Extraction et compostage durables des fibres de banane grâce à des conceptions de machines reproductibles

Les bananes sont le deuxième fruit le plus produit au monde, cultivé dans les régions tropicales et subtropicales entre 40°N et 40°S. Au Népal, la variété la plus utilisée dans la production de Sparśa est Musa paradisiaca (groupe AAB), connue localement sous le nom de Malbhog. Un bananier met 9 à 12 mois pour arriver à maturité et forme continuellement des feuilles à partir de son cœur. Ces gaines de feuilles qui se chevauchent forment le pseudo-tronc, qui pousse jusqu'à ce que la floraison commence. Après la fructification et la récolte, le pseudo-tige est coupé à la base, car chaque tige ne produit qu'une seule fois des bananes. La coupe de la tige stimule également la croissance du pseudo-tige suivant issu de la même plante. Au cours de son cycle de vie, un bananier peut générer environ 25 pseudo-tiges, chacun poussant à des vitesses différentes et étant récolté à des moments différents.

Ce cycle agricole produit de grandes quantités de déchets. Chaque régime de bananes récolté correspond à une pseudo-tige pesant environ 30 à 40 kg. Les agriculteurs brûlent souvent ces tiges ou les laissent pourrir dans le champ. Le brûlage nécessite du kérosène ou d'autres accélérateurs parce que les tiges sont très humides, ce qui entraîne des émissions de gaz à effet de serre et une épaisse fumée. Laisser les tiges pourrir prend des mois et occupe un espace considérable sur les terres agricoles.

Les principaux districts bananiers du Népal sont Morang, Jhapa, Saptari, Chitwan, Kailali et Nawalparasi. Au niveau national, la culture de la banane couvre environ 21 413 hectares et produit approximativement 1 284 780 tonnes de déchets agricoles par an. Dans ces zones, la municipalité de Susta à Nawalparasi se distingue avec près de 2 200 hectares de culture - l'une des plus fortes concentrations au Népal - générant environ 132 000 tonnes de déchets par an. C'est là que Sparśa a choisi d'implanter son usine d'extraction de fibres.

Les communautés agricoles de Susta sont dirigées par la communauté et se sont montrées ouvertes et enthousiastes à l'idée de collaborer avec nous, ce qui a rendu le partenariat à la fois pratique et efficace. La région était stratégiquement et socialement adaptée : les matières premières sont abondantes et les distances de transport sont courtes, ce qui permet de traiter les troncs dans les 72 heures et de préserver la qualité de la fibre. Dans le même temps, Susta est confrontée à des défis sociaux profondément enracinés. Les femmes ont peu d'opportunités en dehors du foyer et n'ont souvent pas les mêmes droits et la même représentation dans le processus décisionnel de la communauté. La stigmatisation liée aux menstruations reste forte. L'implantation de l'usine ici nous a permis de créer des emplois dignes pour les femmes, de soutenir leur indépendance financière et de mener des campagnes d'éducation sur la santé menstruelle et la durabilité de l'environnement.

Sparśa a développé un modèle d'économie circulaire qui transforme les déchets agricoles en opportunités. Les troncs de bananes sont collectés gratuitement auprès des agriculteurs après la récolte et, en retour, l'usine fournit du compost organique produit à partir des résidus de l'extraction des fibres. Cet échange non monétaire permet de réduire les déchets, de soutenir la fertilité des sols et d'instaurer une confiance à long terme avec les agriculteurs.

Les fibres de bananier contiennent 60 à 65 % de cellulose, avec de plus petites fractions d'hémicellulose (6 à 19 %), de lignine (5 à 10 %), de pectine (3 à 5 %), de cendres (1 à 3 %) et de matières extractibles (3 à 6 %). Lorsqu'un pseudo-tronc arrive à l'usine, ses gaines sont séparées. La maturité des fibres varie en fonction de la position de la gaine dans la tige - les couches externes produisent généralement des fibres plus rigides, tandis que les couches internes produisent des fibres plus souples. Par conséquent, l'extraction peut être légèrement inhomogène si les opérateurs ne classent pas et ne séparent pas correctement les gaines. En moyenne, 11 feuilles extérieures utilisables peuvent être extraites par pseudo-tige.

L'installation d'extraction de fibres de Sparśa transforme les troncs en fibres utilisées pour la fabrication de serviettes hygiéniques compostables. Les troncs doivent être traités dans les 72 heures car leur taux d'humidité est de 90-92 %. Un retard dans le traitement déclenche la décomposition et la fermentation, ce qui entraîne une décoloration, des odeurs et une dégradation microbienne. Le rendement en fibres reste faible : un pseudo-tronc de 20 kg produit environ 150 grammes de fibres sèches, laissant derrière lui de grandes quantités de résidus transformés en compost.

Des travailleurs supplémentaires sont employés de manière saisonnière pendant 3 à 4 mois (août-novembre) pour la récolte, la coupe et le transport des troncs des champs à l'usine. Les principaux coûts opérationnels comprennent la main-d'œuvre et le transport par tracteur. Environ 6 772 m² de fermes peuvent fournir suffisamment de pseudo-tiges par an pour assurer une production régulière de fibres.

Après avoir récolté les fruits de la banane, les agriculteurs jettent généralement le pseudo-tronc, souvent appelé tronc, qui contient en fait de précieuses fibres naturelles dans ses gaines stratifiées. Cependant, avant de commencer l'extraction des fibres, le pseudo-tronc doit être fendu dans le sens de la longueur afin d'exposer les différentes gaines. Cette étape est essentielle pour une séparation efficace et réduit considérablement l'effort de l'opérateur pendant l'extraction.

À l'origine, Sparśa utilisait une scie circulaire pour couper les pseudo-troncs, ce qui permettait aux ouvriers de diviser les tiges en deux. Bien que fonctionnelle, cette version antérieure exigeait des opérateurs qu'ils soulèvent, équilibrent et poussent manuellement de lourdes pseudo-tiges à travers la lame, ce qui rendait le processus physiquement exigeant et fastidieux. Cela rendait le processus physiquement exigeant, long et fatigant. Elle limitait également le débit, puisqu'une seule tige pouvait être traitée à la fois et que la fatigue de l'opérateur ralentissait rapidement le flux de travail. Ces contraintes ont rendu l'ensemble du processus de production de fibres moins efficace et difficile à mettre en œuvre pendant de longues heures.

Pour remédier à ces limitations, une nouvelle coupeuse de troncs améliorée a été conçue. Le modèle amélioré remplace la poussée manuelle par un mécanisme d'alimentation à chaîne et à pignon qui saisit et fait avancer automatiquement le pseudo-tronc vers la zone de coupe. Au lieu d'utiliser une lame de scie circulaire, la machine utilise deux lames de coupe perpendiculaires positionnées de manière à diviser le tronc en deux moitiés en un seul passage. Ce système intégré présente plusieurs avantages :

• Réduction des efforts physiques : Les opérateurs n'ont plus besoin de pousser manuellement des tiges lourdes.
• Rendement plus élevé : L'alimentation automatisée continue permet un rendement plus rapide et plus constant.
• Sécurité accrue : La protection et le contrôle de la distance d'alimentation éloignent les opérateurs des lames en mouvement.
• Coupe plus précise : L'alimentation automatique maintient un alignement constant de la coupe.

Le processus se déroule comme suit :

1. Placement : Le pseudo-tige est placé sur la plate-forme d'alimentation de la chaîne.
2. Engagement : Les chaînes et les pignons saisissent fermement la tige et la guident vers l'avant.
3. Coupe : La tige passe à travers deux lames perpendiculaires qui la coupent proprement en deux.
4. Sortie : Les morceaux coupés tombent sur la face de collecte, où ils peuvent être épluchés manuellement pour l'extraction des fibres.

Après la séparation, les opérateurs enlèvent chaque couche de gaine à la main. Chaque gaine contient une zone fibreuse et des tissus internes plus tendres. Les opérateurs coupent les bords non fibreux à l'aide d'un couteau pour retirer les sections contenant peu ou pas de fibres, ce qui garantit que seule la matière riche en fibres est acheminée vers la machine d'extraction.

Cette machine de coupe améliorée a grandement facilité la manipulation du matériel, réduit la fatigue de l'opérateur et favorisé une plus grande cohérence dans le flux de travail de l'extraction. Il rend également le processus accessible aux travailleurs moins forts physiquement, y compris les femmes qui constituent une part importante de la main-d'œuvre de Sparśa.

L'extraction des fibres de banane offre un moyen durable de transformer les déchets agricoles en un matériau naturel de grande valeur. Après la récolte du fruit, le pseudo-tronc de bananier, généralement jeté, est riche en fibres longues et durables qui conviennent à la fabrication de produits biodégradables, de textiles, de cordes, de papier et de serviettes hygiéniques.

Pour extraire ces fibres de manière efficace et cohérente, Sparśa a mis au point une machine semi-automatique d'extraction des fibres de banane qui améliore considérablement le rendement et la qualité par rapport au raclage manuel.

La machine est un système motorisé qui utilise un tambour rotatif équipé de lames de raclage, alimenté par un moteur électrique de 3 CV. Pendant le fonctionnement, l'opérateur introduit manuellement les gaines de bananes entre le rouleau rotatif et une barre de support fixe. Au fur et à mesure du passage de la gaine, les lames raclent la matière extérieure charnue, séparant et libérant les fibres propres. Un système de pression du rouleau réglable permet à l'opérateur d'ajuster l'écart en fonction de l'épaisseur de la gaine, ce qui garantit un fonctionnement plus souple et une production de meilleure qualité.

Une simple transmission par courroie et poulie transfère l'énergie du moteur au tambour. Le système a été délibérément conçu pour nécessiter peu d'entretien, être facile à réparer dans les ateliers ruraux et être entièrement compatible avec les composants disponibles sur les marchés locaux. Son châssis compact et soudé lui confère une grande stabilité, même pendant les longs cycles d'exploitation.

Dans des conditions normales, la machine produit environ 5 kilogrammes de fibres sèches par journée de travail de 6 à 8 heures, en fonction de la variété de banane, de l'état de la gaine, de l'affûtage de la lame et de la compétence de l'opérateur.

Étapes de travail détaillées :

1. Préparation :
   Les pseudo-tiges de bananes sont collectées, fendues, pelées en gaines et coupées à des longueurs d'environ 1 à 1,5 mètre.
2. Alimentation :
   Une gaine à la fois est introduite dans la machine, la pression du rouleau étant réglée en fonction de l'humidité et de l'épaisseur de la gaine.
3. Extraction :
   Le tambour rotatif élimine le tissu riche en eau et libère les fibres incrustées. Le processus est répété sur les deux moitiés de la gaine pour maximiser le rendement.
4. Séchage et stockage :
   Les fibres extraites sont séchées au soleil ou placées dans un séchoir solaire pendant 1 à 1,5 jour, selon les conditions météorologiques. Une fois séchées, elles sont regroupées et stockées en vue de l'étape de traitement suivante.

La chaîne de transformation commence après la collecte des pseudo-tiges de bananes dans les plantations voisines. Chaque pseudo-tronc est constitué de gaines foliaires qui se chevauchent étroitement. Les gaines et les feuilles extérieures sont d'abord enlevées pour exposer les couches intérieures utilisables. À l'aide du coupe-tronc, le pseudo-tronc est coupé en deux dans le sens de la longueur, ce qui facilite considérablement le pelage des gaines et accélère le processus d'extraction.

Les gaines séparées sont ensuite introduites dans l'extracteur de fibres de banane semi-automatique de Sparśa. Chaque gaine contient plusieurs couches avec des proportions différentes de matière fibreuse et de tissu interne mou. Pendant l'extraction, une extrémité de la gaine est insérée dans la machine tandis que l'opérateur tient l'autre extrémité. Le tambour rotatif et les lames de raclage décomposent le matériau de la paroi interne, libérant les fibres incorporées. La couche interne, plus molle et riche en eau, est raclée au cours du processus. L'opérateur répète l'extraction aux deux extrémités de la gaine pour maximiser la récupération des fibres.

Pour obtenir une qualité de fibre optimale, l'extraction doit avoir lieu dans les 72 heures suivant la récolte du pseudo-tronc. Avec un taux d'humidité de 90-92%, les tiges se décomposent rapidement. Un traitement tardif entraîne une fermentation, une décoloration et une odeur désagréable qui compromettent la fibre obtenue.

L'usine de fibres de Sparśa exploite trois machines d'extraction, chacune produisant environ 3 kilogrammes de fibres sèches par jour, soit une production quotidienne combinée d'environ 9 kg. Les opérateurs deviennent généralement compétents en une semaine de formation, et leur efficacité s'améliore sensiblement avec l'expérience, ce qui se traduit par une production de fibres plus régulière.

Les fibres extraites, d'une longueur d'environ quatre pieds, sont séchées immédiatement après l'extraction. Le séchage s'effectue soit au soleil, soit dans le séchoir solaire dédié de 251,712 pieds carrés. Le séchage solaire dure de 1 à 1,5 jour en été et jusqu'à 3 jours en hiver, en fonction des conditions météorologiques. Une fois entièrement séchées, les fibres sont regroupées et stockées en vue de l'étape suivante.

Ensuite, les fibres sont transformées en papier. Les longues fibres sont coupées en morceaux plus petits pour faciliter le traitement, lavées pour éliminer les impuretés et introduites dans un batteur Hollander, où elles sont battues en une bouillie uniforme.

Le papier final étant utilisé dans des produits sanitaires, l'hygiène et le contrôle microbien sont essentiels. C'est pourquoi nous faisons bouillir la suspension après le battage, plutôt que de précuire les fibres brutes. Le battage prend beaucoup de temps et si les fibres étaient bouillies au préalable, la période de traitement prolongée augmenterait le risque de contamination. En faisant bouillir la suspension après le battage, nous minimisons la croissance microbienne et pouvons ensuite procéder directement à la formation de la feuille, ce qui garantit une production de papier hygiénique et de qualité sanitaire.

Après la cuisson, la suspension est diluée avec de l'eau dans une grande cuve afin d'obtenir la bonne consistance pour la formation de la feuille. Un cadre en treillis est plongé dans la cuve, ce qui permet à une couche fine et régulière de fibres de se déposer sur sa surface et de former la feuille humide initiale. Cette feuille est ensuite placée sous une machine de pressage, qui élimine l'excès d'eau et compacte les fibres. Enfin, les feuilles pressées sont transférées dans le séchoir solaire, où elles sèchent pour devenir un papier en fibre de banane solide et durable.

Utilisation de la fibre

La fibre de banane est un matériau naturel polyvalent qui trouve des applications dans les textiles, les cordes, les tapis, les géotextiles, l'artisanat, les produits en papier et les emballages écologiques. Elle est appréciée pour sa résistance, sa biodégradabilité et sa capacité de renouvellement. À l'échelle mondiale, la recherche continue d'explorer la biomasse de la banane comme une alternative durable aux fibres synthétiques, soutenant les modèles d'économie circulaire et réduisant les déchets agricoles.

Chez Sparśa, l'objectif principal est de produire de la fibre de banane de qualité papier, utilisée comme noyau absorbant des serviettes hygiéniques compostables de Sparśa. Cette démarche s'aligne sur les objectifs du projet, à savoir créer des produits d'hygiène respectueux de l'environnement, réduire la pollution plastique et démontrer comment les déchets agricoles peuvent être transformés en une solution ayant un impact social.

La culture de la banane produit d'importants volumes de déchets, notamment des pseudo-tiges qui ne conviennent pas à l'extraction des fibres, des feuilles et de la boue générée pendant le processus d'extraction des fibres. Au lieu de brûler cette biomasse ou de la laisser pourrir - deux pratiques qui contribuent aux émissions de gaz à effet de serre - le Parśa la convertit en compost organique. Cette approche réduit les émissions de méthane, favorise la santé des sols et renforce la mission zéro déchet du projet.

Déchets utilisés

• Feuilles de bananier (40 %) - coupées en petits morceaux (3-50 mm).
• Troncs de bananiers (35 % ) - parties inutilisables, hachées lorsqu'elles sont fraîches pour une décomposition plus rapide.
• Bouillie (25 %) - déchets fibreux restant après l'extraction, pressés pour éliminer l'excès d'eau.
• Biochar (facultatif) - ajouté pour améliorer l'aération, l'activité microbienne et la rétention des nutriments.

La recette du compost vise à atteindre un rapport carbone/azote (C:N) idéal de 20:1 à 35:1, car ce rapport influence l'activité microbienne et la vitesse de décomposition.

Procédure de compostage :

1. Prétraiter les matériaux : Hacher les feuilles et les morceaux de troncs à 3-50 mm. Presser la boue pour réduire l'humidité.
2. Peser ou estimer les quantités : Au début, utilisez une balance numérique ; par la suite, les travailleurs peuvent estimer le volume.
3. Mélangez soigneusement : Mélangez les ingrédients dans un rapport de 40:35:25 pour former un tas de compost uniforme.
4. Ajuster l'humidité : Atteindre un taux d'humidité de 50 à 60 %. Ajoutez de l'eau si le tas est sec ; ajoutez des feuilles ou des troncs secs hachés s'il est trop humide.
5. Étiqueter le tas : Marquez chaque nouveau tas de compost avec la date, le numéro de lot et la composition.
6. Surveillez les conditions : Suivez la température, l'humidité et l'état du tas à l'aide des fiches de suivi de l'usine.

La température est mesurée à deux profondeurs : 25 cm et 50 cm. Pour un compostage correct, il est nécessaire de maintenir une température comprise entre 55 et 65 °C afin d'assurer la désinfection. Une baisse constante de la température ou une répartition inégale de la chaleur interne indique la nécessité de retourner le tas. Les températures extrêmes (>75°C) doivent être évitées pour éviter la surchauffe.

Après 4 à 5 mois, le compost devient stable, friable, inodore et prêt à être utilisé pour l'agriculture. Le compost fini enrichit le sol, réduit la dépendance à l'égard des engrais chimiques et garantit la pleine utilisation des déchets végétaux de la banane.