L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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Bioénergies (Bio-E)
Edition 2010


MECABIOFOR


Mécanisation et optimisation des techniques de production et d’exploitation de biomasse forestière issue de cultures dédiées ou semi-dédiées

Une mécanisation plus efficace des cultures ligneuses dédiées pour une biomasse plus attractive
Le développement des cultures forestières dédiées à la biomasse (TCR, TTCR et plantation semi-dédiée) est conditionné par l’amélioration de la mécanisation des opérations de plantation, d’entretien et de récolte. Diminuer leurs coûts, tout en facilitant les travaux, est un véritable challenge.

Industrialiser les techniques de plantation, d’entretien et de récolte des cultures de biomasse
La récolte de biomasse, sur des rotations généralement inférieures à 10 ans, est un enjeu stratégique pour faire face à une demande croissante en biomasse d’origine ligno-cellulosique à des fins énergétiques (bioénergie) ou industriels (bio-produits pour la chimie verte).
Les cultures dédiées d'espèces forestières (TCR, TTCR, et plantation semi-dédiée) pourront contribuer à l'apport de cette matière première ligno-cellulosique.
Cependant, le recours à des méthodes « artisanales » de production, essentiellement manuelles qui ont prévalu jusque là, depuis la plantation jusqu’à la récolte de la biomasse, n’est plus possible économiquement.
Aussi, il faut rationaliser la mécanisation des opérations liées à ces cultures (plantation, entretien et récolte) afin de diminuer leurs coûts tout en facilitant les travaux (ergonomie des postes de travail) par une main d’œuvre, par ailleurs, en pénurie.
Les choix des matériels et des techniques culturales sont orientés pour intégrer également la dimension environnementale.
Les réalisations obtenues dans le cadre de ce projet ont une portée internationale. En effet, de nombreux pays européens (Allemagne, Italie, Pologne, Royaume-Uni…) s’intéressent au développement de ces cultures.

Innover pour être performant en conditions forestières
La définition des besoins, exprimés par les praticiens de terrain et l’évaluation des matériels existants réalisée par l’ensemble des partenaires, ont permis de définir les cahiers des charges fonctionnels des équipements à développer. L’objectif clairement affiché est d’être performant en conditions forestières. Les conditions d’utilisation, sont en effet, très différentes du milieu agricole traditionnel : terrain irrégulier, en pente, présence de souches et de débris ligneux, récolte de bois durs sollicitant énormément les matériels de coupe…
Sur ces bases des avant-projets d’ensemble détaillés ont été élaborés en recherchant les innovations technologiques permettant de répondre aux exigences des cahiers des charges, associant les chercheurs, les coopératives forestières, les partenaires industriels et pour les sécateurs le constructeur Vigneau Matériels Forestiers.
Ils ont donné lieu à :
- des développements d’outils, testés en conditions réelles et améliorés pour aboutir à des équipements commercialisables,
- la réalisation de prototypes.

Les essais sur chantier ont permis de recueillir les informations nécessaires à la réalisation des bilans économiques et environnementaux.

Résultats

MECAbiofor a permis de réaliser pour les opérations de :
• plantation,
- une canne à planter plus ergonomique,
- un kit de modifications pour adapter une planteuse horticole en planteuse pour plants forestiers,
- un prototype d’une planteuse forestière de grande capacité.
• entretien,
- un prototype d’outil mécanique travaillant au plus près du rang avec un système de guidage par GPS.
• récolte,
- un sécateur plus performant,
- un prototype de tête à disques,
- un prototype de capteur de longueur pour sécateur.

L’ensemble des améliorations devrait permettre de diminuer le coût de revient de la plaquette de 8 à 20% selon les cultures (hors TTCR), sans dégradation du bilan GES global.

Perspectives

:Actuellement, le frein au développement des cultures dédiées et semi-dédiées n’est pas lié à la mécanisation (pour laquelle MECAbiofor apporte des réponses) mais au recul de la politique forestière et des aides existantes, à la baisse des reboisements et aux évolutions sociétales. Conscients de ces éléments, les machines ou accessoires ont été conçus pour pouvoir travailler également dans les peuplements forestiers traditionnels. Ainsi, les perspectives de développement industriel, en France et à l’étranger, sont réelles pour la plupart des équipements conçus (y compris pour les prototypes).

Productions scientifiques et brevets

Deux publications ont été produites pour des conférences internationales : le capteur de longueur (RHEA, Madrid 2014) et les analyses de cycle de vie des cultures dédiées (FEC, Gérardmer, 2014). Les résultats sur les sécateurs ont été présentés sur le terrain lors de cette dernière conférence.

Une enveloppe SOLEAU a été déposée par le constructeur VIGNEAU et deux autres sont à l’étude (pince à bec et canne à planter). IRSTEA et AFB étudient la possibilité de déposer deux brevets concernant les planteuses.

Partenaires

Cemagref/Irstea CEMAGREF/Irstea

FCBA FCBA Institut Technologique

FIBRE EXCELLENCE R&D KRAFT FIBRE EXCELLENCE R&D KRAFT

SKCDP SMURFIT KAPPA COMPTOIR DU PIN

UCFF UNION DE LA COOPERATION FORESTIERE FRANCAISE

Aide de l'ANR 939 500 euros
Début et durée du projet scientifique - 36 mois

Résumé de soumission

Les surfaces de cultures dédiées d'espèces forestières (Taillis à Courte ou Très Courte Rotation, plantations semi-dédiées) pour une valorisation énergétique s’accroissent très rapidement car les opérateurs énergétiques, les coopératives forestières et agricoles, les industriels papetiers implantent de nouvelles parcelles à raison de plus de 1 000 ha par an au cours de ces dernières années.

Le recours à des méthodes « artisanales » et essentiellement manuelles qui ont prévalu jusque là, depuis la production des plants en pépinière jusqu’à la récolte de la biomasse, n’est plus possible : les coûts sont trop élevés (en particulier au niveau de la plantation et de la récolte), les techniques actuelles ne sont pas adaptées à des plantations à forte densité (densité 2 à 10 fois supérieure à des plantations forestières classiques), enfin le secteur est confronté à une pénurie de main d’œuvre manuelle. Au final, la mécanisation des opérations en question et son intégration dans des itinéraires techniques spécifiques paraît une voie prometteuse pour diminuer les coûts et faciliter les travaux (ergonomie des postes de travail), tout en prenant en compte la préservation de l’environnement (sol, peuplement…).

L’état de l’art international et les essais menés par les coopératives forestières ou FCBA mettent en évidence l’inadéquation de la plupart des machines existantes, essentiellement étrangères, que ce soit pour la plantation, les entretiens et la récolte.

MECABIOFOR a donc pour objectif de créer des outils innovants favorisant le développement de l’implantation de cultures de biomasse ligno-cellulosique (TCR, TTCR, plantations semi-dédiées) en garantissant leur rentabilité économique à travers des innovations techniques sur l’implantation, l’entretien et la récolte de ces peuplements. Le développement d’outils adaptés, alliant à la fois légèreté, robustesse mécanique, précision d’utilisation et coût réduit, constitue au niveau de chacune des étapes une gageure technologique. La somme de ces améliorations constituent des briques qui assemblées représentent un saut technologique important permettant de réduire de façon conséquente le coût de production de la biomasse forestière dans ces cultures dédiées.

Pour répondre à cet objectif, MECABIOFOR sera mené sur une période de 36 mois et regroupe :
- des partenaires industriels (4 coopératives forestières regroupées sous l’égide de l’UCFF, Smurfit Kappa Comptoir des Pins, Tembec R&D Kraft),
- un partenaire de la recherche publique (Cemagref) specialisé sur la recherche en écotechnologies priviligiant productivité et respect de l'environnement,
- le centre technique industriel de la filière forêt-bois (FCBA) qui possède plus de 30 ans d’expérience sur les cultures de biomasse dédiées et semi-dédiées, qui fera appel en sous-traitant à une coopérative agricole (InVivo).

En plus des tâches de gestion de projet (tâche 1) et de valorisation des résultats (tâche 5), les tâches 2 et 3 visent à lever les verrous technologiques depuis la plantation jusqu’à la récolte de biomasse. Pour cela une collaboration étroite sera menée entre les praticiens de terrain, amenant leurs retours d’expériences et exprimant leurs attentes tant techniques qu’économiques, environnementales et ergonomiques, et les scientifiques apportant leur expertise sur les domaines étudiés. De nombreux essais de matériels existants, puis la conception et le test de nouvelles machines sont prévus dans ces tâches. Une synthèse économique et environnementale, à travers une analyse de cycle de vie (ACV) sera réalisée dans la tâche 4 qui reprendra les résultats des deux tâches précédentes. Cette tâche, qui implique l’ensemble des partenaires du projet, apportera de plus une vision technique globale sur les différents itinéraires culturaux développés et les machines mises au point, afin de coordonner les différentes étapes culturales pour bien arriver au final à un gain économique sur l’ensemble de l’itinéraire.

 

Programme ANR : Bioénergies (Bio-E) 2010

Référence projet : ANR-10-BIOE-0006

Coordinateur du projet :
RUCH PHILIPPE (FCBA Institut Technologique)
philippe.ruch@nullfcba.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.