Questions d’efficacité et environnementales concernant

L’inefficacité des méthodes de cuisine n’est pas un problème sans importance, car on estime à environ 2 milliards le nombre de ménages cuisinant à l’aide de fourneaux rudimen-taires ou sur des feux ouverts. L’économie d’énergie, la production d’énergie verte et la réduc-tion de la polluréduc-tion de l’air intérieur ne sont pas de simples nécessités. Elles font actuellement partie des mandats mondiaux. L’importance de l’utilisation de cuisinières améliorées est telle

16Servals Group, « A social enterprise in pursuit of sustainable rural energy products (energy efficient cooking stoves, water conservation, vegetable oil fuels) [Une entreprise sociale à la recherche de produits énergétiques ruraux renouvelables (fourneaux de cuisine à faible consommation d’énergie, protection de l’eau, combustibles végétaux],mars 2008. Disponible (en anglais) à l’adresse suivante http://servals-group.blogspot.com/2008/03/energy-efficient-kerosene-burners.html.

qu’elle permettrait d’atteindre au moins cinq des huit objectifs du Millénaire pour le dévelop-pement que les Nations Unies s’emploient à atteindre à l’horizon 2015. Voici quelques statis-tiques donnant un aperçu de l’ampleur de la situation:¹⁷’18

 Du dioxyde de carbone, du méthane et de l’oxyde d’azote sont présents dans les émissions issues de la combustion de biomasse dans les fourneaux.

 On estime que le carbone noir, qui provient de la combustion incomplète, contribue à hauteur de 25 à 50 % des émissions de dioxyde de carbone responsables du ré-chauffement climatique.

 Les émissions de méthane sont la deuxième cause principale des changements cli-matiques après le dioxyde de carbone.

 Les fourneaux sont responsables d’environ 18 % des émissions de carbone.

 La pollution de l’air intérieur est le quatrième principal risque pour la santé dans les pays en développement.

 On estime les décès prématurés liés à la pollution de l’air intérieur à 1,6 million de personnes par an, les populations les plus touchées étant les femmes et les enfants.

 La cuisine au bois ou au charbon de bois réduit de 10 % les récoltes de bois prove-nant des forêts du monde.

Il apparaît donc clairement que la mauvaise utilisation de l’énergie par les ménages a des conséquences néfastes pour l’environnement, la qualité de l’air et la santé. La production et l’utilisation du charbon et du kérosène pour la cuisine entraînent des problèmes environne-mentaux. Ces derniers sont brièvement examinés dans cette partie.

La récolte du bois dans les forêts de Zambie pour l’énergie du bois et du charbon se fait en grande partie selon une mauvaise gestion forestière et n’est par conséquent pas durable, étant donné que les zones concernées demeurent déboisées. Ainsi, la biomasse issue des forêts peut être considérée comme non renouvelable (Chidumayo, 2005).

La biomasse forestière totale des terres boisées vierges du miombo, dans le centre de la Zambie, est estimée à 90 tonnes par hectare, composées de 90 % en moyenne de bois de corde adapté à la production de charbon et de 10 % de petites tiges et brindilles. Cette quantité diminue de manière considérable en fonction de la nature et du cycle de repousse ultérieure. Les cycles de rotation pour la repousse dans le miombo dépendent de l’objectif de la gestion. Pour la bio-masse ligneuse aérienne destinée au bois de chauffage et au charbon, des cycles de 10 à 50 ans et de 31 à 50 ans ont respectivement été proposés. Le tableau 2 fait apparaître la repousse de la biomasse forestière dans les terres boisées du miombo selon différents cycles de rotation.

17Groupe Servals, Context of Servals’ innovations (Contexte des innovations de Servals), mai 2010. Disponible (en anglais) à l’adresse suivante http://servalsgroup.blogspot.com/2010/05/context-of-sapls-innovations.html.

18Alliance mondiale pour des cuisinières propres. Disponible (en anglais) à l’adresse suivante www.cleancooks-toves.org.

Tableau 2

Estimation de la biomasse ligneuse aérienne au cours des différents cycles de rotation

Phase de gestion des forêts Biomasse forestière (tonnes/hectare) lors des différents cycles de rotation

20 ans 30 ans 40 ans 50 ans 100 ans

Bonne gestion (avant les années 1980) 67 ± 40 85 ± 40 94 ± 41 98 ± 43 103 ± 51 Gestion en déclin (années 1980) 45 ± 14 57 ± 15 64 ± 15 71 ± 15 90 ± 17 Aucune gestion (années 1990 à ce jour) 20 ± 11 27 ± 12 31 ± 13 35 ± 13 46 ± 17

Différence avec une bonne (durable) gestion (scénario de référence)

Gestion en déclin (1981 à 1989) 22 28 29 28 14

Aucune gestion (1990 à 2000) 47 58 62 64 58

Source: Determining the non-renewable portion of biomass utilized in charcoal production for Lusaka (Détermi-nation de la partie non renouvelable de la biomasse utilisée pour la production de charbon destinée à Lusaka) (Chidumayo, 2005).

D’après Chidumayo:

Biomasse non renouvelable = Biomasse des meules + Biomasse du changement d’affectation des terres + Biomasse

de l’absence de gestion ou d’une mauvaise gestion

Où:

a) La biomasse des meules est la perte de biomasse due à la perte de régénération sur les sites de séchage du charbon de bois, obtenue en multipliant la zone couverte par les meules dans la zone forestière déboisée pour la production de charbon par la biomasse ligneuse aé-rienne par hectare dans les terres boisées du miombo.

b) La biomasse du changement d’affectation des terres est la perte de biomasse due au change-ment d’affectation des terres avec le passage d’une agriculture forestière à une agriculture non forestière (environ 70 % de la zone déboisée pour le charbon).

c) La biomasse de l’absence de gestion ou d’une mauvaise gestion est la réduction du potentiel de biomasse renouvelable en raison d’une mauvaise gestion ou d’une absence de gestion au cours d’un cycle de rotation, dans le cas présent, un cycle de 30 ans. Dans le cas d’incendies destruc-teurs en fin de saison sèche annuelle, la repousse pourra se maintenir indéfiniment en phase

« piège à feu » (moins de 2 m de hauteur), et une récolte non contrôlée de perches de petite taille (< 8 cm de diamètre à 1,3 m de hauteur) lors de la repousse du miombo pourra également contribuer à la réduction de l’accumulation de biomasse forestière avec la stagnation du stock de biomasse à un niveau non souhaité pour la production de charbon.

Environ 6 à 10 tonnes de bois sont nécessaires pour produire une tonne de charbon. La consommation représente 1 à 1,3 tonnes de charbon par ménage et par an. Sur les 90 tonnes (moins de 10 % de brindilles) de bois par hectare vierge utilisées pour produire du charbon, seules 8,1 tonnes de charbon sont obtenues par hectare, avec un taux de transformation en char-bon de 1 tonne pour 10 tonnes de bois.¹⁹

19Mais d’après le tableau 2, les rendements peuvent ne pas dépasser 1,8 tonnes de charbon par hectare dans les zones non gérées avec un cycle de régénération de 20 ans.

Lors de sa combustion, le bois présente en règle générale une valeur énergétique com-prise entre 14 et 18 MJ/kg, contre environ 29 MJ/kg pour le charbon.²⁰ Cela signifie que le charbon brûle à une température plus élevée que le bois. Mais en cas d’isolation ou d’alimen-tation en air insuffisante (notamment en air secondaire), l’absence de flammes ou la circulation rapide des gaz carboniques entraîne la réduction de l’efficacité de la cuisson en raison d’un rendement inférieur de transfert thermique. Le taux de transformation moyen de 10 pour 1 si-gnifie que 10 kg de combustible ligneux séché à l’air est carbonisé pour produire 1 kg de char-bon (Luwaya, 2011). Les 10 kg de bois séché à l’air équivalent à 150 MJ. Ainsi, lorsque ces 10 kg produisent 1 kg ou 28 MJ sous forme de charbon, cela équivaut à une perte d’énergie nette de 122 MJ (soit environ 81,33 % de perte d’énergie) (voir la figure 3).

Figure 3

Énergie utile issue de la transformation du bois en charbon pour les fourneaux de cuisine

Ainsi, la surdépendance au charbon et au bois pour la cuisine est l’un des facteurs de la déforestation et de la dégradation des terres observées en Afrique subsaharienne. Avec une population en augmentation, la dégradation des terres en Afrique risque d’avoir des consé-quences négatives sur la contribution des ressources naturelles aux moyens de subsistance et d’entraîner de nombreuses personnes vers la pauvreté.

En Zambie, on estime les pertes à 39,37 tonnes de carbone par hectare lorsque de la biomasse aérienne est coupée (Kamelarczyk, 2009). Lorsque la zone déboisée est transformée en terre agricole, 11,02 tonnes supplémentaires de carbone par hectare sont perdues en raison de la biomasse souterraine. Ceci porte le total des pertes à 50,39 tonnes de carbone par hectare.

Un lien a été établi entre l’utilisation du bois et du charbon, communément brûlés en intérieur sans cheminée ou hotte à fumée, et divers problèmes de santé tels que cancer du pou-mon, bronchopneumopathie chronique obstructive, insuffisance pondérale à la naissance, cata-ractes, pneumonie et tuberculose (Lam et coll., 2013). On estime qu’en Zambie, plus de 2,4 mil-lions de ménages sont touchés par la pollution de l’air intérieur, et que plus de 8 600 personnes meurent chaque année des suites de ce problème.²¹ À juste titre donc, la pollution issue des combustibles solides a engendré des efforts soutenus visant à trouver des énergies de substitu-tion ou des méthodes permettant de brûler la biomasse plus proprement.

20Initiative Vuthisa Biochar, « Is it better to burn wood or charcoal? (Vaut-il mieux brûler du bois ou du char-bon?) » Septembre 2010. Disponible (en anglais) à l’adresse suivante http://vuthisa.com/2010/09/05/is-it-better-to-burn-wood-or-charcoal/.

21Alliance mondiale pour des cuisinières propres, Zambie, 2014. Disponible (en anglais) à l’adresse suivante http://www.cleancookstoves.org/countries/africa/zambia.html.

Le kérosène (également connu sous l’appellation alcane) présente de nombreuses appli-cations commerciales et industrielles, notamment, comme carburant d’aviation, comme solvant universel, ou encore pour la cuisine, le chauffage et l’éclairage. La cuisine au kérosène est ré-pandue dans de nombreux pays en développement, en particulier au sein des populations ur-baines qui doivent acheter la biomasse, et pour lesquelles l’électricité et le GPL s’avèrent trop chers ou peu fiables.

Les modèles de fourneaux au kérosène se classent en deux grandes catégories: les four-neaux à mèche (qui reposent sur le transfert par capillarité du combustible) et les fourfour-neaux à pression, plus efficaces et brûlant à une température plus élevée, dotés de becs à jet de vapeur qui pulvérisent le combustible par le biais d’un pompage manuel ou de la chaleur. Les ménages à faible revenu utilisent davantage les fourneaux à mèche, ces derniers étant moins chers à l’achat et permettant de faire mijoter facilement les aliments de base, tout en ne possédant pas de becs susceptibles de s’obstruer avec la suie.

Produit à l’origine à partir du charbon (« huile de charbon »), puis remplacé par la dis-tillation fractionnée de l’huile du pétrole, le kérosène est un liquide transparent composé d’un mélange de chaînes d’hydrocarbure longues de 6 à 16 atomes de carbone. Il s’agit d’un distillat moyen du raffinage du pétrole correspondant à la fraction de pétrole brut bouillant entre 145 et 300°C. Le kérosène présente une densité énergétique plus élevée que le bois. Il brûle générale-ment de manière plus efficace, nécessitant une quantité moindre de combustible pour la même cuisson. La chaleur de combustion du kérosène est équivalente à celle du gazole. Il présente un pouvoir calorifique inférieur de 43,1 MJ/kg et un pouvoir calorifique supérieur de 46,2 MJ/kg.

La figure 4 fait apparaître qu’en appliquant la norme d’efficacité indienne de 55 % pour les brûleurs, l’énergie utile par litre de kérosène est de 19,38 MJ.

Bien qu’il soit souvent considéré comme une énergie alternative plus propre que les combustibles solides, la biomasse et le charbon pour la cuisine, le kérosène présente des risques.

Il s’agit d’un mélange de centaines de composés chimiques, dont plusieurs ont des effets nocifs connus sur la santé. Les dispositifs d’éclairage et les fourneaux au kérosène produisent diverses substances telles que des matières particulaires (MP), du monoxyde de carbone, du formaldé-hyde, des hydrocarbures aromatiques polycycliques, du dioxyde de soufre et des oxydes d’azote. Les données disponibles sur les niveaux d’exposition individuels et dans la cuisine font apparaître que les fourneaux au kérosène entraînent une augmentation des concentrations de MP inhalables à l’intérieur des habitations supérieures aux recommandations et aux objectifs intérimaires fixés par l’Organisation mondiale de la santé (OMS), alors que le monoxyde de carbone peut présenter des risques chez les personnes vulnérables (Lam et coll., 2013).

Les empoisonnements au kérosène représentent une part importante du nombre total d’empoisonnements chaque année, en particulier dans les pays en développement. Le kérosène est également associé à de nombreux incendies et brûlures, résultant de divers facteurs. Les possibles effets néfastes sur la santé comprennent les cancers des voies respiratoires, les cancers des glandes salivaires, les symptômes respiratoires, l’asthme et les maladies allergiques, les infections respiratoires et les effets de la cataracte sur les yeux.

En Afrique du Sud, où respectivement 15,2 % et 14,8 % de la population utilise le bois et l’alcane pour la cuisine, on estime que plus de 6,65 millions de personnes (environ 1,4 million de ménages) souffrent de la pollution de l’air intérieur, et que plus de 7 600 personnes meurent

chaque année des suites de cette pollution.²² À juste titre donc, la pollution issue des combus-tibles solides a engendré des efforts soutenus visant à trouver des énergies de substitution ou des méthodes permettant de brûler la biomasse plus proprement.

L’éthanol est un biocarburant liquide propre pouvant être obtenu à partir de diverses matières premières, notamment des matières premières sucrées telles que la canne à sucre, les mélasses, la betterave à sucre ou le sorgho sucré, ou des féculents tels que le manioc, les pommes de terre ou le maïs. L’éthanol brûle très proprement, sans émettre de gaz nocifs ou de particules fines (suie). Sa combustion produit beaucoup moins de monoxyde de carbone que celle du kérosène ou des combustibles solides. L’utilisation de fourneaux à l’éthanol permet de réduire de manière considérable la pollution de l’air intérieur par rapport aux fourneaux à bois, au charbon et au kérosène. Les gaz à effet de serre émis lors de la production et de la consom-mation de l’éthanol sont réabsorbés au cours du cycle de croissance du matériel végétal utilisé pour fabriquer le combustible. Les gaz à effet de serre nocifs comme le monoxyde de carbone et les composés organiques volatils sont produits en quantités négligeables.

Les aérosols de carbone noir, qui peuvent s’avérer un puissant forceur climatique, ne sont pour l’essentiel pas produits lors de la combustion de l’éthanol et du méthanol. L’éthanol-carburant présente différents niveaux d’efficacité lorsqu’il est utilisé dans les fourneaux à al-cool. Il est généralement un peu moins efficace sous forme de gel et plus efficace sous forme liquide. Utilisé dans les fourneaux à alcool les plus efficaces, l’éthanol est beaucoup plus effi-cace que les combustibles solides et le kérosène. Son efficacité est alors comparable à celle du GPL. Les cuisinières écologiques fabriquées par l’entreprise suédoise Dometic AB²³ ont une efficacité de plus de 60 %. Cela signifie que sur les 21,2 MJ contenus dans un litre de bioétha-nol, 12,72 MJ sont directement utilisés, le reste partant en pertes. De l’électricité est également coproduite à partir de la vinasse et de la bagasse (pour certaines matières premières).

Bien que l’éthanol ait une teneur en énergie par volume inférieure à celle du kérosène, il a tendance à brûler de manière plus efficace que ce dernier dans un fourneau simple et rattrape donc son manque d’énergie grâce à son efficacité. L’éthanol à plus faible teneur en eau contient davantage d’énergie. Ainsi, l’éthanol à 95 % produit plus de chaleur par volume de combustible utilisé que l’éthanol à 80 %, même si la température de la flamme reste sensiblement constante.

Le fourneau au bioéthanol proposé, appelé CleanCook stove, permet une combustion propre et efficace, une cuisson rapide des aliments, tout en émettant très peu de gaz à effet de serre. Des études pilotes menées au Brésil, en Éthiopie et au Nigéria montrent que la cuisinière écologique est appréciée et utilisée de façon adéquate.²⁴

Les études menées en Éthiopie par Project Gaia ont montré que les femmes accordaient autant d’importance à la sécurité du fourneau à alcool qu’au fait que ces cuisinières permettaient de maintenir une cuisine propre. Le fourneau est stable et le réservoir à combustible est composé d’une fibre spéciale absorbante empêchant l’éthanol de se renverser. Le réservoir n’est pas sous pression, ce qui évite qu’il s’enflamme ou explose. Il s’insère sous le fourneau et doit donc être

22https://projectgaia.com/cleancook-sweden-ab-acquires-dometics-alcohol-fuel-stove-business-division/ (en an-glais uniquement).

23Dometic AC, page d’accueil du site. Disponible (en anglais) à l’adresse suivante www.dometic.com/enie/Inter-national/Site/CleanCook-Alcohol-Fueled-Stoves/Download-Cleancook-Leaflet.

24Duke University, Ethanol Cooking Fuel, A business plan for clean stoves and ethanol production (L’éthanol comme combustible de cuisine, Un plan d’activité pour des fourneaux écologiques et la production d’éthanol).

Disponible (en anglais) à l’adresse suivante http://sites.duke.edu/adhoc_httpssitesdukeedubioethanolpro/our-pro-duct/clean-stove/.

retiré pour le remplissage. Ce système offre ainsi une grande sécurité d’utilisation, puisqu’il n’est pas possible de le remplir lorsque le fourneau est allumé. De récents tests de sécurité menés en laboratoire ont démontré que la cuisinière écologique est « très sûre », avec un résultat de 39 sur 40 points (selon un protocole) (Johnson, 2005 et 2013).

Un suivi des polluants émis par la cuisinière écologique a été effectué en laboratoire et lors d’une étude auprès des ménages. Les résultats du laboratoire ont fait apparaître que le four-neau rejetait un taux moyen de carbone/dioxyde de carbone de 4 % en puissance maximale, et de 5 % à faible puissance. Les émissions de particules étaient négligeables pour tous les tests.

Bien que les émissions de méthane soient très variables et difficilement mesurables, les tests de chromatographie en phase gazeuse ont enregistré un taux de méthane/dioxyde de carbone de 0,02 % à 0,35 %. Les fourneaux sont utilisés dans des conditions difficiles dans des camps de réfugiés depuis 2005 et aucun cas de panne n’a été signalé à ce jour. Au total, plus de 40 000 cuisinières écologiques de l’entreprise Dometic AB sont utilisées dans le monde aujourd’hui.

Le fourneau fonctionne avec de l’éthanol, du méthanol ou un mélange des deux, et les combus-tibles peuvent même être obtenus à partir de déchets.

Outre leurs avantages économiques et pour la santé, ces fourneaux utilisés avec le bioé-thanol pourront également donner lieu à un environnement plus propre et plus durable. Ils pour-ront réduire de manière significative les émissions découlant de la cuisine à la biomasse, mais aussi générer d’autres avantages, tels qu’une diminution de la pollution intérieure et extérieure, une pression moindre sur les forêts, et des économies de temps et d’argent en raison de la né-cessité réduite de rechercher ou d’acheter des combustibles onéreux. Du fait de leur durée de vie réduite – quelques jours pour le carbone noir, une décennie pour le méthane – la réduction de ces gaz permettra une réponse climatique plus rapide que les seules réductions de dioxyde de carbone.²⁵

Pour les matières premières telles que la canne à sucre et le sorgho sucré, le surplus d’électricité cogénéré vendu au réseau au-delà de la consommation personnelle permettra non seulement aux populations rurales d’accéder à l’énergie moderne, mais également à l’Afrique du Sud de réduire son recours au charbon pour répondre à la demande énergétique nationale.

L’accès à une énergie décentralisée réduit les pertes d’efficacité dues au transport longue dis-tance de l’énergie.

3. Méthodologies d’évaluation de l’efficacité énergétique et des