Pour répondre aux enjeux énergétiques et environnementaux actuels et à venir, le développement du bois est très important, notamment avec des applications aux niveaux industriels et collectifs. Pour répondre à ces besoins et accompagner ce développement, de nombreuses structures d'approvisionnement en plaquettes forestières se mettent en place. La principale difficulté pour ces structures est de garantir une qualité de combustible sûre et constante au cours du temps, notamment en ce qui concerne l'humidité. L'objectif de ce travail de thèse est de rechercher les solutions les plus appropriées pour répondre à cette attente. Ainsi, le travail débute par l'étude bibliographique et la compréhension des systèmes de séchage existants ; le séchage peut se dérouler de manière naturelle (sous bâche, sous abri, …) ou bien artificielle (séchoir tunnel, séchoir rotatif, …). Dans un second temps, des essais ont été mis en place pour comprendre et quantifier précisément l’impact des paramètres influents sur le séchage naturel des plaquettes forestières et les modifications physico-chimiques se produisant lors du stockage des plaquettes forestières. Dans un troisième temps, des modèles mathématiques permettant de traduire le comportement des plaquettes forestières au cours du séchage seront proposés et comparés aux résultats des essais. Enfin, le dernier volet consiste en l’élaboration de scénarios technico-économiques permettant d’étudier les différentes solutions ou combinaisons de solutions de séchage pour aboutir à la qualité de combustible souhaitée. / To answer actual and future energetic and environmental issues, wood development is very important, notably with industrial and collective applications. To answer these needs and follow this development, lots of supplying structures of wood chips are being created. The main difficulty for these companies is guaranty good and stable raw material quality all time, notably concerning moisture content. The objective of this work is to research the most appropriate solutions to answer this problematic. So, the work begins by a bibliographical study that will help to understand the existing systems of drying; drying can be natural (under layer, under shelter …) or artificial (tunnel dryer, rotary dryer …). Then, experiments were put in place to understand and quantify more precisely natural drying parameters impact on wood chips and physico-chemical modifications on wood chips during storage. After, mathematic models are developed to traduce wood chip drying comportment, after models results are compared to experimental results. Finally, economical scenarios were performed to study the different solutions or combinations of solutions to dry wood chips in order to answer technical and economical industrial needs.

Au Sahel, le bois-énergie, sous une forme brute ou sous forme de charbon, est la première source énergétique des populations rurales et urbaines. La demande croissante des grandes villes fait peser sur les ressources forestières avoisinantes une pression de plus en plus forte, pouvant remettre en cause leur durabilité. Dans ce contexte, la question de l'organisation spatiale des bassins d'approvisionnement des villes sahéliennes, est un enjeu majeur pour la définition de politiques de gestion à long terme des ressources ligneuses. La modélisation spatiale de l'aire d'approvisionnement de Bamako (Mali), utilisée comme un processus heuristique, permet de mettre en évidence les déterminants de la localisation et de l'intensité des prélèvements. Il apparaît que le facteur principal d'explication des flux de bois réside dans l'organisation des ventes de bois en milieu rural. La présence d'une foire hebdomadaire ou d'un marché rural du bois-énergie est un facteur d'attractivité plus important que la distance à Bamako. Cette caractéristique de l'échange est négligée dans la plupart des modèles de localisation existants qui, en majorité, s'attachent au seul coût du transport. Le modèle ainsi élaboré, par sa capacité de prédiction des flux et de mesure des potentiels, offre également un intérêt pratique pour la planification d'actions, équitables et efficaces, visant à rendre l'approvisionnement de Bamako plus durable.

A Madagascar et au Niger, des politiques de décentralisation de la gestion des ressources naturelles ont émergé dans les années 90. Elles se sont construites en réponse à l'échec des politiques centralisées face à la dégradation des forêts et ont été favorisés par le développement de la reconnaissance à l'international des capacités des acteurs ruraux à gérer leurs forêts. L'application de ces politiques modifie les interactions entre acteurs ruraux et écosystèmes de façon positive et négative. Cette thèse propose un cadre pour analyser les effets attendus et inattendus des réformes forestières sur les forêts et les acteurs ruraux. Ce cadre est appliqué à un cas d'étude à Madagascar et un au Niger, illustrant la décentralisation dans des contextes différents. Le couple humains-écosystèmes forestiers est modélisé comme un système socio-écologique (SES), dont les interactions entre usagers et écosystèmes sont des fonctions du SES. Les politiques forestières sont interprétées comme des stratégies visant à réduire la vulnérabilité des SES. Les résultats montrent que le processus de décentralisation a visé un SES dans lequel une seule fonction, la production de bois énergie, est représentée. Cependant, les systèmes de forêts tropicales sèches sont composés de plusieurs fonctions différentes qui interagissent entre elles. Les nouvelles politiques forestières entrainent l'augmentation de l'expression de certaines des fonctions parmi les 16 identifiées au Niger et les 15 identifiées à Madagascar. Mais elles ont aussi conduit au déclin d'autres fonctions, avec des conséquences pour les acteurs impliqués dans ces fonctions. Pour réduire la vulnérabilité dans les SES des forêts tropicales sèches, des politiques qui intègrent les interactions complexes caractéristiques de ces systèmes doivent être développées.

Les contextes climatique et énergétique mondiaux encouragent les pays de l'Union Européenne à améliorer leurs impacts environnementaux. Un des objectifs consiste à diminuer les émissions de CO2 en développant les énergies renouvelables. En France, la filière bois énergie représente la première source d'énergie renouvelable avec une production s'élevant à 10 MTep par an. Toutefois, il est indispensable de ne pas se limiter aux émissions de CO2 pour déterminer l'impact global d'une source d'énergie. En effet, la combustion de bois dans les appareils de chauffage domestique tels que les poêles, les inserts, les foyers ouverts, est à l'origine d'une part non négligeable de certains polluants atmosphériques tels que le CO, les COV, les HAP et les particules fines. L'objectif de ce projet est de réaliser un système efficace de dépollution capable de traiter l'ensemble des polluants à la sortie de ces appareils de chauffage. Des technologies sont déjà disponibles pour la dépollution des fumées issues de différentes sources de combustion, néanmoins nous devons intégrer les problématiques liées au fonctionnement de ces appareils ainsi que des critères de coût, de fonctionnalité et de développement durable définis dans un cahier des charges réalisé avec le partenaire industriel. Le travail réalisé nous à permis de concevoir et de tester un système complet capable de traiter tant les composants gazeux à l'aide d'un catalyseur à base de fer imprégné sur de la cérine, que les particules grâce à un lit filtrant régénéré par microondes. Le système décrit dans ce manuscrit présente une réduction faible des émissions, mais a permis de mettre en lumière les contraintes et les espoirs d'un futur système de traitement efficient. / The global energy and climate contexts encourage EU countries to improve their environmental impacts. One goal is to reduce CO2 emissions by developing the use of renewable energies. In France, wood is the first renewable energy source with an equivalent of 10 Mtoe produced each year. However, it is essential to study the global environment impact of on this energy source including CO2 emissions but also the different pollutants emitted. Indeed, the combustion of wood in small home heating units as stoves, open and closed fireplaces, is responsible for a significant part of typical air pollutants such as CO, VOCs, PAHs and fine particles. The objective of this project is to develop an effective system able to treat both pollutants emittedfrom those heaters. Few technologies are already available for smoke after treatment. However, we must incorporate in our study constraints related to the operation of these wood heating devices as well as criteria of cost, functionality and sustainability defined in the specifications set with the industrial partner of this project. The result of the work performed in this project was the conception of a complete prototype tested for emissions reduction. The system is composed of ceria impregnated iron catalyst for gaseous compounds oxidation and a microwave regenerated bed filter for particles elimination. The tests performed on the prototype showed weak emissions abatement. Nevertheless, this project highlighted constraints and hopes for a future efficient after treatment system.

A Madagascar et au Niger, des politiques de décentralisation de la gestion des ressources naturelles ont émergé dans les années 90. Elles se sont construites en réponse à l'échec des politiques centralisées face à la dégradation des forêts et ont été favorisés par le développement de la reconnaissance à l'international des capacités des acteurs ruraux à gérer leurs forêts. L'application de ces politiques modifie les interactions entre acteurs ruraux et écosystèmes de façon positive et négative. Cette thèse propose un cadre pour analyser les effets attendus et inattendus des réformes forestières sur les forêts et les acteurs ruraux. Ce cadre est appliqué à un cas d'étude à Madagascar et un au Niger, illustrant la décentralisation dans des contextes différents. Le couple humains-écosystèmes forestiers est modélisé comme un système socio-écologique (SES), dont les interactions entre usagers et écosystèmes sont des fonctions du SES. Les politiques forestières sont interprétées comme des stratégies visant à réduire la vulnérabilité des SES. Les résultats montrent que le processus de décentralisation a visé un SES dans lequel une seule fonction, la production de bois énergie, est représentée. Cependant, les systèmes de forêts tropicales sèches sont composés de plusieurs fonctions différentes qui interagissent entre elles. Les nouvelles politiques forestières entrainent l'augmentation de l'expression de certaines des fonctions parmi les 16 identifiées au Niger et les 15 identifiées à Madagascar. Mais elles ont aussi conduit au déclin d'autres fonctions, avec des conséquences pour les acteurs impliqués dans ces fonctions. Pour réduire la vulnérabilité dans les SES des forêts tropicales sèches, des politiques qui intègrent les interactions complexes caractéristiques de ces systèmes doivent être développées. / In the 1990's, policies for decentralization of natural resource management were developed in Madagascar and Niger. These policies were created in response to the failure of centralized policies to halt forest degradation, and favored by an increasing international recognition of rural people's capacity to manage their own forests. The new policies influenced how rural people interact with their forest ecosystems, a change process that had both positive and negative outcomes. This thesis proposes a framework for analyzing intended as well as inadvertent effects of the decentralization policies on forests and on local people. It further applies the framework to two case studies, one in Niger and one in Madagascar, representing the implementation of these policies in two different contexts. The framework conceptualizes human and forests as a social-ecological system (SES), in which interactions between users and ecosystems are regarded as functions of the system. The implemented policies are interpreted as strategies to reduce vulnerability of the SES. The results show that the decentralization process targeted a SES where only one function, the production of fuelwood, was perceived. In reality, however, dry tropical forest systems are composed by several different functions, and these functions interact. While the new forest policies led to an increased expression of some of the 16 functions identified in Niger (15 in Madagascar), they led to a decline in others, with the subsequent marginalization of the actors groups linked to those functions. To reduce vulnerability in tropical dry forest SES, we need to develop policy options that properly reflect and account for the complex interactions that characterize these systems.

Dans le cadre du projet ANR AGATCO (Advance GAz Turbine for COgeneration) qui a débuté fin 2012, la conception d’un micro-cogénérateur aux granulés de bois permettant de produire 1,5 kW électrique et 10 kW thermique a été entrepris et est présentée dans ce manuscrit. Basé sur la technologie d’une turbine à air chaud à combustion externe, ce micro-cogénérateur utilise la combustion des granulés couplés à un échangeur de chaleur et une micro-turbine. La technologie demande la conception d’un nouveau foyer (brûleur et chambre de combustion) adapté pour la production de fumées à haute température (1200°C). Le défi est grand car le débit de fumées souhaité est important (27g/s) et la puissance de combustible est faible (15kW). Deux solutions sont proposées pour répondre à la problématique, la première utilise de l’air frais à température ambiante et la deuxième utilise le recyclage des fumées chaudes. La haute température des fumées permet d’obtenir une température d’entrée turbine de 1100°C après le transfert de chaleur dans l’échangeur. La caractérisation expérimentale et par simulation numérique de l’échangeur permet de vérifier ses performances. La micro-turbine utilise une technologie nouvelle de canaux hélicoïdaux à la place d’aubes qui lui permettent d’avoir des dimensions faibles pour les performances souhaitées. Les travaux effectués ont permis de mettre en valeur plusieurs résultats : la réalisation de la combustion haute température dans des conditions fortement défavorables, les performances très intéressantes de l’échangeur de chaleur tous en proposant des améliorations pour optimiser les échanges et les améliorations à apporter à la turbine / As part of the AGATCO ANR project (Turbine Advance GAz for cogeneration), which began at the end of 2012, the design of a micro-cogeneration generating 1.5 kW of electricity and 10 kW of heat was started and presented in this manuscript. Based on the technology of an externally fired gas turbine, this micro-CHP uses the combustion of pellets coupled to a heat exchanger and a micro-turbine. This technology requires the design of a new fireplace (burner and combustion chamber) suitable to produce fumes at high temperatures (1200°C). The challenge is significant because the desired smoke flow is important (27 g/s) and the fuel power is low (15 kW). Two solutions are proposed to solve the problem, the first uses fresh air at ambient temperature and the second uses recycled hot fumes. The high temperature of the fumes makes it possible to obtain a turbine inlet temperature of 1100°C after the transfer of heat into the exchanger. Experimental and numerical simulation characterization of the exchanger makes it possible to verify its performances. The micro-turbine uses a new technology using channel instead of blades allowing it to have small dimensions for the desired performance. The work carried out made it possible to highlight several results: the realization of the high temperature combustion in very unfavorable conditions, the very interesting performances of the heat exchanger while proposing improvements to optimize the exchanges and the improvements to be brought to the turbine

La nouvelle politique forestière française a pour principal objectif d'accroître la récolte nationale de bois en mobilisant les forêts non exploitées. Il s'agit au travers d'une filière bois-énergie de répondre aux engagements de l'Etat en terme de lutte contre le réchauffement climatique ainsi que de dynamiser un secteur économique largement déficitaire dans son commerce extérieur. Cette ressource en bois se trouve majoritairement dans les forêts dont l'exploitation a été abandonnée dans le mouvement de la déprise rurale du 20e siècle. Or, par une maturation de leurs écosystèmes, ces forêts en friches sont devenues des espaces de biodiversité remarquables. Au travers de l'exemple de la haute vallée de la Dordogne, nous interrogeons les possibilités d'une conciliation des enjeux énergétiques et écologiques dans ces forêts. Leur physionomie est celle d'un ancien taillis abandonné contenant dans le sous-bois des centaines de plateformes, vestiges d'un charbonnage intense durant les Temps Modernes. Marquées par leur important passé énergétique, elles sont paradoxalement considérées aujourd'hui comme des espaces de nature à protéger. Par une approche géohistorique et ethnographique, nous abordons le cadre socio-économique et territorial dans lequel s'est mis en place ce charbonnage. L'anthracologie des plateformes de charbonnage permet d'étudier les effets de cette exploitation pluriséculaire sur les sylvofaciès. Cette histoire sociale des forêts en friches montre l'intérêt d'intégrer les pratiques forestières anciennes aux actions de protection de la nature pour concilier enjeux énergétiques et écologiques dans des projets de développement durable des territoires en déprise.

La thèse pose le problème des modifications de gestion des ressources naturelles provoquées par la transition énergétique, à partir de l'exemple du bois-énergie. Deux cas d'études, les régions Auvergne et Rhône-Alpes, permettent un suivi de ces configurations de l'échelle locale à l'échelle nationale. Les rapports de pouvoir induits par les asymétries d'information sur la ressource disponible et l'élaboration d'une action commune sur plusieurs niveaux d'échelles constituent les deux fils conducteurs de ce travail. La première partie du travail analyse, au chapitre 1, les relations entre politiques forestières et énergétiques, mais aussi territoriales, environnementales et climatiques. La contrainte spatiale pesant sur la ressource forestière est mise en avant. En effet, la ressource en bois-énergie se différencie des autres énergies renouvelables par sa difficulté d'accès et la lenteur de son renouvellement quand les énergies solaires ou éoliennes sont infinies. Ces barrières bio-physiques créent des tensions entre acteurs de la forêt et de l'énergie pour ce qui concerne les modèles d'approvisionnement à privilégier: d'un côté, les acteurs forestiers prônent de petites chaufferies consommant la ressource locale en quantités modérées, quand les acteurs issus de l'énergie préfèrent de grandes chaufferies, nécessitant un plus long transport de la ressource pour réaliser des économies d'échelle. À cette opposition s'ajoutent de fortes tensions internes dans la filière bois, qui est le deuxième poste de déficit commercial en France après les hydrocarbures et qui peine à valoriser industriellement son propre bois. Nous exposons donc un contexte de fortes incertitudes, tant politiques que scientifiques. Le deuxième chapitre présente une typologie statistique de l'Europe du bois-énergie afin de caractériser la place de la France. Puis, nous proposons une analyse des séquences de l'essor du bois-énergie en France, depuis les années 1970, pour montrer comment l'utilisation du bois-énergie s'est progressivement rationalisée. La deuxième partie explore comment les politiques nationales sont assimilées par les acteurs régionaux, en Auvergne au chapitre 3, puis en Rhône-Alpes au chapitre 4. Cette partie souligne notamment l'effet des dissymétries d'information dans les réseaux d'acteurs et le besoin d'outils fiables, ainsi que le rôle différent joué par les filières bois et énergie au niveau régional. La troisième partie développe au chapitre 5 en quoi le bois-énergie peut être traité sous l'angle du bien commun, et le besoin de polycentricité, c'est-à-dire de niveaux de contrôles multiples. Enfin, le chapitre 6 aborde comment l'attribution d'une valeur politique et morale au bois-énergie, et plus largement, à la transition énergétique et environnementale, modifie les rapports entre niveaux d'échelle, du local au national. / The thesis uses the case of fuelwood to study how energy transition causes changes in natural resources management. Our work is based upon two case studies, French regions Auvergne and Rhône-Alpes, and we follow configurations from local to national levels. Balance of powers induced by asymetries of information on the available resource and the development of a common action along different levels of scale are our two main threads. In the first part, the chapter 1 focuses on relationships between forest and energy but also territorial, environmental and climatic policies. Our work highlights the spatial constraints wheighing upon forest resource. Fuelwood resource is different from other renewable energies because of its difficulties of access and its slow renewal, whereas solar or wind energies are infinite. Those bio-physical barriers are the reason for struggles between forest and energy stakeholders regarding which supply models to prefer: on the one hand, forest stakeholders advocate small boilers using local resource in small quantities, whereas, on the other hand, energy stakeholders prefer important boilers requiring long road transportation (hence more CO$_{2}$ emissions) but enabling economies of scale. Moreover, there is important internal problems in the forest sector, which represents the second most important source of trade deficit in France (after hydrocarbons) and experiences difficulties to sell national timber. Therefore, we present a context with strong uncertainties, both political and scientific. In the second chapter we conduct a statistical typology on fuelwood in Europe, in order to characterise more objectively the French situation. Then, the thesis analyses the sequences of the development of fuelwood in France, since the 1970s, to show how its use became progressively more rational. In the second part, our work investigates how national policies are dealt with by regional stakeholders, in Auvergne in chapter 3, then in Rhône-Alpes in chapter 4. This part underlines in particular the importance of asymetries of information among actors networks, the need for reliable tools and the different roles of forest and energy sector at regional level. Third part emphasizes, in chapter 5, that fuelwood can be analyzed as a common good and the need for polycentricity, i.e. multiple control levels. Finally, chapter 6 demonstrates how the assignation of a political value to fuelwood, and more generally to the energy and environmental transition, change balance between levels, from local to national.

Au regard d'une demande urbaine croissante, les marchés périodiques appelés " foires " se multiplient depuis les années 1960 en périphérie de Bamako. Cette thèse questionne ce phénomène de développement des foires dans un rayon de 150 km autour de la capitale malienne et démontre que la modernisation du système commercial de la périphérie de Bamako est un facteur d'émergence de nouvelles centralités. Ce travail est à la croisée des études sur l'approvisionnement des villes et de celles des marchés comme institution commerciale. Nous proposons une analyse des foires par les acteurs et par les modèles spatiaux. Au-delà du rôle essentiel des foires dans l'approvisionnement des villes maliennes et de l'intérêt d'un tel sujet, peu documenté, cette thèse montre que le développement des communes rurales, l'urbanisation et la structuration des réseaux commerciaux sont trois phénomènes en interaction. L'aire d'influence de chaque foire constitue un bassin d'emplois qui normalise les pratiques paysannes. De plus, les paysans utilisent le réseau de foires pour satisfaire leurs besoins propres : offre de biens et services mais aussi mobilité. Les espaces ruraux tirent parti de l'essor des marchés urbains et se transforment au fur et à mesure que le réseau de foires se densifie. Une approche quantitative qui porte sur l'analyse des places centrales à partir des travaux de W. Christaller et W. Skinner a permis de mettre en évidence le lien géographique entre la foire et la ville : la foire est un facteur d'urbanité. Nous montrons ainsi que l'actuelle armature urbaine de la périphérie de Bamako a été renforcée par le développement des foires.

Depuis deux décennies, le bois-énergie se développe fortement en Franche-Comté, notamment dans le secteur collectif/tertiaire. Face à l'épuisement prochain des connexes de scierie, la plaquette forestière (bois déchiqueté) est amenée à se développer. La question de l'approvisionnement devient alors centrale pour l'ensemble des acteurs de la filière, soulevant un grand nombre d'enjeux en matière d'aménagement territorial et forestier, de développement local, d'environnement... Parallèlement, des interrogations émergent : quelle quantité d'énergie peut-on mobiliser durablement ? La configuration spatiale et structurelle des espaces boisés a-t-elle une influence sur les processus d'approvisionnement ? Cherche-t-on à minimiser les distances de transport ? Existe-t-il des phénomènes de concurrence spatiale entre les chaufferies ? Afin de comprendre l'organisation actuelle des approvisionnements, nous avons analysé deux jeux de données de traçabilité de plaquettes forestières. Puis, nous avons développé une démarche visant à modéliser des bassins d'approvisionnement locaux, tenant compte des contraintes de renouvelabilité de la ressource, et des conflits d'usage, en couplant diverses sources d'information : indices de végétation issus de l'imagerie satellitaire, données dendrométriques, cartographie forestière, et tables de production. L'objectif de cette démarche était double : d'une part savoir si les deux terrains d'études choisis étaient en mesure d'assurer eux-mêmes l'approvisionnement de leurs propres chaufferies, d'autre part mettre en évidence les phénomènes de concurrence spatiale des différents bassins d'approvisionnement, et la contribution des différents types de peuplement. Cela a notamment permis de montrer l'importance du gisement énergétique des arbres isolés, à notre connaissance encore jamais évalué à une échelle infra-régionale. / In a context of strong increase of fuelwood demand in the collective sector, the supply issue becomes central to all stakeholders, raising many issues relating to land and forestry planning, local development, environment ... Meanwhile, questions emerge: how much energy can be mobilized sustainably? Does the spatial and structural configuration of forests influence the supply process? Do we seek to minimize transport distances? Can we observe spatial competition between the boilers ? To understand the current organization of supplies, we analyzed two sets of data traceability of wood chips. Then, we have developed a model of local supply basins, considering constraints of renewability of the resource, and conflicts of use, by combining various information sources: vegetation index derived from satellite imagery, forest mapping and production tables. The objective of this approach was dual : to determine the quantity of forest chips workable on a territory, and to highlight the spatial competition between the different basins supply, and the contribution of different tree species. This has enabled to show the importance of the energy potential of isolated trees, to our knowledge not previously evaluated in a sub-regional scale.