Energies renouvelables dans l’agriculture

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Office fédéral des questions conjoncturelles

Energies renouvelables

dans l’agriculture

Exemples d’applications

Energies renouvelables dans l’agriculture

Depuis toujours l’agriculteur a su tirer profit dusoleil: il l’utilise soit directement pour produire lesaliments nécessaires aux hommes et au bétail, soitindirectement pour sécher le foin et conserver lefourrage. Jusqu’au milieu du XXe siècle, le paysanconsacrait environ le quart de ses surfaces culti-vables à la production de l’énergie et des alimentsdont il avait besoin.

C’est alors que l’utilisation massive d’agents fos-siles, non renouvelables, est venu rompre le cycletraditionnel, rendant l’agriculture dépendante etcausant de graves atteintes à notre environnement.Aujourd’hui, l’utilisation d’énergies renouvelablestelles que le photovoltaïque, le solaire thermique,l’énergie éolienne, ou la biomasse (biogaz, bois,matières végétales) peut contribuer à la sauvegar-de de l’environnement, l’agriculture se prêtant par-ticulièrement bien à ce type d’applications.

Les enseignants d’aujourd’hui forment les agricul-teurs de demain, aussi leur appartient-il d’éveillerles consciences et de développer les vraies valeurs.Cette documentation, ainsi que la vidéo quil’accompagne, s’adresse donc en priorité aux ensei-gnants, bien qu’elle concerne également un publicbeaucoup plus large, intéressé par ces questions.

Pour cette raison, le document a été conçu demanière à répondre au mieux aux besoins desenseignants: il contient des schémas qui peuventêtre reproduits , ainsi que des résumés qui consti-tuent des aides pédagogiques précieuses. Lestextes centraux développent chacun des thèmestraités, permettant ainsi aux enseignants d’appro-fondir le sujet. Le vidéofilm: «Energies renouve-lables dans l’agriculture» (VHS-PAL, N° de com-mande OCFIM 724.222 f, d’un coût de Fr. 25.–)constitue une très bonne introduction à ce domaine.

Cette documentation traite de la production de bio-gaz, du séchage de foin à l’aide de capteurs solaires,des installations photovoltaïques, des microcen-trales hydroélectriques, ainsi que de la productionde biodiesel. Elle porte aussi bien sur les principesde base que sur l’état actuel de ces technologies.Elle présente chacun des éléments des installationset donne des méthodes de calcul simples. Des ins-tallations existantes sont décrites et analysées, tantdu point de vue des performances que de la renta-bilité économique. Les points essentiels, dévelop-pés dans les textes, sont repris en fin de chapitresous forme de schémas. Ceux-ci se prêtent particu-lièrement bien à la duplification ainsi qu’à la réali-sation de transparents.

1992 724.222.1 f 76 pages Fr. 17.–ISBN 3–905232-13-8

Energies renouvelables dans l'agriculture

Energies renouvelablesdans l'agriculture

Exemples d'applications

Programme d'action PACER – Energies renouvelablesOffice fédéral des questions conjoncturelles

Conception, rédaction et réalisationde l'édition originale allemande

Dr Urs Baserga, INFOENERGIE, 8356 TänikonFranz Nydegger, FAT, 8356 TänikonPierre Renaud, Planair, 2314 La Sagne

Conseils techniques pour le vidéofilm

Dr Urs Baserga, INFOENERGIE, 8356 TänikonFranz Nydegger, FAT, 8356 TänikonDr Arthur Wellinger, INFOENERGIE, 8356 Tänikon

Adaptation pour l'édition française

TraductionPierre Renaud, Planair, 2314 La Sagne

Rédaction finaleJean-Bernard Gay, EPFL-LESO, 1015 Lausanne

Mise en page et photocompositionConsortium DAC/City Comp SALausanne et Morges

Copyright © 1992 Office fédéral des questionsconjoncturelles, 3003 Berne, août 1992.Reproduction d'extraits autorisée avec indication dela source.Diffusion: Coordination romande du programmed'action «Construction et énergie» EPFL-LESO,Case postale 12, 1015 Lausanne (N° de commande724.222.1 f)


ISBN 3-905232-13-8

Form 724.222.1 f 7.92 500 60729

D’une durée totale de 6 ans (1990-1995), le pro-gramme d’action «Construction et énergie» se com-pose des trois programmes d’impulsions suivants:

PI-BAT – entretien et rénovation des constructionsRAVEL – utilisation rationnelle de l’électricitéPACER – énergies renouvelables

Ces trois programmes d’impulsions sont réalisés enétroite collaboration avec l’économie privée, lesécoles et la Confédération. Ils doivent favoriser unecroissance économique qualitative et, par là,conduire à une plus faible utilisation des matièrespremières et de l’énergie, avec pour corollaire unplus large recours au savoir-faire et à la matièregrise.

Jusqu’ici, si l’on fait abstraction du potentiel hydro-électrique, la contribution des énergies renouve-lables à notre bilan énergétique est négligeable.Aussi le programme PACER a-t-il été mis sur piedafin de remédier à cette situation. Dans ce but le pro-gramme cherche:

– à favoriser les applications dont le rapportprix/performance est le plus intéressant;

– à apporter les connaissances nécessaires aux in-génieurs, aux architectes et aux installateurs;

– à proposer une approche économique nouvellequi prenne en compte les coûts externes;

– à informer les autorités, ainsi que les maîtres del’ouvrage.

Cours, manifestations, publications, vidéos,etc...

Le programme PACER se consacre, en priorité, à laformation continue et à l’information. Le transfertde connaissances est basé sur les besoins de la pra-tique. Il s’appuie essentiellement sur des publica-tions, des cours et d’autres manifestations. Les in-génieurs, architectes, installateurs, ainsi que lesreprésentants de certaines branches spécialisées,en constituent le public cible. La diffusion plus larged’informations plus générales est également un élé-ments important du programme. Elle vise lesmaîtres de l’ouvrage, les architectes, les ingénieurset les autorités.

Le bulletin «Construction et énergie», qui pa-raît deux à trois fois par an fournit tous les détailssur ces activités. Ce bulletin peut être obtenu gra-


tuitement sur simple demande. Chaque participantà un cours ou autre manifestation du programmereçoit une publication spécialement élaborée à ceteffet. Toutes ces publications peuvent également êtreobtenues en s’adressant directement à la Coordina-tion romande du programme d'action «Constructionet énergie» EPFL-LESO, Case postale 12, 1015 Lau-sanne.

Compétences

Afin de maîtriser cet ambitieux programme de for-mation, il a été fait appel à des spécialistes des di-vers domaines concernés; ceux-ci appartiennent ausecteur privé, aux écoles ou aux associations pro-fessionnelles. Ces spécialistes sont épaulés par unecommission qui comprend des représentants desassociations, des écoles et des branches profes-sionnelles concernées.

Ce sont également les associations profession-nelles qui prennent en charge l’organisation descours et des autres activités. Pour la préparation deces activités une direction de programme a étémise en place; elle se compose du Dr Jean-BernardGAY, du Dr Charles FILLEUX, de M. Jean GRAF, duDr Arthur WELLINGER ainsi que de Mme IrèneWUILLEMIN et de M. Eric MOSIMANN de l’OFQC.La préparation des différentes activités se fait au tra-vers de groupes de travail; ceux-ci sont respon-sables du contenu de même que du maintien desdélais et des budgets.

Particularités de ce document

Ce document, qui s’adresse en premier lieu aux en-seignants, constitue un complément au film vidéo«Les énergies renouvelables dans l’agriculture». Ilapporte aux intéressés non seulement des infor-mations techniques, mais également des gra-phiques illustratifs qui peuvent soit être distribuésaux élèves, soit servir de base à la préparation detransparents.

Les colonnes centrales de la présente brochure dé-crivent de manière détaillée les diverses applica-tions présentées dans le film, alors que les colonnesextérieures résument les points forts de ces tech-niques.

A la fin de chaque chapitre, on trouvera les figureset tableaux destinés à être copiés.

Avant-propos


Comme de bien entendu, l’intérêt de cette publica-tion ne se limite pas à l’enseignement, elle s’adres-se également à tous ceux qui sont concernés ou in-téressés par le sujet.

Le présent document a fait l’objet d’une procédurede consultation il a également été soumis à l’ap-préciation des participants au premier cours pilote.Ceci a permis aux auteurs d’effectuer les correctionsnécessaires, ceux-ci étant toutefois libres de déciderdes corrections qu’ils souhaitaient apporter à leurtexte. Dans ce sens ils assurent l’entière responsa-bilité de leurs textes. Des améliorations sont enco-re possibles et des suggestions éventuelles peuventêtre adressées soit au directeur du cours, soit di-rectement auprès de l’Office fédéral des questionsconjoncturelles.

Pour terminer nous tenons à remercier toutes lespersonnes qui ont contribué à la réalisation de laprésente publication.

Dr. Heinz KneubühlerDirecteur-suppléant de l’Office fédéraldes questions conjoncturelles

page

Introduction 7Energies renouvelables 9Energie solaire 9Energie et environnement 9

Installations de production de biogaz 13La fermentation méthanique 15Composants d’une installation de biogaz 16Le digesteur 16Le réseau de gaz 17Utilisation du gaz 19Avantages 19

Capteurs solaires pour le séchage du foin 25Fonctionnement du capteur solaire 27Capteur solaire pour le séchage du foin 29Grandeurs caractéristiques pour la planification 29Acheminement idéal de l’air 30Montage de la face arrière du capteur 32

Installations photovoltaïques 39Rayonnement global 41Cellules solaires 41Composants d’une installation photovoltaïque 44Exemple pratique 45

Microcentrales hydroélectriques 51Principe de fonctionnement 53La turbine 53Le générateur 54Composants d’une installation 55Besoins d’énergie dans les alpages 55Coûts 57

Matières premières renouvelables 63Les plantes comme ressource d’énergie 65Utilisation de l’huile de colza comme carburant 66Production d’ester méthylique de colza 67Mesures comparatives 67Bilan énergétique 68Rentabilité économique 68

Publications PACER 75


Table des matières

Energies renouvelables 9

Energie solaire 9

Energie et environnement 9

Introduction

7

Introduction

PRECIPITATIONS

Capteurs solaires

Cellulessolaires

Electri-cité

Microcentraleshydroélec-

triques

Electricité

BIOMASSE

Installationsde biogaz

Chaleurélectricité

Combustiondu bois

Chaleur

Production decarburant

Travailmécanique

Chaleur

ENERGIE SOLAIRE

UTILISATION DIRECTE UTILISATION INDIRECTE


Le terme «Energies renouvelables» regroupe toutesles formes d’énergies provenant directement ou in-directement du rayonnement solaire: énergie solai-re directe (captage actif ou passif, photovoltaïque),énergie éolienne, énergie de la biomasse (biogaz,bois, carburants provenant de matières premièresvégétales), énergie hydraulique. Dans un sens pluslarge, on inclut également à cette liste l’énergie géo-thermique, ainsi que la force des marées.

A l’opposé, le charbon, la lignite, la tourbe, les hy-drocarbures, le gaz naturel ainsi que l’uranium nesont pas des énergies renouvelables.

Energie solaire

Le soleil constitue une gigantesque centrale ther-monucléaire dont la surface rayonne une énergiequi atteint 60 mégawatt par mètre carré! Cette éner-gie est rayonnée dans tout l’espace, pour atteindreencore 1400 W/m2 aux confins de notre atmosphè-re. Au niveau du sol, et selon l’état du ciel, le rayon-nement reçu varie de 0 à 1000 W/m2. Cumulé surune journée, le rayonnement solaire peut ainsi at-teindre 6.5 kWh/m2 dans le plateau suisse (de maià septembre).

Energie et environnement

La très forte croissance économique qu’ont connu,durant ces dernières décennies, les pays industria-lisés a conduit à une très forte augmentation de laconsommation d’énergie. Celle-ci résulte de be-soins nouveaux: mobilité, communications, pro-cessus de fabrication, mais également de presta-tions souvent superflues.

Aujourd’hui, on se rend compte que l’augmentationconstante de la consommation d’énergie conduit àune impasse. L’emploi unilatéral de combustiblesfossiles, non renouvelables, provoque une dégra-dation inacceptable de notre environnement: effetde serre, diminution de la couche d’ozone, pollutionde l’air et de l’eau. Aussi, en plus des économiesd’énergie, seule une utilisation massive des éner-gies renouvelables permettra de préserver notre en-vironnement, et d’assurer, à long terme, nos be-soins vitaux en énergie.

Introduction

9

Introduction


Sont considérées comme renouvelables:– l’énergie solaire– l’énergie hydraulique– l’énergie éolienne– l’énergie de la biomasse

ainsi que dans un sens plus large:– l’énergie des marées– l’énergie géothermique

Considérons l’exemple de la combustion du bois: du-rant leur croissance, les arbres des forêts consom-ment autant de CO2 qu’ils en libèrent lorsqu’on lesbrûle. La combustion du bois ne conduit donc pas àune augmentation de la teneur en CO2 de l’atmo-sphère.

Cycle fermé du CO2

PACER

Introduction

10

Applications à l’agriculture

L’agriculteur n’utilise pas seulement l’énergie solai-re dans le but de produire des denrées alimentaires,il en utilise également pour la préparation et laconservation du fourrage (séchage de foin).D’autres applications des énergies renouvelablestrouvent également leur place dans les exploita-tions agricoles.

Ces applications comprennent aussi bien la pro-duction d’électricité, par effet photovoltaïque, quel’utilisation de la force hydraulique ou de la bio-masse pour produire de l’énergie.

Application de l'énergie solaire à l'agriculture

En pratique, on compte déjà plus de 150 installationsde biogaz dans notre pays. Par rapport aux quelques20 000 exploitations potentielles, ce chiffre est toute-fois encore bien modeste.

Les séchoirs en grange faisant usage de capteursà air constituent aussi un exemple intéressant d'utili-sation de l'énergie solaire dans l'agriculture. Actuelle-ment, plus de 1500 installations de ce type ont été réa-lisées en Suisse.

La production d'électricité à l'aide de panneaux pho-tovoltaïques, ou grâce à des microcentrales hy-droélectriques, constitue également une possibilitéintéressante lorsque les exploitations agricoles nesont pas raccordées au réseau électrique.

Enfin la transformation de l'huile de colza en car-burant diesel représente une illustration intéressan-te de production d'énergie à partir de matières pre-mières renouvelables. La production d'alcool à partirdes betteraves sucrières en est un autre exemple.

Possibilités d'utilisation de l'énergie solaire dans l'agriculture

Introduction

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PRECIPITATIONS

Capteurs solaires

Cellulessolaires

Electri-cité

Microcentraleshydroélec-

triques

Electricité

BIOMASSE

Installationsde biogaz

Chaleurélectricité

Combustiondu bois

Chaleur

Production decarburant

Travailmécanique

Chaleur

ENERGIE SOLAIRE

UTILISATION DIRECTE UTILISATION INDIRECTE

PACER

La fermentation méthanique 15

Composants d'une installation de biogaz 16

Le digesteur 16

Le réseau de gaz 17

Utilisation du gaz 19

Avantages 19

Installations de production de biogaz

13


La production de biogaz, à partir d’excréments ani-maux ou de déchets végétaux, constitue une desformes les plus logique d’utilisation indirecte del’énergie solaire. Actuellement, en Suisse, on dé-nombre plus de 150 installations de ce type.

La fermentation méthanique

Une à trois semaines après avoir épandu du purinsur un champ, on ne le remarque plus. Durant cettepériode, le purin doit se décomposer en gaz, oudans toute autre forme qui soit assimilable par lesplantes. Cette transformation est possible sous l’ac-tion des micro-organismes qui se trouvent dans lepurin ou dans le sol. Cette réaction ayant lieu à l’airlibre, on l’appelle «aérobie». Si, au lieu d’épandrece purin sur le champ, on le met dans une installa-tion de biogaz, la réaction microbienne a alors lieuen l’absence d’air, on parle alors de transformation«anaérobie». Dans les deux cas ce ne sont pas lesmêmes bactéries qui sont responsables de la trans-formation. Aussi, par analogie appelle-t-on «bacté-ries aérobies» celles qui agissent en présence d’air,et «bactéries anaérobies» celles qui interviennentlors de la production de biogaz.

Dans le processus de fermentation anaérobie, desmolécules organiques complexes se transforment,sous l’influence des bactéries, en molécules plussimples qui constituent le biogaz: un mélange du 60à 70% de méthane (CH4) et de 30 à 35% de gaz car-bonique (CO2). A l’opposé, lors d’une décomposi-tion à l’air libre, l’énergie stockée dans la biomasseest alors perdue sous forme de chaleur (auto-ré-chauffement d’un compost).

Le biogaz existe également à l’état naturel, il résul-te alors de la fermentation dans des marais (les feuxfollets proviennent du biogaz), dans des sédiments,ou dans la panse des ruminants.

La fermentation méthanienne contribue à l’épura-tion des eaux usées chargées de matières orga-niques, ainsi qu’à la stabilisation des boues qui enrésultent. L’agriculture est un milieu particulière-ment favorable à la production et à l’utilisation decette forme d’énergie: en brûlant du biogaz dans unmodule chaleur-force, on obtient simultanément del’électricité et de la chaleur à un niveau de tempé-rature plus élevée que ce ne serait le cas par simplefermentation aérobie. Naturellement du gaz métha-ne est produit lorsque la température est comprise


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Décomposition aérobie

L’énergie contenue dans la biomasse est libérée sousforme de chaleur à basse température (autoréchauffe-ment du compost).

Décomposition anaérobie

Environ 90% de l’énergie contenue dans la biomassereste stockée dans le biogaz. La combustion de ce bio-gaz permet alors soit de produire de l’électricité, soitde la chaleur à un niveau de température élevé.


Caractéristiques du biogaz

Le biogaz résulte de la décomposition anaérobie dematières organiques. Il se compose d’un mélange deséléments suivants:

60-70% de méthane (CH4)30-35% de gaz carbonique (CO2)1-5% de vapeur d’eau

ainsi que des traces de:

Hydrogène sulfuré (H2S)Azote (N2)Hydrogène (H2)

Valeur calorifique: 21.5 MJ/m3

1m3 de biogaz équivaut à environ 0.6 l de mazout

Mélangé à l’air, le biogaz est explosif. Le domaine d’in-flammabilité se situe entre 5 et 12% de méthane dansl’air.

entre 0 et 100°C. A des températures plus basses,la production de méthane est très faible. Les réac-tions biochimiques étant beaucoup plus rapideslorsque la température est plus élevée, les diges-teurs de biogaz sont généralement chauffés, afind’augmenter la production de gaz.

Composants d’une installationde biogaz

Une installation de production de biogaz comprendles éléments suivants: production (un digesteur),stock et sécurité d’approvisionnement (réseau degaz), et utilisation (transformation du gaz en chaleurou/et électricité).

Le digesteur

Le réacteurLe réacteur constitue l’élément principal d’une ins-tallation de biogaz, c’est à l’intérieur de celui-ci quese fait la fermentation anaérobie. On distingue deuxcatégories principales de réacteurs: les réacteursapparents et les réacteurs enterrés. Ils peuvent êtrefabriqués en béton, en acier, en fibres de verre ouen bois. Toutes ces matières sont possibles pourdes installations apparentes; pour des installationsenterrées, en raison de la protection des eaux, seulle béton peut être envisagé.

Installations à flux continuLa plupart des installations sont réalisées sur le prin-cipe du flux continu: dès que le réacteur est plein,le purin entrant chasse la même quantité de purinfermenté. Ces installations fonctionnent presquetoujours à une température mésophile, c’est-à-direà une température comprise entre 26 et 35 °C. Selonl’installation, le purin séjourne dans le réacteurentre 20 et 25 jours.

Installations à stockageCertaines installations fonctionnent sur le principedu stockage, la fosse à purin faisant office de di-gesteur. Le purin est amené, à intervalles réguliers,comme dans les installations à flux continu. L’éva-cuation, par contre, ne se fait qu’au moment del’épandage. Dans ces conditions, le niveau de tem-pérature peut être maintenu assez bas, la durée destockage étant beaucoup plus longue que dans lesinstallations à flux continu. De telles installations


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Composants du digesteur

Le digesteur constitue l’élément principal d’une ins-tallation de biogaz, c’est là que se produit la fermen-tation anaérobie avec dégagement de gaz. Un diges-teur comprend les éléments suivants:– réacteur– brasseur– système de chauffage.

Valeurs indicatives des durées de traitement etde la production de gaz

Installation à Installation àflux continu stockageTempérature de Température defermentation fermentation30oC 22oC

Purin de bovins

Durée de traitement: 20 jours 40 joursProduction de gaz: 210 l/kg MO 210 l/kg MO

Purin de bovins avec paille

Durée du traitement: 23-25 jours 46-50 joursProduction de gaz: 270 l/kg MO 270 l/kg MO

Purin de bovidés

Durée de séjour: 18 jours 36 joursProduction de gaz: 350 l/kg MO 400 l/kg MO

Lisier de porcs

Durée de séjour: 15 jours 30 joursProduction de gaz: 430l l/kg MO 480 l/kg MO

(MO = matière organique)

fonctionnent à des températures comprises entre16 et 22 °C, et la durée de stockage va de 40 à150 jours.

Production de gaz et rendementLa production de gaz dépend: des apports journa-liers de purin, de sa composition et des autres pa-ramètres liés au procédé de fermentation (tempé-rature, durée de séjour dans le digesteur, etc...). Ladurée de stockage est obtenue en divisant le volu-me du digesteur par le volume journalier des ap-ports de purin. Afin d’évaluer le potentiel en biogazd’une exploitation agricole, il faut prendre en comp-te la quantité disponible de matière organique, ainsique le rendement en gaz. Par rendement en gaz, onentend la quantité de biogaz que l’on obtient à par-tir d’un kilogramme de matière organique. Commeon l’a vu, ce rendement dépend essentiellement dutype de purin et des paramètres caractéristiques del’installation.

Le brasseurLe brasseur a pour but de mélanger le contenu dudigesteur (mélange du purin frais au liquide fer-menté), il doit empêcher la formation de croûte oude sédiments. Dans des installations agricoles debiogaz, les systèmes lents, à tourniquets ou à pa-gaies, s’avèrent efficaces; on les fait fonctionner àintervalles réguliers. L’intensité et la fréquence desbrassages dépendent de la propension de la matiè-re à surnager ou à former des substrats.

Le système de chauffageDans la plupart des installations, un chauffage dudigesteur s’avère nécessaire, afin de porter la ma-tière à la température optimale de fermentation età compenser les pertes thermiques. Ce chauffagese fait soit à l’aide de parois chauffantes à l’intérieurde la cuve, soit à l’aide de tuyaux de plastique.

Dans les systèmes à flux continu, le chauffage dudigesteur consomme environ le tiers du biogaz pro-duit; les 2/3 de la production brute de biogaz sontainsi disponibles pour les autres utilisations.

Le réseau de gaz

Le biogaz est constitué essentiellement de 60% deméthane et de 35% de gaz carbonique. En outre,selon la composition de la masse, on trouve égale-ment des traces d’hydrogène sulfuré nocif, et un peud’azote. Le gaz qui quitte la cuve de fermentation est


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Production journalière moyenne de purin et dematières organiques de quelques animaux do-mestiques

Quantité Matièresde purin organiques

(MO)BovinsVache laitière (625 kg) 60 l 4.8 kgBoeuf d’élevage (320 - 500 kg) 25 l 2.2 kgVeau d’élevage (45 - 135 kg) 12l 0.1kg

Porcs d’élevage15 – 27 kg 3 0 – 4.5 l 0.22 kg27 – 68 kg 3.9 – 7.5 l 0.22 kg68 – 100 kg 5.8 – 8.6 l 0.22 kg

VolailleLeghorn (2.3 kg) 0.14 kg 0.025 kg

Fonction du brasseur

Le brasseur a deux fonctions:– mélanger le purin frais avec le purin en fermentation– empêcher la formation de croûte ou de sédiments.

saturé d’eau, selon la température de fermentationil contient ainsi de 1 à 5% de vapeur d’eau. L’utili-sation sans problème du biogaz dans des moteursfixes ou dans des installations de chauffage néces-site l’installation de systèmes de sécurité entre le di-gesteur et l’utilisateur, dans certains cas, des sys-tèmes d’épuration des gaz doivent également êtreprévus.

Dispositifs de sécuritéAfin d’éviter toute surcharge du digesteur, la cuvede fermentation doit être munie d’une sécuritécontre les surpressions ou les sous-pressions. Unplongeur, un siphon ou une soupape de sécurité as-surent cette fonction. A côté de cela, un dispositifanti-retour de flamme doit être monté. Les filtres àgravier utilisés dans ce but servent également de sé-parateur des condensats et de filtre grossier.

Désulfuration du gazDe plus en plus souvent, les installations de pro-duction de biogaz comprennent un dispositif de dé-sulfuration du gaz. Selon le type d’utilisation, la pré-sence de soufre dans le gaz peut en effet avoir dessuites peu agréables: production de dioxyde desoufre, lorsque le gaz est utilisé pour la cuisson, cor-rosion par formation d’acide sulfurique, lorsque legaz est utilisé pour le chauffage.

Les installations les plus courantes de désulfurationfonctionnent sur le principe de l’adsorption à secpar de l’oxyde de fer. Lors de ce processus chimiquel’hydrogène sulfuré se combine avec l’oxyde de ferpour former du sulfure de fer. Par apport d’air, l’oxy-gène réoxyde le fer et le soufre natif se dépose.Après de nombreux cycles, il est nécessaire de rem-placer l’oxyde de fer. Ce remplacement a lieu nor-malement une fois par an.

Le stockage du gazLors d’une alimentation régulière de l’installation, legaz est produit de manière régulière, alors que laconsommation peut varier très fortement. Aussi,afin de pouvoir utiliser tout le gaz produit, un stoc-kage est-il indispensable. Le pouvoir énergétiquedu biogaz étant faible: 1 litre de mazout équivaut à1500 litres de biogaz, le stock suffira à compenserles variations à court terme. La taille du stock dé-pendra donc des différences entre la production etla consommation. Normalement, le volume de stoc-kage équivaut à 1 à 2 jours de production. Pour lesinstallations agricoles, on utilise presque exclusive-ment des réservoirs à basse pression, les installations


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Système de chauffage du digesteur

De 30 à 35% du biogaz (production brute) est utilisépour chauffer le digesteur.

Eléments du réseau de gaz

Dispositifs de sécurité et de mesure:– Sécurité de sur- ou de sous-pression– Dispositif anti–retour de flamme– Compteur de gaz

Préparation du gaz:– Précipitation des condensats– Désulfuriseur

Stockage du gaz:– Réservoir à gaz

PACER

à haute pression étant trop coûteuses. Le stock leplus courant est un réservoir en matière synthétiquerenforcée. On trouve de tels réservoirs dans prati-quement toutes les tailles, jusqu’à 300 m3. Dans lamajorité des cas, ces réservoirs sont posés, sans se-melle de béton, sur du gravier; ils y sont maintenusà l’aide de tubes métalliques.

Utilisation du gaz

Le gaz produit peut être utilisé de diverses manièreset pour des buts différents. L’utilisation la plus cou-rante est certainement la production directe de cha-leur. Dans ce cas, le biogaz produit est générale-ment utilisé pour chauffer l’habitation ou l’étable,ou pour produire de l’eau chaude sanitaire. Le bio-gaz peut également être utilisé pour la cuisson desaliments, pour la stérilisation de la porcherie oupour la production de vapeur dans une fromagerie.A l’aide d’une centrale chaleur-force, le biogaz peutégalement servir à produire de l’électricité et de lachaleur. A côté de ces applications, le biogaz peutégalement être utilisé comme carburant.

Appareils de chauffageLes brûleurs destinés au gaz naturel peuvent êtreégalement utilisé pour le biogaz. Moyennant de pe-tites adaptations, l’efficacité du biogaz est compa-rable à celle du gaz naturel.

Couplage chaleur-forcePlus récemment, des centrales chaleur-force ont étéactionnées avec du biogaz. Il s’agit de moteurs à ex-plosion qui ont été adaptés afin d’accepter le bio-gaz; ils permettent de produire efficacement électri-cité et chaleur. De telles installations présententl’avantage de pouvoir utiliser efficacement le biogazproduit, tout au long de l’année. En été, l’électricitéproduite peut soit être consommée localement, soitêtre injectée dans le réseau électrique.

Avantages

En faisant fermenter le purin, non seulement on va-lorise son utilisation, mais on élimine égalementcertains problèmes liés à l’utilisation du purin frais:

OdeurAprès fermentation anaérobie, les odeurs sont nonseulement atténuées, mais elles disparaissent


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Capacité calorifique de divers combustibles

Mazout extra léger 42.7 MJ/kgGaz naturel 33.8 MJ/m3

Propane, butane 46.0 MJ/m3

Biogaz (60% de méthane) 21.5 MJ/m3

Feuillus (15% d’humidité) 7190 MJ/stèreRésineux (15% d’humidité) 5420 MJ/stèreCopeaux de bois (35% d’humidité) 3725 MJ/m3

Transformation et utilisation du gaz

En utilisant divers systèmes de transformation, le bio-gaz peut être utilisé pour produire de la chaleur, pourproduire de l’électricité, ou comme carburant.

Chauffage et production d’eau chaude:– Combustion du biogaz pour produire de la chaleur

ou de l’eau chaude.

Couplage chaleur-force:– Production simultanée de courant électrique et de

chaleur à l’aide d’une centrale chaleur-force(TOTEM).

Carburant:– Utilisation du biogaz comme carburant pour des

moteurs à essence ou diesel après adaptation deceux-ci.

PACER

Le stock de gaz

quasiment. L’utilisation de lisier fermenté se faitainsi sans dégagement d’odeurs nauséabondes.

HygièneLorsque l’on utilise du purin frais comme engrais,on est toujours confronté au risque de transfert degermes pathogènes, ce risque disparaît quasimentaprès fermentation.

HomogénéisationSuite à la désintégration des substances orga-niques, le purin fermenté présente une structurefine et homogène; de ce fait, il se prête particulière-ment bien à l’épandage.

Eléments nutritifsA l’exception du soufre, qui disparaît avec le biogazsous forme d’hydrogène sulfuré, tous les autres élé-ments nutritifs du purin demeurent après fermen-tation. De plus, par minéralisation des éléments or-ganiques, ils sont mieux absorbés par les plantes.Au moment de l’épandage, seul l’azote est partiel-lement perdu, en raison de la volatilité de l’ammo-niaque. Ces pertes sont un peu plus élevées quelorsque l’on utilise du fumier frais.

On constate donc que la fermentation anaérobie dupurin n’a pas d’effet négatif sur la qualité du produiten tant qu’engrais. L’utilisation du purin fermentéest toutefois liée aux mêmes exigences que pour lepurin frais en ce qui concerne la protection de l’en-vironnement.

Pour en savoir plus:

Biogas Handbuch, 2. Auflage, Wirz AG, Aarau 1991

Güllegrube als Biosanlage, FAT-Bericht Nr 304,1987

Biogaz, capteurs solaires et récupération d’énergiedans l’agriculture.Manuel PACER (OFQC) 123 p., 1992 (N°. de com-mande OCFIM 724.221.f)


20

Exemple pratique

Dans une exploitation de 25 vaches laitières, la quan-tité de purin atteint 1.5 m3 par jour (soit 25 x 60 l/jour).Pour une durée de rétention de 24 jours, le volume fer-menté atteint ainsi 36 m3. La production de biogaz secalcule en multipliant la quantité de matière organiquedisponible par le rendement de production de gaz(25 x 4.8 kg MO x 0.27 m3/kg MO). La production jour-nalière brute de biogaz s’élève ainsi à 32.4 m3. Aprèsdéduction de la quantité de gaz nécessaire au chauf-fage du digesteur (30 à 35% de la production brute), ilreste une production annuelle nette d’environ 8000 m3

de gaz, soit l’équivalent de 4800 l de mazout.


21

Digesteur: Utilisation:1 Réacteur 9 Chaudière à gaz2 Brasseur 10 Centrale chaleur-force3 Chauffage 11 Purin fermenté

Réseau de gaz:4 Soupape de surpression5 Compteur de gaz6 Filtre de gravier7 Système de désulfuration8 Ballon de stockage

Composants d'une installation de biogaz

PACER


22

Exemple d’une installation à flux continu

1 Digesteur2 Isolation thermique3 Paroi extérieure4 Brasseur à tourniquet5 Dôme de collection du gaz6 Conduite du gaz7 Conduite de trop-plein8 Conduit d’entrée9 Chauffage du digesteur

10 Fondation

PACER

Préparation du gaz1 Reprise du gaz2 Soupape de surpression3 Dispositif anti-retour de flamme4 Dispositif de désulfuration5 Compteur de gaz

Chauffage:7 Chauffage à gaz8 Boiler avec raccordement au chauffage9 Chauffage de l’étable

10 Chauffage du digesteur


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Exemple d’une installation de stockage

PACER


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Couplage chaleur-force (TOTEM)

1 Moteur à explosion2 Réservoir d’eau3 Echangeur de chaleur gaz-eau4 Echangeur de chaleur huile-eau5 Réservoir d’huile6 Echangeur de chaleur eau-eau7 Sortie de l’eau chaude8 Pot d’échappement9 Génératrice électrique

10 Circuit d’eau froide11 Connection au réseau électrique12 Entrée d’air13 Amenée du gaz14 Châssis15 Panneaux isolants

PACER

Fonctionnement du capteur solaire 27

Capteur solaire pour le séchage du foin 29

Grandeurs caractéristiques pour la planification 29

Acheminement idéal de l’air 30

Montage de la face arrière du capteur 32

Capteurs solaires pour le séchage du foin

25


Le séchage de foin en grange offre l’énorme avan-tage d’avoir lieu en période estivale, saison où lerayonnement solaire est abondant. Contrairementaux installations à mazout de séchage en grange,ou à celles utilisant des pompes à chaleur, le sé-chage en grange, à l’aide de capteurs solaires, nenécessite presque pas d’énergie auxiliaire.

Fonctionnement du capteur solaire

Toute surface sombre absorbe le rayonnement so-laire de faible longueur d’onde, pour le transformeren chaleur. C’est ce qui se passe dans un capteursolaire: l’absorbeur est chauffé par le soleil, il cèdealors sa chaleur au fluide caloporteur: soit de l’eau(capteurs pour la préparation d’eau chaude), soit del’air (capteurs à air). On distingue deux types prin-cipaux de capteurs à air: les capteurs à couverturetransparente et les capteurs à couverture opaque.

Capteur à couverture transparenteCe type de capteur fonctionne sur le principe del’effet serre: le rayonnement solaire de faible lon-gueur d’onde traverse la couverture transparentepour être capté par l’absorbeur, le rayonnementthermique (de plus grande longueur d’onde) qui enrésulte ne peut traverser la couverture transparen-te, de ce fait il est piégé. L’énergie ainsi captée peutêtre utilisée, les pertes étant faibles.

Capteur à couverture opaqueSi la couverture est opaque, elle fait, elle-même, of-fice d’absorbeur. Le rayonnement incident est éga-lement capté, mais les pertes de chaleur sont plusimportantes, car une partie de l’énergie captée re-part sous forme de rayonnement à grande longueurd’onde. La partie utile de la chaleur captée est trans-mise à l’air qui circule dans la face arrière de l’ab-sorbeur. L’échange de chaleur entre l’absorbeur etl’air se fait essentiellement par convection. C’estpourquoi, il est très important d’avoir une bonneturbulence dans l’air des canaux du capteur. Plusgrande est la vitesse de l’air dans le capteur,meilleur sera son rendement. Mais, en contrepartie,les pertes de pression à l’intérieur des gaines et ducapteur seront également plus élevées. Aussi, lorsde la planification d’une installation, un compromisdoit-il être trouvé entre le rendement et les pertesde charges.


27


Puissance d’un capteur solaireLa puissance spécifique d’un capteur solaire est d’envi-ron 500 W/m2, ce qui correspond à un rendement de 50%.

Capteur transparentP: PoutresLP: Couverture transparenteA: AbsorbeurL: Air

PACER

PACER


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Type et direction de l'air Espace correspondant Rendement Elévation de par rapport aux ondulations à une perte de charge en % température de la couverture de 1 mbar K

Eternit, en travers 10 cm 44 7.1Tôle, en travers 8 cm 52 8.5Polycarbonate transparent,en travers 8 cm 58 9.5Eternit, en long 12 cm 42 6.9Tuiles, en long 10 cm 37 6.1

Capteur de 250 m2, pour une aire de séchage d'environ 100 m2, rayonnement solaire de 800 W/m2, altitude 500 m,longueur de canal 10 m. Dans ces conditions, un capteur en Eternit atteint un rendement de 44% avec un échauffe-ment de l'air d'environ 7°C. Avec un capteur en tôle, l'échauffement de l'air atteint 8.5°C. Si l'on se contente d'uneéchauffement de 7°C, une surface de captage de 180 m2 est suffisante pour autant que l'on utilise un capteur à cou-veture transparente. On voit donc que si le capteur a un rendement plus faible, ce handicap peut être compensé parune augmentation de la surface de captage. Une différence du même ordre de grandeur existe entre le capteur enEternit et celui en tuiles, mais dans ce cas la différence de rendement ne peut que partiellement être compensée parune augmentation de surface de captage. Ces toits ont en effet des surfaces et des proportions qui limitent les dé-bits d'air possibles.

Capteur opaqueP: PoutresB: Couverture (Eternit ou tôle)S: Face arrière du capteurL: Air

Comparaison des performances de capteurs

PACER

Capteur solaire pour le séchagedu foin

Du fait des règlements de la police du feu, de ques-tions d’esthétique et de coûts, les capteurs transpa-rents ne sont pratiquement jamais utilisés pour leséchage du foin. On leur préfère des absorbeursopaques, généralement en Eternit.

Eléments d’une installation pour le séchagedu foinLe capteur se compose de la couverture du toit (A)et d’une partie arrière (panneaux agglomérés). Leventilateur (D) aspire l’air au travers du capteur.Celui-ci s’y échauffe pour être ensuite amené dansun canal de collection (B), puis dans un canal d’ame-née (C). De là, il traverse le ventilateur pour êtreenfin pulsé, au travers d’une grille (E) dans l’herbehumide. L’air humide s’échappe alors de la grangeau travers d’ouvrants (F).

Grandeurs caractéristiques pourla planification

Taille du capteur solairePour un rayonnement incident de 800 W/m2, le cap-teur solaire doit conduire à un échauffement de l’aird’environ 6 °C. Cette condition est remplie lorsquela taille du capteur atteint environ:

Surface du capteur d’Eternit = 2.5 x surfacede séchage du foin

Distance entre couverture et sous-couvertureL’entrée de l’air de l’extérieur, ainsi que les turbu-lences induites par la surface interne du toit, sou-vent ondulé, génèrent des pertes de pression quiaugmentent avec la vitesse de l’air. Pour cette rai-son, la distance entre la couverture et la sous-cou-verture doit être telle que la perte totale de pressionau travers du capteur ne dépasse pas 1 mbar. Si lespertes de pressions dépassent cette valeur, le ren-dement du capteur diminue. Une perte de chargede 1 mbar est parfaitement supportable par le ven-tilateur, on l’inclut dans les nouvelles planifications.

Sections des gaines collectrices et principalesLa vitesse de l’air qui circule dans les gaines ne doitpas dépasser 5 m/s. On dimensionne généralementles gaines de manière à ce que la vitesse moyennede l’air atteigne 4 m/s.


29

Installation de séchage en grange à l’aide de cap-teurs solairesA: CapteurB: Canal collecteurC: Canal d’amenée d’airD: VentilateurE: Grille

Surface de séchage: 100 m2

Hauteur du tas: 5 mVolume du tas: 500 m3

Type de capteur: EternitLongueur du capteur: 20 mLargeur du capteur: 12.5 mDébit d’air: 11 m3/sHauteur du canal: 22 cmAltitude du lieu: 500 m

Hauteur ducanal de captage (cm) 22 21 20 19 18 17

Vitesse de l’air (m/s) 4.0 4.2 4.4 4.6 4.9 5.2

Perte de charge (mbar) 0.44 0.50 0.58 0.67 0.78 0.92

Rendement (%) 40 41 41 42 43 44

Elévation de température*

(K) 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.1

*pour un rayonnement solaire de 800 W/m2

Exemple de dimensionnement

PACER

Acheminement idéal de l’air

L’intégration du capteur à air et de ses conduits dé-pend fortement de la forme de la grange. Une dis-tinction nette doit être faite entre les toitures àpannes et les toitures à chevrons. Les exemplessont donc regroupés en deux catégories: dans lestoits à pannes les poutres qui soutiennent la toituresont placées horizontalement; dans les toitures àchevrons, ces poutres vont du faîte du toit à la gout-tière.

Toit à pannesLes toits à pannes contiennent des canaux collec-teurs disposés horizontalement, dans l’axe du toit.

P1: Solution simple pour un pan de toit, l’aspirationde l’air est sur un côté, le canal collecteur sur l’autre.

P2: Disposition fréquente lorsque les granges sontsituées au-dessus des étables. L’air est aspiré desdeux côtés, puis amené au ventilateur au traversd’un collecteur central. Dans cette variante, le canalcollecteur, suspendu sous le toit, fait partie inté-grante du capteur.

P3: Variante souvent choisie dans les bâtiments degrande taille, comme les stabulations libres à lo-gettes. L’étable est le plus souvent orientée au sudet recouverte d’un toit à faible pente. Le tas de foinse trouve dans la partie nord du bâtiment. Les ven-tilateurs sont installés au nord, contre la paroi froi-de, solution déconseillée dans le cas de séchoirs àair froid. La longueur des canaux constitue un désa-vantage supplémentaire; par contre, en présence decapteurs à air, cet arrangement a l’avantage de per-mettre l’aspiration de l’air en un point optimal.


30

Cheminement de l'air dans les toits à pannes

PACER

Toit à chevronsLorsque le canal est situé au faîte du toit, l’air montedepuis la gouttière. De ce fait lorsque le toit estorienté au sud, il n’est pas possible d’aspirer l’air del’est ou de l’ouest.

S1: Dans ce cas, un canal conduit l’air du faîte dutoit jusqu’aux canaux du capteur, alors que le canalcollecteur, situé le long de la gouttière, ramène l’airchaud au ventilateur.

S2: Si un pan du toit dépasse le faîte, l’air peut yêtre aspiré au travers d’une admission en métal plié.

S3: Dans cet exemple, l’air est aspiré dans des ca-naux le long de la gouttière. Le canal collecteur estinstallé au faîte du toit, alors qu’un canal verticalconduit l’air au ventilateur.

Lorsque l’air circule à partir du faîte du toit, il y a lieude prévoir des entrées latérales si une ouverture aufaîte n’est pas possible.


31

Cheminement de l'air dans les toits à chevrons

PACER

Montage de la face arrière ducapteur

Lors de constructions neuves, il est recommandé deposer les panneaux qui constituent la face arrièredu capteur juste avant la couverture du toit. Le char-pentier préparera à l’avance, dans son atelier, lespanneaux et les lattes, en vue de leur mise en placeentre les poutres. De cette manière, les panneauxprédécoupés, d’une épaisseur d’environ 19 mm,pourront être posés rapidement à partir du dessusdu toit. Un montage ultérieur, dans une construc-tion terminée, rend le travail plus pénible et pluscoûteux. Les panneaux rainés-crêtés sont assem-blés facilement. Si les panneaux sont montés de-puis l’intérieur, la sous-couverture peut se faire ul-térieurement.

Pour la sous-couverture, on peut utiliser d’autresmatériaux: tôles profilées, plaques en fibres, oufeuilles synthétiques). Lorsque la hauteur du cap-teur est équivalente ou légèrement inférieure à ladimension des poutres, il est possible d’utiliser destoiles de polyéthylène renforcé (Bigroflex, Nissan,Sarnafil). Celles-ci sont relativement faciles à mon-ter, mais elles doivent être bien tendues au momentde la fixation. Ceci peut se faire à l’aide de lattes en-roulées et d’un palan. Si l’on ne prend pas ces pré-cautions, on risque des déformations en été, ce quimodifierait la section des conduits d’air. Il est éga-lement possible d’acheter des bâches préfabri-quées et de les adapter. Les bâches sont faciles àmonter, mais elles sont délicates et peuvent être en-dommagées lorsque des pierres ou d’autres objetssolides sont entraînés par la soufflerie.


32

Coupe du capteur1 Poutre2 Couverture3 Face arrière du capteur4 Hauteur de la poutre5 Hauteur du canal

PACER

Modes de montageLa distance entre la couverture et la face arrière ducapteur (hauteur du canal d’air) est la grandeur dé-terminante lors du montage.

De grosses poutres (18 à 24 cm) et une hauteur decanal peu élevée (par exemple 12 cm) conduisent àla solution A: le panneau repose sur une latte fixéelatéralement. La pose se fait à partir du toit, avantqu’il ne soit couvert.

La variante B convient dès que la hauteur du canalest de peu inférieure à l’épaisseur de la poutre.

La variante C s’impose lorsque la hauteur du canalest voisine de celle de la poutre. Le panneau estalors fixé depuis dessous et consolidé par uneplanche.

Dans d’anciens bâtiments, lorsque les toits à che-vrons sont déformés, on applique la variante D. Lelambrissage se fera alors à l’aide de bâches.

Pour en savoir plus:

Le séchage en grange de A à Z. Rapport FAT N° 406,1991

Projets et réalisations de capteurs solaires pour leséchage du foin. Rapport FAT N° 407, 1991

Biogaz, capteurs solaires et récupération d’énergiedans l’agriculture. Documentation PACER (OFQC,N° OCFIM 724.221f), 1992


33

Modes de montage

PACER

Poutres beaucoup plus hautes que le canal. Lepanneau arrière du capteur est maintenu par deslattes, il est introduit par le haut.

Poutres légèrement plus hautes que le canal. Lespanneaux arrières sont également introduits parle haut.

Hauteur de la poutre à peine plus grande que celledu canal. Les panneaux, fixés par en dessous,sont maintenus à l’aide d’une planche.

Hauteur de la poutre correspondant à celle ducanal. Sous-couverture à l’aide d’une bâche; unmode de montage adapté aux anciennesconstructions avec toiture à chevrons.


34

Installation de séchage en grange à l’aide de capteurs solaires

A CapteurB Canal collecteurC Canal d’amenée d’airD VentilateurE GrilleF Ouvertures d’évacuation de l’air

PACER


35

Puissance d’un capteur solaire

PACER


36

Cheminement de l'air dans les toits à pannes et à chevrons

Cheminement de l'air dans les toits à pannes

Cheminement de l'air dans les toits à chevrons

PACER

PACER


37

Modes de montage du capteur

PACER

Poutres beaucoup plus hautes que le canal. Lepanneau arrière du capteur est maintenu pardes lattes, il est introduit par le haut.

Poutres légèrement plus hautes que le canal.Les panneaux arrières sont également intro-duits par le haut.

Hauteur de la poutre à peine plus grande quecelle du canal. Les panneaux, fixés par en des-sous, sont maintenus à l’aide d’une planche.

Hauteur de la poutre correspondant à celle ducanal. Sous-couverture à l’aide d’une bâche; unmode de montage adapté aux anciennesconstructions avec toiture à chevrons.

Rayonnement global 41

Cellules solaires 41

Composants d'une installation photovoltaïque 44

Exemple pratique 45

Installations photovoltaïques

39


Les cellules solaires constituent aujourd’hui la so-lution la plus économique de production d’électri-cité dans les alpages de montagne. Cette situationse retrouve chaque fois que l’on est éloigné d’un ré-seau électrique, les frais de raccordement étantalors généralement élevés. Ce courant d’origine so-laire offre tous les avantages d’une production mo-derne d’électricité: décentralisation, respect de l’en-vironnement, technique transparente.

Rayonnement global

D’une température de 6000 °C, la surface du soleilémet à tout instant une quantité gigantesqued’énergie, sous forme de rayonnement et de parti-cules que l’on appelle photons. L’énergie de cesphotons est fonction de leur longueur d’onde.

Seule une petite fraction de l’énergie rayonnée parle soleil atteint notre terre. Sous nos latitudes lerayonnement global, qui atteint finalement le sol, nedépasse pas 1000 watts par mètre carré. L’intensitédu rayonnement dépend de la position relative dusoleil par rapport au point considéré. On observeainsi à des variations journalières et saisonnières.

Cellules solaires

Les cellules solaires, ou cellules photovoltaïques,permettent la transformation directe, en électricité,du rayonnement incident. En principe, les cellulessolaires, tout comme les transistors, sont des semi-conducteurs, mais leur surface est évidemmentbeaucoup plus importante. Comme matériau debase, on peut utiliser le silicium, l’indium, le ger-manium, le gallium ou le tellurium. La préparationde certains de ces éléments peut présenter desrisques d’émissions toxiques, ce n’est pas le cas dusilicium, qui de plus offre de bonnes caractéris-tiques du point de vue de la production d’électrici-té. C’est la raison pour laquelle il est actuellementle plus utilisé.

On distingue trois types de cellules au silicium:– les cellules monocristallines, qui sont obtenues

par découpage de cristaux de silicium;– les cellules polycristallines, que l’on fabrique à

partir de blocs de silicium coulés;– les cellules amorphes, obtenues par évaporation sous

vide de silicium et par déposition sur un substrat.


41


Rayonnement global maximumAu niveau du sol, le rayonnement solaire global peut at-teindre 1000 W/m2, soit l’équivalent de la puissance d’uneplaque de cuisson.

Puissance d’une cellule solairePour un rayonnement incident de 1000 W/m2, la puis-sance fournie par une cellule solaire atteint 120 W/m2, cequi correspond à un rendement de 12%.

PACER

PACER

Rendement et temps de retour énergétiquePar rapport à l’énergie globale reçue, le rendementthéorique d’une cellule monocristalline de siliciumpeut atteindre 27%. En laboratoire, on atteint au-jourd’hui des rendements d’un peu plus de 23%. Lesrendements des cellules du commerce sont encoreplus faibles: de 5% à 13%, selon le type de cellule.Un autre paramètre intéressant est le temps de re-tour énergétique: c’est la durée durant laquelle lacellule devra fonctionner, afin de restituer l’énergiequi a été nécessaire pour la fabriquer. Selon lestypes de cellules, et dans les conditions actuelles,ces temps se situent entre deux et sept ans. Ces du-rées doivent être mises en parallèle avec la duréede vie de telles cellules, durée de vie qui dépassent20 ans.

TensionDès qu’un module est exposé au soleil, une tensionapparaît aux bornes. Si une charge extérieure estraccordée, alors un courant continu circule. La ten-sion de fonctionnement dépend du rayonnement,de la charge et de la température des cellules. Pluscette température est basse, plus la tension est éle-vée. Aux températures usuelles de fonctionnement,la tension des panneaux se situe entre 14 et 16 V.En l’absence de charge, la tension à vide peut at-teindre 18 à 24 V.


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Type de cellule Rendement Temps de retour énergétique

Pratique Labo-ratoire

monocristallin 10-13% 23% 6 à 10 ans

polycristallin 9-11% 18% 5 à 10 ans

amorphe 5-8% 12% 1 à 2 ans

Rendement et temps de retour énergétique des cel-lules photovoltaïques

Tout déplacement d’une charge électrique induit uncourant. Un conducteur électrique opposant une ré-sistance au passage des charges, un courant élec-trique ne pourra circuler que s’il existe une source detension dans le circuit (cellule solaire, batterie). Dupoint de vue technique, le courant se déplace du pôlepositif au pôle négatif, alors qu’en réalité les électronsse déplacent en sens inverse.

Loi d’Ohm: U = R x I (Volt)Cette loi lie la tension en volts (V), au courant en am-pères (I) qui dépend de la résistance intermédiaire Ren Ohms (Ω).

Une source de tension continue U, qui délivre un cou-rant I pendant une durée t produit une énergie E égaleà: E = U x I x t (kWh)

Sa puissance P est alors égale à: P = U x I (kW)

Tension, courant et puissance électrique

Production de courantLa puissance de pointe garantie par le fabricant(Wp= Watt peak) se réfère toujours à un ensoleille-ment maximum, perpendiculaire à la cellule, de1000 W/m2, pour une température de la cellule de25 °C. Si l’on voulait maintenir la valeur pic duranttoute la période d’ensoleillement, il y aurait lieud’orienter le panneau, afin de le maintenir constam-ment perpendiculaire au rayon incident.

Etant donné qu’un système orientable est complexeet qu’il ne procure pas un gain énorme par rapportà une installation fixe, les panneaux sont générale-ment fixes. L’angle optimum sera déterminé enfonction des besoins. A titre d’indication, on retien-dra les valeurs suivantes:– hiver 60 à 70°– printemps – automne 40 à 50°– été 20 à 30°

Ces valeurs peuvent être affinées en ayant recoursaux tabelles ou au programme Météonorm (de l'Of-fice fédéral de l'énergie). En Suisse, on peut ad-mettre qu'une installation photovoltaïque fournitannuellement de 0.8 à 1.5 kWh par Wp installé.


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Rayonnement solaire global mensuel de trois villes suisses

PACER

Composants d’une installationphotovoltaïque

Indépendamment de sa taille, une installation pho-tovoltaïque nécessite divers composants.

Selon les besoins en énergie, on pourra soit secontenter d’une seule cellule, soit avoir besoin d’unchamp de cellules important. A titre d’illustrationquelques cm2 suffiront à une calculatrice de poche,alors qu’il faudra compter de 5 à 10 m2, afin de cou-vrir les besoins d’un alpage.

La plupart des appareils électriques nécessitent unealimentation stable et régulière. Le courant issu descellules solaires variant en fonction de l’ensoleille-ment, un accumulateur tampon, entre la source etle consommateur, est nécessaire. Dans ce but, onutilise souvent des batteries au plomb spécialementadaptées aux installations solaires.

Afin que, de nuit, le courant ne circule en sens in-verse dans les cellules, en les endommageant, il ya lieu de prévoir une diode anti-retour.

Les accumulateurs au plomb doivent égalementêtre protégés contre les surcharges ou les dé-charges totales, dans ce but on introduit dans le cir-cuit un régulateur de charge.

Certains appareils électriques ne peuvent fonction-ner au courant continu, et nécessitent du 220 V al-ternatif. Dans ce cas, on sera contraint d’utiliser unonduleur, ces appareils étant toutefois source depertes d’énergie, dans la mesure du possible oncherchera des appareils compatibles avec le cou-rant continu. Les appareils producteurs de chaleuret gourmands en énergie, tels les chauffages, lesboiler et les cuisinières électriques, ne seront jamaisalimentés à partir de courant d’origine photovol-taïque.

Si l’installation photovoltaïque se trouve dans unerégion où l’on dispose d’un raccordement élec-trique, il sera alors plus intéressant de réinjecter lecourant excédentaire dans le réseau, plutôt que dele stocker dans des batteries. Dans ce but, on devradisposer d’un onduleur adapté et d’un compteurélectrique.


44

Composants d'une installation photovoltaïque

PACER

AccumulateursLes accumulateurs électriques, prévus pour les ins-tallations solaires, supportent un grand nombre decycles charge-décharge: de 300 à 1500 selon le type.A l’exception d’accumulateurs Ni-Cd, seuls les ac-cumulateurs au plomb entrent en ligne de compte.A côté des accumulateurs à faible maintenance, quinécessitent un contrôle de niveau d’eau tous les 6 à12 mois, il existe maintenant des accumulateursétanches qui ne nécessitent pas de maintenance.

Exemple pratique

Un alpage comprenant 45 têtes de bétail est situédans les préalpes à 1500 m d’altitude. Jusqu’ici sonalimentation électrique a été fournie par un groupediesel.

L’installation a été dimensionnée de manière à as-surer le fonctionnement d’une installation de traiteà deux agrégats, d’une centrifugeuse de lait et de14 lampes d’éclairage. Selon les calculs, les besoinsjournaliers sont évalués à 3.4 kWh, un chiffre qui aété confirmé par des mesures. Les cellules solairesinstallées couvrent une surface de 10 m2, permet-tant d’obtenir une puissance maximale de 1.3 kW.Les accumulateurs sont dimensionnés de manièreà assurer une réserve de 5 jours de fonctionnement(450 Ah).

La régulation de l’installation comprend les instru-ments nécessaires au contrôle de charge et de dé-charge des accumulateurs, ainsi que les compteursde production et de consommation. La tension deservice, de 48 V, garantit un minimum de pertes. Lacentrifugeuse et la machine à traire sont adaptées àcette tension, ainsi que les lampes qui ont été rem-placées.

Cette installation fonctionne depuis 5 ans, à la sa-tisfaction de ses utilisateurs.

Aujourd’hui, la production de modules photovol-taïques est en constante augmentation, et on peutattendre que cette situation aura des effets favo-rables sur l’évolution de la technologie et des prix.Actuellement, le programme Energie 2000, duConseil fédéral, soutient de manière politique et fi-nancière cette nouvelle technique. Il ne faut toute-fois pas oublier que, dans les conditions actuelles,l’énergie hydraulique s’avère plus rentable, pourautant qu’elle soit disponible.


45

Caractéristiques de l’installation

Cellules solaires:Type de cellules monocristallinesPuissance à 1’000 W/m2 1’300 WTension de service 48 VRendement 10%

Régulateur:Principe régulation en série en/horsCourant de décharge maximum 2 x 25 A

Accumulateur:Type de batterie accumulateur au plomb

à faible entretienCapacité nominale 450 AhTension nominale 48 V

Besoins en énergie

Utilisateur Puissance Besoinsjournaliers en énergie

14 lampes à 12 W 170 W 0.17 kWh1 centrifugeuse à lait 260 W 0.53 kWh1 machine à traire à 2 agrégats 800 W 2.70 kWh

Total 1280 W 3.40 kWh

Coûts

Cellules photovoltaïques Fr. 30’000.–Batteries avec supports Fr. 7’000.–Modification et remplacement des appareils électriques Fr. 6’500.–Boîtier électrique, régulation et installation Fr. 4’300.–

Coût total Fr. 47’000.–

Exemple pratique

Pour en savoir plus

Cellules photovoltaïques – Les possibilités en Suis-se. INFOENERGIE, 1991

Générateurs photovoltaïques, principes de base,technique de montage et injection dans le réseau.Document PACER (OFQC, N° de commande OCFIM724.242f), 1992


46


47

Rayonnement global maximum

PACER


48

Puissance d'une cellule solaire

PACER


49

Rayonnement solaire global mensuel detrois villes suisses

PACER


50

Composants d'une installation photovoltaïque

PACER

Principe de fonctionnement 53

La turbine 53

Le générateur 54

Composants d'une installation 55

Besoins d'énergie dans les alpages 55

Coûts 57

Microcentrales hydroélectriques

51


L’alimentation électrique d’alpage de montagne,ainsi que d’exploitations agricoles éloignées, peutsouvent être assurée à l’aide de microcentrales hy-droélectriques. De telles installations sont financiè-rement intéressantes dès qu’il n’y a pas de possibi-lité immédiate de raccordement au réseau. Lesmicrocentrales hydroélectriques présentent tousles avantages que l’on attend d’un système moder-ne de production d’électricité: décentralisation etrespect de l’environnement. C’est pourquoi le pro-gramme du Conseil fédéral Energie 2000 soutientce type d’installations.

Principe de fonctionnement

L’énergie mécanique, produite par l’action de l’eausur la turbine, sert à entraîner une génératrice élec-trique. Le courant y est produit par induction élec-tromagnétique, une bobine (rotor) tournant dans unchamp magnétique.

La turbine

La turbine se compose d’une partie mobile (roue àaubes, hélice), sur laquelle agit le fluide, et d’unepartie fixe qui sert à diriger ce fluide. Pour des puis-sances inférieures à 20 kW et pour des installationsen altitude, seules deux types de turbines entrent enligne de compte: les turbines Pelton et les turbinesà flux traversant.

Dans la turbine Pelton, l’eau est projetée à grandevitesse par une ou plusieurs buses sur des augetsplacés sur la circonférence de la roue. La pressiondans les buses a augmenté la vitesse du jet d’eau àson maximum; par la déviation du jet d’eau dans lesaugets, on transforme l’énergie potentielle de l’eauen énergie mécanique. Les turbines Pelton convien-nent bien lorsque la hauteur de chute est supérieu-re à 20 m et que le débit est modeste.

La turbine à flux traversant, connue également sousle nom de turbine Ossberger, est une turbine à ac-tion dans laquelle l’eau passe au travers d’une roueà aubes. Son domaine d’application se situe pourdes hauteurs de chute de 1 à 200 m, pour autant queles débits soient supérieurs à 20 l/s.


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Principe de fonctionnement1 Turbine2 Génératrice3 Courant électrique

Turbine Pelton1 Roue2 Injecteur3 Vanne de réglage

PACER

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Le générateur

La machine tournante qui transforme l’énergie mé-canique en énergie électrique s’appelle dynamo sile courant produit est continu, et alternateur si cecourant est alternatif. En pratique, et pour des rai-sons financières, on utilise en général un alterna-teur.

Des générateurs à courant monophasé 200 V nesont adaptés qu’à de petites installations, d’unepuissance de moins de 500 W. Pour des puissancesplus élevées, à partir d’un kilowatt, on trouve sur lemarché des alternateurs triphasés (220/380 V).

Si l’on souhaite disposer de courant continu, on uti-lisera des alternateurs munis de redresseurs. Cesderniers sont avantageux, étant donné que l’on enfabrique de grandes quantités pour l’industrie au-tomobile. La puissance de telles installations à cou-rant continu va jusqu’à environ 1 kW.

Le choix du genre de courant et de sa tension dé-pend de l’utilisation que l’on compte en faire. Si l’onsouhaite pouvoir accumuler de l’énergie électrique,alors le courant continu s’impose. Un réseau alter-natif de 220 V offre l’avantage que l’on peut y rac-corder la plupart des appareils électriques du com-merce. La même remarque peut être faite pour lesalternateurs triphasés 220/380 V, avec l’avantagesupplémentaire que de gros moteurs triphasés peu-vent y être connectés.

Durant les heures où il n’y a pas de besoins, il estrecommandé d’arrêter la turbine et de stocker l’ex-cédent d’eau dans un petit bassin de rétention. Sicela n’est pas possible, on peut alors envisager destocker le courant produit dans des batteries.


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Turbine Ossberger1 Roue2 Distributeur réglable

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Composants d’une installation

Une microcentrale hydroélectrique se compose es-sentiellement des 5 éléments suivants: le captagede l’eau, le réservoir, la conduite forcée, la turbineet la génératrice, qui finalement produit le courantélectrique.

Le captage d’eau d’un torrent alpin doit tenir comp-te des variations rapides de débit, ainsi que de laprésence de gravier et de sable. Pour le captage, onutilise souvent un déversoir à grille inversée (ou ty-rolien). Un désableur est également indispensable.Le choix du système de captage, du diamètre et dela forme des conduites doit viser à réduire au maxi-mum les pertes dues au frottement. Un réservoird’accumulation (fonctionnement discontinu), ou unréservoir tampon (fonctionnement continu), per-mettent de compenser un débit momentanémentinsuffisant. Un petit lac ou un étang sont parfois uti-lisés à cet effet, il est également possible de réaliserun réservoir en béton ou en bois. Au sortir de la tur-bine, l’eau est restituée dès que possible au torrent.

Besoins d’énergie dans les alpages

Les besoins en énergie dans un alpage dépendentde sa taille, ainsi que de son mode d’exploitation.Si l’exploitation compte surtout du jeune bétail,l’électricité produite servira surtout à l’éclairage,ainsi qu’au fonctionnement des barrières électri-fiées. En présence de vaches laitières, une fractionimportante de l’électricité servira à actionner lesmachines à traire, ainsi que les équipements de lafromagerie.

La puissance effective nécessaire est déterminée entenant compte des différents appareils que l’on sou-haite utiliser. Afin d’éviter un surdimensionnementde l’installation, on tachera de répartir dans le tempsl’utilisation des différents consommateurs d’électri-cité. On évitera d’enclencher au simultanément degros consommateurs (par exemple: une machine àtraire et une plaque électrique). Les excédents decourants électriques peuvent éventuellement servirau chauffage de l’eau chaude.

Une fois la puissance maximale nécessaire connue, ily a lieu de voir si le cours d’eau envisagé pour la pro-duction d’électricité a un débit suffisant. La puissance


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Eléments d’une microcentrale hydroélectrique1 Captage d’eau 5 Conduite forcée2 Désableur 6 Local des machines3 Amenée d’eau 7 Conduite de fuite4 Château d’eau 8 Ligne électrique

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produite dépend de la hauteur de chute utilisable,et de la quantité d’eau dont on peut disposer (débit).Cette puissance se calcule facilement à l’aide de larelation suivante:

Puissance électrique (kW) = débit (l/s) x hau-teur de chute (m) x 0.007

A titre d’exemple, une puissance de 10 kW peut êtresoit produite avec un débit de 10 litres par secondeet une hauteur de chute de 140 mètres, soit avec undébit de 70 l/s et une hauteur de chute de 20 m.


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Puissance électrique en fonction de la hauteur dechute et du débit

Profil de la puissance nécessaire à un alpage de 136 vaches avec fromagerie1 Pompe à vide 8 Cuisinière2 Pompe à lait 9 Brasseur à purin3 Centrifugeuse 10 Brasseur de la fromagerie4 Brasseur de la fromagerie 11 Accumulateur à eau chaude5 Pompe à eau chaude 12 Boiler à eau chaude6 Baratte 13 Eclairage, frigo7 Pompe à lait de la fromagerie 14 Pertes de distribution

PACER

PACER

Coûts

Les coûts effectifs d’une microcentrale hydroélec-trique dépendent très fortement des conditions lo-cales, de l’importance des infrastructures à réaliseret du coût de la main-d’œuvre. C’est pour celaqu’avant de réaliser une installation, il convientd’établir un avant-projet et d’en chiffrer le coût avecle maximum de précision possible.

L’analyse d’autres installations ne permet pas dedonner de rapport prix/puissance cohérents. Tou-tefois, à titre purement indicatif, on peut évaluer lecoût du kW installé entre Fr. 9000.– et 15000.–, pourdes installations dont la puissance est compriseentre 2 et 16 kW. Ces montants sont nettement in-férieurs à ceux qui seraient nécessaires pour la réa-lisation d’une éolienne ou une centrale photovol-taïque de puissance équivalente.

Ces sommes sont globales, elles ne tiennent pascompte de subsides éventuels. Ceux-ci dépendentdes cantons et des conditions locales. En règle gé-nérale leur octroi dépend des offices cantonauxd’améliorations foncières.

Pour en savoir plus

Alimentation en énergie des alpages à l’aide de mi-crocentrales hydroélectriques. Rapport FAT N° 348,1989, 28 p.


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Lieu Puissance Hauteur Débit Coûtsde chute

(kW) (m) (l/s) (Fr.)

Blackenalp 0.15 18.5 1.6 6’800.–

Beuertweid 2.0 90.0 4.0 18’500.–

Hinterchirel 2.4 130.0 3.0 20’200.–

Bachläger 8.6 50.0 26.0 102’000.–

Cavel 15.4 84.0 27.0 220’700.–

Aebnet 16.0 220.0 11.0 180’400.–

Coûts d’installation de quelques microcentraleshydroélectriques


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Principe de fonctionnement

1 Turbine2 Génératrice3 Courant électrique

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Eléments d’une microcentrale hydroélectrique

1 Captage d’eau2 Désableur3 Amenée d’eau4 Château d’eau5 Conduite forcée6 Local à machines7 Conduite de fuite8 Ligne électrique

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Turbines Peton et Ossberger

Turbine Pelton1 Roue2 Injecteur3 Vanne de réglage

Turbine Ossberger1 Roue2 Distributeur réglable

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Puissance électrique en fonction de lahauteur de chute et du débit

PACER

Les plantes comme ressource d'énergie 65

Utilisation de l'huile de colza comme carburant 66

Production d'ester méthylique de colza 67

Mesures comparatives 67

Bilan énergétique 68

Rentabilité économique 68

Matières premières renouvelables

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Les plantes comme ressourced’énergie

L’augmentation constante des rendements agri-coles, couplée à la stagnation des marchés, conduità des excédents de plus en plus importants. Dèslors, on est amené à se poser des questions sur lesbuts futurs de l’agriculture suisse, et sur la part quidevra être réservée à la production strictement ali-mentaire.

A côté de cultures extensives et d’une mise en ja-chère de certaines surfaces, les représentants desmilieux agricoles envisagent la production de ma-tières premières et d’énergies renouvelables à par-tir de plantes. Ces possibilités ne sont pas nouvelles,puisque dans l’agriculture traditionnelle une partnon négligeable des terres était réservée à la pro-duction de matières premières et de combustible.Ce cycle autarcique a disparu, il y a quelques di-zaines d’années, avec l’arrivée du pétrole abondantet bon marché.

Aujourd’hui, la tendance s’inverse à nouveau et l’oncherche à faire renaître les anciennes traditions, auvu des techniques modernes. En lieu et place dufourrage, destiné aux bêtes de trait, on peut déve-lopper des cultures destinées à la production de car-burants liquides, de lubrifiants ou de biogaz. Cesagents énergétiques pourraient être utilisés aussibien comme carburant pour faire tourner des mo-teurs, que comme combustible.

Au premier rang des matières ayant un bon rende-ment énergétique, on trouve les cultures sucrièresainsi que les plantes renfermant de l’amidon, tellesles betteraves, les carottes, les céréales et le maïs.Par un procédé chimico-biologique simple, cesplantes peuvent être transformées en éthanol.

Les bois à croissance rapide, la paille, les céréalesentières ou le foin peuvent permettre de produirede la chaleur, voire même de l’électricité. La fabri-cation de gaz de synthèse par pyrolise, c’est-à-direpar combustion en l’absence d’air, est plus intéres-sante du point de vue énergétique. Le gaz produit,riche en monoxyde de carbone, convient à l’entraî-nement de groupes chaleur-force. Ceux-ci permet-tent de produire simultanément de 25 à 30% d’élec-tricité et de 50 à 60% de chaleur.

Toutes ces techniques sont connues et elles ontété développées jusqu’au stade d’installations de


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Végétal Carburant

riche en sucre:Canne à sucreBetterave sucrièreBetterave fourragère EthanolMillet sucré

riche en amidon:Pomme de terreCéréalesMaïs EthanolManioc

riche en cellulose:BoisPailleCasse/Balle EthanolBagasse

riche en huile:ColzaRaveLin Huiles végétalesChanvreTournesol


Végétaux se prêtant à la production de carburant

Estérification de l'huile de colza

PACER

démonstration. Leur implantation s’est toutefoisheurtée à la concurrence économique du pétrole etparfois à des problèmes de rendement énergétiqueou de bilan écologique.

La transformation de l’herbe en biogaz, par fer-mentation bactérienne, ouvre actuellement de nou-velles perspectives prometteuses. Toutefois cestechniques étant nouvelles, elles relèvent actuelle-ment encore plus de la recherche que de la pratique.

Utilisation de l’huile de colzacomme carburant

Durant les dix dernières années, de nombreux es-sais ont été faits, en Allemagne et en Autriche, afind’utiliser des huiles végétales (surtout de l’huile decolza), comme carburant dans des moteurs diesel.Toutefois, en raison de leur viscosité trop élevé d’unfacteur 10, ces huiles endommagent les moteursdiesel modernes, surtout ceux à injection directe.Aussi a-t-on développé, en petite série, des moteursdiesel spéciaux, appelés moteur «Elsbett», du nomde leur inventeur. Ces moteurs fonctionnent parfai-tement à l’huile de colza et leur rendement peut êtrequalifié de bon. Par simple pression de l’huile decolza, le producteur peut ainsi produire lui-mêmeson carburant. L’inconvénient de cette solution ré-sulte du coût des modifications nécessaires: deFr. 5000.– à 10 000.– par moteur. Cet handicap frei-ne actuellement la diffusion de cette solution et, parsuite, la possibilité d’écouler l’huile de colza commecarburant.

Alors qu’actuellement, en Allemagne, on encoura-ge le développement de moteurs Elsbett, l’Autrichesuit une autre direction: au lieu d’adapter le moteur,on adapte le carburant. Ceci est possible en ayantrecours à une réaction chimique relativementsimple: l’estérification. L’huile de colza, ainsi trans-formée en ester méthylique, est directement utili-sable, sans adaptation préalable, dans la plupartdes moteurs diesel existants. Dès que l’on atteindrades prix comparables à ceux du diesel, on peut s’at-tendre à une production importante. La techniquede l’estérification, développée en Autriche, yconnaît actuellement un fort développement. EnSuisse, on a l’intention d’implanter également cettetechnologie.


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Schéma du processus de fabrication du biodiesel

1 Récolte1 ha de culture de colza produit 6000 kg de paille de colzaet 3000 kg de graines de colza.

2 Production d’huileA partir de 3000 kg de graines de colza, on obtient, aprèspression,1300 litres d’huile de colza.

3 Adjonction d’alcool méthyliqueOn ajoute 165 litres de méthanol aux 1300 litres d’huilede colza.

4 EstérificationAu travers du processus, on obtient finalement: 1375 litresd’esther méthylique de colza (EMC) et 100 litres de glycé-rine.

5 Stockage et utilisationFonctionnement de véhicules diesel (transports publics ettracteurs) à l'aide d'EMC.

PACER

Production d’ester méthyliquede colza

Ce sont les mêmes espèces de colza qui se prêtentà la production d’huile comestible ou d’ester mé-thylique. De la même manière, la prise en charge etle traitement se font dans les moulins à huile.S’agissant de la production de carburant, l’estérifi-cation remplace le raffinage. Pour cela l’huile estchauffée à 50 à 80 °C, on y ajoute alors du méthanolen présence d’un catalyseur, les grosses moléculesde graisse de la glycérine se séparent et se lient àune molécule de méthanol pour donner l’ester mé-thylique de colza (EMC). Partant de 1300 litres d’huilede colza, on obtient 1375 litres d’EMC avec, commedérivé, 131 kg de glycérine. Après purification, cetteglycérine peut être utilisée dans l’industrie chi-mique. Les restes de colza (tourteau) constituentl’autre sous-produit, ils conviennent au fourrage,tout spécialement lorsque le colza est du type 00.

Mesures comparatives

Caractéristiques des moteursDes mesures comparatives, effectuée sur un trac-teur de 48 kW (SAME – Explorer 65), ont montré queles puissances et les couples étaient pratiquementles mêmes, que l’on utilise du diesel ou de l’EMC.Par contre, avec l’EMC la consommation est supé-rieure de 6 à 8 %, ceci en raison de son pouvoir ca-lorifique un peu plus faible.

Les essais ont également montré qu’en pratique leconducteur ne remarque pas de différence entre lesdeux carburants, si ce n’est à l’odeur. Avec le die-sel, l’odeur des gaz est âcre, avec l’EMC l’odeur serapproche de celle de la friture.

Gaz d’échappementLes gaz d’échappement des moteurs fonctionnantà l’EMC présentent non seulement une odeur moinsdésagréable, mais ils sont également moins nocifspour l’environnement. Dans des conditions de fonc-tionnement identiques, l’EMC occasionne:– environ 1/3 de suie en moins (émission de parti-

cules);– considérablement moins d’hydrocarbures (can-

cérigène);– très peu de dioxyde de soufre (responsable des

pluies acides);


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Comparaison de l'EMC et du dieselPACER

– moins de CO2 (responsable de l’effet de serre), dufait du circuit fermé.

C’est surtout ce dernier point qu’il convient de rele-ver: en effet, si la production indigène de colza(17 000 ha) était utilisée comme carburant, la ré-duction annuelle d’émission de CO2 atteindrait60 000 tonnes!

Des tests sont actuellement en cours, ils portent surdeux tracteurs agricoles qui servent au labours,ainsi que sur 5 autobus des services des transportsde la ville de Zurich.

Bilan énergétique

Le bilan énergétique du biodiesel est indiscutable-ment positif: si l’on fait la somme de toute l’énergiequi est utilisée de la culture du colza, à son esthéri-fication, soit directement sous forme d’énergie, soitindirectement sous forme d’engrais, on atteint30 GJ. Le rendement énergétique, sous formed’EMC, de glycérine et de déchets de colza attein-drait quant à lui 73 GJ. Le rapport de l’énergie four-nie sur l’énergie produite (rendement énergétique)est de 2.4. Même si l’on ne considère comme éner-gie produite que celle apportée par le carburant(sans la glycérine et le tourteau), le bilan demeurepositif.

Rentabilité économique

Comme pour la plupart des cultures, le colza estsubventionné. Ainsi le paysan suisse reçoit un peuplus de Fr. 2.– pour un kilo de graines de colza, alorsque son collègue autrichien ne reçoit que Fr. 0.55.Le prix du marché mondial ne dépasse pas, quantà lui, Fr. 0.30. Le prix du biodiesel produit dépenddonc directement du prix de base garanti: par rap-port au diesel le manque à gagner est ainsi deFr. 1.85 par litre d’EMC. Ce manque à gagner doittoutefois être vu sous l’angle d’une alternative à lapolitique agricole, au même titre que la mise en ja-chère ou que l’utilisation des céréales panifiablesexcédentaires.


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Bilan énergétique du biodieselLe bilan énergétique du biodiesel est indiscutablementpositif. Pour une unité d’énergie consommée, on produitenviron 2.5 unités d’énergie sous forme de carburant etde fourrage.

1 Méthanol 0.9 GJ2 Processus industriel 9.5 GJ3 Production agricole 19.6 GJ

Energie entrante totale 30.0 GJ/ha

4 Glycérine 1.5 GJ5 Fourrage 26.5 GJ6 Biodiesel 44.9 GJ

Energie totale produite 72.9 GJ/ha

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Conclusions

La production d’EMC permettrait de réduire les ex-cédents de production de céréales panifiables. Ellen’est toutefois pas concurrentielle sans subsides del’Etat, dès lors la décision de produire et d’utiliserde l’EMC est un choix politique. L’EMC permettraitd’augmenter sensiblement, et à court terme, la partdes énergies renouvelables dans notre bilan éner-gétique. Même si l’on est loin d’une rentabilité éco-nomique, au sens habituel du terme, la productiond’EMC présente les avantages suivants, qui de-vraient influencer la décision politique:

– L’EMC est un carburant qui présente une faiblecharge pour l’environnement: peu de SO2, peu departicules, des émissions de CO2 réduites.

– La production d’EMC présente un bilan énergé-tique nettement positif: pour une unité d’énergieconsommée on en produit 2.4.

– Le colza recouvre les champs durant les moisd’hiver, les préservant ainsi de la dénitrification.

– Si l’on utilise les nouvelles variétés de colza detype 00, parallèlement à la production d’EMC, onproduit un fourrage indigène de première qualité.

Pour en savoir plus

Rouler au colza. Technique agricole, TA 3/1991.

Biodiesel: bilan énergétique et bilan CO2 d’un car-burant d’origine agricole.Revue agricole suisse 24, p.39-43, 1992.

Carburants renouvelables en Suisse: Que choisir?Revue agricole suisse 24, p 45-50, 1992.

Nouveaux résultats à propos du biodiesel. Journéesd’actualisation pour conseillers et enseignants enmachines agricoles. Rapport interne FAT, avril 1992.


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Végétaux se prêtant à la production de carburant

Végétal Carburant

riche en sucre:Canne à sucreBetterave sucrièreBetterave fourragère EthanolMillet sucré

riche en amidon:Pomme de terreCéréalesMaïs EthanolManioc

riche en cellulose:BoisPailleCasse/Balle EthanolBagasse

riche en huile:ColzaRaveLin Huiles végétalesChanvreTournesol

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Schéma du processus de fabrication du biodiesel

PACER

1 Récolte1 ha de culture de colza produit 6’000 kg de paille de colza et 3’000 kg de graines de colza.

2 Production d’huileA partir de 3’000 kg de graines de colza, on obtient, après pression, 1’300 litres d’huile decolza.

3 Adjonction d’alcool méthyliqueOn ajoute 165 litres de méthanol aux 1’300 litres d’huile de colza.

4 EstérificationAu travers du processus, on obtient finalement: 1’375 litres d’ester méthylique de colza(EMC) et 100 litres de glycérine.

5 UtilisationCarburant pour véhicules diesel (tracteurs et bus).


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Estérification de l'huile de colza

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Bilan énergétique du biodiesel

1 Méthanol 0.9 GJ2 Processus industriel 9.5 GJ3 Production agricole 19.6 GJ4 Glycérine 1.5 GJ5 Fourrage 26.5 GJ6 Biodiesel 44.9 GJ

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Documents

Energies renouvelables dans l’agriculture