Production potentielle de bioéthanol, de biométhane et de

BASE Biotechnol. Agron. Soc. Environ.201115(3),471-483 Le Point sur :

Productionpotentielledebioéthanol,debiométhaneetdepelletsàpartirdesdéchetsdebiomasselignocellulosiquedubananier(Musaspp.)auCamerounIrénéeKamdem(1),KodjoTomekpe(2),PhilippeThonart(1)(1)Univ.Liège.CentreWallondeBiologieIndustrielle(CWBI).Sart-Tilman,B40.B-4000Liège(Belgique).E-mail:[email protected](2)CentreAfricaindeRecherchessurBananiersetPlantains(CARBAP).B.P.832Douala(Cameroun).

Reçule12février2010,acceptéle7décembre2010.

Comme la plupart des pays africains producteurs et exportateurs de bananes, le Cameroun est confronté à un déficiténergétiquemajeur.Pourtant,lepaysgénèreuneimportantequantitéannuellededéchetsdebiomasselignocellulosiquedebananiersinexploités.Cesdéchetsreprésententenviron4500000tonnesdematièrefraiche,soit402750tonnesdematièresèchecontenant80,57%dematièreorganique.S’inscrivantdansunelogiquededéveloppementdurableliéaucontextedelaprotectiondel’environnement,labiotransformationdecesdéchetsproduiraitpotentiellementenviron93800,92133et447500tonnesdebioéthanol,debiométhaneetdepellets,respectivement.Toutencontribuantàlaréductiondudéficiténergétiqueetàlacréationdenombreusesopportunitésd’emplois,l’exploitationdecesénergiesrenouvelablesoubiocarburantsconstitueraitdenouveauxdébouchésdevantassureruneimportantesourcederevenusaussibienauxcultivateursdebananesqu’aupaystoutentier.Mots-clés.Musa(bananes),biocarburants,biomasse,énergie,Cameroun.

Potential production of bioethanol, biomethane and wood pellets from lignocellulosic biomass wastes of the banana plant (Musa spp.) in Cameroon.LikemostAfricancountrieswhoareproducersandexportersofbanana,Cameroonisfacingamajorenergydeficit.Yet,thecountryisgeneratingannuallyabout4,500,000tonsoffreshbananaplantlignocellulosicwastebiomassmatterequivalentto402,750tonsofdrymatter.Thedrymattercontainedabout80,57%organicmatterwhicharenotexploited.Underthesustainabledevelopment,whichislinkedtoenvironmentalprotection,thebiotransformationoftheseresiduescanpotentiallyproduceabout93,800;92,133;447,500tonsofbioethanol,biomethaneandpelletsrespectively.Thewastetransformationcouldreducetheenergydeficitandcreatejobsopportunities.Productionsofthisrenewableenergyorbiofuelalsoconstituteanewareawhichcouldassureanimportantsourceofincomeforthebananacultivatorsandtheentirecountry.Keywords.Musa(banana),biofuel,biomass,energy,Cameroon.

1. IntroduCtIon

De nos jours, les changements climatiques, ladégradationetlapollutiondelabiosphèredeviennentun sujet de préoccupationmajeure dans un contexted’explosiondémographique,demenacedelasécuritéalimentaire, d’industrialisation galopante et dedemanded’énergiesanscessecroissante.Cetteénergie,quiarendupossibleledéveloppementindustrieldansplusieursrégionsdumonde,estmaletsous-exploitéeenAfriqueengénéraletauCamerounenparticulier.

Potentiellement riche en ressources d’énergiesrenouvelables et plus particulièrement en biomassevégétale, le Cameroun possède paradoxalement une

très faible consommation énergétique par rapport àlamoyenne africaine qui est de 0,6tep par habitant.D’après Nkue et al. (2009), la consommation finaled’énergie au Cameroun, rapportée à la populationnationale, était de 0,29tep par habitant en 2006.En énergie traditionnelle (biomasse), ce ratio est de0,23tepparhabitant.

Le bois de feu, surexploité et considéré commesource d’énergie du pauvre, est resté longtempsoublié de la comptabilité énergétique nationale.L’électricité resteun luxeauquelnepeuvent accéderlespopulationsdéfavoriséesdesmilieuxrurauxdontleniveaudepauvretéestd’environ70%.Selonl’Agenced’ÉlectrificationRurale(AER)citéeparWandji(2007),

472 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 201115(3),471-483 KamdemI.,TomekpeK.&ThonartPh.

seulement2010localitésruralescamerounaisessuruntotald’environ7500dontlapopulationestsupérieureà200habitants,bénéficiaientducourantélectriqueen2003. Il ressortdeces statistiquesqu’une importantetranche de la population ne dispose pas de revenussuffisants pour payer sa facture d’électricité, malgréles multiples problèmes d’approvisionnement etles délestages intempestifs. Ceci se traduit par uneforte utilisation du bois-énergie et du kérosène. Lesmilieux ruraux se caractérisent ainsi par une faiblepénétration des énergies modernes (sous forme dekérosène et rarement d’électricité). Ces dernièresserventessentiellementàl’éclairage,lesautresbesoinsénergétiquesétantdesservisparlebois-énergie.

Grands consommateurs énergétiques au traversde ses activités économiques, les milieux urbainssouffrent aussi de multiples problèmes énergétiques.Depuis la privatisation de la Société Nationaled’ÉlectricitéduCameroun (Sonel), sesperformancessont manifestement médiocres. C’est ainsi que leshabitants de certaines agglomérations de plus de60000habitants sont restés jusqu’à 55jours par ansansalimentationenénergieélectrique(Wandji,2007).ÀYaoundéetDouala,lesdeuxprincipalesmétropolesdu pays, les interruptions intempestives de courantélectriquesontalléesgrandissantaufildesannées.

Les enjeux énergétiques sont nombreux auCameroun. Selon les études d’Ongono (2009), uneaugmentationde1%duPIBdanslesecteurindustrielentraineuneaugmentationde0,3%delaconsommationd’énergie; et lorsque la consommation d’énergieaugmente de 1%, la croissance dans le secteur desservices s’améliore de 0,6% environ.Ainsi, le paysfaitfaceàunedemanded’énergiequicroîtsouslecoutdu développement et de la pression démographique.L’inévitable épuisement des réserves de pétrole dontla production baisse depuis 1986 (Wandji, 2007), ladéforestation massive pour la production d’énergietraditionnelleetladépendancedesgrandesmétropoles(Yaoundé et Douala) vis-à-vis des énergies fossilespourlamotorisation,embarrassentdeplusenpluslesautoritéspubliques.Girod(1994)affirmequeprèsde70% de la population camerounaise utilise du boisissu de la déforestation pour satisfaire ses besoinsénergétiques; plusieurs régions, notamment au norddupays,sontconfrontéesàdesproblèmesdedéficitenboisdefeu.Lesenjeuxsuscitésexigentdessolutionsquidevrontrépondreaudéveloppementdurablepournepascompromettrel’avenirdesgénérationsfutures.

Le Cameroun, en tant que pays à revenuessentiellement agricole, est le premier producteuret exportateur de bananes à dessert en Afrique(Lassoudière,2007).Parconséquent,ilestlepremiergénérateurafricaindedéchetsdebananiers.

Vul’immensitédupotentielennouvellesénergiesrenouvelablesquepossèdeleCameroun,dansunsouci

depréservationde la sécurité alimentaire, nousnouslimiterons à la biomasse lignocellulosique et plusprécisément celle du bananier (Musa spp.); le butde notre étude étant de contribuer à la protection del’environnementàtraverslaluttecontreladéforestationmassiveet laparticipationaudéveloppementdurableduCameroun.Cebutseraatteintparlamiseenexerguedu potentiel énergétique des déchets de biomasselignocellulosique du bananier dans le cadre d’unetransformationenbiocarburantsdesecondegénération(bioéthanol, biométhane et pellets ou granulés debois). Dans un premier temps, nous présenteronsbrièvement le Cameroun. Nous enchainerons avecla description du bananier et la production de labanane. Suivie d’une conclusion, la dernière partiefera l’objet de la valorisation énergétique potentiellepar biotransformation des déchets de biomasselignocellulosiquedubananier.

2. Le CaMeroun et Le bananIer

2.1. Présentation du Cameroun

LeCamerouna la formed’un triangleetestsituéenAfriquecentraleaufonddugolfedeGuinée.Ils’étireentreles2eet13eparallèlesdelatitudeNordetles9eet16eparallèlesdelongitudeEst.Letableau 1présentelacompilationdesdonnéeschiffréesdupaysissuesdeplusieurspublications.Cesdonnéessontrelativesàlapopulation, l’économie, l’énergie, la végétation et laproductiondebananesetbananesplantains.

2.2. description sommaire du bananier

Originaired’AsieduSud-Est,lebananierestuneherbegéante appartenant à la famille des musacées, ordredes Zingibérales (Scitaminales). Monocotylédonede grande taille sans tige végétative et à fleurszygomorphes, il est composé de plusieurs organesmorphologiques de taille et de constitution chimiquevariables:

– Latigesouterraine,improprementappeléebulbe,est lecentrevitaldubananier.Elleestlelieudeformation desracines,desfeuillesetdel’inflorescence.C’est àceniveauquesedifférencientlesrejetsassurantla pérenniténaturelledel’espèce;– Lepseudo-troncoufauxtroncrésultedel’imbrication desgainesfoliaireslesunesdanslesautres;– Dans certains cas, son limbe foliaire possède une longueurde5metunelargeurde1,1m(Champion, 1967). Le système foliaire est très développé et sa structure présente des particularités liées aux contraintesdel’alimentationhydrique(Lassoudière, 2007);

DéchetsdubananieretproductiondebiocarburantsauCameroun 473

– L’inflorescence se forme au niveau de la tige souterraine,parcourttoutlecentredufauxtroncavant sonapparitionàl’extérieurdelaplante.Lesfleurs femellesformentlerégimedebananesquiconstituent lapartiecomestible(Champion,1967).

2.3. Production de la banane à dessert et à cuire au Cameroun

La tendance habituelle consiste à ne prendre encompte que la banane à dessert (essentiellement du

tableau 1.DonnéeschiffréesduCameroun—Cameroon data figures.Populationa,b

Superficie 475442km2

Population(2009) 18879301habitantsDensité(2009) 40habitantsparkm2

Tauxdecroissancedémographique(2009) 2,19%Populationactive(2008) 6716000habitantsPopulationactiveparsecteur(2001) Agriculture:70%,industrie:13%,services:17%Populationsousleseuildepauvreté(2000) 48%Langueofficielle Françaisetanglaiséconomiea,b

PIB(2005) 15,35milliardsUSDPIBparsecteur(2005) Agriculture:44,8%,industrie:17%,services:38,2%TauxdecroissanceduPIB(2003) 4,1%Tauxd’inflation(2003) 4,5%énergiea,b

Productiondepétrolebrut(2008) 87400barilsparjourProductiond’électricité(2006) 3,903milliardsdekWhProductionetconsommationdegaznaturel(2006) 20millionsdem3

Consommationdepétrolebrut(2006) 24500barilsparjourConsommationd’électricité(2006) 3,323milliardsdekWhConsommationénergétique(2007) Énergiestraditionnelles(bois,charbondebois,déchets

forestiers):65%Énergiesfossiles:21%Électricité(hydraulique,fuellourdetgaznaturel):14%

Tauxd’accèsauréseauélectrique(2002) Tauxd’accèsofficiel:13,41%desménagesTauxd’accèsnonofficiel:35,01%desménages(dufaitdesbranchementsclandestins)

Augmentationannuelledelademandeélectrique(2007) 6%Végétationb

Forêt:55%duterritoire(1992) Forêtdense:67,3%Forêtdégradée:17,3%Forêtdesavane:15,4%

Savane(humideetsèche)etsteppe:45%duterritoire(1992)Production de bananes et bananes plantainsBananesetplantainsc 2250000tonnesDéchetshumidesdebananiersetdebananiersplantainsaprèslarécoltedesfruits

4500000tonnes(environ)

a:CentralIntelligenceAgency(CIA),https://www.cia.gov/library/publications/the-world-ctbook/geos/CM.html,(13/07/2009);b:Wandji,2007;cFAO,2002.FAOSTAT statistics data base, agriculture.Roma:FAO,citéparEmagaetal.,2007.


sous-groupeCavendish)lorsqu’onparledeproductionet de commerce de banane. Selon Lassoudière(2007), les bananes dites «à dessert» représentent56% de la productionmondiale,mais plus de 97%des exportations; les bananes à cuire, quant à elles,correspondent à 44% de la production totale debananes.

Le Cameroun est le premier producteur etexportateurdebananesenAfriquejusteavantlaCôte-d’Ivoire(Lassoudière,2007).SelonlesstatistiquesdelaFAO(2006),lesexportationsdebananesdessertduCameroun étaient estimées à environ 300000tonnesen2003eten2004.Selonlamêmeorganisation,deuxgrandsgroupesdominentlesecteurdelaproductiondebananesdessertauCameroun:laCompagniefruitièredeMarseille(groupeDole,46%)et laCDC(sociétéd’état,enpartenariatavecDelMonteCameroon,41%).Un troisième opérateur (groupe SPM, 13%) s’estinstalléplusrécemmentetestenpleinecroissance.Laprincipaledestinationd’exportationdebananesdessertest l’Union européenne. La production paysanne estdestinée aux marchés locaux et sous-régionaux. Lesbananes à cuire (plantains et autres)quant à ellesnefont pas encore l’objet d’une production à l’échelleindustrielle.Leurproductionconcerneprincipalementlespaysans.

Programme de reconversion économique de la filière banane plantain (Prébap) au Cameroun. En décembre 2008, le Cameroun a lancé un projetdénommé Programme de reconversion économiquede la filière banane plantain (Prébap). Ce derniervise le développement de la filière banane plantainet le transfert auxprincipauxacteursdu savoir et dusavoir faire en matière de techniques modernes deproduction,detransformationetdecommercialisationdesvariétésamélioréesdelabananeplantain.Danssaphased’extensiondébutanten2011,lePrébapprévoitdefairepasserencinqans laproductionannuelledeplantainà4millionsdetonnes,cequiaboutiraitàunesurproductiondesdéchetsdubananier.

estimations des déchets du bananier produits au Cameroun. Après la récolte des fruits du bananier,uneimportantepartiedelabiomasseestgénéralementabandonnée dans des bananeraies ou gaspillée parincinération.Constituéeessentiellementd’organesnonsouterrains,cettebiomassenonvaloriséeseregroupeprincipalementencinqpartiesmorphologiques(limbes,nervures/pétioles, gaines foliaires, hampe du régime/rachis, tige florale). Suivant les calculs effectués surbase des données publiées par Lassoudière (2007),Vargasetal.(2005),laditebiomassereprésenteplusdelamoitié(52,85%)delabiomassehumidetotaledelaplante.Lesbananes(fruitsrécoltésetcommercialisés)représententquantàelles34,65%; le reste (12,5%)

étantreprésentéparlatigesouterraineetlesracines.Ilenressortque:

– les déchets représentés par les parties morphologiques aériennes de la plante représentent (en biomasse humide ou fraiche) environ 1,5fois les fruitscommercialisés;– lesdéchetsdetouteslespartiesmorphologiquesnon commercialisées (tige souterraine et racines comprises) représententquantàeuxenviron2fois les fruits commercialisés (en biomasse humide ou fraiche).

Ainsi, une production annuelle de 2,25millionsdetonnesdebananesetplantainsauCameroun(FAO(2002)1 cité par Emaga et al. (2007)) signifierait lagénération de 4,5millions de tonnes de déchets debananierhumide.Etpouruneproductionde4millionsdetonnesdeplantain,commeleprévoitlePrébap,onaurait environ 8millions de tonnes de déchets. Cesdéchetsseraientnettementplusimportantssionprenden compte toute la végétation découlant de la souchemère.Ainsi,d’aprèsReddyetal.(2003),chaquehectaredebananeraiegénèreannuellementenviron220tonnesdedéchetshumides(rejetsetrejetonscompris).Ànoter,selonUmaetal.(2005),quelabiomasselignocellulosiquedes bananiers du groupe génomiqueAAB serait plusricheenmatièresècheetenfibresquecelledugroupegénomique AAA. Nous n’avons pas trouvé dansla littérature les données relatives à la compositionchimiquedétailléedelatigesouterraine/racines(partiesmorphologiques souterraines). Néanmoins, certainesétudes montrent que cette partie morphologiqueserait riche en amidon. Nous pourrions assimiler sacompositionchimiqueàlamoyennedescompositionschimiquesdedéchetsconstituésparl’ensembledescinqpartiesmorphologiquesprécédemmentcitées.

Lassoudière (2007) d’une part et Oliveira etal.(2007) d’autre part, ont publié les données portantsur la composition chimique de certaines partiesmorphologiques de bananiers du sous-groupeCavendish (groupe génomique AAA). Ces donnéesassociées à cellesd’autres auteurs (Polyamozhi et al.,1986; Viswanathan et al., 1989) nous ont permis dedéterminer par pondération la composition chimiquemoyennedecesdéchets.Lestableaux 2et3présententune compilation desdites données. Partant de cettecomposition chimique, nous avons mis en évidencela valorisation énergétique potentielle des déchets debiomasse lignocellulosique du bananier par le biaisd’une transformation en bioéthanol, biométhane etpellets.

1FAO,2002.FAOSTAT statistics data base, agriculture.Roma:FAO.


tableau 2.Compositionchimiquedelabiomasselignocellulosiquedespartiesmorpholoqiquesdubananierappartenantausous-groupeCavendish:Musa AAA—Chemical composition of lignocellulosic biomass of Cavendish sub-group banana’s morphological parts: MusaAAA.

Parties morphologiques (PaM)Limbes nervures +

pétiolesGaines foliaires tige florale Hampe du

régime + rachisbiomasse sèche et humide(%)mfPAMa(%mfPE)

13,00 9,25 17,83 8,92 3,85

mfPAMa

(%mfPAMT)24,60 17,50 33,74 16,88 7,28

msPAMab

(%mfPAM)16,50 9,80 3,40 7,80b 9,80b

msPAMd

(%mfPE)4,06 1,72 1,15 1,32 0,71

Composition chimiquec(%msPAMab)Cellulose 20,70 39,50 37,10 14,40 28,40Hémicellulose 8,60 21,50 11,40 5,50 7,50Lignine 24,30 18,00 13,30 10,70 10,50Amidon 1,10 0,40 8,40 26,30 1,40Protéines 8,30 1,60 1,90 3,20 2,00Lipides 8,40 2,10 3,50 2,50 2,90Cendres 19,40 11,60 19,00 26,10 26,80ESSE 1,23 0,57 3,03 2,13 0,94Pectinesetautres 7,97 4,73 2,37 9,17 19,56

Composition chimiquec(%mfPAM)Cellulose 0,84 0,68 0,43 0,19 0,20Hémicellulose 0,35 0,37 0,13 0,07 0,05Lignine 0,99 0,31 0,15 0,14 0,07Amidon 0,04 0,01 0,10 0,35 0,01

Protéines 0,34 0,03 0,02 0,04 0,01Lipides 0,34 0,04 0,04 0,03 0,02Cendres 0,79 0,20 0,22 0,34 0,19ESSE 0,05 0,01 0,03 0,03 0,01

Pectines,tanins,etc.

0,32 0,08 0,03 0,12 0,14

PAM:partiemorphologique—morphological part ;mfPAM:matièrefraichedespartiesmorphologiques—fresh matter of morphological parts;msPAM:matièresèchedespartiesmorphologiques—dry matter of morphological parts ;mfPE:matièrefraichedelaplanteentière—fresh matter of the entire plant ;mfPAMT:matièrefraichetotaledespartiesmorphologiques—total fresh matter of morphological parts ; ESSE:extraitsdesucressolublesdansl’eau—solubles sugar extracts in water;a:Lassoudière,2007;b:Subramanianetal.,1988&Viswanathanetal.,1989;c:Oliveiraetal.,2007;d:déductiondea,b,c—deduction from a, b, c.


3. VaLorIsatIon énerGétIque des déCHets du bananIer

3.1. Potentiel énergétique

Lesdonnéesreprisesdanslestableaux 3et4nousontpermisdecalculerlepotentielénergétiquedesdéchetsdu bananier (DBA) (sous-groupe Cavendish: MusaAAA),ainsiqueceluid’autresmatièrespremières.

En prenant en compte le taux deMS qui est de8,95% (tableau 2) et sachant, d’après Uma et al.

(2005),quelesbananiersdugroupegénomiqueAABseraientplusrichesenfibresetparconséquentenMSqueceuxdugroupegénomiqueAAA,onauraitainsiune production potentielleminimale deMSdeDBAestimée à 402750tonnes au Cameroun. En tenantcompte du Prébap, on aurait environ 716000tonnesde DBA. Selon Reddy et al. (2003), on a environ19,69tonnesdeMSdeDBA.ha-1.

Énergétiquement, le potentiel national annueldesDBAreprésenteenbariléquivalentpétrole (bep)1,14x 106 bep, soit 0,167x106tep. Considérant lePrébap,ilrevientà2x 106bepou0,3x106tep.

3.2. Production potentielle du bioéthanol

DeformulebruteC2H5OHetusuellementdésignéparl’abréviationEtOH, l’éthanolestunproduitàusagesmultiples (pharmaceutique, parfumerie, alimentaire,combustible, etc.). Il est produit chimiquement parhydratation catalytique directe de l’éthylène (CH2=CH2) et biologiquement par fermentation alcoolique.Lorsquelesubstratdelafermentationestunebiomasselignocellulosique,onprocèded’abordàunprétraitementqui vise à modifier les propriétés physiques etphysicochimiques,tellesqueledegrédepolymérisationde lamatière lignocellulosique,etdoncdes fractionscellulosiques et hémicellulosiques. Ce prétraitementestsuividel’hydrolysedespolysaccharides(celluloseet hémicellulose) en monosaccharides (hexoses etpentoses) avant la fermentation proprement dite quiconduira à la production du bioéthanol (Didderenetal.,2008).

Laconversiondespentosesetdeshexosesenéthanolfait l’objet de différentes voies de transformation.En effet, ces sucres peuvent être transformés par lavoie des pentoses phosphates, la glycolyse, la voied’Entner-Doudorof, etc.Dans lamesureoù certainesenzymes sont spécifiques à un microorganisme, ilest à noter que la voie de transformation des sucresen éthanol diffère suivant les microorganismesutilisés pour la fermentation. L’équation générale deproductiondubioéthanolàpartirdesmonosaccharidesestlasuivante:

CnH2nOn→n/3C2H6O+n/3CO2.

La figure 1 présente la production potentielledubioéthanol en litrespar tonnedeMS.Trois typesde production y sont représentés: la production parfermentation des hexoses uniquement, la productionparfermentationsuccessivedeshexosesetpentosesetlaco-fermentationsimultanéedeshexosesetpentoses(Didderenetal.,2008).

Lecoutdeproductiondépenddeplusieursfacteurs.Les deux facteurs les plus couteux du processusde conversion sont le prétraitement et l’hydrolyse

tableau 3. Composition chimique totale de la biomasselignocellulosique des parties morphologiques dubananier appartenant au sous-groupe Cavendish : Musa AAA — Total chemical composition of lignocellulosic biomass of Cavendish sub-group banana’s morphological parts: MusaAAA.Composants chimiques teneur(%) totalComposition chimique totale des PaM étudiées(%msPAMT)

100

ESSE 1,45Cellulose 26,09Hémicellulose 10,89Amidon 5,63Lignine 18,58Protéines 4,94Lipides 5,26Pectinesetautres 7,73Cendres 19,43

Monosaccharidesc(%sucresimple)Pentoses-Xyl-Ara

16,59,0

25,5

Hexoses-Glu-Gal-Man-Rha

69,02,52,01,0

74,5

éléments minérauxc (%cendres) 100Si 34Ca 19K 40P 2Mg 3

Autres 2Source:déductiondea,betcdutableau 2—deduction from a, b and c of table 2;ESSE:extraitsdesucressolublesdansl’eau—soluble sugar extracts in water;msPAMT:matièresèchetotaledespartiesmorphologiquesétudiées—total dry matter of studied morphological parts;PAM:partiemorphologique—morphological part ; a:Oliveiraetal.,2007.


enzymatique. En effet, ceux-ci représentent,respectivement, environ 33% et 40% du cout deproduction total. Le cout de la matière premièreest également un facteur important dans le cout deproduction, même si celui-ci intervient pour unemoindre proportion. De manière générale, les coutsde production du bioéthanol de seconde générationdépendent de la matière première exploitée et de latechnique de production employée (Wyman,1999;Reith et al., 2001;Zaldivar et al., 2001;VanThuijletal.,2003;Didderenetal.,2008).Actuellement,cescoutsvariententre0,17et0,22Eurparlitre(VanThuijletal.,2003).Àpluslongterme,leprixderevientdela production du bioéthanol à partir de la biomasselignocellulosiquedevraitatteindre,danslemeilleurdescas,l’ordrede0,13Eurparlitrepour2020(Didderenetal.,2008).

Comme l’indique la figure 1, la productionpotentielle du bioéthanol à partir des DBA est de294l.t-1 de MS (soit 232,8kg.t-1 de MS) suivantle procédé SSCF. Au niveau national, elle est de118,4x 106l(93,8x 106kg).Sil’onprendencomptele projet Prébap, la production potentielle nationaleatteindrait 210,5x 106l (166,7x106kg).Parhectare,cetteproductionrevientà5,8x 103l(4,6x103kg).

Sachant que le pouvoir calorifique inférieurdu bioéthanol est de 5,91Kwh.kg-1, le potentielde production énergétique de la transformationdes DBA en bioéthanol revient à 27,2 x 103Kwh.ha-1; 554,4x106Kwh sur le territoire national et985,2x106Kwh(Prébapinclus).

Dansdesconditionsphysico-chimiquesoptimales,la production du bioéthanol varie en fonction de lateneurensucresdusubstratutilisé.D’aprèsDidderenetal.(2008),l’épicéa,lepeuplier,lapailledecéréales,le maïs et le Miscanthus, plus riches en sucres,possèdentun rendementdeproductiondubioéthanolplus élevé que celui des DBA (Figure 1).Avec uneteneurensucrescompriseentre14et15%(Didderenetal.,2008), le jusdecanneàsucreaun rendementdeproductiondubioéthanolbeaucoupmoinsélevéqueceluidesDBA.Cesdernierscontiennentenviron52%desucres.

Économiquement, il devient évident que laproductiondubioéthanolàpartirdesDBAconstitueraune importante source de revenus pouvant réduireefficacementlapauvretéauCameroun.Decefait,elles’inscrit dans la logique du développement durable.Malheureusement,l’investissementestimportantetlerisquefinancierparticulièrementgrand.

tableau 4.Conversiondesdonnées—Data conversion.Production du biogaza contenant en moyenne 60 % de CH4 (conditions normales de température et de pression)Molécules biogaz contenant en moyenne 60 % de CH4 (l.kg-1)

Protéines 700Lipides 1250Sucresfermentescibles 746Production du bioéthanolb en l ou kg (parkgdesucre)1kgdesucre(hexosesetpentoses) 0,491kgou0,621ldebioéthanolProduction des pelletsc en kg(parkgdebiomassesèche)1kgdebiomasselignocellulosiquesèche 1,11kgdepelletsConversion énergétiqueMolécules Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) en J.kg-1 ou J.m-3

Glucides 18,72x106J.kg-1

Protéines 16,92x106J.kg-1

Lipides 37,69x106J.kg-1

Lignine 26,64x106J.kg-1

CH4gazeux 35,78x106J.m-3

Biogaz(contenantenmoyenne60%deCH4) 21,46x106J.m-3

EtOH 21,28x106J.kg-1a:Héteu,2007;b:Didderenetal.,2008;c:Naessens,2008;1:productionmoyennedesautresherbacées(paillebetMiscanthusb)—average production of other herbaceous (strawb and Miscanthusb).


Sur le plan environnemental, la production dubioéthanoldesecondegénérationpermetnonseulementdeluttercontrelesgazàeffetdeserre,maisaussidepallier à certains problèmes liés à la production dubioéthanoldepremièregénération.Eneffet,onn’auraplusbesoind’élargirlessurfacescultivablespourdesmonoculturesdestinéesàlaproductiondubioéthanoletaudétrimentdelabiodiversitéetdel’équilibredessols.

3.3. Production potentielle du biométhane

Leméthane,deformulebruteCH4,estuncombustibledontlatempératured’auto-inflammationdansl’airestde540°C.Ilpeutêtred’originenaturelle,parexemplelorsqu’il se dégage des zones humides naturelles,d’origine animale lors d’une fermentation entériqueou bien d’origine humaine, lorsqu’il provient del’agriculture (rizières inondées), de l’extraction degaz ou des prairies. Il est le principal constituant dugaz issu de la fermentation de matières organiques(animales ou végétales) en l’absence d’oxygène et àl’abridelalumièreparl’actioncombinéedeplusieurscommunautés de microorganismes fermentaires(CMF), d’où l’appellation «biométhane». Labiométhanisation se déroule en quatre phases:

l’hydrolyse, l’acidogénèse, l’acétogénèse et laméthanogénèse. Il en ressort de multiples intérêtsparmi lesquels la production d’énergie thermiqueet électrique, la production de digestat servantd’amendementagricoleetladiminutiondesémissionsdes gaz à effet de serre. La réaction de productiondu biométhane à partir des monosaccharides est lasuivante:

CnH2nOn→n/2CH4+n/2CO2.

Lepouvoircalorifiquedubiogazestessentiellementissuduméthanequ’ilcontient.Pardéfinition,lepouvoircalorifique inférieur (PCI) d’un combustible est laquantitédechaleurdégagéeparlacombustioncomplètedel’unitédequantitéduditcombustible.Cettechaleurest diminuée de la chaleur latente d’évaporation del’eauissuedeladitecombustion.D’aprèsHéteu(2007),promoteurdeDEECCConsultingSprl (Belgique), lePCI dubiogaz est proportionnel à sa teneur enCH4,d’oùlaformulesuivante:

PCIbiogaz=Qx9,94kwh.m-3

QétantlepourcentageduCH4danslebiogaz.LePCIduCH4estde9,94kwh.m

-3.Sachantquela

Fermentation C6

Fermentation C6 + C5

SSCF

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0épicéa1 Peuplier1 Paille1 Miscanthus1 DBA* CS1 Maïs1

400

453 444

265

452 448

320

421 414

241

363352

186

300 294

85

400

Figure 1. Production potentielle comparative du bioéthanol (l.t-1 de matière sèche) à partir des déchets de biomasselignocellulosiquedubananieretd’autresmatièresorganiques—Comparison of the potential production of bioethanol (l.t-1 of dry matter) from banana lignocellulosic wastes biomass with other organic matters.1:Didderenetal.,2008;*:productiondubioéthanolcalculéeencomparaisonaveclabiomasselignocellulosiquedesautresherbacées(paille1etMiscanthus1)—potential production of bioethanol calculated in comparison with other herbaceous (straw1 and Miscanthus1) ;DBA:déchetsdebananiers—wastes of banana plant;CS:canneàsucre—sugar canne;C5:pentose—pentose;C6:hexose—hexose;SSCF:saccharificationetco-fermentationsimultanées—simultaneous saccharification and co-fermentation.


teneurmoyenneenCH4danslebiogazestde60%,lePCImoyendubiogazrevientà5,96kwh.m-3.

Lesdonnéesdes tableaux 3 et4 nousontpermisdecalculerlepotentieldeproductiondubiogaz.Pourréalisercecalcul,nousavonstenucomptedelamassemoléculaire de l’H2O utilisée lors de l’hydrolyse despolymères de sucres fermentescibles contenus dansles déchets. Nous avons aussi évalué le potentiel deproduction de l’électricité à partir dudit biogaz. Lerendement de production d’électricité est d’environ1/3d’énergie totale issuedelacombustiondubiogazcontenantenmoyenne60%deCH4.Lesrésultatssontprésentésàlafigure 2.

Il est important de noter que dans des conditionsphysico-chimiques optimales, le rendement deproduction du biogaz dépend de la composition enmoléculesfermentescibles(glucides,lipidesetprotéines)desmatièrespremièresutilisées.Cetteproductionexigedesconditionsparticulièresdetempérature,depotentield’oxydo-réduction, de pH, de rapport Carbone/Azoteet d’absence d’inhibiteurs.D’aprèsHéteu (2007), leslipidesontunrendementdeproductiondubiogazplusélevéqueceluidesglucidesetprotéines.Avecenviron62% de molécules fermentescibles dont 5,26% delipides, la matière sèche des DBA génère moins debiogaz (526m3.t-1 de MS) que les graisses usagées(800m3.t-1 de MS) essentiellement constituées dematières grasses (Figure 2). Les déchets ménagers

organiques moins riches en matières fermentesciblesproduisentparconséquentmoinsdebiogaz.

Lesrésultatsdelafigure 2montrentunedifférencemoinsaccentuéeentrelaproductiondubiogazàpartirdesDBAetcelleàpartirdesmatièrespremièresutiliséespour la production du bioéthanol de la figure 1. Eneffet, laproductiondubiogazàpartirde l’épicéa,dupeuplier,delapailleetduMiscanthus(exploitéspourlaproductiondubioéthanol)estrespectivementde567,567, 642 et 515m3.t-1 deMS.Cette faible différenceest due à la contribution des protéines et des lipides(respectivement4,94 et 5,26%deMSdeDBA)à laproduction du biogaz. Cependant, la forte teneur encendresdesDBA(19,43%)joueaussienleurdéfaveurdansleprocessusdeproductiondubiogaz.Maiscettebaissedeproductivitéestcompenséeéconomiquementparlesélémentsminérauxcontenusdanslesdigestatsou résidus de fermentation qui, après traitement,servirontd’engraisoud’amendementagricole.

Sur le plan national, la production potentielle dubiogazàpartirdesDBAestd’environ211,8x 106m3.EnprenantencomptelesDBAduPrébap,cetteproductionrevient à environ 376,6x 106m3. La production parhectarerevientà0,0106x106m3.

Techniquement,laconversiond’énergiedubiogazenélectricitéaboutitgénéralementàunrendementd’environ35%. Le reste (65% d’énergie de départ) est dissipésous forme de chaleur dans des gaz d’échappement

Figure 2.Productionpotentielledubiogazissudesdéchetsdebiomasselignocellulosiquedubananieretproductiond’électricitédécoulantduditbiogazencomparaisonaveclesdonnéesd’autresmatièresorganiques(lerendementdeproductiond’électricitéétantd’environ1/3;lebiogazcontenantenmoyenne60%deCH4)—Potential production of biogas from banana lignocellulosic wastes biomass and electricity production from the same biogas in comparison with data of other organic matter (the yield of electricity production is about 1/3; the biogas contents an average of 60% CH4.1:Didderenetal.,2008;2:Héteu,2007;GU:graissesusagées—second-hand fat;DBA:déchetsdubananier—wastes of banana plant;DMO:déchetsménagersorganiques—house organics wastes;MS:matièresèche—dry matter.

Pro

duc

tion

bru

te d

’éle

ctric

ité (k

Wh.

t-1 d

e M

S)

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

GU1 épicéa1 Peuplier1 Paille1 Miscanthus1 DBA DMO2

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Pro

duc

tion

du

bio

gaz

(m3 .

t-1 d

e M

S)

cont

enan

t en

moy

enne

60

% d

e C

H4

800

1589

11261126

1275

1023 1045

567 567

515 526

642

228 115


desgénérateurs.Cetteénergiepeutêtrerécupéréeparcogénérationetexploitéepourleséchagedesalimentsqui, auCameroun, sont traditionnellement séchés aufeudeboisouausoleil.Ainsi,lesagriculteurspourrontse passer des aléas climatiques et du bois issu de ladéforestation.

En tenant compte de la teneur moyenne du CH4danslebiogaz(60%),sachantquelamassevolumiquedu CH4 est de 0,435kg.l

-1, et considérant que laliquéfaction à -167°C diminue d’environ 600foisle volume initial, on obtient au final une productionpotentielle nationale en CH4 épuré et liquéfié de211,8x106 l (92133tonnes). En tenant compte duPrébap, on aurait 376,6x106l (163821tonnes). Parhectare,nousavons0,0106x106l(4,6tonnes).

3.4. Production potentielle des pellets en comparaison avec la production potentielle du bioéthanol et du biométhane

Les pellets ou granulés de bois sont des bâtonnetscylindriques de biomasse lignocellulosique (BLC)compactée.Ilssontprincipalementissusducompactagedesrésidusdescierietelsquelessciuresetlescopeaux.Leur production à partir de la BLC de certainesplantesestpressentiecommeunedessolutionsdevantnous permettre de pallier à la déforestation massiveconstatée dans la plupart des pays tropicaux. Leprocédédeproductionesttrèssimpleetpratique.Les

étapes couramment utilisées sont le déchiquetage, lebroyage,l’humidificationouleséchage,lagranulationpar compactage et le refroidissement. La simplicitédeproductiondespelletsvientdufaitque lamatièrepremière ne subit aucune transformation chimique.Néanmoins, une diminution de la teneur en cendresest nécessaire quand celle-ci s’avère trop élevée.Demanièregénérale, lepotentielénergétiquedespelletsreflètelepotentielénergétiquedelamatièrepremièrededépart si les teneurs eneau sont identiques.Danslamesureoùlateneureneaudespelletsestd’environ10%, la production potentielle sera déterminée entenantcomptedeladiteteneur.AvecuneproductiondeDBAestiméeà19,69tonnesdeMS.ha-1,402750tonnessur le territoire national et 716000tonnes en tenantcompte du Prébap, nous aurons une productionpotentielledepelletsestiméerespectivementà21,9t.ha-1,447500tonneset795556tonnes.

En guise de comparaison des différentsbiocombustibles faisant l’objet de cette étude, letableau 5présentelesdonnéesrécapitulativesrelativesà la production potentielle desdits biocombustibles àpartirdesDBA.Ilprésenteégalementlesdonnéesdeleurpotentielénergétique.

Ilressortdecesrésultatsquelepotentielénergétiqueannueldesdéchetsdubananier(1,95milliardsdekWh)sur l’étenduedu territoire camerounais représenteraitenviron 50% de la demande nationale actuelled’électricité (3,957 milliards de kWh)2. En prenant

tableau 5.Donnéesrécapitulativesdupotentieldeproductionetdupotentielénergétiquedesdifférentsbiocombustibles—Summarized data of the potential production and the potential energy of different biofuels.quantités de déchets de bananiers transformées (tonnesdematièresèche)

biocombustibles1

bioéthanol biométhane liquéfié PelletsProduction potentielle (lout)

Potentiel énergétique(kWhouKJ)

Production potentielle(lout)


Production potentielle(t)


19,692(parha) 0,0058x106l4,6t

0,0272x106kWh97,92x106KJ

0,0106x106l4,6t

0,123x106kWh442,8x106KJ

21,9 0,096x106kWh345,6x106KJ

4027503(Territoirenational)

118,4x106l93800t

554,4x106kWh1995840x106KJ

211,8x106l92133t

1262x106kWh4543200x106KJ

447500 1950x106kWh7020000x106KJ

7160004(TerritoirenationaletPrébap)

210,5x106l166700t

985,2x106kWh3546720x106KJ

376,6x106l163821t

2245x106kWh8082000x106KJ

795600 3470x106kWh12492000x106KJ

1productionpotentielleetpotentielénergétiquecalculésàpartirdesdonnéesdestableaux 3et4—potential production and potential energy calculated from data of table 3 and 4;2matièresèchecalculéeàpartirdelaproductiondesdéchetsdebananiersparhectare—dry matter calculated from the wastes production of banana plant per hectare (Reddyetal.,2003);3matièresèchecalculéeàpartirdelaproductionnationaledebananesetplantains(FAO,2002citéparEmagaetal.,2007)—dry matter calculated from the national production of bananas and plantains (FAO,2002citedbyEmagaetal.,2007);4matièresèchecalculéeàpartirdelaproductionnationaledebananesetplantainsetduprojetPrébapdébutanten2011—dry matter calculated from the national production of bananas and plantains and the Prebap project starting in 2011.


en compte le projet Prébap, ce potentiel couvriraitenviron88%decettedemande.

L’estimation en litres de la production dubiométhane nous permet d’établir une comparaisonavec la production du bioéthanol. Compte tenu ducontexte socio-économique du Cameroun, il seraitpeuréalisted’envisagerlaliquéfactionetlestockageen bonbonne du biométhane produit à partir desdéchetsdubananier.Laproductiond’électricitéparcogénération à partir du biogaz produit serait plusappropriée.IlenestdemêmedelatransformationdesDBAenpellets.Laproductionlocaledubioéthanolàpartirdesditsdéchetsseraitaussiintéressantesionparvient à maitriser la technologie et à réduire lescoutsd’exploitation.

4. ConCLusIon

Dans le souci de contribuer à la protection del’environnement et au développement durable duCameroun, le présent travail nous aura permisde mettre en exergue le potentiel énergétique desdéchets de biomasse lignocellulosique du bananierproduits et non valorisés sur l’étendue du territoirecamerounais. Dans un contexte de changementclimatique menaçant, d’industrialisation croissante,de démographie galopante, de menace de notresécurité alimentaire, de déforestationmassive et deréserves d’énergies fossiles limitées, les résultatsobtenus montrent qu’une transformation de cesdéchets en bioéthanol, biométhane et pellets seraitbénéfique pour les pays producteurs de bananeset plantains en général et pour le Cameroun enparticulier.

Parallèlement à la pollution biosphérique, leniveau de consommation d’énergies modernes(électricité et énergie fossile) au Cameroun estnettementinférieuràlamoyenneafricainequiaussi,estlargementendessousdelamoyennemondiale.Lademande énergétique sans cesse croissante est loind’être satisfaite, alors que les sources de nouvellesénergies renouvelables y sont abondantes. En tantquepremierpaysafricainproducteur et exportateurde bananes, le Cameroun génère une importantequantitédedéchetsdebiomasselignocellulosiquedubananier.Nous avons estimé la production actuellede ces déchets à environ402750tonnesdematièresèche.Avec le projet Prébap à moyen terme, nous

estimons cette production à 716000tonnes. Parhectare,nousobtenons19,69tonnesdematièresèchededéchets(rejetsetrejetonscompris).

Sans tenir compte du Prébap, la conversionpotentielle desdits déchets en biocarburants deseconde génération nous donnerait 93800, 92133et 447500tonnes de bioéthanol, de biométhaneet de pellets respectivement. Sans tenir comptede la production d’électricité par cogénération,les potentiels énergétiques qui découlent decette conversion montrent qu’une éventuelleproduction des pellets (1950x106KWh) seraiténergétiquement plus bénéfique qu’une productiondu biométhane (1262,6x106KWh) et de l’éthanol(554,4x106KWh). Le rendement de productiond’électricité à partir du biogaz étant techniquementd’environ 1/3, l’électricité produite annuellement(421x106KWh)àpartirdubiogazissudesdéchetsétudiésetsanstenircompteduPrébap,représenterait10,6%delademandenationaleactuelleenélectricité.Les2/3d’énergiedissipée(842x106KWh)seraientexploitées en cogénération pour le séchage desaliments.

Ildécouledecetteétudequel’énergiepotentielledu biogaz issu de la fermentation méthanique desDBA représenterait au Cameroun environ 32% dela demande nationale actuelle. Tenant compte duPrébap, cette énergie atteindrait environ 50% deladitedemande.

Compte tenu des multiples usages de l’éthanoletdesonprixsurlemarchélocal(environ1,5Eur.l-1), il serait économiquement plus rentable detransformercesdéchetsenbioéthanol.Cependant,lesinvestissements sontmalheureusement élevés, c’estlecasdelasociétéBiowanzeenBelgique.Surleplanenvironnemental,unetransformationdesditsdéchetsenbiométhanepermettraitnonseulementdegénérerdel’électricitéetdelachaleurparunecogénérationmaisaussidefournirauxagriculteursdesdigestatstraitésdevantêtreutiliséscommeengraisouamendementsagricoles.Comme tout processus de transformationénergétique des biomasses lignocellulosiques, lesuccèsdelatransformationdesdéchetsdubananierenundesbiocarburantsmentionnésdanscetteétudedépendaussibiendurendementénergétiquefinalquedubilanécologique.

Sur le plan pratique, il serait peut être difficilede réaliser la biotransformation de tous les déchetsde biomasse lignocellulosique du bananier produitsdanstoutlepays.Maisenréalisantlaconversiondeseulement30%decettebiomasse,onsoulageraitlabiosphère,l’économienationaleàtraverslescréationsd’emploietunebonnepartiedelapopulationsouffrantdudéficiténergétique.Cettebiotransformationseraitévidemmentenphaseavecledéveloppementdurabledupays.

2Calculéàpartirdelaconsommationd’électriciténationalede2006:3,323milliardsdekWh(CentralIntelligenceAgency(CIA),https://www.cia.gov/library/publications/the-world-ctbook/geos/CM.html,(13/07/2009))etentenantcomptedelacroissancedelademandeannuelle(6%);voirtableau 1.


Liste des abréviations

AER:Agenced’ÉlectrificationRuraleCDC:Cameroon Development CorporationCIA:Central Intelligence Agencybep:bariléquivalentpétroleBLC:BiomasselignocellulosiqueCMF:CommunautésdeMicroorganismesFermentairesCS:CanneàSucreDBA:DéchetsduBananierDEECC:Development Energy Environment and Climate

ChangeDMO:DéchetsMénagersOrganiquesESSE:ExtraitsdeSucresSolublesdansl’EauEtOH:ÉthanolGU:GraissesUsagéesmfPAM:matièrefraichedesPartiesMorphologiquesmfPAMT:matièrefraichetotaledesPartiesMorphologiquesmfPE:matièrefraichedelaPlanteEntièreMS:MatièreSèchemsPAM:matièresèchedesPartiesMorphologiquesmsPAMT:matièresèchetotaledesPartiesMorphologiquesPAM:PartieMorphologiquePCI:PouvoirCalorifiqueInférieurPIB:ProduitIntérieurBrutPrébap: Programme de reconversion économique de la

filièrebananeplantainSONEL: Société Nationale d’Électricité du Cameroun

(devenuAES-SONEL)SPM:SociétédesPlantationsdeMbangaSSCF:Simultaneous Saccharification and Co-Fermentationtep:tonneéquivalentpétrole

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(22réf.)

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Production potentielle de bioéthanol, de biométhane et de