Raisonner la filière de production de plaquettes forestières pour sa performance énergétique et l'exportation d'éléments nutritifs en forêt

Characterization of forest energy chips provision chain for the energy efficiency and minerals exportation for the forest.

• Auteur / Autrice : Nicolas Bilot
• Direction : Meriem Fournier, Yann Rogaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences forestières
• Date : Soutenance le 25/06/2015
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes des Ressources Forêt-Bois
• Jury : Président / Présidente : Benoît Gabrielle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Gabrielle, Robert Beauregard, Jean-François Brilhac, Maryse Bigot, Erwin Ulrich, Holger Wernsdörfer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Beauregard, Jean-François Brilhac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Croissance

Hêtres

Consommation d'énergie

Foresterie durable

Industrie et commerce

Bois de chauffage

Simulation, Méthodes de

Combustibles -- Consommation

Exploitation forestière

Mots clés libres

Bois énergie

Forêt

Exportations minérales

Plaquettes forestières

Bilan énergétique

Exploitation

Energy wood

Forest

Minerals exportation

Wood chips

Energy balance

Exploitation

Résumé

L’augmentation de la demande en bois énergie nécessite une meilleure connaissance des systèmes le produisant. La thèse porte sur la modélisation de la filière de production de bois énergie sous forme de plaquettes forestières.Les sciences forestières conçoivent notamment des modèles de croissance dont certains permettent d’évaluer la répartition des biomasses et minéraux au sein des arbres. L’étude des procédés de récolte des bois et de leur transformation et mise à disposition est faite par une communauté de recherche en sciences forestières et sciences du bois selon les principes des sciences des procédés. En sciences de l’énergie le contenu élémentaire du bois est mis en relation avec son pouvoir calorifique.En articulant et en complétant ces connaissances, la thèse propose une approche originale d’intégration cohérente des modèles des différentes disciplines. Cette approche ascendante permet de conserver un niveau d’information fin sur le système étudié et une souplesse importante dans les configurations de filière envisagées.Des modèles originaux des tâches de la filière ont été développés. Leur formulation tient compte du niveau de détails le plus souvent rencontré dans la littérature de la discipline. Un modèle original a été développé pour prédire les caractéristiques du combustible livré à partir du contenu en nutriment estimé dans les arbres sur pied.Un dispositif logiciel original a permis l’articulation des modèles. Cet outil de simulation, « ForEnerChips », permet de calculer les flux de matière et d’énergie depuis la croissance forestière, via les tâches successives de la filière, jusqu’à l’entrée de la chaudière. Cela permet d’évaluer des bilans énergétiques, et la quantification des minéraux exportées et restituées au sol, selon les choix effectués tout le long de la filière. Son implémentation sur la plateforme logicielle CAPSIS doit favoriser une intégration en fonction des besoins à d’autres modèles de croissance parmi les quelques 70 disponibles ou en développement pour différentes espèces, régions ou sylvicultures.Dans le temps de la thèse, le simulateur de filière a été lié avec un modèle de croissance pour le hêtre (Fagus sylvatica L.). Un scénario représentatif de pratiques de terrain a été étudié puis comparé avec des scénarios alternatifs. D’autres pistes d’études sont proposées.

The increasing demand for energy wood requires a better knowledge about the production system. This work is about modelling the chain producing wood chips for energy.Growth and yield models are built by forest scientists, and some models can predict contents in biomass and nutrients in trees. The study of the chain of harvesting, transforming and transporting energy wood is made by a community of forest and wood scientists, relying on principles from process engineering. Fuel qualities from elemental composition are modelled in the field of energy sciences.By connecting and completing this knowledge, the thesis proposes an original approach to consistently integrate models from the different fields of science. This bottom-up approach conserves a high level of information about the system, and a high flexibility in the configuration of the simulated chain.Original models were developed for the chain. Model formulation was made respecting the most frequent level of detail found in literature. An original model was developed to predict fuel quality relying on nutrient content predicted with models developed in forest sciences.A software tool was developed to integrate these models. “ForEnerChips” calculates material fluxes from forest growth to heating plant via the whole chain. This allows for the assessment of energy balances, and nutrient exportations and restitutions, according to choices made in the configuration of the chain (scenario analysis). Its implementation into the CAPSIS software platform allows a potential connection to about 70 growth and yield models for different species, regions or management regimes.The simulator was connected so far to a particular growth and yield model for common beech (Fagus sylvatica L.). A scenario representative of current management practices was studied and compared to alternative scenarios. Other ideas of potential uses are suggested.