Caractéristiques de combustion des résidus agricoles
Renseignez-vous sur les caractéristiques physiques et chimies des biocombustibles agricoles solides utilisés comme combustibles à la ferme. Ces renseignements techniques sont destinés aux producteurs de l’Ontario.
ISSN 1198-7138, Publié mars 2026
Introduction
Il est possible de cultiver des matières agricoles afin de les utiliser comme combustible dans les exploitations agricoles et de les vendre. La présente fiche technique décrit les caractéristiques physiques et chimiques des biocombustibles agricoles solides, explique leur importance et contient des données détaillées sur les propriétés de 22 biocombustibles solides courants en Ontario.
Biocombustibles solides
Les biocombustibles solides sont des matières organiques dérivées de végétaux. Lorsqu’il est brûlé, le biocombustible solide libère l’énergie qu’il contient pour produire de la chaleur ou de l’électricité. Les cultures, leurs résidus et les produits forestiers (par exemple, le panic raide) sont des exemples courants de biocombustibles solides (Figure 1).
L’utilisation de biocombustible solide comme source d’énergie comporte des avantages :
- le biocombustible solide est une source d’énergie abondante et renouvelable
- l’utilisation de biocombustible solide pour la production d’énergie diversifiera les sources d’énergie et réduira la dépendance aux combustibles fossiles
- la production de biocombustible solide peut créer de nouveaux emplois locaux en Ontario
Contenu énergétique
Le pouvoir calorifique d’un combustible indique l’énergie qu’il contient par unité de masse, exprimée en MJ/kg (BTU/lb). Le pouvoir calorifique inférieur est l’énergie effectivement disponible pour le transfert thermique. Cette différence sur le plan de l’énergie utilisable repose sur la composition chimique et la teneur en humidité et en cendres du combustible. À des fins de comparaison, le contenu énergétique des combustibles est exprimé sur une base sèche. Par exemple, la plupart des résidus agricoles présentent un pouvoir calorifique dans la plage de 14 à 19 MJ/kg (de 6 040 à 8 200 BTU/lb), par rapport à une plage de 17 à 30 MJ/kg (de 7 300 à 13 000 BTU/lb) pour le charbon.
Humidité
La teneur en humidité est le principal facteur qui permet de déterminer le contenu énergétique net de la matière brute du biocombustible solide. Les résidus secs et les cultures sèches ont un pouvoir calorifique (ou potentiel énergétique net) plus élevé, puisqu’ils dépensent moins d’énergie pour évaporer l’humidité qu’ils contiennent durant la combustion. La Figure 2 illustre ce lien ainsi que la relation entre le contenu énergétique et la teneur en humidité. Une humidité plus élevée veut dire que moins d’énergie est disponible durant la combustion.
En général, la teneur d’un solide en humidité est exprimée en quantité d’eau par unité de masse. Elle est habituellement indiquée « telle quelle » ou à l’état humide, où la teneur en eau représente une fraction de la masse totale. Tous les biocombustibles solides contiennent de l’humidité, qui peut varier de 8 % pour la paille sèche à plus de 50 % pour le bois fraîchement coupé.
Une teneur élevée en humidité est défavorable à la collecte, à l’entreposage, au prétraitement, à la manutention et au transport du biocombustible solide. En outre, le transport de matières humides coûte plus cher.
Voici comment la teneur en humidité d’un biocombustible solide brut peut être réduite :
- laisser le biocombustible solide sécher dans le champ pendant plusieurs semaines
- entreposer le biocombustible solide à l’abri des précipitations
- procéder au séchage commercial du biocombustible solide
Composition
La composition d’un biocombustible solide varie grandement en fonction des différents types de biocombustible solide. Le rendement du combustible est relié à la composition du biomatériau. La teneur en cendres, carbone, hydrogène, azote, soufre, oxygène et chlorure est importante sur ce plan. La composition élémentaire de divers combustibles utilisés en Ontario figure au Tableau 1. Les valeurs sont exprimées à l’état sec.
Cendres
Les éléments non combustibles du biocombustible solide sont appelés « cendres ». Une forte teneur en cendres donne lieu à des problèmes liés à l’encrassement, surtout si les cendres contiennent une proportion élevée d’halogénures métallisés (par exemple, potassium). Malheureusement, les biocombustibles solides, particulièrement les cultures ou résidus de cultures, tendent à contenir beaucoup de cendres ayant une teneur élevée en potassium. Ces cendres fondent donc à des températures plus basses, causant la formation de mâchefer qui peut encrasser les éléments de la chaudière (Figure 3). Une scorification et un encrassement peuvent également se produire lorsque les cendres sont vaporisées puis se condensent dans la chaudière, causant la production de résidus durs sur les surfaces d’échange thermique (Figure 4).
Le bois (excluant l’écorce) compte moins de 1 % de cendres, alors que l’écorce peut en contenir jusqu’à 3 %. Les cultures en renferment une plus forte proportion, soit 3 % et plus (Figure 5). Certains poêles et chaudières ne sont pas en mesure de brûler les combustibles à forte teneur en cendres. Plus il y a de cendres, plus il faut d’entretien.
Source : CanmetÉNERGIE
Source : CanmetÉNERGIE.
Source : AURI, 2005
Carbone
La teneur en carbone du biocombustible solide avoisine 45 %, alors que celle du charbon est de 60 % ou plus
Hydrogène
La teneur en hydrogène du biocombustible solide est d’environ 6 %. Une plus forte teneur en hydrogène donne un pouvoir calorifique plus élevé.
Azote
La teneur en azote du biocombustible solide varie de 0,2 % à plus de 1 %. L’azote contenu dans les combustibles est à l’origine de la plupart des émissions d’oxydes d’azote (NOx) découlant de la combustion de biocombustible solide. Un combustible avec une teneur plus faible en azote permet de réduire les émissions de NOx.
Soufre
La plupart des biocombustibles solides présentent une teneur en soufre inférieure à 0,2 %, bien que certains puissent en contenir de 0,5 % à 0,7 %. La teneur en soufre du charbon varie de 0,5 % à 7,5 %
Chlorure
La combustion de biomasse présentant une teneur élevée en chlorure (plus de 1 000 µg/g) peut accélérer l’encrassement par les cendres. Une forte teneur en chlorure entraîne la formation d’acide chlorhydrique dans les tubes de chaudière, causant de la corrosion, la défaillance des tubes et des fuites d’eau dans la chaudière. Ce problème a déjà été constaté avec des combustibles à base de tiges et de rafles de maïs.
Propriétés
Le Tableau 1 présente l’analyse de divers types de biocombustibles solides. À des fins de comparaison, toutes les données sont à l’état sec. Ce tableau ne représente toutefois qu’un guide comparatif général.
Il importe de souligner que la composition d’un biocombustible solide est naturellement variable, notamment en fonction des facteurs suivants :
- emplacement
- variété
- conditions climatiques
- méthodes de récolte
| Type de biomasse | MJ/kg | BTU/lb | Cendres % | Carbone % | Hydrogène % | Azote % | Soufre % | Oxygène % | Chlore total (µg/g) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Produits non conformes (non alimentaires) : Haricots | 19 | 7 996 | 4,7 | 45,7 | 6,3 | 4,3 | 0,7 | 38,8 | 193 |
| Produits non conformes (non alimentaires) : Maïs | 17 | 7 350 | 1,5 | 42,1 | 6,5 | 1,2 | 0,1 | 48,9 | 472 |
| Produits non conformes (non alimentaires) : Canola | 28 | 12 220 | 4,5 | 60,8 | 8,3 | 4,5 | 0,5 | 21,4 | 163 |
| Produits non conformes (non alimentaires) : Drêche sèche de distillerie | 22 | 9 450 | 4,9 | 50,4 | 6,7 | 4,7 | 0,7 | 32,6 | 1 367 |
| Graminées et cultures fourragères : Barbon de Gérard | 19 | 8 020 | 6,1 | 44,4 | 6,1 | 0,8 | 0,1 | 42,6 | 1 880 |
| Graminées et cultures fourragères : Miscanthus | 19 | 8 250 | 2,7 | 47,9 | 5,8 | 0,5 | 0,1 | 43,0 | 1 048 |
| Graminées et cultures fourragères : Sorgho | 17 | 7 240 | 6,6 | 45,8 | 5,3 | 1,0 | 0,1 | 42,3 | 760 |
| Graminées et cultures fourragères : Panic raide | 18 | 7 929 | 5,7 | 45,5 | 6,1 | 0,9 | 0,1 | 41,7 | 1 980 |
| Paille et résidus : Luzerne | 17 | 7 435 | 9,1 | 45,9 | 5,2 | 2,5 | 0,2 | 39,5 | 3 129 |
| Paille et résidus : Paille d’orge | 17 | 7 480 | 5,9 | 46,9 | 5,3 | 0,7 | 0,1 | 41,0 | 1 040 |
| Paille et résidus : Rafles de maïs | 18 | 7 927 | 1,5 | 48,1 | 6,0 | 0,4 | 0,1 | 44,0 | 2 907 |
| Paille et résidus : Tiges de maïs | 19 | 7 960 | 5,1 | 43,7 | 6,1 | 0,5 | 0,1 | 44,6 | 1 380 |
| Paille et résidus : Paille de lin | 18 | 7 810 | 3,7 | 48,2 | 5,6 | 0,9 | 0,1 | 41,6 | 2 594 |
| Paille et résidus : Paille de blé | 18 | 7 710 | 7,7 | 43,4 | 6,0 | 0,8 | 0,1 | 44,5 | 525 |
| Sous-produits de transformation : Écales d’avoine | 19 | 7 960 | 5,1 | 46,7 | 6,1 | 0,9 | 0,1 | 41,1 | 1 065 |
| Sous-produits de transformation : Pellicules de soya | 18 | 7 720 | 4,3 | 43,2 | 6,2 | 1,8 | 0,2 | 44,3 | 266 |
| Sous-produits de transformation : Écales de tournesol | 20 | 8 530 | 4,0 | 47,5 | 6,2 | 1,0 | 0,2 | 41,2 | 3 034 |
| Bois : Écorce | 19 | 8 432 | 1,5 | 47,8 | 5,9 | 0,4 | 0,1 | 45,4 | 257 |
| Bois : Saule | 19 | 8 550 | 2,1 | 50,1 | 5,8 | 0,5 | 0,1 | 41,4 | 134 |
| Bois : Bois de feuillus | 19 | 8 300 | 0,4 | 48,3 | 6,0 | 0,2 | 0,0 | 45,1 | 472 |
| Charbon : Charbon subbitumineux à faible teneur en soufre – BRP | 25 | 10 520 | 6,0 | 55,0 | 3,7 | 0,9 | 0,4 | 11,5 | 35 |
| Charbon : Lignite | 22 | 9 350 | 22,0 | 58,8 | 4,2 | 0,9 | 0,5 | 13,6 | 25 |
Données compilées à partir des sources suivantes : AURI, 2005
Procédés de réduction de la teneur en cendres, en chlorure et en autres éléments
Il existe diverses stratégies de gestion visant à réduire la teneur en cendres et en éléments primaires qui nuisent au processus de combustion, comme la sélection des cultures, les conditions de croissance, les fractions végétales employées, le moment de la récolte et la réduction de la contamination par le sol.
Sélection des cultures
La teneur en cendres des graminées de saison chaude, comme le barbon de Gérard, le panic raide et des plantes annuelles telles que le maïs, est inférieure à celle des graminées de saison fraîche comme le dactyle pelotonné, les fétuques et l’ivraie vivace
Conditions de croissance
Le type de sol influence grandement la teneur en cendres du biocombustible solide. La teneur en cendres est plus élevée dans les cultures produites dans un sol argileux que dans un sol sableux.
Fractions végétales
Les cendres se composent surtout de silice et de potassium. La répartition et la composition des cendres varient selon la fraction végétale. Ainsi, la teneur en cendres est la plus faible dans les tiges des graminées et la plus élevée dans leurs feuilles
| Élément | Teneur en cendres du panic raide (%) |
|---|---|
| Feuilles | 7,0 |
| Gaines foliaires | 3,0 |
| Tiges | 1,0 |
| Épis | 2,4 |
Source : adapté de Samson et coll., 1999b.
Récolte effectuée après le lessivage
La teneur en cendres, en chlorure et en potassium peut être réduite en laissant le biocombustible solide coupé dans le champ pendant l’hiver. L’hivernage du panic raide dans le champ peut faire tomber à 3,5 % la teneur en cendres par lessivage et la perte de fractions végétales contenant plus de cendres (par exemple, les feuilles). Cependant, il est coûteux de récolter au printemps, car il y a des pertes de biocombustible solide de 20 à 50 %.
Réduction de la contamination par le sol
Il importe que les résidus de culture comprennent le moins possible de particules de sol, qui augmentent considérablement la teneur en cendres du biocombustible solide. Il y a lieu de privilégier des techniques de récolte mécaniques permettant d’éviter de soulever la terre (par exemple, couper le biocombustible solide en laissant une hauteur de chaume plus élevée).
Résumé
Les matières biocombustibles solides sont très variées : bois, écorce, paille, autres résidus agricoles, graminées, fourrages, produits non conformes. Malgré cette diversité, la composition de la plus grande partie de matières biocombustibles solides est relativement uniforme, particulièrement à l’état sec. Le contenu énergétique (par unité de masse) de la plupart des biocombustibles solides secs se retrouve dans la plage de 17 à 19 MJ/kg (7 300 à 8 000 BTU/lb). Les différences dans le contenu énergétique sont attribuables à des variations de la masse volumique et de la teneur en humidité.
La plupart des biocombustibles solides ont une teneur assez faible en azote et en soufre, ce qui cause relativement peu d’émissions de SOx et de NOx. Ce sont surtout les biocombustibles solides non conformes autres que des céréales alimentaires qui échappent à cette règle.
C’est la teneur en cendres des biocombustibles solides qui les distinguent le plus les uns des autres. Le bois, biocombustible solide traditionnel, en contient généralement moins de 0,5 %. L’écorce en renferme de 2 à 3 %, et ce taux passe à plus de 5 % pour la plupart des graminées et des résidus agricoles. Une teneur élevée en cendres peut causer beaucoup d’encrassement, donner lieu à la formation de mâchefer et compliquer la manutention.
Il faut utiliser ces biocombustibles avec soin et concevoir des systèmes de conversion adaptés spécialement à celui que l’on compte employer. Ainsi, les systèmes conçus pour le bois (ou le charbon) à faible teneur en cendres pourraient être inappropriés pour d’autres biocombustibles solides.
Tableau de conversion
| De | à | Multiplier par |
|---|---|---|
| MJ/kg | BTU/lb | 430 |
| BTU/lb | GJ/tonne | 0,00233 |
Ressources
Ressources de la biomasse. CanmetÉNERGIE. Ressources naturelles Canada.
Agence internationale de l’énergie (AIE). Propriétés de la combustion et de la coalimentation de la biomasse.
Phyllis2 : Database for biomass and waste (base de données relative à la biomasse et aux déchets). Energy Data Centre.
. Database of chemical properties of Australian biomass and waste (base de données sur les propriétés chimiques de la biomasse et des déchets australiens). The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Australie
Département de l’Énergie des États-Unis (USDOE). Base de données sur la composition et les propriétés des matières premières.
Rédaction
La présente fiche technique a été mise à jour par Terence Sauvé, ing., ingénieur, optimisation et sécurité des exploitations agricoles, Ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et de l’Agroentreprise. Elle a été originalement rédigée par Steve Clarke, ing., spécialiste, énergie et génie agricole, Ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et de l’Agroentreprise, Kemptville et Fernando Preto, Ph.D., chercheur, CanmetÉNERGIE, Ottawa.
Texte en format accessible
Figure 2. Pouvoir calorifique inférieur typique (BTU/lb) en fonction de la teneur en humidité. Cette teneur, exprimée à l’état humide, représente la proportion (%) de biocombustible brut qui se compose d’eau.
Un graphique linéaire montrant le pouvoir calorifique net comme une fonction de l’humidité. Les granulés de bois ont une chaleur humide de 7 %, suivis par les rafles de maïs (7 %), le panic raide (8 %), la paille de blé (10 %) et les tiges de maïs (20 %).
Figure 5. Teneur typique en cendres de certains produits de biomasse à l’état sec.
Une échelle montrant la teneur en cendres pour des biocombustibles solides choisis. Les granulés de bois de première qualité ont la teneur en cendres la plus faible (1 %), suivis par les rafles de maïs (2 %), le panic raide (de 3 à 5 %), les tiges de maïs (5 %), la paille (de 5 à 11 %) et la luzerne, qui présente la teneur la plus élevée (9 %).
Notes en bas de page
- note de bas de page[1] Retour au paragraphe AURI. (2005). Agricultural renewable solid fuels data. Extrait de l’Agricultural Utilization Research Institute Fuels Initiative.
- note de bas de page[2] Retour au paragraphe Preto, F. (2010). Properties of the 13 common biomass fuels in Ontario. Ressources naturelles Canada (NRCan), Ottawa (Ontario).
- note de bas de page[3] Retour au paragraphe Demirbas, A. (2004). Combustion characteristics of biomass fuels. Progress Energy Combustion Science, vol. 30, p. 219 à 230.
- note de bas de page[4] Retour au paragraphe La teneur en cendres, en chlore et en autres éléments peut être abaissée en modifiant les cultures choisies, les conditions de croissance, les fractions végétales employées ainsi que le moment et la méthode de récolte.
- note de bas de page[5] Retour au paragraphe Calculé de façon différentielle, c’est-à-dire en fonction de la différence entre deux chiffres en pourcentage de l’un d’entre eux. Par exemple, la différence entre 5 et 3 en pourcentage est égale à 2/5 = 0,4 = 40 %.
- note de bas de page[6] Retour au paragraphe Un microgramme (µg) est une unité de masse égale à 1/1 000 000 de gramme (1 × 10–6) ou à 1/1 000 de milligramme. Il s’agit de l’une des plus petites unités courantes de masse.
- note de bas de page[7] Retour au paragraphe BIOBIB : A database for biofuels, Université technique de Vienne, Autriche. Base de données sur les propriétés de la biomasse.
- note de bas de page[8] Retour au paragraphe Mehdi, B. et R. Samson (1998). Strategies to reduce the ash content in perennial grasses. Resource efficient Agricultural Production-Canada. Ste-Anne-de-Bellevue (Québec).
- note de bas de page[9] Retour au paragraphe Samson, R., P. Girouard et B. Mehdi. (1999b). Establishment of commercial switchgrass plantations. Resource efficient Agricultural Production-Canada. Ste-Anne-de-Bellevue, Québec.