 14 % seulement des énergies primaires (65,8 % de fossiles, 16,4 % de l’hydroélectrique, 15,8 % de nucléaire, 1,2 % de biomasse et déchets, 0,5 % d’éolien, 0,018 % de solaire et 0,3 % de géothermie) consommées sont destinées à la production de l’électricité en 2011 (AIE, 2012). De plus, 1,2 milliards d’individus soit 20 % environ de la population mondiale vivent encore sans électricité (http://www.lemonde.fr/planete/Banque mondiale, 2013).
A Madagascar, les centrales hydroélectriques fournissent 54% de l’énergie électrique du pays en 2011(WWF – Ministère de l’énergie, 2012). L’énergie hydroélectrique constitue la source d’énergie renouvelable la plus exploitée. En plus, 12 % seulement des ménages malgaches ont accès à l’électricité (WWF – Ministère de l’énergie, 2012). En effet, dans le milieu rural où vit plus de 70 % de la population, seuls 4,8 % des ménages ruraux ont accès à l’électricité et en milieu urbain, 39 % des ménages urbains ont l’électricité en 2010 (WWF – Ministère de l’énergie, 2012). Dans la région ALAOTRA MANGORO, 30 % des communes rurales sont électrifiées (GESFORCOM, 2007).
En 2012, le projet GESFORCOM implante une centrale thermoélectrique à biomasse dans la Commune rurale d’Andaingo, District Moramanga, Région ALAOTRA MANGORO. Ce projet vise à participer à la réduction de la pauvreté rurale à travers de la valorisation durable de biomasse-énergie. Il propose ainsi un axe de recherche sur une étude des potentialités de taillis d’eucalyptus d’Ankariera en vue de l’approvisionnement en bois de la centrale. Cette étude démontre que ce taillis d’eucalyptus répond aux besoins quantitatifs et qualitatifs en bois de la centrale pour deux raisons : la biomasse du taillis d’eucalyptus du site d’Ankariera arrive à couvrir l’approvisionnement en bois de la centrale et les grosseurs actuellement sous forme de bois énergie des taillis d’eucalyptus d’Ankariera sont en mesure de produire un rendement énergétique satisfaisant de la centrale. Les démarches de vérifications consistent à comparer le volume moyen annuel en bois fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera et le besoin annuel en bois d’eucalyptus de la centrale et à déterminer la grosseur de bois énergie satisfaisant la production énergétique de la centrale.
L’étude comportera : une première partie sur la méthodologie enchainera avec les détails des méthodes de collectes, de traitements et d’analyses des données brutes récoltées durant le travail sur terrain. La seconde partie se consacrera à la présentation des résultats qui seront divisés en deux chapitres. Le premier chapitre concernera la disponibilité en biomasse de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et la consommation en bois énergie d’eucalyptus de la centrale thermoélectrique à biomasse. Le second chapitre relatera les grosseurs actuelles de bois énergies produits par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera et le rendement énergétique de la centrale. La troisième partie établira les points de vue d’ensemble sur la situation et les principales recommandations qui en découlent. La dernière partie conclut l'étude. 1
METHODOLOGIE PARTIE 2 : METHODOLOGIE 1. Problématiques La commune rurale d’Andaingo dispose d’importantes ressources en bois plantés soit plus de 9000 hectares de Pinus khesya, Pinus ellotii et Pinus caribea de la Société Fanalamanga à vocation bois d’œuvre. De plus, la commune possède plus de 2500 hectares d’Eucalyptus robusta (GESFORCOM, 2012). Le tiers de ce dernier est traité en taillis à courte rotation (TCR) et en taillis- sous-futaie sur souche à vocation principale de production de charbon de bois destiné à la ville des régions d’ANALAMANGA (Antananarivo) et ALAOTRA MANGORO (Ambatondrazaka et Moramanga).
Le peuplement de taillis d’eucalyptus traité en TCR est caractérisé par des plantations privées (communautaire ou scolaire) avec une superficie de 69 hectares et par celles communales dites site d’Ankariera avec une superficie de 432 ha dont 220 plantées (GESFORCOM, 2012). Le site est formé de jeunes taillis plus ou moins homogènes de densité très variée régulièrement parcouru par les feux de brousses. La date de plantation n’est pas définie mais le site existe depuis les années 1950. L’éloignement, l’accès limité, le manque de moyens pour la prévention et la surveillance du site restent encore des problèmes pour la commune. La centrale à biomasse nécessite 400 tonnes de bois/ an pour son fonctionnement (GESFORCOM, 2012). Et selon RANDRIANJAFY en 2013, cette consommation serait encore de 800 tonnes/ an. Donc, elle est encore imprécise.
Ce site d’Ankariera sera la principale source de bois-énergie à long terme pour la centrale et devra produire à partir de 2014 (GESFORCOM, 2012). Dans ce cadre, la question de départ de cette étude se pose : le taillis d’eucalyptus du site d’Ankariera pourra-t-il assurer l’approvisionnement en bois et l’optimisation du rendement énergétique de la centrale thermoélectrique dans la commune rurale d’Andaingo ?
Dans ce sens, la présente étude vise à répondre essentiellement aux quatre questions suivantes : • Quel est le volume moyen annuel en bois nécessaire pour le fonctionnement de la centrale ? • Quel est le Volume moyen annuel fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera? • Quel est le pouvoir calorifique par classe de diamètres de bois enfourné dans le foyer ? • Quelle est la durée de combustion par classe de diamètres de bois enfourné dans le foyer? 2. Hypothèses
Pour répondre aux questions de la problématique, le présent travail est organisé autour de deux principales hypothèses :
Hypothèse 1 : La biomasse du taillis d’eucalyptus du site d’Ankariera arrive à couvrir l’approvisionnement en bois de la centrale.
Le site présente une superficie de 220 ha de taillis d’eucalyptus à courte rotation. En plus, il est destiné seulement à l’approvisionnement en bois-énergie de la centrale thermoélectrique à partir de 2014. 2
METHODOLOGIE Hypothèse 2 : Les grosseurs actuellement sous forme de bois énergie des taillis d’eucalyptus d’Ankariera sont en mesure de produire un rendement énergétique satisfaisant de la centrale.
La production de l’énergie par la centrale dépend de la grosseur de bois enfourné dans le foyer. En tenant compte de la fertilité du sol, la croissance en diamètre d’ Eucalyptus robusta qui varie en fonction de la toposequence est observée.
3. Localisation du milieu d’étude
La forêt d’eucalyptus d’Ankariera est localisée dans la Commune Rurale d’Andaingo qui s’inscrit dans le district de Moramanga, région ALAOTRA MANGORO. Elle se trouve à 7 kilomètres à l’Est du village d’Andaingo 1 et Andaingo 2. Le site d’Ankariera se situe entre 18°12’20’’ et 18°13’40’’de latitude Sud et 48°17’0’’ et 48°17’40’’ de longitude Est (Voir carte 1).
La centrale thermoélectrique se trouve à 1 Kilomètre environ au Sud du village d’Andaingo 1 et Andaingo 2 (Voir carte 1).
Carte 1 : Localisation de la zone d'étude
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METHODOLOGIE Le site d’Ankariera est formé de jeunes taillis d’Eucalyptus robusta . L’âge actuel de ces taillis est environ 2 ans.
La centrale thermoélectrique à biomasse est formée par un ensemble foyer plus chaudière où a lieu la combustion de la biomasse. Ce foyer fournit l’énergie thermique à l’eau à l’état de vapeur. Et un moteur à vapeur vertical qui convertit l’énergie thermodynamique de la vapeur en énergie mécanique permettant la rotation d’un arbre qui entraîne un alternateur. La vapeur haute pression se détend dans le moteur. Elle est ensuite libérée à une pression plus faible pour être éventuellement réutilisée à d’autres fins notamment pour le séchage de bois (Voir figure 1).
Bois énergie
d’eucalyptus
Ebullition de l’eau dans Combustion dans le foyer la chaudière
Entrée de la vapeur dans Axe intermédiaire : Alternateur le moteur
Production électricité Eau chaude après condensation
Figure 1 : Mécanisme du fonctionnement de la centrale thermoélectrique à biomasse
4. Méthodologie de travail
Différentes méthodes ont été utilisées et combinées selon une suite logique dans le but de collecter le maximum de données et d’informations fiables et pertinentes pour cette étude.
4.1. Préparation 4.1.1. Elaboration du plan de recherche
Des recherches bibliographiques et webiographiques ont été effectuées pour cerner l’importance du sujet de l’étude et voir les études déjà faites par d’autres auteurs. L’étude cartographique a été faite pour localiser la zone d’étude et identifier précisément les dispositifs d’échantillonnage. L’analyse des faits issus de cette documentation permet de constituer le contexte de recherche, de déterminer les problématiques et de formuler les hypothèses. Tout cela donne le corps du plan de recherche.
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METHODOLOGIE 4.1.2. Reconnaissance sur terrain
Ce travail sur terrain a été mené dans le but de connaître au préalable les conditions du milieu, de bien orienter et recadrer la recherche, d’adapter l’étude selon la réalité sur place et de proposer une meilleure méthodologie. La reconnaissance des lieux permet de situer géographiquement les différentes zones constituant le site d’Ankariera pour identifier les lieux d’échantillonnage pour l’inventaire définis dans l’étude des cartes. Cette phase a permis ainsi de finaliser le plan de recherche pour la collecte des données.
4.2. Collecte des données 4.2.1. Méthodes de collecte des données pour la première hypothèse
L’hypothèse 1 nécessitait deux indicateurs pour la vérifier notamment le volume moyen annuel de taillis d’eucalyptus d’Ankariera (I 1-1) et le volume moyen annuel du bois nécessaire pour le fonctionnement de la centrale (I 1-2).
Les méthodes suivantes ont été adoptées :
A) Inventaire forestier pour l’indicateur I 1-1
L’inventaire forestier consiste à acquérir des données écologiques et dendrométriques sur les différentes caractéristiques du milieu forestier (composition, structure, âge,...). Ces connaissances permettent d'estimer la qualité et le volume des bois sur pied ainsi que la productivité des forêts (www.mrn.gouv.qc.ca/forets/Inventaire/).
a) Objectif de l’inventaire
Pour cette étude, l’objectif de l’inventaire consistait à connaître les éléments suivants :
• l’état du peuplement en général, • les dimensions de l’espèce notamment la hauteur et le diamètre.
Cette étude définissait l’état zéro pour la mise en place d’un système de suivi sylvicole du peuplement de taillis d’eucalyptus du site d’Ankariera. Six placeaux de 1 ha doivent être repérés. Un placeau est pris comme témoin et les 5 autres seront coupés successivement à blanc par an jusqu’en 2017. En plus, ces six placeaux doivent être inventoriés par an afin de déterminer la croissance du peuplement (voir tableau 1).
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METHODOLOGIE
Tableau 1 : Mise en place des placeaux de suivi sylvicole
Placeaux (P) 2013 2014 2015 2016 2017
P1 (témoin) M0 M1 M2 M3 M4
P2 (coupe à 2 ans) M0 + C M’ 1 M’ 2 M’ 3 M’ 4
P3 (coupe à 3 ans) M0 M1 + C M’ 2 M’ 3 M’ 4
P4 (coupe à 4 ans) M0 M1 M2 + C M’ 3 M’ 4
P5 (coupe à 5 ans) M0 M1 M2 M3 + C M’ 4
P6 (coupe à 6 ans) M0 M1 M2 M3 M4 + C
M0, M 1, M 2, M 3, M 4 : Mesures dendrométriques du taillis avant coupe
M’ 1, M’ 2, M’ 3, M’ 4 : Mesures dendrométriques du taillis après coupe
C : coupe
b) Méthode de l’inventaire
Le choix de la méthode d’inventaire dépend de l’objectif de l’inventaire (GROB, 1985). Pour cette étude, la forêt est de type artificiel, l’inventaire par échantillonnage aléatoire a été fait pour le choix des zones d’inventaire parmi les douze zones formant le site notamment : Ankasina, Antsahanifintatra, Beraty, Amby, Mahambo, Ambatobe, Antsahanandriana, Ankadiranotsara, Ambohipananina, Ambatolava, Ambatomarozafy et Ambohitrahazomaoly. Ainsi, six zones ont été prises notamment Ankasina Z1, Antsahanifintatra Z2, Ambatolava Z3, Mahambo Z4, Ankadiranotsara Z5 et Ambohipananina Z6 pour faciliter le repérage de six placeaux servant à un système de suivi sylvicole du site et aussi pour obtenir toutes les caractéristiques de peuplement (voir carte 2).
Chaque zone choisie a été divisée en 5 à 10 blocs de 200 m x 150 m. Le critère d’échantillonnage à considérer dans chaque bloc est la toposequence (haut versant, moyen versant et bas versant). Un bloc par zone a été choisi aléatoirement (voir carte 2 en croix rouge).
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METHODOLOGIE
Carte 2 : Zones d’inventaire
Pour le relevé de la végétation, 100 placettes carrées de 10 m x 10 m ont été adoptées dans le bloc choisi. Ces placettes ont été placées en quinconce (voir figure 2).
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METHODOLOGIE
Sens de l’inventaire
Figure 2 : Dispositif d’unité d’échantillonnage dans le bloc choisi par zone
Afin de minimiser les biais et les erreurs au cours des traitements de données et de se conformer à la réalité, chaque zone a été mise en place avec
• une surface inventoriée sur chaque zone qui était égale à 1 ha ; • un nombre d’unité d’échantillonnage par zone qui était de 100.
Les paramètres à relever ont été : la circonférence à 1,3 m, une hauteur où la circonférence est égale à 22 (pour déterminer le nombre de rondins de gros bois 1 et petits bois 2), la hauteur totale et le nombre de rejet (voir annexe 2).
A part ces variables, les éléments suivants ont été aussi relevés pendant les travaux de l’inventaire de la forêt du site :
• Les observations sur le sol ; • Les caractéristiques sylvicoles du peuplement forestier (de la forêt en générale et sur chaque zone en particulier).
Les données collectées ont été relevées dans une fiche d’inventaire (voir annexe 2). Les matériels et les outils utilisés pour l’inventaire forestier sont les suivants :
1Rondin de bois ayant un diamètre supérieur ou égal à 7 cm au milieu et 1 m de long 2Rondin de bois ayant un diamètre inférieur à 7 cm au milieu et 1 m de long (Convention entre technicien de Bureau d’Etude des Travaux et Construction (BETC) Nanala Andaingo et fournisseurs de bois locaux) BETC : entreprise gérant la centrale thermoélectrique à biomasse à Andaingo
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METHODOLOGIE Tableau 2 : Méthode d’inventaire adopté avec les matériels et les outils utilisés
Choix du type de Procédés Outils et matériels l’échantillonnage • Zone Z1 : Ankasina (Témoin) • Carte du site d’Ankariera • Zone Z2 : Antsahanifintatra • GPS • Zone Z3 : Ambatolava • Zone Z4 : Mahambo • Zone Z5 : Ankadiranotsara • Zone Z6 : Ambohipananina • Un bloc de 100 m x 200 m par • Chevillière ; Echantillonnage zone • Ruban dendrométrique ; aléatoire • 100 Placettes de 10 m x 10 m • Blum leiss ; dans chaque bloc • Flag ; • Craies pour marquer les arbres inventoriés ; • Cordes pour la délimitation de la placette ; • Boussole ; • GPS.
Tableau 3 : Méthodes adoptées pour les études techniques
Méthodes Paramètres à déterminés Matériels Mesures dendrométriques • Hauteur totale • Blum leiss directes • circonférence à 1,3 m • Mètre à ruban • Hauteur où la circonférence est égale à 22 cm • Hauteur de souche Observation et comptage • Nombre de souche œil • Nombre de rejet par souche
B) Collecte des données au sein de la centrale pour l’indicateur I 1-2
Cette partie de collecte a consisté à relever les données sur la consommation en bois de la centrale. Mais, durant le travail sur terrain, la centrale n’a pas fonctionné. Ainsi aucun relevé n’a eu lieu. L’exploitation du relevé des données présentes au Bureau d’étude des travaux et de construction 3
3 Entreprise gérant la centrale thermoélectrique à biomasse à Andaingo 9
METHODOLOGIE (BETC) Nanala Andaingo et au CIRAD a été faite. Ce relevé est formé par des données sur la consommation en bois de la centrale du mois d’Avril 2013 (voir annexe 3).
4.2.2. Méthodes de collecte des données pour la deuxième hypothèse
La vérification de l’ hypothèse 2 reposait sur trois indicateurs notamment le nombre de rondins de gros bois 4 et de rondins de petits bois 5 à l’hectare fourni par les taillis d’eucalyptus d’Ankariera à l’âge actuel (I 2-1), la durée de combustion par classe de diamètre de bois enfourné dans la chaudière (I 2-
2) et le pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois enfourné dans la chaudière (I 2-3).
Les méthodes suivantes ont été faites pour la collecte des données permettant de déterminer ces trois indicateurs notamment :
A) Inventaire forestier pour l’indicateur I 2-1
L’inventaire forestier a été aussi utilisé pour collecter les données sur le nombre de rejet à l’hectare et ses dimensions. Les méthodes d’inventaire sont identiques aux méthodes précédentes (voir page 6 : A) Inventaire forestier pour l’indicateur I 1-1).
B) Collecte des données au sein de la centrale pour les indicateurs I 2-2 et I 2-3
Cette partie a consisté à effectuer un test de classification de bois (rondins de gros bois et rondins de petits bois) par la durée de combustion et par le pouvoir calorifique. Ce test de classification permet de recueillir les données sur la durée de rondins de bois enfournés dans le foyer et leur pouvoir calorifique. Ce dernier permet de déterminer les indicateurs I 2-2 et I 2-3. Cependant, la centrale n’a pas fonctionné durant le travail sur terrain. L’exploitation du relevé des données présentes au Bureau d’étude des travaux et de construction (BETC) Nanala Andaingo a été aussi faite. Ce relevé concernait les données sur le test de pression du Juillet 2013 (voir. annexe 3).
4.3. Analyses et Traitements des données
Les informations obtenues ont été passées tout d’abord aux opérations de saisie, de sélection, de vérification et d’épuration pour constituer les bases de données sur la forêt d’eucalyptus d’Ankariera (nombre de rejets, leurs dimensions, type de sol,…) et la centrale à biomasse (consommation en bois, temps de combustion,…). Ces données ont été transférées dans le tableur Microsoft Excel. Elles ont été ainsi traitées et analysées afin de déterminer le volume moyen annuel de taillis d’eucalyptus, le nombre de rondins de bois obtenu à son âge actuel (2 ans), le besoin annuel en bois de la centrale, la durée de combustion et le pouvoir calorifique par classe de diamètre de bois enfourné dans le foyer.
4Rondin de bois ayant un diamètre au milieu supérieur ou égal à 7 cm et 1 m de long 5 Rondin de bois ayant un diamètre au milieu inférieur à 7 cm et 1 m de long (Convention entre Technicien de la centrale et les fournisseurs locaux)
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METHODOLOGIE 4.3.1. Données cartographiques
Pour la cartographie, les traitements des cartes ont été réalisés à partir de base de données 100 et 500 de la FTM sur des logiciels Système d’Information Géographique tels que : Arc Gis 10 et ArcView 3.2 et des images Google Earth (2013).
4.3.2. Données collectées sur la première hypothèse
Les données collectées par l’inventaire forestier et celles sur la consommation en bois de la centrale ont été traitées et analysées pour déterminer respectivement le volume moyen annuel de taillis d’eucalyptus d’Ankariera et le besoin annuel en bois de la centrale.
4.3.2.1. Calcul de volume de taillis d’eucalyptus
Le volume de bois a été estimé soit par l’utilisation de la formule directe du volume (voir tableau 4) soit par le tarif de cubage et soit par la table de production.
a) Volume du peuplement
Pour estimer le volume du peuplement, les formules suivantes ont été appliquées
Tableau 4 : Calcul de volume
Paramètres Formules appliquées Signification des sigles Volume de chaque rejet Forme cylindrique : le coefficient - Vti : Volume de rejet n°i (m 3) de forme (Cf) est compris entre - gi : Surface terrière de rejet n°i 0,85 et 0,9 - Hti : Hauteur totale de rejet n°i Forme paraboloïde : coefficient de forme 0,7 (CAILLIEZ, 1980) Vti = Cf ∗ gi ∗ Hti Volume moyen de chaque - Vti : Volume de rejet n°i rejet Vt (m 3) ∑ - Nr : Nombre total de rejet = Volume par hectare du - Vti : Volume total de rejet peuplement Vt (m 3.ha-1) ∑ Vti - S : Surface de la placette (ha) Vt = S
b) Tarif de cubage
Par définition, un tarif de cubage est un tableau chiffré, un graphique ou une formule qui donne une estimation du volume d’un arbre ou d’un ensemble d’arbres en fonction de diverses variables représentant les entrées du tarif (CAILLIEZ, 1980).
En d’autres termes, le tarif de cubage choisi est un modèle graphique à une entrée qui met en relation le diamètre à 1,3 m ou la hauteur et le volume (grandeur expliquée).
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METHODOLOGIE Deux types de tarif de cubage ont été opérés :
• Tarif de cubage en fonction du diamètre dont le diamètre total est pris comme grandeur mesurée et le volume étant la grandeur expliquée. • Tarif de cubage à deux entrées où le volume sera expliqué par le diamètre et la hauteur.
Selon les courbes de tendances obtenues par ces deux tarifs, le coefficient de détermination R² permet de déduire l’équation la plus appropriée qui pourrait parvenir à expliquer le volume et la productivité de la forêt.
Par la méthode de régression, différents types de graphiques (nuages de points) permettraient de montrer l’équation qui exprime mieux la productivité de la forêt. Mais, l’équation avec R² le plus proche de 1, est celle qui permet d’expliquer au mieux les variables à étudier.
Tableau 5 : Equations de régression de chaque tarif de cubage
Tarif de cubage à une entrée en Tarif de cubage à double entrée fonction du diamètre
Type d’équation V = a D + b V = f ( D ; H)
- V : Volume (m 3) ; - V : Volume (m 3);
- D : Diamètre de référence (diamètre à - D :: Diamètre à 1m 30 du sol ; 1m 30 du sol) ; - H : Hauteur totale. - a,b : Valeurs constantes.
c) Table de production
Les tables de production sont des tableaux, graphiques ou systèmes d’équations mathématiques, qui expriment l’évolution dans le temps de peuplements équiennes. Elles sont valables pour une essence déterminée, dans certaines limites régionales et de sylviculture, et sont établies par niveaux de productivité, le plus souvent exprimés par la hauteur dominante à un âge de référence qui est calculé à partir de la plantation (LECOMTE, 2008).
• Construction de la table de production
Le tableur Microsoft Excel programmé par RANDRIANJAFY Honoré sur l’ Eucalyptus robusta a permis de construire la table de production du peuplement des six zones inventoriées. Les entrées de la table de production sont l’indice de fertilité de la station (IF), la hauteur totale (HTO) et l’âge de référence (T)
• Détermination de l’indice de fertilité
L’indice de fertilité (IF) ou niveau de productivité de chaque zone a été déterminé par la hauteur dominante dans le peuplement à l’âge de référence. Par définition, la hauteur dominante est une
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METHODOLOGIE hauteur moyenne de peuplement mais elle s’adresse à une certaine catégorie de bois, à un étage ou à un nombre déterminé de sujets parmi les plus hauts ou les plus gros (MASSENET , 2008).
La hauteur dominante est déterminée à partir de 100 plus gros bois à l’hectare. Pour cette étude, trois hauteurs dominantes (minimum, moyenne et maximum) ont été choisies pour chaque zone afin d’obtenir trois valeurs d’indice de fertilité.
L’indice de fertilité est calculé à partir de la formule ci-dessous (voir tableau 6).
Tableau 6 : Formules pour déterminer l'indice de fertilité
Entrées de la table Formules Signification du sigle
Age de référence (T) T= âge du peuplement