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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

MENTION : INGENIERIE MINIERE

PARCOURS : GEOENERGIE

Présenté par : RAOELINIAINA Ravaka Dinah

Soutenu le 20 décembre 2018

Promotion 2017

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR POLYTECHNICIEN

GRADE : MASTER

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PRODUCTION D’ETHANOL A PARTIR DES

DECHETS DE FRUIT DE BANANIER

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

MENTION : INGENIERIE MINIERE

PARCOURS : GEOENERGIE

Présenté par : RAOELINIAINA Ravaka Dinah

Soutenu le 20 décembre 2018

Président du jury : Monsieur RANAIVOSON Léon Félix

Directeurs de mémoire : Monsieur RASOANAIVO Jean Luc

: Monsieur RAVONINJATOVO Achille Olivier

Examinateurs : Monsieur Fabien Rémi R.

: Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier

Promotion 2017

PRODUCTION D’ETHANOL A PARTIR DES

DECHETS DE FRUIT DE BANANIER

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES

EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME MASTER D’INGENIERIE EN GEOENERGIE

Titre : Ingénieur

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Mémoire de fin d’études GEOENERGIE

RAOELINIAINA Ravaka Dinah i

TENY FISAORANA

Misaotra an’Andriamanitra lehibe aho nohon’ny fitahiany sy ny fahasoavany tamin’ny

fahatotonsan’ny asa fikarohana izay natao.

Tsy tontosa velively anefa izao asa izao raha ny herin’ny tenako samy irery fa teo ireo

olona maro izay mendrika ny haja sy ny saotra tamin’ny fanampiana, na teo amin’ny lafiny

hevitra na teo amin’ny ara-pitaovana.

Koa tolorako fisaorana:

Andriamatoa ANDRIANAHARISON Yvon, profesora ary talean’ny ambaratonga

ambony polyteknika eto Antananarivo.

Andriamatoa RANAIVOSON Léon Félix, mpampianatra mpikaroka ary

tompon’andraikitra voalohany ao amin’ny sampam-pampianarana momban’ny harena

ankibon’ny tany eo anivon’ny Sekoly Ambony Politeknika eto Antananarivo, izay nitarika ka

nahatontosana izao dingana lehibe izao;

Andriamatoa RASOANAIVO Jean Luc, dokotera mpikaroka eo anivon’ny

Departementa Energetika, izay nanaiky nanolotra ny fotoanany tamin’ny fanatontosana ny

rafitr’asa na dia teo aza ny adidy sy andraikitra maro sahaniny. Nanampy ahy betsaka izy

tamin’ny fahalalany sy ireo torohevitra maro avy any aminy ka nahafahako nanatanteraka

antsakany sy an-davany ity boky ity;

Andriamatoa RAVONINJATOVO Archille Olivier, profesora, Talen’ny fikarohana eo

anivon’ny Departementa CNRIT izay nanampy betsaka ihany koa tamin’ireo ventinkevitra

nalahitra ato anatin’ity boky ity;

Andriamatoa isany FABIEN Rémi R. sy RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier

mpampianatra mpikaroka ao amin’ny Sekoly Ambony Politekinika eto Antananarivo, nanaiky

tsy ampisalasalana hitsara ny boky sy ho mpitsara ny famelabelarana ny boky anio;

Mankasitraka ihany koa an’i Andriamatoa RAMANANJOELINA Narisoa Marius

Remi tamin’ny fanampiana rehetra. Ary misaotra ny mpiasan’ny Departemanta Energetika

CNRIT rehetra anandray am-pitiavana ahy;

Tsy hohadinoina ihany koa ny misaotra ireo Ray aman-dreny, namatsy ara-bola sy

nanohana ara-panahy raha nisy nahakivy ary ravo amin’izao fahatanterahako izao asa izao, eo

ihany koa ireo namana aman-tsakaiza sy ny mpiara-mianatra tamin’ny torohevitra sy

fanampiana.

Misaotra indrindra Tompoko, tsy ho voavaly raha ny soa rehetra vitanareo tamiko fa

Andriamanitra manakarem-pahasoavana anie hamaly fitia anareo.


RAOELINIAINA Ravaka Dinah ii

SOMMAIRE

TENY FISAORANA

SOMMAIRE

LISTE DES ABREVIATIONS

LISTE DES ACRONYMES

LISTE DES PHOTOS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES ANNEXES

INTRODUCTION

PREMIERE PARTIE : ETAT DE CONNAISSANCES

Chapitre I: APERÇU GENERAL SUR L’ALCOOL ET LA FERMENTATION

Chapitre II: APERÇU GENERAL SUR LA DISTILLATION

Chapitre III: LA BIOMASSE ET LA FILIERE BANANE

DEUXIEME PARTIE : MATERIELS ET METHODES

Chapitre IV: METHODOLOGIES

Chapitre V: MATERIELS D’EXPERIMENTATION ET MATIERE PREMIERE

Chapitre VI: LES TRAVAUX DE LABORATOIRE ET RESULTATS

TROISIEME PARTIE : ETUDE DE PREFAISABILITE TECHNICO ECONOMIQUE

Chapitre VII: ETUDE DE PREFAISABILITE ECONOMIQUE DU PROJET

Chapitre VIII: ETUDE DE RENTABILITE FINANCIERE DU PROJET

Chapitre IX: DISCUSSION

CONCLUSION

REFERENCES BIBLIOGRAPHIES ET WEBOGRAPHIE

LISTE DES ANNEXES

TABLES DES MATIERES


RAOELINIAINA Ravaka Dinah iii

LISTE DES ABREVIATIONS

a : Annuité

ACP : Afrique, Caraïbes et Pacifique

ADEME : Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie

BLC : Biomasse lignocellulosique

CA : Chiffre d’Affaire

CIDST : Centre d’Information et de Documentation Scientifique et Technique

CMF : Communautés de Microorganismes Fermentaires

CNRIT : Centre National de Recherches Industrielle et Technologique

COI : Commission de l'océan Indien

CS : Canne à Sucre

CTHT : Centre des Techniques Horticoles de Toamasina

DBA : Déchets du Bananier

DEECC : Development Energy Environment and Climate Change

DMO : Déchets Ménagers Organiques

DR : Délai de Récupération

EPIC : Etablissement Public à Caractère Industrielle et Commerciale

ESSE : Extraits de Sucres Solubles dans l’Eau

EtOH : Ethanol

FAO : Food and Agriculture Organization

FNA : Flux Nette Actualisée

FNT : Flux Net de Trésorerie

FRI : Fonds de Roulement Initial

GES : Gaz à Effet de Serre

GU : Graisses Usagées

HEPT : Hauteur Equivalent des Plateaux Théoriques

INSTAT : Institut national de la statistique

Io : Investissement

Ip : Indice de profitabilité

IR : Impôt sur le Revenu

MEFB : Ministère financière de l’Economie, des Finances et du Budget

MESupRES : Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

MfPAM : matière fraiche des Parties Morphologiques


RAOELINIAINA Ravaka Dinah iv

mfPAM T : matière fraiche totale des Parties Morphologiques

MfPE : matière fraiche de la Plante Entière

MS : Matière sèche

MsPAM : matière sèche des Parties Morphologiques

NET : Nombre d'Etages Théoriques

P : Plateau

PAM : Partie Morphologique

PCI : Pouvoir Calorifique Inférieur

RN : Routes Nationale

SAMVA : Service Autonome de l'Assainissement de la Ville d'Antananarivo

SSCF : Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation

TMR : Taux Moyen de Rendement

TP : Trop Plein

TRI : Taux de Rentabilité Interne

V : Vapeur

Va : Valeur actualisée

VAN : Valeur Actualisée Nette


RAOELINIAINA Ravaka Dinah v

LISTE DES ACRONYMES

°G.L : Degré Gay Lussac

θ b : Température de consigne du régulateur du bouilleur

G : gramme

Kg : Kilogramme

L : liquide

l : litre

Ml : millilitre

θ : Température

θ tc : Température de consigne du régulateur de la tête de colonne

C : Carbone

H : Hydrogène

O : Oxygène

t : Temps

Nu : Nombre de Nusselt

Gr : Nombre de Grashof

Pr : Nombre de Prandtl


RAOELINIAINA Ravaka Dinah vi

LISTE DES PHOTOS

Photo 1 : Cuve de fermentation ................................................................................................ 43

Photo 2 : Refractomètre ............................................................................................................ 43

Photo 3 : Balance électronique ................................................................................................. 44

Photo 4 : Alcoomètre ................................................................................................................ 44

Photo 5 : Bécher ....................................................................................................................... 45

Photo 6 : Eprouvette graduée ................................................................................................... 45

Photo 7 : Distillateur ................................................................................................................ 45

Photo 8 : Rectificateur .............................................................................................................. 47

Photo 9 : Banane meurtrie ........................................................................................................ 47

Photo 10 : pulpe de banane meurtrie ........................................................................................ 47

Photo 11 : Peaux de banane ...................................................................................................... 48

Photo 12 : Levure pour la fermentation.................................................................................... 48

Photo 13 : Etapes de fermentation ............................................................................................ 50

Photo 14 : Utilisation d’un réfractomètre ................................................................................. 50

Photo 15 : Déroulement de la distillation ................................................................................. 52

Photo 16 : Mesure degré alcoolique ......................................................................................... 52

Photo 17 : Mesure température ................................................................................................ 52

Photo 18 : Chargement d’alcool ............................................................................................... 53

Photo 19 : Fermeture du robinet ............................................................................................... 53

Photo 20 : Refroidissement ...................................................................................................... 54

Photo 21 : Récipient recueillant les distillats ........................................................................... 54

Photo 22 : Déchargement du résidu ......................................................................................... 54

Photo 23 : Vue du CNRIT ........................................................................................................ VI

Photo 24 : Déchets des litchis générés par le SCRIMAD ..................................................... XIII


RAOELINIAINA Ravaka Dinah vii

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Propriétés physiques de l'éthanol ............................................................................ 3

Tableau 2 : Energie produite à partir de la biomasse [2].......................................................... 18

Tableau 3 : Situation de la production de banane .................................................................... 22

Tableau 4 : Prix de vente du régime mûre de banane au consommateur [11] ......................... 23

Tableau 5 : Composition de la banane du Brésil ...................................................................... 26

Tableau 6 : Composition de la banane selon A.Balland .......................................................... 27

Tableau 7 : Composition de la banane selon le Service d’Agriculture de l’Argentine ............ 27

Tableau 8 : Composition d’une banane pesant 148 grammes .................................................. 28

Tableau 9 : Composition de la banane selon le département United Fruit .............................. 28

Tableau 10 : Comparaison de la banane selon A. Labbé ......................................................... 29

Tableau 11 : Comparaison du fruit vert et mûr ........................................................................ 29

Tableau 12 : Composition chimique de la biomasse lignocellulosique des parties

morphologiques du bananier appartenant au sous-groupe Cavendish : Musa AAA ................ 30

Tableau 13 : Composition chimique totale de la biomasse lignocellulosique des parties

morphologiques du bananier appartenant au sous-groupe Cavendish : Musa AAA ................ 31

Tableau 14 : Fermentation (1 000g) ......................................................................................... 50



Tableau 17 : Distillation de 2 000g de matière première (3,5 litres de moût).......................... 55

Tableau 18 : Caractéristiques du distillat et résidu à 10° ......................................................... 56

Tableau 19 : Température et temps d’apparition du premier jet de distillat pour 10° ............. 56






Tableau 25 : Température et temps d’apparition du premier jet de distillat pour 30 ............... 58

Tableau 26 : Investissements des immobilisations .................................................................. 63

Tableau 27 : Amortissement des immobilisations (MGA) ...................................................... 64

Tableau 28 : Charges salariales ................................................................................................ 65

Tableau 29 : Production d’éthanol ........................................................................................... 66

Tableau 30 : Chiffres d’affaire ................................................................................................. 66


RAOELINIAINA Ravaka Dinah viii

Tableau 31 : Charges d'exploitation ......................................................................................... 67

Tableau 32 : Plan de financement ............................................................................................ 68

Tableau 33 : Remboursement d'emprunt .................................................................................. 69

Tableau 34 : Compte de résultat par nature en 5 années .......................................................... 70

Tableau 35 : Trésorerie ............................................................................................................ 71

Tableau 36 : Flux net de trésorerie FNT (en MGA) ................................................................ 71

Tableau 37 : Flux net de trésorerie actualisé FNA (en MGA) avec i=18% ............................. 71

Tableau 38 : Récapitulation des résultats de rentabilité financière .......................................... 73

Tableau 39 : Fiche d'enquête d’approvisionnement de banane ............................................... XII

Tableau 40 : Production des fruits de saison du SCRIMAD ................................................. XIII


RAOELINIAINA Ravaka Dinah ix

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Courbe cas d’une distillation simple [9] .................................................................... 9

Figure 2 : Courbe cas de la distillation fractionnée [9] ............................................................ 10

Figure 3: Montage d'une colonne de distillation [3] ................................................................ 11

Figure 4 : Courbes azéotropique [9] ......................................................................................... 12

Figure 5 : Vue schématique à l'intérieure d'une colonne [26] .................................................. 13

Figure 6 : Mouvement des phases dans une colonne à contre-courant .................................... 14

Figure 7 : Mouvement des phases dans une colonne à contre-courant .................................... 14

Figure 8 : Distillation simple .................................................................................................... 15

Figure 9 : Distillation fractionnée ............................................................................................ 15

Figure 10 : Un bananier ............................................................................................................ 19

Figure 11 : Production potentielle comparative du bioéthanol (l.t-1 de matière sèche) à partir

des déchets de biomasse lignocellulosique du bananier et d’autres matières organiques. ....... 33

Figure 12 : Production potentielle du biogaz ........................................................................... 35

Figure 13 : Carte de la situation géographique de la CUA [21] ............................................... 37

Figure 14 : Organigramme du CNRIT ..................................................................................... VI

Figure 15 : Représentation schématique des transferts thermiques dans le distillateur .......... VII

Figure 16 : Schéma électrique équivalent relatif aux transferts thermiques ......................... VIII

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RAOELINIAINA Ravaka Dinah x

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1: PRESENTATION DU LIEU DE STAGE ............................................................. IV

Annexe 2 : TRANSFERT THERMIQUE [3] ......................................................................... VII

Annexe 3 : FICHE D’ENQUETE ........................................................................................... XII

Annexe 4 : SAISON DES FRUITS ....................................................................................... XIII


RAOELINIAINA Ravaka Dinah 1

INTRODUCTION

La protection de l’environnement est une préoccupation d’une importance capitale,

partout dans le monde. Madagascar n’y est pas en reste et l’Etat Malagasy s’y engage. Pour

notre pays l’une des causes la plus violente de la détérioration de l’environnement est due aux

effets néfastes conjoints de la pratique de la culture sur brûlis et aux usages excessifs du bois

énergie. L’énergie joue un rôle important pour le développement économique d’un pays en

développement comme Madagascar. Actuellement, notre pays se trouve face à des problèmes

énergétiques graves, notamment en énergie électrique et surtout en milieu rural.

L’une des solutions étant de faire recours aux potentiels en énergies renouvelables que

notre pays dispose en quantité considérable. La promotion de leur exploitation pourrait

générer des perspectives intéressantes en milieu rural dans la mesure où elle privilégie le

développement local par l’utilisation de ressources endogènes.

Ce qui impose la recherche de technologies visant la valorisation des sous- produits et

déchets agricoles comme source d’énergie, telles que les technologies innovantes de

fabrication de l’éthanol à partir des déchets de fruits, des racines et tubercules de certains

végétaux.

Compte tenu de ces enjeux et constatant que la culture de la banane, quasiment

présente partout à Madagascar, génère une quantité importante de déchets, depuis son circuit

d’exploitation jusqu’à sa consommation, nous avons initié ce projet de : « Production

d’éthanol à partir des déchets de fruit de bananier »

Nous avons ainsi organisé notre travail en trois parties :

La première partie présente l’état de connaissance sur l’éthanol, la fermentation et la

distillation en général ainsi que sur la biomasse, la filière banane à Madagascar et la

potentialité en déchets y afférente.

La seconde partie informe les matériels, les méthodes adoptées pour la concrétisation

de ce travail de recherche et récapitule les différents résultats issus des expérimentations

effectuées en laboratoire.

La troisième et dernière partie sera axée sur l’étude de faisabilité économique et de

rentabilité financière du projet, complétés par une discussion suivie d’une conclusion.

PREMIERE PARTIE :

ETAT DE CONNAISSANCES



Chapitre I: APERÇU GENERAL SUR L’ALCOOL ET LA FERMENTATION

L’objectif de la présente partie consiste à dresser un bref aperçu sur l’alcool et la

fermentation.

I.1 L’alcool

En chimie organique, un alcool est un composé organique dont l'un des carbones lié à

un groupe hydroxyle (-OH). L'éthanol (ou alcool éthylique) entrant dans la composition des

boissons alcoolisées est un cas particulier d'alcool, mais tous les alcools ne sont pas propres à

la consommation. En particulier, le méthanol est toxique et mortel à haute dose. Il existe

plusieurs types d’alcool :

- alcool méthylique = méthanol

- alcool éthylique = éthanol

- alcool butylique = butanol

- alcool propylique = propanol 1

- alcool isopropylique = propanol 2

Matières premières pour la production d’alcool [14] I.1.1

I.1.1.1 Matières riches en polysaccharides

Actuellement, il y a une légère prédominance de la production de bioéthanol, à base de

matériaux amylacés (53% du total), comme le maïs, le blé et dáutres céréales et grains. Dans

ces cas, la technologie de conversion commence généralement par la séparation, le nettoyage

et la mouture du grain. Ensuite, lámidon est converti typiquement en sucres au moyen dún

processus enzymatique à haute température. Les sucres libérés seront alors, fermentés par des

levures et le liquide résultant sera distillé pour la séparation du bioéthanol.

I.1.1.2 Matières riches en sucres simples

La canne et la betterave, sont des végétaux qui englobent énormément de sucre

simples. Ils sont obtenus par un processus se basant sur léxtraction au moyen de la mouture

ou de la diffusion, et qui pourront être soumis directement à une fermentation. Après la

fermentation, le liquide est distillé. Il est à noter que le bioéthanol dit « de première

génération » est issu de la fermentation des matières premières qui peuvent être utilisées dans

une chaîne alimentaire animale ou humaine. En revanche, l’éthanol issu de la fermentation

des matières cellulosiques telles que le bois, les feuilles et les tiges des plantes ou celles issues

des déchets sont qualifiés de la deuxième génération.



I.2 L’éthanol

Présentation de la molécule d’éthanol I.2.1

L’éthanol, l’alcool ou encore l’alcool éthylique sont toutes le trois des appellations qui

désignent la même molécule qui est composée de deux atomes de carbone (C), six atomes

d’hydrogène (H) et d’un atome d’oxygène (O). Les formules brutes et semi-développées de la

molécule d’éthanol sont respectivement le C2H6O, le C2H5OH et le CH3-CH2-OH. [11]

Propriétés physiques de l’éthanol [1] [31] I.2.2

L’éthanol est un composé incolore, volatil, hygroscopique, miscible à l’eau. Ses

principales propriétés physiques sont résumées dans le tableau suivant :

Tableau 1 : Propriétés physiques de l'éthanol

Masse molaire Point de fusion Point d’ébullition Densité Densité de vapeur

46.07 -114°C 78,5°C 0.789 1.59

Tension de vapeur Points d’éclair

20°C 34.9°C 63.5°C Coupelle fermée Coupelle ouverte

5.85 kPa 13.3 kPa 53.3 kPa 12.8 16

L’éthanol est un composé qui est chimiquement stable. Il possède toutes les propriétés

qui caractérisent les alcools notamment une réaction d’oxydation lorsqu’il est maintenu à l’air

libre pour former de l’acide acétique. Par contre ; dans des conditions d’oxydation extrême, il

se transforme en dioxyde de carbone (CO2) et en eau (H2O).

Utilisations industrielles de l’éthanol I.2.3

L’éthanol occupe une place importante dans les procédés industriels. Outre le fait que

l’éthanol sert à l’éclairage et au chauffage, il constitue le principe actif de base des boissons

alcoolisées, il entre dans la synthèse de produits chimiques tels que les peintures, les vernis,

les encres, les matières plastiques, les adhésifs, les cosmétiques et les produits

pharmaceutiques. Réputé pour ses qualités de solvant, il est également utilisé dans l’industrie

de nettoyage contre les graisses et les matières plastiques. Les applications industrielles de

l’éthanol se sont étendues à l’industrie des carburants au point de vouloir en faire.

I.3 Filière biocarburant [23] [24]

Présentation du biocarburant I.3.1

Un biocarburant est un carburant liquide ou gazeux créé à partir de la transformation

de matériaux organiques non fossiles issus de la biomasse, par exemple des matières végétales

produites par l’agriculture. Les biocarburants sont assimilés à une source d’énergie



renouvelable. Leur combustion ne produit que du CO2 et de la vapeur d'eau et pas ou peu

d'oxydes azotés et soufrés (NOx, SOx).

Mélanges éthanol-essence I.3.2

Le mélange éthanol-essence existe sur le marché depuis les années 1970 aux Etats-

Unis. La mention de la lettre E pour l’éthanol est souvent d’un indice qui renseigne sur la

fraction d’éthanol ajoutée à l’essence. Ainsi ; l’E5 appelé également gazohol est un carburant

contenant un volume de 5% d’éthanol et 95% d’essence. Les teneurs d’alcool dans l’essence

varient énormément entre les pays. Au Brésil, pays le plus avancé en matière d’utilisation de

l’éthanol, on distribue des carburants au teneur très élevée de l’ordre de 85% (E85) pouvant

aller jusqu’à 100% d’alcool (E100). Il est à noter que la majeure partie des pays utilise encore

de faibles teneurs de l’ordre de 4%, 5%,10% voire même de 15%. Les carburants à très fort

taux d’éthanol nécessitent des véhicules bien adaptés. Toutefois, pour des concentrations

allant jusqu’à 10% d’alcool, aucune adaptation du moteur n’est requise.

Effet de l’éthanol sur la volatilité des carburants I.3.3

La volatilité est une caractéristique extrêmement importante de l’essence qui influe sur

de nombreux paramètres de rendement du moteur. Le comportement du carburant varie en

fonction des saisons. En effet, des problèmes de démarrage peuvent subvenir en période

hivernale par manque de volatilité du carburant et par opposition, un carburant trop volatil en

été aurait pour conséquence un rendement inférieur du moteur parce que le carburant n’arrive

pas en quantité suffisamment importante. L’ajout de l’éthanol dans le carburant confère à ce

dernier une volatilité constante assurant de ce fait un meilleur rendement du moteur.

Effet de l’éthanol sur la consommation de carburant I.3.4

Il est entendu que l’apport d’oxygène à travers la molécule d’éthanol améliore

considérablement la combustion du carburant. En matière de consommation, les moteurs

alimentés par un mélange éthanol-essence sont plus gourmands du fait de leur faible pouvoir

calorifique par rapport à celui conféré par l’essence pure. La consommation est 2% voire 3%

supérieure dans le cas des moteurs alimentés au mélange éthanol-essence.

I.4 Avantage et inconvénients [23] [27]

Enjeux économiques I.4.1

Les biocarburants représentent une source supplémentaire de carburant et une activité

agro-industrielle nouvelle. Ils permettent aux pays qui les produisent de réduire leur

dépendance énergétique vis-à-vis des carburants d’origine fossile. Cependant, l’utilisation de

biocarburants de première génération peut entraîner l’augmentation de la demande et la



hausse des prix des produits agricoles. Celle-ci peut créer l’instabilité sociale dans les pays

pauvres.

Enjeux environnementaux I.4.2

La combustion des carburants d’origine fossile participe aux émissions de gaz à effet

de serre (GES). Pour ce qui relève des biocarburants, le carbone émis lors de leur combustion

dans l’atmosphère a été préalablement fixé par les plantes lors de la photosynthèse. Ainsi, le

bilan carbone semble donc à priori neutre. Cependant, la situation idéale n’est pas encore

atteinte en pratique car la production de ces biocarburants requiert un travail humain, agricole,

de transport, de procédé industriel, et donc une consommation de carburants et

éventuellement d’autres substances dont l’usage produit aussi des Gaz à Effet de Serre GES.

I.5 La fermentation alcoolique [32] [25]

Réaction chimique I.5.1

La fermentation éthylique est une réaction chimique entre les levures et le glucose

contenu dans le jus du fruit. Ces levures, sous forme de bactéries et de champignons

microscopiques, réagissent avec le glucose pour former de l'alcool, sous forme d'éthanol ainsi

que du dioxyde de carbone, gazeux, qui s'échappera de la solution sous forme de bulles. Les

levures ont besoin d'énergie pour pouvoir se développer et vivre.

La réaction chimique correspondante est la suivante:

𝐶6 𝐻 12𝑂6 ⟶ 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 2𝐶𝑂2

Les éléments chimiques présents dans la réaction I.5.2

I.5.2.1 Le glucose a pour formule brute : C6H12O6 :

C’est un hexose, c’est-à-dire un sucre comportant six carbones et dont le premier

atome à une fonction aldéhyde symbolisée par un atome d’oxygène relier par un double

liaisons covalentes à un atome de carbone. On peut donc dire que le glucose est une molécule

organique. Les sucres sont répartis en cinq familles selon le nombre d’atomes de carbone

qu’ils présentent.

Par exemple, il existe les trioses qui sont des sucres (aussi appelés « oses »)

comportant trois atomes de carbone, les tétroses en comprennent quatre, les pentoses : cinq,

les hexoses : six et ainsi de suite.

I.5.2.2 L’éthanol ou l’alcool éthylique a pour formule C2H5OH :

C’est un liquide incolore qui est très facilement inflammable et miscible dans l’eau.

C’est une solution souvent appelée alcool puisqu’elle est responsable de l’alcoolisation d’une

solution. La molécule est donc nécessairement présente dans les boissons alcoolisées.



I.5.2.3 Le dioxyde de carbone a pour formule CO2 :

Il est souvent appelé gaz carbonique ou anhydrique carbonique. C’est un composé

chimique contenant un atome de carbone et deux atomes d’oxygène. Dans les conditions

normales de température et de pression, le dioxyde de carbone est un gaz incolore et inodore.

Il est présent à seulement 0.03% dans l’air.

I.5.2.4 Agents de fermentation : les levures

Les levures susceptibles de produire l’alcool éthylique sont celles provenant, soit de

l’écorces de la canne à sucre, soit de certains produits comme la mélasse, et non pas toute

levure de boulangerie, de brasserie ou de vinification.

Dans la pratique, deux genres de levure sont utilisés pour la fermentation :

- SchizosaccharomycesPombe ;

- Saccharomyces Cerevisiae ;

La levure la plus utilisée pour la fermentation alcoolique est le Saccharomyces

Cerevisiae. C’est un champignon microscopique se présentant sous forme unicellulaire au

moins à un stade de son cycle biologique. La cellule est généralement ovoïde, et sa taille varie

de quelques microns à 25 ou 30 microns.

Facteurs influençant la fermentation [5] [17] I.5.3

I.5.3.1 La température et l’activité levurienne

Comme toute réaction chimique, la cinétique de la fermentation alcoolique dépend de

la température :

- Trop froid (10°C), le processus est très ralenti voire incomplet, la levure produit

davantage d’esters.

- Trop chaud (32°C - 36°C), les levures meurent, la perte d’alcool par évaporation et les

dangers d’infection par certains micro-organisme thermophiles (bactéries lactiques,

acétique,…) vont s’accroitre. Le rendement alcoolique se trouve réduit.

- Il existe plusieurs moyens pour contrôler la température :

- choix d’un emplacement convenable ;

- emploi de cuves de capacité modérée plus facilement contrôlables ;

- contrôle de la concentration en sucre ;

- réfrigération des moûts ;

- utilisation d’un régulateur de température.

I.5.3.2 L’oxygène

La fermentation alcoolique est un processus anaérobie, mais les levures ont besoin

d’une petite quantité d'oxygène pour se multiplier.



I.5.3.3 Les biomasses

Les biomasses riches en saccharose, glucose et fructose sont directement

fermentescibles en éthanol sans étape intermédiaire. Les sucres se présentent sous forme d'un

polymère (l'amidon) dans les plantes céréalières telles que le maïs, le blé, l'orge et les plantes

à tubercules comme la pomme de terre et le manioc et sous forme de cellulose (hémicellulose)

dans certaines biomasses comme la paille, les copeaux et sciures de bois. Ils ne sont pas

directement fermentescibles et ils ont besoin d’une étape de dépolymérisation de la cellulose

pour arriver à un sucre tel que l’amidon.

Suivant l'état de polymérisation, ces sucres doivent subir un (ou plusieurs)

hydrolyse(s), dont le but est de transformer en monomères (sucres simples) les chaînes de

polymères, avant d'être fermentés en éthanol.

I.5.3.4 La durée de la fermentation

Elle dépend de la teneur en sucre du fruit et surtout de la température. La fermentation

est finie lorsque :

- Le barboteur n’émet plus des "bulbs" ;

- Le moût est clair ;

- Les valeurs de la densité dans une espace de 24 heures montrent de valeurs constantes

et négatives.

I.5.3.5 pH

Le pH joue un rôle primordial sur l’activité levurienne sur la croissance des

microorganismes. Ainsi il influe sur les réactions chimiques et biochimiques. Les levures

tolèrent des gammes très larges de pH théoriquement 2,4 à 8,6. Mais l’optimum se situe entre

3 et 6 pour favoriser la croissance des levures donc le milieu pour la fermentation est un

milieu acide.



Chapitre II: APERÇU GENERAL SUR LA DISTILLATION

Ce chapitre est axé sur la distillation, une étape cruciale du processus de la

fermentation

II.1 Principe de la distillation [28]

La distillation est un procédé de séparation d’un mélange de substances liquides dont

les températures d'ébullition sont différentes. Elle permet de séparer les constituants d'un

mélange homogène. Sous l'effet de la chaleur ou d'une faible pression, les substances se

vaporisent successivement, et la vapeur obtenue est liquéfiée pour donner le distillat.

Des substances mélangées n’ont pas la même pression de vapeur à une température

donnée. Pour expliquer cela, prenons pour exemple le vin. Il est constitué d’un mélange

homogène d’eau et d’alcool. On sait qu’avec une pression atmosphérique normale, l’eau ne

bout qu’à 100°C alors que l’alcool bout déjà vers 78°C.

En fait, il suffit de chauffer le mélange homogène eau et alcool à plus de 78,5°C.

L’alcool commence alors à bouillir et des vapeurs riches en alcool se dégagent. Néanmoins, il

faut rester sous les 100°C sinon l’eau commence également à bouillir. On recueille la vapeur

ainsi obtenue donnant au final un liquide riche en alcool, le distillat.

Etapes de distillation [29] II.1.1

La distillation est une des étapes dans la production de l’alcool. Elle intervient suite à

la fermentation du moût, procédé qui consiste à transformer le sucre en alcool sous l’action de

levures. Le moût se compose alors de différentes substances dont de l’eau et divers alcools.

Le processus de distillation consiste à séparer l’alcool de l’eau en chauffant le mélange à

l’aide d’un alambic.

Tous les composants récupérés suite à la distillation ne sont pas à boire. Certains sont

même impropres à la consommation. Lorsque l’alambic monte en température le premier

distillat qui s’écoule appelé la tête de distillation, se compose en partie de méthanol, très

toxique et plus volatils. Le cœur de distillat permet de récolter l’éthanol, l’alcool recherché et

consommable. Vient enfin la queue de distillation qui n’est pas nocif mais gustativement

désagréable.

Paramètres de distillation II.1.2

Le pouvoir séparateur d’une colonne à distiller dépend de :

- Sa hauteur (plus elle est grande et plus le pouvoir séparateur est grand) ;

- Sa géométrie ;

- La présence ou non d’un corps de remplissage et sa nature ;



- Son isolation thermique.

- Influence de la pression

II.2 Types de distillation

Distillation simple [9] II.2.1

La séparation se fait grâce à la différence de volatilité (capacité à s’évaporer selon la

température) entre les constituants.

- Le bouilleur porte à ébullition le mélange ;

- Les vapeurs du composé le plus volatil montent plus facilement ;

- Le condenseur transforme les vapeurs en liquide par condensation ;

- Le distillat a une concentration plus élevée en composé le plus volatil.

Figure 1 : Courbe cas d’une distillation simple [9]

Distillation fractionnée : [31] II.2.2

La distillation fractionnée, aussi appelée rectification, est un procédé de séparation par

fractionnement. Son but est de séparer les différents constituants d’un mélange de liquides

miscibles, possédant des températures d’ébullition différentes. Pour cela, elle exploite le

même principe que la distillation classique mais se distingue par l'utilisation d'une colonne de

séparation, qui permet une meilleure discrimination des constituants du mélange.

La colonne à distillée est le lieu d’un équilibre liquide-vapeur où il y a une succession

de vaporisation-liquéfaction. En haut de la colonne le mélange contient beaucoup plus de

composé le plus volatil.



Figure 2 : Courbe cas de la distillation fractionnée [9]

II.2.2.1 Principe [19]

La rectification est une forme d’application de la distillation. Elle est utilisée par

exemple pour le fractionnement du pétrole. Si le distillat obtenu par distillation est à nouveau

distillé, on obtient un nouveau distillat dont la teneur en composants volatils est encore plus

élevée. En recommençant cette opération plusieurs fois, il est possible d’augmenter à chaque

fois cette teneur.

En pratique, cette distillation à plusieurs étapes est effectuée dans une colonne sous

forme de distillation à contre-courant (rectification). Le mélange de liquides à séparer

(alimentation) est amené en bas de la colonne où il est porté à ébullition. La vapeur générée se

déplace vers le haut de la colonne et l’autre partie retourne dans la colonne et se déplace vers

le bas.

Pendant son déplacement vers la tête de la colonne, le mélange gazeux généré au bas

de la colonne subit un échange intensif de chaleur et de matières avec la phase liquide par

l’intermédiaire des plateaux, ou des garnissages. Les composants moins facilement volatils de

la phase vapeur se condensent et enrichissent ainsi la phase liquide. Le principe des

différentes techniques de distillation fait appel aux lois qui régissent l’équilibre liquide-vapeur

des corps purs et des mélanges.



Figure 3: Montage d'une colonne de distillation [3]

La rectification étant une opération qui peut s’effectuer sous des pressions

extrêmement différentes, le choix de la pression, qui est le facteur le plus important dans une

distillation, est déterminé par :

- la température maximale T max supportée par le produit

- la température de chauffage

- la température du liquide de refroidissement utilisé dans le condenseur

II.2.2.2 Volatilité : [27]

Le terme volatilité signifie la tendance que présente une matière à passer de la phase

liquide à la phase gazeuse. Elle est une des propriétés particulières des fluides qui permet

d'appliquer le procédé de Distillation. L’alcool et l’essence sont des exemples de liquides

facilement volatils.

II.2.2.3 Azéotrope : [25]

Un mélange azéotrope ou azéotropique est un mélange liquide qui bout à température

fixe en gardant une composition fixe.

Quand on distille un mélange de deux liquides, la température d'ébullition n'est pas

toujours comprise entre celles des deux constituants ; elle peut présenter un point d'ébullition

supérieur au point d'ébullition des constituants purs (azéotropisme négatif) ou un point

d'ébullition inférieur au point d'ébullition des constituants purs (azéotropisme positif). Dans

l'un et l'autre des cas, la distillation fractionnée ne permet pas de séparer les deux liquides,



mais seulement l'un d'entre eux et le mélange azéotrope correspondant au point d'ébullition

maximal ou minimal. Par exemple l'alcool à 96° (soit 96% d'éthanol et 4% d'eau) est un

mélange azéotropique qui bout à 78,1 C, température inférieure à celle de l'éthanol pur (Téb:

78,4 C).

Deux cas à l’azéotrope la température de changement d’état est minimum graphe de

gauche ou passe par un maximum graphe de droite.

Figure 4 : Courbes azéotropique [9]

II.2.2.4 Manipulation d’une colonne de distillation [25]

Déclencher le chronomètre dès le début de l’ébullition. Noter la température θ toutes

les minutes, et construire la courbe associée θ = f(t)au fur et à mesure sur le graphe.

La température augmente d’abord, puis se stabilise à peu près. Lorsque cette

stabilisation est atteinte (températureθ_1), changer le réceptacle pour recueillir le distillat.

Conserver ce réceptacle tant que θ reste sensiblement égale àθ_1. Lorsque la température

s’élève, changer de réceptacle. Cette première fraction s’appelle encore "tête de distillation".

Continuer à noter la température, et à la reporter sur le graphe. Dès l’obtention d’un

nouveau palier de température (notéeθ_2), changer de réceptacle.

Recueillir ainsi les différentes fractions de distillation correspondant aux différentes

stabilisations de la température : θ_2, θ_3, etc.... La dernière fraction avant la fin de

l’expérience s’appelle "queue de distillation".

II.3 Procédés et techniques de réalisation d’une colonne de distillation

: [25]

Réalisation industrielle II.3.1

Dans l’industrie, la colonne à distiller est une colonne à plateaux, grande tour

cylindrique surmontant la chaudière, dans laquelle le liquide est en ébullition. Une colonne a

une hauteur d’environ 20m, et comporte une cinquantaine de plateaux.

Un double flux de matière se produit. Pour un plateau donné :



- La vapeur provenant du plateau inférieur se condense. Cette opération étant

exothermique, le liquide obtenu émet à son tour une vapeur plus riche en composé volatil, qui

va se condenser sur le plateau supérieur, et ainsi de suite.

- Le liquide, provenant du plateau supérieur, plus riche en composé le moins volatil,

tombe dans les plateaux inférieurs. On l’appelle reflux.

Ce double flux permet donc le contact entre liquide et vapeur, indispensable pour que

la distillation se fasse.

On récupère alors, si le nombre de plateaux est suffisant, le composant le plus volatil

en haut de colonne, et le composant le moins volatil en bas de colonne.

Figure 5 : Vue schématique à l'intérieure d'une colonne [26]

Le principe de la distillation fractionnée nécessite que l’équilibre physique s’établisse

sur chaque plateau entre le liquide qui reflue et la vapeur qui monte. Chaque plateau est donc

théoriquement à température constante, (la température diminuant à mesure que l’on s’élève

dans la colonne).

En réalité, les débits des flux de vapeur montante et de liquide descendant sont

constants, et la composition du liquide sur chaque plateau n’est pas homogène.

Réalisation en laboratoire : [25] II.3.2

La colonne à distiller est :

- soit une colonne de Vigreux cylindrique portant des pointes de verre à l’intérieur,

favorisant les équilibres liquide-vapeur,

- soit une colonne remplie d’anneaux, appelée colonne à anneaux de Raschig.

Dans ces colonnes, les compositions du liquide et de la vapeur varient de façon

continue. Leur efficacité est plus faible, mais leur mise en œuvre est facile.



Ce qui différencie les colonnes de rectification sont leurs dispositifs internes. Nous

distinguons:

- les colonnes à plateaux : perforés, à calottes ou à soupapes ;

- les colonnes à garnissage : en vrac ou structuré.

II.3.2.1 Colonnes à plateaux : [19]

Les colonnes à plateaux sont utilisées pour réaliser un contact entre phase gazeuse et

phase liquide de manière à les amener le plus près possible de l’état d’équilibre. Le

mouvement des phases peut se faire de deux façons :

- à contre-courant, sur un plateau constitué exclusivement par des trous ou des fentes à

travers lesquels le liquide et la vapeur s’écoulent et il n’y a pas de trop plein.

- à courants croisés, sur un plateau à travers lesquels la phase vapeur traverse une

couche de liquide se déplaçant horizontalement avant de déboucher par un trop plein sur le

plateau inférieur.

Figure 6 : Mouvement des phases

dans une colonne à contre-courant

Figure 7 : Mouvement des phases

dans une colonne à contre-courant

II.3.2.2 Colonnes à garnissage : [19]

Les colonnes garnies diffèrent nettement des colonnes à plateaux, tant par leur

construction que par leur fonctionnement. Les fluides y circulent à contre-courant et non plus

à courants croisés. L’équilibre entre liquide-vapeur n’est réalisé en aucun niveau d’une

section garnie, même si on la considère comme fonctionnant de façon idéale.

Le transfert des matières entre le liquide et la vapeur a lieu de façon continue sur toute

la hauteur de la colonne. Le rendement de la colonne garnie est obtenu en déterminant le

nombre de plateaux d’une colonne idéale qui aurait la même efficacité que la colonne



considérée et on déduit ensuite la HEPT (Hauteur équivalent des plateaux théoriques). Cette

colonne sera d’autant meilleure que sa HEPT sera plus petite.

On détermine par la construction graphique le NET (nombre d'étages théoriques) et

connaissant la hauteur du garnissage, on déduit la HEPT :

𝐻𝐸𝑃𝑇 = 𝐻𝑎𝑢𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑟𝑛𝑖𝑠𝑠𝑎𝑔𝑒

𝑁𝐸𝑇

Figure 8 : Distillation simple Figure 9 : Distillation fractionnée



Chapitre III: LA BIOMASSE ET LA FILIERE BANANE

Ce chapitre comporte d’une part quelques définitions de la biomasse et les éventuels

modes de valorisation et d’une autre les généralités sur les bananiers et la filière banane à

Madagascar.

III.1 Quelques définitions de la biomasse

Diverses entités internationales qui travaillent dans le domaine de la biomasse ont

chacune leur manière de définir la biomasse.

Selon l’ADEME « Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie », la

biomasse englobe les matières organiques animales et végétales ainsi que l’ensemble des

résidus principalement organique généré par les activités humaines comme les déchets

humains et les effluents urbains.

Ces différentes ressources peuvent être regroupées en trois types :

- Le bois et les déchets des industries de transformation des bois y compris les liqueurs

noires de papeterie ;

- Les produits de l’agriculture ainsi que leurs déchets et ceux de la transformation des

produits agricoles ;

- Les déchets urbains comme les ordures ménagères et les boues de station.

Selon le FAO « Food and agriculture organisation » ou « Organisation des Nations

unies pour l’alimentation et l’agriculture » la biomasse peut être regroupée en trois catégories:

- La biomasse agricole : comprend les sous-produits d’exploitation agricole, les sous-

produits animaux, les sous-produits des industries agroalimentaires, les cultures énergétique

terrestre (canne à sucre, manioc, les déchets organiques comme le tourbe, houille, lignite) ;

- La biomasse forestière : comprend respectivement les résidus d’exploitation forestière

et les plantes à soins énergétiques comme l’eucalyptus ;

- La biomasse aquatique et algue : ceux sont les cultures énergétiques aquatiques

comme la jacinthe d’eau et les algues.

III.2 Différents types de biomasse [30]

Il existe différents types de biomasse qui peut être utilisés comme source d'énergie.

Bien qu’il existe de nombreuses classifications, nous avons ici choisi la classification qui nous

semblait la plus adaptée. Celle-ci consiste à diviser la biomasse en quatre types: la biomasse

naturelle, les déchets secs et humides ainsi que les cultures énergétiques.



La biomasse naturelle III.2.1

Elle est produite dans la nature sans aucune intervention humaine. Son problème est sa

gestion d'acquisition ainsi que son transport vers les endroits ciblés. Cela peut avoir pour

conséquence de rendre son exploitation économiquement impossible.

Les déchets résiduels (secs et humides) III.2.2

Il s’agit des déchets générés par les activités de l’agriculture (ligneuses et herbacées) et

de l'élevage, des forêts, des industries agroalimentaires et du bois, ainsi que toutes celles

pouvant être utilisées et considérées comme sous-produits. A titre d'exemple nous pouvons

considérer la sciure de bois, les coquilles d'amandes, les noyaux d'olives, l'élagage fruitier,

etc.

On appelle biomasse résiduelle humide les déchets dits biodégradables, c'est-à-dire les

eaux usées urbaines et industrielles ainsi que les déchets d'élevage.

Les cultures énergétiques III.2.3

Celles-ci sont produites avec pour seul objectif de produire de la biomasse

transformable en combustible. Ces cultures peuvent être divisées en:

- Les cultures déjà existantes telles que les céréales, les oléagineux, les betteraves

sucrières, etc.

- Les forêts lignocellulosiques (peupliers, saules, etc.).

- Les herbacés lignocellulosiques comme le Cynara Cardunculus (chardon)

III.3 Valorisation énergétique de la biomasse [2]

La valorisation énergétique de la biomasse peut produire trois formes d’énergie utile,

en fonction du type de biomasse et des techniques mises en œuvre :

- De la chaleur ;

- De l’électricité ;

- Du combustible.

Procédés de valorisation de la biomasse III.3.1

On distingue trois procédés de valorisation de la biomasse :

- La voie sèche : principalement constituée par la filière thermochimique, qui regroupe

les technologies de la combustion, la gazéification et de la pyrolyse.

- La voie humide : la principale filière de cette voie est la méthanisation, il s’agit d’un

procédé basé sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique. Elle

s’opère dans un digesteur chauffé et sans oxygène (réaction en milieu anaérobie).



- La production de biocarburant : les biocarburants sont des carburants liquides ou

gazeux créés à partir d’une réaction entre huile et l’alcool dans le cas du biodiesel ou à partir

d’un mélange de sucre fermenté et d’essence pour le cas du bio éthanol.

Générations de biocarburants III.3.2

Il existe trois générations de biocarburants :

- 1ère génération : biocarburants créés à partir des graines ;

- 2e génération : biocarburants créés à partir des résidus non alimentaire des cultures

(paille, tige, bois) ;

- 3e génération : biocarburants créés à partir d’hydrogène produit par des micro-

organismes ou à partir d’huile produite par des microalgues. (Généralité sur la biomasse)

Energie de la biomasse III.3.3

Le tableau ci-dessous récapitule la valorisation énergétique de plusieurs biomasses.

Tableau 2 : Energie produite à partir de la biomasse [2]

BIOGAZ BIOCARBURANTS BOIS-ÉNERGIE

Matières

appropriées

-zones d’habitation:

épluchures et déchets verts

-agriculture: engrais de

ferme et résidus de récolte

- artisanat et industrie:

déchets alimentaires, résidus

de la transformation des

denrées alimentaires ou

des déchets de la

transformation de la viande

-stations d’épuration des

eaux usées: boues

d’épuration

Pour le bioéthanol:

-artisanat et industrie :

déchets contenant des

sucres

Pour le biodiesel:

-artisanat : huiles de

friture usagées

-industrie: graisses

animales

-exploitation forestière:

bois forestier à l’état

naturel et résidus

provenant du traitement

du bois

-zones d’habitation: vieux

bois

-agriculture: bois

provenant de l’entretien

du paysage

Produits électricité, chaleur et

carburant

Carburant électricité, chaleur et

carburant

III.4 Généralités sur le bananier

Morphologie et cycle du bananier [22] III.4.1

Même s’il peut atteindre 9 mètres de haut, le bananier n’est pas un arbre. Le bananier

est une plante monocotylédone herbacée et vivace de grandes dimensions, et à végétation



particulièrement rapide cultivée essentiellement pour son fruit consommé frais ou cuit, il

appartient à la famille des musacées et au genre musa.

La plante du bananier est composée de plusieurs organes morphologiques :

- d’une tige souterraine appelée bulbe : le centre vital du bananier. Elle est le lieu de

formation des racines, des feuilles et de l’influence. C’est à ce niveau que se différencient les

rejets assurant la pérennité naturelle de l’espèce ;

- des feuilles ; on observe un simple développement en hauteur de la base massive des

pétioles des grandes feuilles insérées en spirale. Grandes feuilles droites ou retombantes

(jusqu’à trois mètres de long et 60 centimètres de large) longuement pétiolées ;

- le pseudo-tronc ou faux tronc résulte de l’imbrication des gaines foliaires les unes dans

les autres ;

- d’une inflorescence se forme au niveau de la tige souterraine, parcourt tout le centre

du faux tronc avant son apparition à l’extérieur de la plante.

Les fleurs dites femelles qui se forme en premier et qui donneront les fruits

comestibles groupés en mains composées de doigts ou bananes, les fleurs dites mâles à

l’extrémité de l’axe floral qui dégénèrent après la floraison. Lorsque l’on parle d’un régime de

bananes, on désigne l’ensemble des mains et la hampe florale sectionnée pour la récolte, bien

que le bananier ne puisse donner qu’un seul régime par cycle, on le considère comme une

culture pérenne.

Figure 10 : Un bananier



Le cycle de développement du bananier est caractérisé par trois phases. Pendant

chaque phase il y a la formation d’un nombre déterminé des feuilles; Cette formation des

feuilles dépend de l’état physiologique de la plante et de la température. Si la température est

adaptée à la plante on aura la formation d’une feuille par semaine.

Les trois phases qui caractérisent le cycle de développement du bananier :

- Phase végétative de 6 à 8 mois

- Phase de floraison d'une durée de 3 à 4 mois

- Phase de fructification d'une durée de 3 à 4 mois

C'est au début de la première phase que les potentialités de développement sont

déterminées. C'est durant cette phase que la nutrition azotée et potassique est la plus

importante par rapport aux autres phases. Dans la deuxième phase, le pseudo- tronc ne grossit

plus mais ses entre-nœuds s'allongent. Lors de la troisième phase, les entre-nœuds se

raccourcissent et la surface foliaire diminue en faveur du développement de l'inflorescence.

L'importance de l'azote diminue alors que les besoins en potassium augmentent.

Classification [6] III.4.2

Avec environ 1000 types de bananes, subdivisés en 50 groupes de variétés, il y a

vraiment beaucoup de bananes différentes dans le monde. Il y a des bananes courtes, des

carrées, des rondes, des droites, des courbées, des vertes, jaunes, roses, tachetées, dorées, et

même des rayées.

Les bananes comestibles, ou cultivars, sont classifiées selon leur génome. Il y a six

groupes principaux :

- AA : principalement de petites bananes sucrées (bananes gingo, bananes miniatures)

- AAA-dessert : ex. Cavendish, la principale variété exportée.

- AAA-à cuire : groupe spécial des bananes d'altitude d'Afrique de l'est, également

utilisées pour faire de la bière

- AAB-dessert : arôme “doux acide”, populaire au Brésil et en Inde

- AAB-à cuire : “vraies bananes plantain”, répandues en Afrique de l'ouest et en

Amérique latine

- ABB à cuire : répandues en Asie du sud-est. Chair farineuse qui nécessite

généralement d’être cuite pour avoir un goût agréable.



Condition de vie du bananier [22] III.4.3

III.4.3.1 La température

L'optimum de température se situe dans l'intervalle de 25 à 30°C. Au-delà de 35 à

40°C et en bas de 14°C des anomalies surviennent. Les plantes accusent un retard de

croissance manifestée par une lente émission des feuilles plus petites.

III.4.3.2 La lumière

Le bananier est une plante qui a besoin d'un ensoleillement suffisant. Des durées

d'insolation de 1900 à 2300 heures par cycle sont exigées par la plante. Sous des densités

élevées de peuplement, on a un effilement des plantes et un retard de floraison et du

grossissement du fruit.

III.4.3.3 Le vent

Le bananier est muni d'un système racinaire traçant et superficiel. Par conséquent, il

est sensible aux vents violents. Les vents violents amènent toujours des dommages

considérables, soit en brisant les feuilles aux pétioles, soit en cassant les pseudos troncs.

III.4.3.4 Humidité

Le bananier exige une forte humidité de l'air (60% à 90%), le sol doit être

suffisamment pourvu en eau. Les zones éloignées de la mer (absence d'influence maritime)

sont relativement sèches. En cas d'une très basse humidité, on peut y remédier en irrigant.

III.4.3.5 Sol

On mettra surtout l’accent sur la structure du sol. Le bananier exige un sol léger,

profond, peu caillouteux qui permettra à ses racines de se développer sans obstacles. Il faut

donc éviter les sols lourds, drainant mal ou qui se compactent facilement les racines sont très

vite asphyxiées par tous excès d’eau dans le sol.

III.5 La filière banane à Madagascar [16]

Producteur de banane III.5.1

La culture de la banane est quasiment présente partout à Madagascar, sauf dans les

régions arides de l’Ouest et du Sud. On estime à 38 000 ha les superficies cultivées,

dispersées à travers le pays, produisant environ 170 000 tonnes de fruits. Mais il s’agit de

bananes-fruits ou de bananes-plantains, consommées crues ou cuites, et destinées à la

consommation familiale ou au commerce local.

En revanche, la banane d’exportation est exclusivement cultivée sur un secteur de la

Côte Est de Madagascar, en gros entre Fénérive-Est et Brickaville, long de 200 km environ,

large de 50 km au maximum. L’ancienne Province de Tamatave est donc au cœur de cette

zone bananière, à peu près à égale distance de ses extrémités nord et sud. Cette symétrie



s’explique par les liens étroits qui existent entre la culture bananière d’exportation et les

moyens de transport qui permettent l’évacuation de la production. La banane est en effet un

fruit fragile, et la rapidité de son exportation est un atout pour son bon écoulement sur le

marché. La partie centrale de la Côte Est produit donc la totalité des bananes exportées par

Madagascar.

Le tableau suivant illustre la production de banane de Madagascar selon l’INSTAT.

Tableau 3 : Situation de la production de banane

Faritany Production (t) (%) Superficies (ha)

Antananarivo

Toliary

Mahajanga

Antsiranana

Toamasina

Fianarantsoa/Manakara

318

3 396

5 919

28 137

61 108

71 285

0,2%

1,9%

3,5%

16,5%

36,0%

41,9%

675

1 770

4 975

5 995

10 230

14 755

Total 170 163 100 % 38 000

Structures de commercialisation [11] III.5.2

La commercialisation de la banane est très dynamique, c’est l’une des fruits les plus

comestibles à Madagascar.

III.5.2.1 Le marché intérieur

Le principal marché de banane de Madagascar est orienté vers Antananarivo, où la

consommation annuelle est estimée à 25 000 tonnes de bananes.

Les centres fournisseurs de bananes d’Antananarivo sont :

- Le Sud-Est : 60% (Manakara, Mananjary)

- L’Est : 30%

- Le Nord-Ouest : 10%

Une partie de cet approvisionnement est assurée par d’autre zone de collecte en

période de pénurie hivernale. La banane est présente en toutes saisons mais on constate une

baisse de l’offre pendant l’hiver (juin, juillet, août).

L’achat se fait soit :

- Par des collecteurs grossistes qui assurent parfois le transport fluvial et le

débarquement et livrent la marchandise aux grossistes camionneurs qui les acheminent

jusqu’à Antananarivo ;

- Ou par des producteurs collecteurs situés au bord de route qui centralisent la

production de plusieurs planteurs et chargent des camions venant d’Antananarivo. En pleine

saison, ils peuvent remplir un camion de 12 tonnes par 3 jours.



- Ou par des producteurs grossistes qui achètent à d’autres producteurs au kilogramme,

stockent en vert et revendent à des grossistes transporteurs. Les bananes arrivées à

Antananarivo sont toujours vertes. Elles sont stockées par des grossistes de murisseries de

bananes et écoulent les produits aux revendeurs détaillants des marchés de quartiers de la

capitale.

Pour l’évolution du prix de la banane, les prix d’achat aux producteurs varient selon

les saisons :

- Saison des pluies (été) : 200-250 MGA/kg, prix du régime

- Saison sèche (hiver) : 250-300 MGA/kg, prix du régime

Ces prix peuvent descendre jusqu’à 100-150 MGA/kg dans les zones très enclavées

longent le réseau FCE (Fianarantsoa Côte Est).

Les prix de vente du régime mûre aux consommateurs :

Les prix de détail ont régulièrement évolué entre 2000 et 2018. Ces prix restent

cependant très influencés par les conditions climatiques (saison pluvieuse et passage de

cyclones où des montées de prix jusqu’à 600 MGA/kg sont enregistrées).

Tableau 4 : Prix de vente du régime mûre de banane au consommateur [11]

Centre de consommation 1990 1994 2000 2004 2018

Antananarivo 50 200 300-400 300-500 1000-2000

Fianarantsoa 200-300 600-800

Manakara 200-240 600-800

Il ressort de ce tableau qu’après une forte augmentation des prix vers 1994 et 2018, ils

se sont multiplié de 6 à 10 fois plus cher jusqu’en 2004 et 3 à 4 fois plus en 2004 jusqu’en

2018.

III.5.2.2 Le marché extérieur [11]

L’exportation de bananes a démarré dans les années 60 pour atteindre en 1966 son

volume maximal de 35 000 tonnes. Ensuite l’exportation a baissé progressivement pour

s’arrêter en 1998. La banane exportée est principalement constituée de la variété POYO. Sur

la base des analyses de la mission récente en décembre 2003, il paraît difficile d’envisager

une reprise de l’exportation de la banane de Madagascar sur le marché européen, compte tenu

de l’accentuation de la concurrence, qui se traduit par une baisse tendancielle des prix sur le

marché. Néanmoins, le développement d’une exportation à petite échelle vers la sous-région

(COI) et le Moyen-Orient n’est pas à écarter.

En ce qui concerne le quota dont bénéficiait Madagascar de par la Convention de

Lomé, il n’existe plus depuis 2001. Il existe cependant des mesures transitoires jusqu’au début



de 2008 où les pays ACP bénéficient d’un quota global. La banane de Madagascar n’étant pas

compétitive par rapport aux pays latino-américains, le choix a été plutôt orientée vers la

diversification des produits, qui bénéficie d’une aide de 500 000 € par an de l’Union

Européenne par le biais du CTHT.

Variétés de bananes existant à Madagascar [20] III.5.3

Les bananiers à fruit consommables crus correspondent au genre du Musa Sapientum.

L’attribution du nom de cette banane varie selon la région de Toamasina et Antsiranana ; on

la désigne Katakata et le terme Fontsy peut être employé à Toamasina, Kida ou Fontsy à

Mahajanga ; l’appellation Akondro est utilisé sur les hauts plateaux et à Toliara.

Les variétés les plus connus sont :

III.5.3.1 Les figues sucrées

Les bananes de type diploïde AA sont principalement de petite bananes sucrés avec de

peau très fine. Cette variété correspond au Akondromavokely et ranjaly qui sont

abondamment dans plusieurs régions de Madagascar, mais surtout Toamasina, Mahajanga et

Antsiranana.

III.5.3.2 Les figues roses

Elles correspondent à une variété de banane à peau rouge Menaloky, que l’on trouve

dans la région du Lac Alaotra et de Moramanga.

III.5.3.3 Le Gros Michel

Variété très répandu à Madagascar et on l’appelle AkondroTaiparasy. Mais, il existe

des variétés commerciales de bananes qui sont classés dans le groupe «Cavendish » ou «

Sinensis ». Ce groupe comprend quatre types principaux : le «Lactan », le « Poyo », la grande

Naine et la « Naine » dont la description et les correspondances à Madagascar sont à

rechercher.

III.5.3.4 Les bananiers plantains

Elles donnent des bananes à cuire correspondant au genre Musa paradisiaca on

l’appelle qussi « Akondro lahy ». Ils sont cultivés dans toutes les régions chaudes et humides.

On les rencontre surtout dans les régions du Boina, de Midongy de l’ouest, dans le bassin de

Fiherenana et dans la partie Est de l’île. Le plus connu est la banane créole ou « French »

Plantain des Antilles qui correspondrait aux Akondrotelorirany de Madagascar.

DEUXIEME PARTIE :

MATERIELS ET METHODES



Chapitre IV: METHODOLOGIES

Ce chapitre décrit les démarches suivies en vue d’identifier la méthodologie adéquate

à adopter pour cette étude.

IV.1 Caractéristiques physico-chimiques de la banane [16]

Une certaine liste de résultats d’analyse de la banane figure dans la littérature, mais les

résultats ne sont pas toujours concordants. La différence vient surtout du degré variable de la

maturité du fruit analysé et non pas tellement de son origine, du moins pour les grands écarts

de pourcentage d’un même élément.

Composition chimique de la banane IV.1.1

Plusieurs auteurs sont à signaler dans cette étude de la composition de la banane.

Citons seulement : BOUSSINGAULT(1843), BALLAND(1907), KONDO et

collaborateur(1928), LABBE(1933), BROOKS (1941) et certaines organisations.

En 1843, Boussingault J.B. pense aussi que la banane contient du sucre cristallisable,

de la gomme, de l’acide malique, acide gallique, des albumines, de l’acide pectique et des sels

alcalino-terreux. L’auteur signale que 1000 grammes de fruits mûrs frais donnent 439

grammes de banane sèche, et qu’à l’état vert, il n’y a pas de sucre, mais beaucoup d’amidon.

En 1863, Corenwinder M.B donne la composition de la banane du Brésil :

Tableau 5 : Composition de la banane du Brésil

Matières Banane

Eau 73,9

Albumine 4,8

Cellulose 0,2

Matières grasses 0,6

Sucre de canne 19,65

Acide organique 19,65

Pectine 19,65

Amidon 19,65

Acide phosphorique 0,79

Chlore 0,79

Fer 0,79

En 1907, A.Balland donne la composition suivante de la pulpe et de la peau de la

banane, et consacre une grande partie de son « Traité sur les Aliments » à ce fruit

particulièrement riche.



Tableau 6 : Composition de la banane selon A.Balland

Matières Pulpe Peau

Eau 72,40 81

Matière azotées 1,44 1,28

Matières grasses 0,09 0,68

Matières sucrées 21,90 6,20

Matières extractives 2,03 6,48

Cellulose 1,22 2,42

Cendres 0,92 1,94

En 1907 également, le Service d’Agriculture de l’Argentine donne une composition

différente de la pulpe et de la peau, différente de la précédente par le taux du sucre et

l’existence d’un taux élevé d’amidon. Certainement, l’analyse a été faite sur un fruit non

arrivé à maturité parfaite.

Tableau 7 : Composition de la banane selon le Service d’Agriculture de l’Argentine

Matières Pulpe Peau

Eau 68,20 79,30

Acide pectique 0,03

Pectine 1,24 0,74

Sucre 7,07

Amidon 21,98 8,98

Fibrine 0,18 1,88

Matières ligneuses 0,50 5,16

Cendres 0,50 0,63

D’autres auteurs : Kondo et collaborateurs (1928) donnent quelques détails sur ce fruit

: une banane pèse en moyenne 148 grammes et dans chaque fruit, a partie comestible

représente 60% et la peau 40%. Pour eux, le pouvoir énergétique est de 75 calories pour une

banane, et il y a également des enzymes, maltase (pour Boone Ray [1926], la pulpe présente

70,59 % du poids total, la peau 29,41%).



Tableau 8 : Composition d’une banane pesant 148 grammes

Matières Banane

Eau 68,51

Protéines 1,80

Fibre 0,34

Amidon 4,69

Dextrine 0,15

Sucre non réducteurs 1,94

Sucre réducteur 12,23

Substances pectiques 0,38

Tanin (acide gallo tannique) 0,12

Cendre 1,04

D’après le RescarchDepartement United Fruit, en 1928 également, la pulpe représente

72 % du poids d’une banane, la peau 28%.

Tableau 9 : Composition de la banane selon le département United Fruit

Matières Banane

Eau 75,6

Sucre 19,9

Amidon 1,2

Protéines 1,3

Graisse 0,6

Celluloses 0,4

Cendres 0,8

A Paris, en 1933, A. Labbé donne la comparaison de la banane fraiche, verte et mûre,

et note l’absence d’amidon dans le fruit mûr.



Tableau 10 : Comparaison de la banane selon A. Labbé

Matières Banane fraîche verte Banane fraîche mûre

Eau 78,11 73,6

Graisse 0,18 0,3

Glucose 0,29 -

Sucre et pectine - 22,8

Amidon 11,11 -

Cellulose - 0,2

Albumine 1,35 1,7

Fibres digestibles 10,07 -

Fibres ligneuses 0,66 -

Gomme 0,36 -

Substances minérales 0,87 0,8

D’après ces résultats, nous remarquons que la proportion d’eau diminue avec la

maturation du fruit, tandis que celle des graisses, du sucre et des protides augmentent, et

certaines substances telles qu’amidon, fibres et gomme disparaissent à la maturité de la

banane.

Les résultats obtenus par Brooks en 1941 sont également différents, et l’auteur

compare le fruit vert et le fruit mûr.

Tableau 11 : Comparaison du fruit vert et mûr

Matières Fruit vert Fruit mûr

Eau 73,10 77,88

Matière protéiques 1,73 1,36

Matières grasses 0,90 0,82

Amidon 21,29 0,72

Sucres réducteurs 0,08 7,5

Saccharoses 1,17 10,22

Pectine 0,08 0,20

Cellulose brute 0,72 0,52

Cendres 0,93 0,78



Composition chimique des parties morphologiques du bananier IV.1.2

[13]

Les tableaux suivants présentent la composition générale du bananier. Partant de cette

composition chimique, on peut mettre en évidence la possibilité valorisation énergétique

potentielle des déchets de biomasse lignocellulosique du bananier.

Tableau 12 : Composition chimique de la biomasse lignocellulosique des parties

morphologiques du bananier appartenant au sous-groupe Cavendish : Musa AAA

Partie morphologiques (PAM)

Limbes Nervures + pétioles Gaines foliaires Tige florale

Hampe du régime

+ rachis

Biomasse sèche et humide (%)

mfPAM (% mfPE) 13 9,25 17,83 8,92 3,85

mfPAM (%mfPAM) 24,6 17,5 33,74 16,88 7,28

msPAM (% mfPAM) 16,5 9,8 3,4 7,8 9,8

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

Composition chimique (%msPAM)

Cellulose 20,7 39,5 37,1 14,4 28,4

Hémicellulose 8,6 21,5 11,4 5,5 7,5

Lignine 24,3 18 13,3 10,7 10,5

Amidon 1,1 0,4 8,4 26,3 1,4

Protéines 8,3 1,6 1,9 3,2 2

Lipides 8,4 2,1 3,5 2,5 2,9

Cendres 19,4 11,6 19 26,1 26,8

ESSE 1,23 0,57 3,03 2,13 0,94

Pectines et autres 7,97 4,73 2,37 9,17 19,56

Composition chimique (%mfPAM)

Cellulose 0,84 0,68 0,43 0,19 0,2

Hémicellulose 0,35 0,37 0,13 0,07 0,05

Lignine 0,99 0,31 0,15 0,14 0,07

Amidon 0,04 0,01 0,1 0,35 0,01

Protéines 0,34 0,03 0,02 0,04 0,01

Lipides 0,34 0,04 0,04 0,03 0,02

Cendres 0,79 0,2 0,22 0,34 0,19

ESSE 0,05 0,01 0,03 0,03 0,01

Pectines, tanins, etc. 0,32 0,08 0,03 0,12 0,14



Tableau 13 : Composition chimique totale de la biomasse lignocellulosique des parties

morphologiques du bananier appartenant au sous-groupe Cavendish : Musa AAA

Composants chimiques teneur (%) Total

Composition chimique totale des PaM

étudiées (% msPAMT) 100

ESSE 1,45

Cellulose 26,09

Hémicellulose 10,89

Amidon 5,63 5,63

Lignine 18,58

Protéines 4,94

Lipides 5,26

Pectines et autres 7,73

Cendres 19,43

Monosaccharides (% sucre simple)

Pentoses –Xyl 16,5 25,5

- Ara 9,0

Hexoses – Glu 69 74,5

- Gal 2,5

- Ma 2

- Rha 1

éléments minéraux (% cendres)

Si 34

Ca 19

K 40

P 2

Mg 3

IV.2 Les possibilités de valorisation des déchets de bananiers [13]

Production potentielle du bioéthanol IV.2.1

De formule brute C2H5OH et usuellement désigné par l’abréviation EtOH, l’éthanol

est un produit à usages multiples (pharmaceutique, parfumerie, alimentaire, combustible,



etc.). Il est produit chimiquement par hydratation catalytique directe de l’éthylène (CH2=CH2)

et biologiquement par fermentation alcoolique. Lorsque le substrat de la fermentation est une

biomasse lignocellulosique, on procède d’abord à un prétraitement qui vise à modifier les

propriétés physiques et physicochimiques, telles que le degré de polymérisation de la matière

lignocellulosique, et donc des fractions cellulosiques et hémicellulosiques. Ce prétraitement

est suivi de l’hydrolyse des polysaccharides (cellulose et hémicellulose) en monosaccharides

(hexoses et pentoses) avant la fermentation proprement dite qui conduira à la production du

bioéthanol.

La conversion des pentoses et des hexoses en éthanol fait l’objet de différentes voies

de transformation. En effet, ces sucres peuvent être transformés par la voie des pentoses

phosphates, la glycolyse, la voie d’Entner-Doudorof, etc. Dans la mesure où certaines

enzymes sont spécifiques à un microorganisme, il est à noter que la voie de transformation

des sucres en éthanol diffère suivant les microorganismes utilisés pour la fermentation.

L’équation générale de production du bioéthanol à partir des monosaccharides est la suivante:

𝐶6 𝐻12𝑂6 ⟶ 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 2𝐶𝑂2

La figure 4 présente la production potentielle du bioéthanol en litres par tonne de MS.

Trois types de production y sont représentés : la production par fermentation des hexoses

uniquement, la production par fermentation successive des hexoses et pentoses et la co-

fermentation simultanée des hexoses et pentoses. Le cout de production dépend de plusieurs

facteurs. Les deux facteurs les plus couteux du processus de conversion sont le prétraitement

et l’hydrolyse enzymatique. En effet, ceux-ci représentent respectivement, environ 33% et

40% du cout de production total. Le cout de la matière première est également un facteur

important dans le cout de production, même si celui-ci intervient pour une moindre

proportion. De manière générale, les couts de production du bioéthanol de seconde génération

dépendent de la matière première exploitée et de la technique de production employée.



Figure 11 : Production potentielle comparative du bioéthanol (l.t-1 de matière sèche) à partir

des déchets de biomasse lignocellulosique du bananier et d’autres matières organiques.

Comme l’indique la figure 4, la production potentielle du bioéthanol à partir des DBA

est de 294 l.t -1

de MS (soit 232,8 kg.t -1

de MS) suivant le procédé SSCF. Au niveau national,

elle est de 118,4 x 106 l (93,8 x 10

6 kg). Sachant que le pouvoir calorifique inférieur du

bioéthanol est de 5,91 Kwh.kg -1

, le potentiel de production énergétique de la transformation

des DBA en bioéthanol revient à 27,2 x 103 Kwh.ha

-1.

Dans des conditions physico-chimiques optimales, la production du bioéthanol varie

en fonction de la teneur en sucres du substrat utilisé. D’après Didderen et al.(2008), l’épicéa,

le peuplier, la paille de céréales, le maïs et le Miscanthus, plus riches en sucres, possèdent un

rendement de production du bioéthanol plus élevé que celui des DBA (Figure 4). Avec une

teneur en sucres comprise entre 14 et 15 % (Didderen et al. 2008), le jus de canne à sucre a un

rendement de production du bioéthanol beaucoup moins élevé que celui des DBA. Ces

derniers contiennent environ 52 % de sucres.

Sur le plan environnemental, la production du bioéthanol de seconde génération

permet non seulement de lutter contre les gaz à effet de serre, mais aussi de pallier à certains

problèmes liés à la production du bioéthanol de première génération. En effet, on n’aura plus

besoin d’élargir les surfaces cultivables pour des monocultures destinées à la production du

bioéthanol et au détriment de la biodiversité et de l’équilibre des sols.

Production potentielle du bio méthane IV.2.2

Le méthane, de formule brute CH4, est un combustible dont la température d’auto-

inflammation dans l’air est de 540°C. Il peut être d’origine naturelle, par exemple lorsqu’il se



dégage des zones humides naturelles, d’origine animale lors d’une fermentation entérique ou

bien d’origine humaine, lorsqu’il provient de l’agriculture (rizières inondées), de l’extraction

de gaz ou des prairies. Il est le principal constituant du gaz issu de la fermentation de matières

organiques (animales ou végétales) en l’absence d’oxygène et à l’abri de la lumière par

l’action combinée de plusieurs communautés de microorganismes fermentaires (CMF), d’où

l’appellation «bio méthane».

La bio méthanisation se déroule en quatre phases : l’hydrolyse, l’acidogénèse,

l’acétogénèse et la méthanogénèse. Il en ressort de multiples intérêts parmi lesquels la

production d’énergie thermique et électrique, la production de digestat servant d’amendement

agricole et la diminution des émissions des gaz à effet de serre.

Le pouvoir calorifique du biogaz est essentiellement issu du méthane qu’il contient.

Par définition, le pouvoir calorifique inférieur (PCI) d’un combustible est la quantité de

chaleur dégagée par la combustion complète de l’unité de quantité du dit combustible. Cette

chaleur est diminuée de la chaleur latente d’évaporation de l’eau issue de ladite combustion.

D’après Héteu (2007), promoteur de DEECC Consulting Sprl (Belgique), le PCI du biogaz est

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