ANNEE ACADEMIQUE : 2016-2017
UNIVERSITE ALIOUNE DIOP DE BAMBEY
UFR Sciences Appliquées et Technologies de l'Information
et de la Communication
Master Interuniversitaire d'Énergies
Renouvelables
MEMOIRE MASTER DE RECHERCHE
Option : Énergie
solaire
Utilisation d'une fosse septique pour le
chauffage et l'éclairage d'une maison
d'ej`a aliment'ee par la Senelec.
Présentépar : Assane DIAGNE
Soutenu le 04 Juillet 2018 devant la commission d'examen :
|
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Pr Senghane MBODJI
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Président
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Professeur assimiléUADB
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Dr Ababacar THIAM
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Rapporteur
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Maître de conférences titulaire
|
UADB
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Dr Bertrand T. FANKAM
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Examinateur
|
Maître de conférences assimiléUADB
|
Dr Ibrahima FALL
|
Examinateur
|
Maître de conférences titulaire
|
UADB
|
Dr Amadou KANE
|
Co-encadreur
|
Maître de conférences
|
SENELEC
|
Pr Biram DIENG
|
Superviseur
|
Professeur assimiléUADB
|
|
1
Liste des abréviations
AGV Acide Gras Volatile
ANC Assainissement Non Collectif
BF Bois de Feu
CERER Centre D'Étude et de Recherches sur les
Énergies Renouvelables
COT Carbone Organique Total
DCO Demande Chimique en Oxygène
FS Fosse Septique
GNV Gaz Naturel Carburant
MAG Moteur A Gaz
MES Matière En Suspension
MO Matière Organique
MS Matière Sèche
ONAS Office National de l'Assainissement du
Sénégal
PNB Programme Nationale de biogaz
SDE Sénégalaise Des Eaux
TAG Turbines A Gaz
TRH Temps de Rétention Hydraulique
2
Table des figures
1.1
|
Schéma simplifiéde la digestion anaérobie de
produits organique
|
11
|
1.2
|
Effet de la température sur le taux de croissance des
méthanogènes [1], le taux de
|
|
|
croissance de méthanogènes expriméen % en
fonction de la température(°C) . . .
|
12
|
1.3
|
Schémas de principe des configurations classiques de
traitements biologiques . . .
|
14
|
2.1
|
Une fosse septique
|
19
|
2.2
|
Schéma de principe d'une fosse septique
|
19
|
2.3
|
Schéma d'un décanteur idéal de HAZEN
|
20
|
2.4
|
Répartition des eaux usées [2]
|
23
|
3.1
|
Schéma de valorisation
|
25
|
3.2
|
La position de Ngoundiane dans la carte géographiques du
Sénégal.
|
26
|
3.3
|
Architecture du système
|
27
|
3.4
|
La fosse septique de la maison.
|
27
|
3.5
|
Moteur fonctionnant avec du biogaz.
|
29
|
3.6
|
Appareil de cuisson brûleur à biogaz
|
29
|
4.1
|
Consommation en Kg(Bois, Charbon, Gaz) par mois.
|
32
|
4.2
|
Comparaison de la FS par rapport aux unités de PNB
|
34
|
4.3
|
Schéma simplifiéde la digestion ana'erobie de
produits organique
|
41
|
4.4
|
Effet de la température sur le taux de croissance des
méthanogènes [1], le taux de
|
|
|
croissance de méthanogènes expriméen % en
fonction de la température(°C) . . .
|
42
|
4.5
|
Moteur à biogaz
|
43
|
4.6
|
Fiche technique du moteur
|
43
|
4.7
|
Plan du biodigesteur de PNB
|
44
|
4.8
|
ballon de stockage de biogaz
|
45
|
4.9
|
Facture courant de SENELEC
|
46
|
3
Liste des tableaux
1.1
|
Composition du biogaz
|
8
|
1.2
|
Paramétres technique des digesteurs
|
9
|
1.3
|
Composés à éliminer par taitement selon le
mode de valorisation
|
14
|
2.1
|
Rendement de production de biogaz en fonction de la nature du
substrat
|
23
|
3.1
|
Dimensionnement de la fosse septique
|
28
|
3.2
|
Le volume du biogaz produit par la maison par an
|
28
|
3.3
|
Estimation du coût du dispositif
|
30
|
4.1
|
Résultats de l'enquête .
|
31
|
4.2
|
Estimation de la dépense annuelle de la maison
|
32
|
4.3
|
'Evaluation des coûts d'exploitation pour 2 volumes
distincts
|
33
|
4.4
|
Coût d'installation sans MAG
|
34
|
4.5
|
Composition du biogaz
|
40
|
4.6
|
Paramétres technique des digesteurs
|
40
|
4.7
|
Composés à éliminer par traitement selon
le mode de valorisation
|
42
|
Résumé
Suite à un manque de station d'épurations au
Sénégal, les fosses septiques sont les plus utilisées pour
gérer les eaux usées produites dans les maisons. L'absence des
technologies pour la gestion des déchets liquides peut engendrer des
nuisances pour l'environnement. C'est à ce sens que notre travail
consiste à valoriser les eaux usées pour produire du biogaz. Le
biogaz est un gaz issu de la décomposition de la matière
organique dans un milieu anaérobie. Il permet non seulement de
prévenir la pollution, mais aussi de produire de l'énergie et du
compost, de plus, il constitue une solution pour générer du
chauffage et éclairage dans les zones isolées. Durant notre
étude, la fosse
septique est le méthaniseur, le gaz produit sera
récupérépar un dispositif. Cette technique a
étéévaluée énergétiquement
et économiquement. L'étude a étéfaite dans une
maison dans la com-
mune de Ngoundiane. Nous avons estiméle volume de
biogaz. Pour 15 personnes, ils produisent 98,55 m3 par an;
ce qui équivaut à 123,20 kWh.
Mots clefs : Biogaz, eaux usées,
méthaniseur, fosse septique, déchets liquides.
Abstract
Following a lack of sewage treatment plants in Senegal, septik
tanks are more commonly used to manage wastewater generated by homes. In the
absence of the necessary technology for liquid waste management can caused
environmental effects. With this in mind,this work use wastewater to produce
biogas. Biogas is a gas from decomposition of organic material in an anaerobic
environment. It prevents pollution and also It would produce energy and
compost. It is an ideal solution to generate heating and lighting in remote
locations. In our research the septik tank is methane digester. The gas
produced will be recovered by the system installed. This technical ihas been
evaluated energetically and economically. This study takes place in Ngoudiane
commune. We estimate the volume of biogas. For 15 people linving in the home,
they produce 98.55 m3 per year, which equates to 123.20
kWh.
Keywords : Biogas, waste water, septik tank, digester, liquid
waste.
1
Dédicaces
A la mémoire de mon père Moustapha (repose en paix
Papa), pour tous ses sacrifices, son soutien et ses prières tout au long
de mes études,
Aucune dédicace ne saurait exprimer l'amour, et le respect
que j'ai toujours eu pour toi, A ma maman Binetou Thiam, pour son amour, sa
tendresse, ses efforts et ses prières,
A mes chères soeurs Awa, Rokhaya et Fatou pour leurs
encouragements permanents, et leur soutien,
A mes chers frères, Ousseynou, Khadim et Mor, pour leur
appui et leur encouragement, A toute ma famille pour leur soutien tout au long
de mon parcours universitaire, A toutes et à tous ceux qui, se
reconnaîtront, à travers ce travail.
Que ce travail soit l'accomplissement de vos voeux tant
allégués, et le fruit de votre soutien infaillible,
Merci d'être toujours làpour moi.
2
Rémerciement
Je remercie avant tout ALLAH le tout puissant qui m'a
donnéles capacités physiques et intellectuelles d'achever ce
travail.
Je tiens à remercier chaleureusement mon encadreur Dr.
Amadou KANE qui a dirigéce mémoire de recherche avec
compétence et efficacitéet qui n'a cesséde m'encourager
avec ces conseils précieux tout au long de ce travail.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Pr
Senghane MBODJI, Directeur à la direction Générale de
l'Enseignement Supérieur Privé, qui m'a fait l'honneur de
présider le jury.
Mes sincères remerciements à Dr Mactar FAYE,
Chef Département Physique d'avoir pris le temps de juger ce travail et
de m'avoir fait l'honneur d'être le rapporteur de mon mémoire.
J'adresse mes remerciements à Dr Bertrand Tchanche
FAKAM, d'avoir acceptéde juger et d'être l'examinateur de ce
travail.
Je voudrais exprimer ma profonde gratitude à Monsieur
le Professeur Biram DIENG, Directeur de l'école doctorale (UADB), qui
m'a fait l'honneur d'accepter d'être le superviseur.
J'adresse ma gratitude et mon profond dévouement aux
Professeurs de l'UFR SATIC de l'UADB.
Je remercie Dr Alassane Diene de EPT pour ses conseils
précieux et ses explications qui m'ont beaucoup aidéet permis
d'avancer dans mes travaux.
Je remercie l'ensemble personnel de l'UFR SATIC.
Mes remerciements vont également à tous mes
camarades pour leurs soutiens et leurs aides sans faille.
J'adresse mes vifs remerciements aux chercheurs de l'UADB,
CERER et de l'EPT .
Et enfin je remercie toutes personnes qui de près ou de
loin, ont contribuéà la bonne réussite de ce
mémoire.
3
Table des matières
Liste des abréviations 1
Table des figures 2
Liste des tableaux 3
Résumé1
Introduction générale 5
I État de l'art 7
1 L'État de l'art : Du biogaz
à sa valorisation énergétique 8
Introduction 8
1.1 Les biogaz 8
1.1.1 Qu'est ce que le biogaz 8
1.1.2 Historique 8
1.2 La digestion anaérobie 9
1.2.1 Méthanisation 9
1.2.2 Les digesteurs 9
1.2.3 Processus anaérobies de méthanisation 10
Hydrolyse 10
Acidogènese 10
Acétogènese 10
Méthanogènese 10
1.3 Conditions physico-chimique de la méthanisation
11
1.3.1 Température de digestion 11
1.3.2 Potentiel hydrogène pH 12
1.3.3 Homogénéitédu substrat 12
1.3.4 Concentration de matière organique dans les
substrats 13
1.4 'Epuration du biogaz 13
1.4.1 Téchnique d'épurations du biométhane
13
Absorption 13
Procédés biologiques 13
1.5 Valorisation 14
1.5.1 Les modes et techniques de valorisation 14
Valorisation thermique 14
Valorisation électrique 15
Co- et trigénération 15
Substitut au gaz naturel 15
Conclusion 16
II Étude technique et étude comparative 17
2 Étude et expérimentation du biogaz
produit à partir de la fosse septique. 18
Introduction 18
2.1 'Etude d'une fosse septique 18
2.1.1 Caractéristiques et fonctionnement 18
2.1.2 Dimensionnement des fosses septiques 20
2.2 'Evaluation du potentiel 22
2.2.1 'Etude qualitative et quantitave 22
2.2.2 Détermination du volume produit 24
Conclusion 24
3 Conception du système 25
Introduction 25
3.1 Présentation du projet 25
3.2 'Etats des lieux 25
3.3 Conception du système 27
3.4 Le coût de l'installation du dispositif de
récupération du biogaz 29
Conclusion 30
4 Étude économique et comparative
31
Introduction 31
4.1 Le bilan énergétique 31
4.1.1 Profil énergétique de la commune 31
4.1.2 Bilan énergétique de la maison 32
4.2 'Etude comparative 33
4.2.1 Présentation du PNB 33
4.2.2 Comparaison biodigesteur du PNB -SN de même
capacité 33
4.3 Recommandations 34
Conclusion 35
Conlusion générale et Perspectives
36
Bibliographie 37
Annexes 40
5
Introduction générale
L'énergie, primordiale à la vie et à
toute activitééconomique, est utilisée par tous les
secteurs d'activités. Sa consommation, spécialement celle des
combustibles fossiles est causée par le développement rapide de
l'économie provoque une augmentation de la concentration de gaz à
effet de serre dans l'atmosphère et entraîne des
réchauffements climatiques [3]. D'autre part, les réserves de
combustibles fossiles sont bientôt finies au rythme de consommation
actuel, leur épuisement doit être prise en compte.
Il est donc nécessaire de diminuer la dépendance
aux combustibles fossiles et d'explorer les nouvelles énergies
renouvelables.
En effet, les énergies renouvelables sont
présentes et disponibles en quantitéinfinie. Leur exploitation
est un moyen de répondre aux besoins en énergie tout en
préservant l'environnement. La biomasse est l'une des principales formes
énergies renouvelables, elle est la première source
d'énergie à avoir étéexploitée par les
hommes, et longtemps elle a étéla plus importante. La biomasse
regroupe l'ensemble de la matière vivante (végétale et
animale). Les trois sources d'énergie principales qui en
découlent sont le bois, le biogaz et les biocarburants. Actuellement, le
biogaz est l'un des nouveaux acteurs de l'énergie. Il permet de fournir
de l'énergie (chauffage et éclairage), mais également de
protéger l'environnement.
On note que la pollution de l'eau par les déchets
municipaux, industriels et agricoles s'accentue. Vu la chertéet
l'indisponibilitéde certaines ressources énergétiques, le
biogaz génère de la chaleur et de l'électricitéen
zone rurale en réduisant considérablement l'économie de la
population. Le gouvernement du Sénégal et les acteurs du biogaz
sont constamment à la recherche de solutions technologiques permettant
un traitement rapide, accessible par tout le monde et moins coûteux des
déchets. Une des technologies permettant efficacement le traitement de
la décomposition organique de ces déchets est la
bio-méthanisation, qui consiste en une dégradation de la
matière organique en un mélange de méthane et de dioxyde
de carbone en l'absence d'oxygène.
Au Sénégal, le bois de feu et le charbon
constituent plus de 75% des sources d'énergie de cuisson [4]. Cela peut
impacter négativement sur l'environnement et la santéde la
population, c'est pourquoi le gouvernement a mis en place le programme national
de biogaz du Sénégal (PNB) en installant des biodigesteurs . Ces
biodigesteurs produisent du biogaz à partir des bouses de vache qui ne
sont pas à la portée de tout le monde.
Parmi les intervenants du secteur, on peut citer :
-- Le Programme National de Biogaz du Sénégal
(PNB-SN)
-- L'Office National de l'Assainissement du
Sénégal (ONAS)
-- Les institutions de recherches (ISRA, CERER...)
-- Les ONG (HEIFER, ENDA,...)
-- Le secteur privés (SOGAS, BIOECO...),
Finalement, la production de biogaz peut contribuer à
la gestion des déchets liquides notamment les eaux usées, aussi
de protéger la nature. De plus les boues de digestion peuvent
êtres utilisées comme des composts.
De ce constat, ce mémoire dont le thème porte
sur l'utilisation d'une fosse septique pour le chauffage et
l'éclairage d'une maison déjàalimentée par la
SENELEC a pour but de valoriser les eaux usées. L'objectif
global de ce travail vise à réduire les dépenses des
habitants de
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 6
TABLE DES MATIÈRES
la localitéde Ngoundiane.
Ainsi le mémoire est structuréen deux parties.
La premiére partie n'est constituée qu'un seul chapitre et la
deuxième est composée de trois chapitres.
Le premier chapitre aborde l'étude bibliographie du
biogaz et les différentes méthodes de sa valorisation.
Le deuxième chapitre porte sur l'étude du
biodigesteur à savoir, la fosse septique et la caractérisation
des flux entrants dans la fosse septique en vue de définir son potentiel
en biogaz. Cette caractérisation est indispensable en ce sens qu'elle
permet de mobiliser des données qualitatives et quantitatives des eaux
usées entrant dans le dispositif.
Le troisième chapitre présente le projet et
l'étude technique en concevant un système de
récupération du biogaz, ce gaz sera convertit en éclairage
domestique et chauffage.
Le dernier chapitre de ce travail traite dans un premier temps
le profil énergétique de la commune et celle de la maison
à étudier et en deuxième lieu une comparaison de notre
projet avec celui du PNB.
La conclusion générale et les perspectives
clôturent ce mémoire.
7
Première partie
État de l'art
8
Chapitre 1
L'État de l'art : Du biogaz à sa
valorisation énergétique
Introduction
L'objectif de ce chapitre bibliographique est de
présenter qu'est ce que le biogaz, mettre en focus son épuration
jusqu'àsa valorisation énergétique et les
différentes techniques de sa production.
1.1 Les biogaz
1.1.1 Qu'est ce que le biogaz
Le biogaz est un gaz combustible renouvelable issu de la
dégradation de la matière organique animale ou
végétale par des micro-organismes dans des conditions
anaérobies (en l'absence d'oxygène). Ce gaz est un mélange
de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2 ) avec
des petites quantités d'azote, d'hydrogène, de monoxyde de
carbone et d'autres composés.
Composition
|
%
|
Méthane CH4
|
50 à 70
|
Dioxygéne de carbone CO2
|
35 à 40
|
Azote N2
|
0.5 à 3
|
Gaz divers: H2S,NH3...
|
1 à 5
|
Hydorgene H2
|
1à3
|
Oxygéne O2
|
0,1 à 1
|
Tableau 1.1 - Composition du biogaz
1.1.2 Historique
Des études montre que 10 siècles av. J.C., les
Assyriens servaient du biogaz provenant de la dégradation de
matière organique en anaérobiose conduit à la formation
d'un mélange gazeux pour chauffer l'eau de leur bain [5]. En 1630 Jan
Baptist van Helmont, surnomméle Leonard de Vinci bruxellois,
découvre que la fermentation de la matière organique produit un
gaz inflammable. Il faudra ensuite attendre 1776 et les vacances d'Alessandro
Volta sur les rives du Lac Majeur pour que soit identifiéle
méthane qu'il appellera gaz des marais; au cours d'une promenade en
bateau il remarque qu'en remuant le fond du lac avec un bâton, des bulles
de gaz remontent en surface. Il
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
collectera une partie de ce gaz et montera qu'il est
combustible [1].C'est en Grande-Bretagne dans la ville Exeter en 1885 que fut
la première installation permettant l'éclairage public au biogaz.
Enfin, dans les années 1920, l'allemand IMHOFF met au point un
système de digestion continu, qui équipe quelques années
plus tard plusieurs villes allemandes [6].
1.2 La digestion anaérobie
1.2.1 Méthanisation
La méthanisation est le résultat d'une
activitémicrobienne laborieuse, réalisée dans un milieu
privédioxygène. Il convient de distinguer la méthanisation
des solides en suspension dans l'eau (méthanisation des boues des
stations d'épuration urbaines ou industrielles), plus avantageusement
dénommée digestion des boues, de la méthanisation des
liquides qui va concerner les matières en solution dans les dits
liquides. En effet, même si ces deux technologies mettent en oeuvre les
mêmes réactions biologiques et les mêmes espèces
bactériennes, elles se distinguent par les durées de
rétention dans les réacteurs en ce sens que les solides en
suspension doivent d'abord être solubilisés avant de pouvoir
être méthanisés [1].
1.2.2 Les digesteurs
Ceux sont les installations oùont lieu la
méthanisation. Il est généralement constituéd'une
cuve fermée appelée réacteur, étanche à
l'air et de préférence isolée thermiquement de
l'extérieur dans laquelle les microorganismes se côtoient pour
dégrader chimiquement et biologiquement les effluents organiques et
produire du biogaz [7]. Le choix du digesteur varie en fonction du type de
déchets à exploiter. Les digesteurs sont
caractérisés par des paramètres techniques
présentés dans le tableau suivant :
Paramétres
|
Signification
UnitéVU
|
|
|
Volume utile du fermenteur
|
m3
|
Vb
|
Biogaz produit par jour
|
m3
|
Q
|
Débit volumique de l'influent
|
m3/j
|
M
|
Charge initiale : concentration en kg de MS, MO ou DCO dans
l'effluent.
|
kg/m3
|
TRH
|
Temps de rétention hydraulique moyen(VU/Q)
|
j
|
CV
|
Taux de charge : quantitéd'effluent par
m3 de fermenteur /jour
|
kg/m3.j
|
B
|
Production spécifique : production de biogaz par kg
d'effluent
|
m3/kg
|
Tableau 1.2 - Paramétres technique des digesteurs
Les digesteurs à culture fixée sont
particulièrement appropriés pour les effluents liquides. Ils
permettent aux bactéries de se fixer sur un support et donc d'augmenter
leur nombre.
Les digesteurs infiniment mélangés
homogénéisent le substrat à l'aide d'un support
mécanique, dans certains cas, on réinjecte du biogaz dans le fond
de la cuve. Ceci permet de bien traiter des substrats.
Les réacteurs à écoulement piston sont
des digesteurs cylindriques horizontaux. Le substrat est introduit d'un
cotéet se déplace lentement vers la sortie tout en se
métaphorisant. Ces digesteurs permettent un fonctionnement avec plus de
matière sèche que les deux autres digesteurs cités
ci-dessus.
En gros, il existe de grands principes de traitements. Les
digesteurs peuvent être alimentés soit en continu c'est à
dire en permanence avec un débit constant ou soit en discontinu de
manière sequentielle.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 9
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 10
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
1.2.3 Processus anaérobies de
méthanisation
Les bactéries méthanogènes sont
présentes dans de nombreux écosystèmes naturels comme les
fosses septiques, les marais, les tourbières, la toundra arctique, et
même les appareils digestifs des ruminants (le rumen) ou des humains.
La fermentation méthanogène peut servir à
traiter des rejets organiques, des eaux usées, ou encore des lisiers,
des ordures ménagères. Ce processus est tout
particulièrement intéressant en raison du
biométhane produit, qui est un gaz
énergétique valorisable. Les bactéries anaérobies
ont tendance àproduire du CH4 et du
CO2 à partir de la matière organique
contrairement aux bactéries aérobies
qui oxydent la matière organique en CO2
et H2O [8]. Ce
procédécomporte 4 étapes :
-- Hydrolyse
-- Acidogènese
-- Acétogènese
-- Méthanogènese
Hydrolyse
Au cours de l'étape d'hydrolyse, les
macromolécules complexes sont solubilisées sous l'action
d'enzymes extracellulaires excrétées par des bactéries
ana'erobies strictes. Les composés particu-laires sont scindés en
monomères de taille suffisamment petite pour pouvoir être
transportés au travers de la membrane cellulaire. Une fois dans la
cellule ces molécules simples pourront être utilisées comme
source d'énergie pour le métabolisme. On peut schématiser
les réactions d'hydrolyse enzymatique comme suit, en considérant
la dégradation de cellulose en glucose, oùles enzymes joueraient
le rôle de catalyseur [1] :
(C6H10O5)n + nH2O
-? nC6H12O6
Acidogènese
Dans une seconde étape, les monomères issus de
l'hydrolyse, ainsi que les composés dissous, servent de substrats
à des micro-organismes fermentaires qui les dégradent
principalement en acides de faibles poids moléculaires comme les acides
gras volatils (AGV)tels que propionate, butyrate, valérate, mais
également en pyruvate, lactate, ou en alcools tels que le
méthanol, l'éthanol,... Du gaz carbonique et du
dihydrogène sont également produits au cours de ces
réactions.
Acétogènese
Les produits de l'hydrolyse et de l'acidogénèse
(acides C3+, sucres, alcools,...) sont réduits en acétate,
hydrogène et dioxyde de carbone par un groupe
hétérogène de trois populations bactériennes. Le
sulfure d'hydrogène se forme également lors de cette phase de
transformation.
Méthanogènese
Elle représente la dernière étape de la
méthanisation, la méthanogénèse constitue
l'étape de réduction finale du processus de méthanisation.
Elle est considérée comme l'étape limitante dans le
processus de dégradation des composés dissous. La
méthanogénèse est réalisée par une classe
spécifique de bactéries anaérobies strictes, les Archae,
qui peuvent utiliser divers substrats comme l'acétate, le dioxyde de
carbone et l'hydrogène, ou encore, pour certaines espèces, le
méthanol, les méthylamines ou le formate. Au sein de cette classe
on distingue deux familles responsables de la synthèse de méthane
:
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
-- les méthanogènes acétoclastes,
également appelés acétotrophes, -- les
méthanogènes hydrogénophiles, ou
hydrogénotrophes.
FIGURE 1.1 - Schéma simplifiéde
la digestion anaérobie de produits organique
1.3 Conditions physico-chimique de la méthanisation
Plusieurs paramètres régissent le bon
déroulement d'une digestion anaérobie, tels que le pH, le taux de
dilution, la température et la composition du substrat [9]. Un suivi
continu de ces paramètres est nécessaire pour maintenir la
stabilitédu processus et des qualités et quantités de
biogaz et de digestat produits [10].
1.3.1 Température de digestion
La température est un paramètre physique qui
agit directement sur l'activitéde microorganismes anaérobies, et
par conséquence sur la stabilitéde la digestion, sur les
rendements de production de biogaz et sur la performance de traitement. Pour
assurer le maintien à la température optimale, une source
énergétique est utilisée pour échauffer les
substrats directement dans le digesteur ou indirectement en échauffant
une partie recirculée des substrats avec une
homogénéisation du substrat dans les deux cas.
Fréquemment, la source d'énergie pour le chauffage est le biogaz
lui-même.
Les différents groupes bactériens responsables
des étapes successives de méthanisation ont des
températures optimales de fonctionnement différentes. On
distingue trois niveaux de température pour le fonctionnement des
méthaniseurs :
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 11
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 12
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
· Psychrophile à basse
température 5°C-25°C : utilisée normalement dans les
méthaniseurs fonctionnant à la température ambiante. Cette
technique exige des longs temps de rétention.
· Mésophile à moyenne
température 25°C - 38°C : la plupart des digesteurs
anaérobies européens opèrent dans cette gamme de
température [11].
· Thermophile à haute
température au dessus de 50°C jusqu'à70°C : Cette
technique est moins utilisée en raison des besoins
énergétiques importants pour maintenir la température dans
le méthaniseur. Il peut arriver toutefois que ce
procédésoit utiliséen complément du
procédémésophile, puisque les matières organiques
prioritairement dégradées ne sont pas nécessairement les
mêmes dans les deux processus [8].
FIGURE 1.2 - Effet de la température
sur le taux de croissance des méthanogènes [1], le taux de
croissance de méthanogènes expriméen % en fonction de la
température(°C)
1.3.2 Potentiel hydrogène pH
Le pH est un paramètre chimique important puisque la
communautébactérienne méthanogène est sensible aux
variations de pH. Cette communautérequiert un milieu neutre avec une
valeur de pH comprise entre 6,5 et 8,5 pour son fonctionnement optimal plus
particulièrement son influence sur le rendement en biogaz [9].
L'accumulation d'acides gras volatils ou d'hydrogène peut produire une
acidification dans le méthaniseur et inhiber ainsi la
méthanisation. Par voie de conséquence, il est très
important de suivre la valeur de pH de l'ajuster si nécessaire en
injectant de la lessive de soude (Hydroxyde de Sodium) normalement sous forme
liquide pour baisser l'aciditédu milieu dans le digesteur [8].
1.3.3 Homogénéitédu
substrat
C'est un paramètre important pour optimiser les
conditions de la méthanisation en assurant un bon contact entre les
micro-organismes et la biomasse traitée et en évitant les
gradients de température dans le digesteur. Cette
homogénéitépeut être garantie par plusieurs voies
comme
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ
À SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
déjàindiqué: un brassage
mécanique, une recirculation de substrat ou une recirculation sous
pression du biogaz produit [8].
1.3.4 Concentration de matière organique dans les
substrats
Le niveau de concentration en matière organique dans
les substrats est important pour le fonctionnement de l'installation et pour la
prévision des quantités de biogaz produit. Ce paramètre
peut être mesurépar la Demande Chimique en Oxygène (DCO)
avec comme unitécourante la masse d'oxygène consommépour
la dégradation biologique (gO2/l). La mesure de cette grandeur
à l'entrée et à la sortie du méthaniseur permet de
calculer l'efficacitédu traitement. Ce paramètre peut
également être mesurépar le Carbone Organique Total(COT)
[8].
1.4 Épuration du biogaz
Le biogaz peut être exploitédirectement comme
combustible ou comme matière première pour la production de gaz
de synthèse ou d'hydrogène. Le méthane et le dioxyde de
carbone sont les principaux constituants, mais il contient également des
quantités importantes de composés indésirables tels que le
sulfure d'hydrogène (H2S), l'ammoniac (NH3) et les
siloxanes. L'élimination des composés sulfurés, surtout le
sulfure d'hydrogène, permet une désodorisation du
biométhane qui ne sent plus l'oeuf pourri. De plus, les risques de
corrosion des métaux sont réduits. Il est donc important
d'inclure les étapes de purification du biogaz en amont de ses
procédés d'utilisation finale [12].
1.4.1 Téchnique d'épurations du
biométhane
Absorption
Lorsqu'un gaz est en contact avec une phase liquide, et que
ce gaz contient une substance qui est soluble dans la phase liquide, on observe
un transfert de cette substance du gaz vers la phase liquide : on parle
d'absorption.
Absorption physique : Les
phénomènes mis en jeu dans l'absorption physique ne modifient pas
la nature du soluté. Dans ce type d'interaction, la loi qui régit
l'absorption physique est la loi de Henry : la concentration d'un
composédans une solution est proportionnelle à la pression
partielle du composédans le gaz. La constante de Henry (coefficient de
proportionnalité) est fonction de la température.
Absorption chimique : Lors de l'absorption
d'un gaz dans un liquide, très fréquemment, ce gaz réagit
chimiquement avec un constituant de la solution. L'agent chimique peut
réagir avec le solutéde manière irréversible (par
réaction acido-basique par exemple); la
régénération du solvant est alors délicate. Dans la
mesure du possible, il est judicieux de choisir un solvant
régénérante. La présence d'une réaction
chimique en phase liquide augmente la vitesse du transfert de matière
dans cette phase et donc augmente la vitesse d'absorption globale [13].
Procédés biologiques
Les procédés biologiques reposent sur la
dégradation des composés cibles par des microorganismes
(bactéries, champignons, etc.). Ces composés constituent un
substrat pour le métabolisme du consortium microbien se
développant librement ou sur support solide en milieu aqueux. Si les
phénomènes de dégradation biologique sont largement
répandus dans la nature et couramment employés en
épuration des eaux usées, l'utilisation des micro-organismes pour
le traitement des
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 13
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 14
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
gaz est récente [14]. Dans ce cas, il convient de
mettre en contact le substrat de la phase gazeuse avec les micro-organismes
dans une phase aqueuse. Les notions de transferts de matière,
modélisés par la loi de Fick (diffusion), dans les phases liquide
et gazeuse, sont alors à prendre en compte. Ces procédés
sont réalisés dans des installations nommées
bioréacteurs. Il en existe trois principaux types : les biofiltres, les
filtres percolateur et les biolaveurs. Les différences entre ces trois
bioréacteurs sont dues à la mobilitéou non de la phase
aqueuse et de la biomasse [13].
FIGURE 1.3 - Schémas de principe des
configurations classiques de traitements biologiques
1.5 Valorisation
1.5.1 Les modes et techniques de
valorisation
Le biogaz peut être valorisésous trois formes :
l'énergie électrique, l'énergie thermique et le
biocarburant. Le choix d'un mode de valorisation émane d'un calcul de
rentabilité. En effet, le biogaz doit être purifiéavant son
utilisation pour en retirer les composés toxiques et corrosifs.
Voie de valorisation
|
Composés à enlever
|
Thermique
|
eau, sulfure d'hydrogène (H28,
éventuellement selon la teneur)
|
électricité/cogénération
|
eau, sulfure d'hydrogène (H28),
organohalogénés
|
Carburant
|
eau, sulfure d'hydrogène (H28),
organohalogénés, CO2
|
Réseau gaz
|
eau, sulfure d'hydrogène (H28),
organohalogénés, CO2
|
|
Tableau 1.3 - Composés à éliminer par
taitement selon le mode de valorisation
Valorisation thermique
La combustion est l'un des moyens le mieux adéquat
pour valoriser le biogaz. La combustion du biogaz peut servir à la
production de la chaleur ou de la vapeur par combustion dans une
chaudière [15]. C'est la voie la plus simple de valorisation du
biogaz.
La production de froid par absorption est moyen abondant bien
que cette technologie est per-formante.Les unités de
réfrigération par absorption sont énergétiquement
plus importantes du fait l'utilisation directe de la chaleur produite, de plus
ne nécessitant pas d'apport supplémentaire d'énergie
autrement que pour la circulation des fluides du groupe frigorifique [16]. Dans
un systéme à absorption eau-bromure de lithium, la
température d'eau glacée et de l'ordre de 7 à 12
°C et cette solution ne peut être utilisée qu'en
climatisation confort et non en production de froid négatif.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 15
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
Pour des applications de froid industriel le mélange
eau-ammoniac est plus adaptécar il permet la production de froid
négatif.
Valorisation électrique
Du point de vue électrique, il existe plusieurs voies de
valorisations possibles :
· Moteur à gaz et fioul-gaz : Le
biogaz peut alimenter un moteur à combustion interne pour produire de
l'énergie cinétique (mécanique) ou de
l'électricité. Les moteurs à gaz sont les plus faciles
à modifier pour un fonctionnement au biogaz [17]. Les moteurs fioul-gaz
fonctionnent avec un mélange de 90% de biogaz et 10% de fioul. Ils
offrent des rendements supérieurs aux moteurs à gaz (40% au lieu
de 35%) et l'investissement initial est plus faible. Ces moteurs sont assez
bien adaptés aux faibles puissances (quelques kWe) et ils
permettent d'utiliser un biogaz ne contenant que 40% de méthane.[1]
· Turbine à gaz : Le biogaz est
brûlédans une chambre de combustion alimentée par de l'air
sous pression, puis décomprimédans la turbine
équipée d'un alternateur. Cette technologie des turbines à
gaz (TAG) dérive des réacteurs d'avion;
généralement elle est destinée aux applications
industrielles et fournissent des fortes puissance (MWe). Les turbines
à gaz offrent des rendements généralement de l'ordre de 25
à 40% Cependant des microturbines ont
étédéveloppées pour des puissances de quelques
kWe pour les petites installations, et elles permettent de valoriser
un biogaz contenant au minimum 35% de méthane.
Co- et trigénération
La cogénération est la production
d'énergie électrique ou mécanique et d'énergie
thermique simultanément par une source unique. Ce systéme donne
des rendements très importants environs 80 à 95% et permet
d'économiser de l'énergie primaire.
L'énergie mécanique est produite par un moteur
ou une turbine, et plutôt que de perdre l'énergie thermique dans
une tour de refroidissement, la chaleur est récupérée;
elle peut servir par exemple à chauffer des fermenteurs
méthanogènes, à sécher des digestats, à
produire de l'eau chaude, ou encore à alimenter un système de
chauffage ou de climatisation.
Les systèmes de trigénération permettent
de produire à la fois de l'énergie mécanique, et de
l'énergie thermique sous forme de chaleur et de froid. La
trigénération saisonnière est une combinaison d'un
système de cogénération
chaleur-électricitéet froid-électricité, son
fonctionnement dépend selon confort du client [1]. Cette technologie est
fréquente dans les hôpitaux, bureaux ou aéroports...
Substitut au gaz naturel
De façon générale, le biogaz peut
être utiliséen substitut du gaz naturel dans toutes les
applications oùcelui-ci est utilisécomme combustible. Le
biométhane est du biogaz qui a
étéépuré, c'est à dire que le
dioxygéne de carbone et les autres gaz traces ont
étééliminés. Il a des
qualités similaires à celles du gaz naturel
1
· Injection dans le réseau: Le
biométhane, grâce à son épuration poussée,
est équivalent au gaz naturel. Il peut donc être
injectédans le réseau, afin de substituer le gaz naturel. Le
biométhane pourrait être injectésur les réseaux de
distribution ou sur les réseaux de transport. Les contraintes en terme
de qualitédu biométhane sont dictées par le gestionnaire
du réseau.
1. Le gaz naturel est un combustible fossile. Il comprend
principalement du méthane (entre 81 et 97%), ainsi que de l'azote et
d'autres gaz traces.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 16
CHAPITRE 1. L'ÉTAT DE L'ART : DU BIOGAZ À
SA VALORISATION ÉNERGÉTIQUE
· Carburant pour véhicules :
Assez répandue en Europe, il permet de réduire les
émissions atmosphériques (20 à 30% de réduction des
émissions de CO2, réduction de l'émissions de
particules,..). Le biométhane carburant (bioGNV) doit remplir les
mêmes conditions de qualitéque le gaz naturel véhicule
(GNV) afin de pouvoir s'y substituer sans difficultés techniques ni
administratives. En particulier, le bioGNV doit être
compriméà 200 bar et avoir un point de rosée de
-20 °C. Elle est destinée, pour l'instant aux
véhicules des collectivités locales. Son intérêt est
à la fois économique et environnemental compte tenu de la
qualitédes rejets des moteurs à gaz.
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons
présentél'historique du biogaz les différentes voies de
production de biogaz, sa valorisation énergétique .
17
Deuxième partie
'Etude technique et étude comparative
18
Chapitre 2
'Etude et expérimentation du biogaz
produit à partir de la fosse septique.
Introduction
La fosse septique est le réacteur du système
c'est à dire le lieu de la méthanisation des effluents entrants.
Par conséquent l'évaluation de ce flux et le dimensionnement de
la fosse permettent d'établir la quantitéde biogaz que le
système peut fournir. C'est pour cela dans ce chapitre on va
définir et dimensionner l'ensemble paramètres du système
afin déterminer le volume du biogaz produit.
2.1 Étude d'une fosse septique 2.1.1
Caractéristiques et fonctionnement
La fosse septique est une installation d'assainissement non
collectif c'est à dire individuelle dans les zones ne disposant pas d'un
réseau d'évacuation. C'est un système autonome
d'assainissement des eaux usées de la maison provenant des toilettes. On
parle de fosse toutes eaux lorsqu'elle reçoit l'ensemble des eaux-vannes
et des eaux ménagères.
Une fosse septique est un bac imperméable à
l'eau, elle peut être constituée de différents
matériaux: béton ou plastiques.
CHAPITRE 2. ÉTUDE ET EXPÉRIMENTATION DU BIOGAZ
PRODUIT À PARTIR DE LA FOSSE SEPTIQUE.
FIGURE 2.1 - Une fosse septique
La fosse septique assure deux fonctions essentielles [18] :
- La rétention des déchets solides grâce au
phénomeme de la décantation.
- La solubilisation qui s'accompagne par la fermentation et la
méthanisation des boues produites par la transformation des
matières solides (MS).
Ces deux fonctions représentent respectivement les
processus physicochimique et les processus biochimiques.
FIGURE 2.2 - Schéma de principe d'une fosse septique
Lorsque les flux arrivent dans la fosse septique, les
matières en suspension (MES) plus lourdent
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 19
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 20
CHAPITRE 2. ÉTUDE ET EXPÉRIMENTATION DU BIOGAZ
PRODUIT À PARTIR DE LA FOSSE SEPTIQUE.
que l'eau se déposent au fond par le
phénomène de décantation et formant ainsi la boue. Par
contre les MES les moins denses flottent en surface pour former l'écume
[19].
Grâce aux processus biochimiques, les flux de substrats
retenus dans la fosse septique se décomposent progressivement, ce qui
réduit considérablement le volume de boues et qui permet donc
à la fosse septique de fonctionner pendant trois à quatre
années sans vidange [20]. Cette deuxième fonction de fosse
septique joue un rôle très important.
2.1.2 Dimensionnement des fosses septiques
La conception et le dimensionnement d'une fosse septique est
d'assurer ses deux fonctions essentielles expliquées ci-dessus.
Un temps de rétention hydraulique permet à la
fosse septique de retenir toutes les particules en suspension. Ce temps de
rétention hydraulique (TRH) varie de deux à quatre jours [21] et
cela dépend de la manière dont les fosses septiques sont
conçues.
Et vu que la surface utile de décantation et le temps
de rétention hydraulique sont liés, la surface utile de
décantation correspond mieux aux critères de dimensionnement.
Une fosse septique peut être conçue et
dimensionnée comme un décanteur [22]. Dans ce cas, les principaux
éléments de dimensionnement reposent sur la théorie de
décantation des particules discrètes (dont la vitesse de chute
est indépendante de la concentration en solides), selon les lois de
Newton et de Stokes.
En se basant sur le décanteur idéal de HAZEN
[23], on considère que la particule à retenir a une vitesse de
chute V0 et qu'elle doit parcourir la hauteur h voir Figure
2.3 avant l'écoulement du temps t au bout duquel elle
ressortirait du décanteur [24].
FIGURE 2.3 - Schéma d'un
décanteur idéal de HAZEN
On considère L, l et h les dimensions
du décanteur, le débit d'effluent entrant Q, la vitesse
de l'écoulement Vx, la vitesse de chute V0,
la particule à retenir dans le décanteur doit satisfaire la
condition suivante :
V0 > h/t (2.1)
t : c'est le temps de séjour hydraulique dans le
décanteur, il est définie par la relation suivante :
t = L/Vx (2.2)
CHAPITRE 2. ÉTUDE ET EXPÉRIMENTATION DU BIOGAZ
PRODUIT À PARTIR DE LA FOSSE SEPTIQUE.
Or la vitesse de l'écoulement de l'effluent
Vx est donnée par l'équation ci-dessous.
Vx = Q/hl (2.3)
Avec l la largeur utile du décanteur.
En introduisant l'équation 2.3 dans l'équation 2.2,
on obtient une nouvelle équation 2.4 .
t = Lhl/Q (2.4)
Introduisant ensuite l'équation 2.4 dans
l'équation 2.1, on aboutit à l'équation 2.5 qui met en
évidence l'importance de la surface utile de décantation
Su.
V0 > Q/Ll V0 > Q/Su
(2.5)
Le rapport Q/Su porte le nom de vitesse
ascensionnelle (Va) ou vitesse de HAZEN. [23]
Il ressort de cette formule traduite par l'équation 2.5
que toutes les particules dont la vitesse de chute V0 est
supérieure à Va seront retenues. La formule
montre également que lorsque la surface utile de décantation
augmente, la vitesse ascensionnelle Va diminue et la
quantitédes particules retenues augmente. Ainsi, une fosse septique
ayant une grande surface utile de décantation (fosse septique
horizontale) est plus performante que celle dont l'aire de la section
horizontale est plus petite (fosse septique verticale), même si le volume
est identique [24].
En se référant sur la revue de la
littérature et du schéma présentéà la Figure
2.2, les critères de dimensionnement des fosses septiques sont
énumérés ci-dessous :
La pollution organique reçue
Por : Il s'agit de la quantitéde pollution
engendrée par le nombre d'habitants (Um ) utilisant
la fosse septique. Cette pollution organique est fonction du taux
d'accumulation de boues. La valeur de 0,2 l (0,0002
m3) par jour et par habitant, est idéale pour les
calculs. Por en une année est donnée par
l'équation :
Por(m3/an) =
0.0002 x Um x 365 (2.6)
La capacitéde stockage des boues
Vb : Elle dépend de deux éléments : la
pollution organique reçue Por et l'intervalle entre
deux vidanges (ip). Cette capacitéde stockage des
boues est définie par l'équation :
Vbo(m3) = 0.0002
x Um x 365 x ip (2.7)
Dans le contexte de la commune de Ngoundiane, cet intervalle
ip est fixéà 4 ans ( période
après laquelle les boues sont supposées suffisamment
digérées).
Le débit de pointe journalier
Qp : Ce débit de pointe journalier
(Qp) est défini par l'équation suivante doit
toujours être inférieur au volume utile de décantation pour
éviter de reversement de la fosse.
Qp(l/s) = Q24
{1.5 + 2.5
V Q24 } (2.8)
Le volume utile de la fosse septique
VU/FS : Ce volume comprend le volume occupépar le
liquide et les boues. Il est calculémathématiquement par la
relation suivante :
VU/FS(m3) = 0.0002 x
Um x 365 x ip x 2 (2.9)
On déduit que la plus petite fosse septique qu'il convient
de concevoir et dimensionner correspond à un VU/FS
égal à 3 m3.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 21
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 22
CHAPITRE 2. ÉTUDE ET EXPÉRIMENTATION DU BIOGAZ
PRODUIT À PARTIR DE LA FOSSE SEPTIQUE.
La surface utile de décantation
Su : Cette surface dépend du volume utile
de la fosse septique (VU/FS) et de la profondeur
utile (HU). Elle est définie par :
VU/F S
Su(m3) =
(2.10)
HU
L'équation montre par ailleurs que pour un même
volume utile VU/FS, la fosse la plus performante
est celle qui a la plus grande surface utile de décantation
Su et donc le minimum de profondeur utile (HU
= 1m).
le ratio volumique 1er 2ème compartiment de la
fosse septique : le ratio recommandéest de 2 :1. Il suffit
d'attribuer au premier et au deuxième compartiment, respectivement la
longueur utile égale à 2/3 et 1/3 de la longueur totale utile de
la fosse septique.
Le volume total de la fosse septique
VT/FS : Ce volume total comprend le volume utile de la fosse
septique (VU/FS) et celui du dessus du plan d'eau,
avec 0,4 représentant la hauteur (en m) au dessus du
plan d'eau dans la FS. Il est donc défini par l'équation :
VT/FS(m3) = VU/FS + 0,4
× L × l (2.11)
La profondeur totale de la fosse septique
HT : Cette profondeur comprend la profondeur utile de la
fosse septique (VU/FS) et la hauteur (en m) du
dessus du plan d'eau dans la fosse septique. Elle est définie par
l'équation suivante :
HT = HU + 0,4 (2.12)
2.2 Évaluation du potentiel
2.2.1 Étude qualitative et quantitave
Pour une bonne évaluation des flux entrants dans la
fosse septique, il est nécessaire de maîtriser qualitativement et
quantitativement ces flux. Au Sénégal ces flux sont
constitués essentiellement des eaux usées domestiques. Par
ailleurs, les eaux usées domestiques sont généralement
classées en deux catégories suivant leurs provenances : eaux
usées ménagers et eaux vannes. La première
catégorie correspond aux eaux usées produites dans les douches,
lavabos et éviers de cuisine tandis que la deuxième concerne des
eaux vannes provenant des toilettes (contenant des excréments, urines,
...).
CHAPITRE 2. ÉTUDE ET EXPÉRIMENTATION DU BIOGAZ
PRODUIT À PARTIR DE LA FOSSE SEPTIQUE.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 23
FIGURE 2.4 - Répartition des eaux
usées [2]
Des études [25, 26] ont montréque les eaux
usées ont le plus grand rendement en terme du production de biogaz par
rapport aux autres substrats telque les bouses de vaches, les fientes de
volailles... Elle est composée environ 70 % méthane , 11% gaz
carbonique, et d'autres particules tel que acide sulfhydrique, oxygène,
azote et vapeur d'eau.
Substrats
|
Rendement moyen L/kg de
MS
|
Bouse de vaches
|
200
|
Crotin de cheveaux
|
200
|
Fientes de volailles
|
310
|
Fumiers de mouton
|
135
|
Eaux usées
|
340
|
Tableau 2.1 - Rendement de production de biogaz en fonction de
la nature du substrat
Le pouvoir calorifique d'un combustible est la
quantitéd'énergie dégagée par la combustion
complète d'une unitécombustible. On parle de PCI, le pouvoir
calorifique inférieur lorsque l'eau produite par la réaction
reste à l'état de vapeur.
Le PCI du méthane à 0 °C à
pression atmosphérique est de 9,94 kWh/m3. Pour le
biogaz, le PCI sera proportionnel à sa teneur en méthane, par
exemple, pour les eaux usées contenant environ 70% de méthane.
PCI = 9,94 × 0,7 = 6, 96
kWh/m3 (2.13)
La comparaison du pouvoir calorifique du biogaz avec les
autres combustibles permet d'établir les équivalents suivants
:
-- la combustion produit une quantitéde chaleur
équivalente à celle de 0,7 L de pétrole. -- 1
m3 de biogaz équivaut, du point de vue
énergétique, à 1,25 kWh [27].
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 24
CHAPITRE 2. ÉTUDE ET EXPÉRIMENTATION DU BIOGAZ
PRODUIT À PARTIR DE LA FOSSE SEPTIQUE.
2.2.2 Détermination du volume produit
D'après le rapport de l'Office National Assainissement
du Sénégal(ONAS) [28], on estime la consommation
journalière d'eau à 90 L/hab pour les installations ANC.
Ce volume va être transforméen eaux ménagères et en
eaux de vannes.
Le taux de concentration en matière organique dans les
eaux usées est important pour la prévision du volume de biogaz
produit. Ce paramètre peut être déterminépar la
Demande Chimique en Oxygène (DCO). La DCO est la masse d'oxygène
nécessaire pour oxyder toute la matière organique et inorganique
contenue dans un échantillon. Sa variation à l'entrée et
à la sortie du digesteur permet d'évaluer son potentiel; on peut
aussi également utiliser la méthode de Carbone Organique
Total(COT). D'après la revue bibliographique il y a plusieurs
méthodes de calcul, finalement on a déduit pour un volume de 1
m3 d'eau usée on a 0,2
m3 de biogaz [29]. Le potentiel de
production de biogaz des eaux usées pour une ménage est
donnépar la relation suivante :
Van(m3)
= Um × E ×
Q24 × 365 (2.14)
Um : Nombre de personnes vivant dans la
maison.
Q24 : Consommation journalière
d'eau par individu.
E : Production spécifique de biogaz par
unitéde volume d'eau usée.
Conclusion
Dans cette partie, nous avons analyséen détails
la composition des eaux usées et de prévoir son potentiel en
biogaz pour une maison donnée.
25
Chapitre 3
Conception du système
Introduction
Cette partie s'intéresse à l'étude de cas en
concevant le système de récupération afin de valoriser le
gaz, ensuite faire une estimation du coût de ce projet.
3.1 Présentation du projet
L'objectif de ce projet est de valoriser le biogaz obtenu dans la
fosse septique, ce gaz généréest
destinéà la cuisson et il est acheminévers la cuisine par
des tuyaux; et une partie du gaz sert
à éclairer à l'aide d'un moteur. Dans notre
étude la FS joue le rôle du digesteur, sa fréquence de
vidange est de 4 ans. Ensuite le digestat sera utilisépour fertiliser
les récoltes de la localité. Cela permettra de réduire les
économies et surtout de protéger l'environnement.
FIGURE 3.1 - Schéma de valorisation
3.2 États des lieux
Ngoundiane est une commune située dans la région
de Thiès, qui appartient à l'arrondissement de Thiénaba
sis dans le département de Thiès. Elle se situe à
14°43'07» de latitude Nord,
16`°44'13» de longitude Ouest. Comme l'ensemble du pays la
commune connaît deux grandes saisons : la
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 26
CHAPITRE 3. CONCEPTION DU SYSTÈME
saison sèche qui dure longtemps et la saison des
pluies. Sur l'année, la température varie de
4.6°C. Au mois de Juin, la température moyenne
est de 29°C. Juin est de ce fait le mois le plus chaud de
l'année. Avec une température moyenne de
24.3°C, le mois de Janvier est le plus froid de
l'année, caractérisépar un ensoleillement dominant toute
l'année de l'ordre de 2123 kWh/m2. La population de
la commune de Ngoundiane est de 29988 habitants. Les sérères sont
dominants dans
la localitémais il y a quelques familles peulhs et
wolofs. L'agriculture est la principale activitédans la commune mais
l'élevage est aussi pratiqué, la principale source de revenu de
la commune provient de la carrière de DIACK.
FIGURE 3.2 - La position de Ngoundiane dans la
carte géographiques du Sénégal.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 27
CHAPITRE 3. CONCEPTION DU SYSTÈME
3.3 Conception du système
FIGURE 3.3 - Architecture du système
Étude de cas
La maison à étudier est composée de
quinze (15) personnes, sept chambres. Le propriétaire
élève de bétails (dizaine de moutons) et aussi de la
volaille. La demeure est équipée de courant électrique de
la SENELEC et de l'eau du SDE. Annuellement, la facture
d'électricités'élève à un montant environ de
65000 FCFA. Les femmes utilisent principalement bois de feu pour la cuisson,
mais également le charbon et le gaz de butane sont aussi utilisés
pour chauffer.
Dimensionnement de la fosse septique
FIGURE 3.4 - La fosse septique de la maison.
Le volume de la fosse est de 5.12m3, cette valeur est
obtenue par cette équation 2.1.2. Le tableau suivant résume les
dimensions de la FS :
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 28
CHAPITRE 3. CONCEPTION DU SYSTÈME
Nbre hbts
|
VT/FS
|
VU/FS
|
Su
|
Hu
|
HT
|
L
|
l
|
15
|
5.12m3
|
3.12m3
|
2.30m2
|
1.4m
|
1.8m
|
2.5m
|
2m
|
Tableau 3.1 - Dimensionnement de la fosse septique
Le biogaz a tendance à monter car sa densitéest
d'environ la moitiéde celle de l'air. Il va occuper le plan de la
surface de l'effluent, le volume utile, l'excès sera acheminéau
niveau de collecteur par l'intermédiaire d'un tuyau.
Cela permet de stocker le gaz dans le bâche de stockage
appeléle ballon sous une pression adéquate. Il est important de
rappeler que le gaz est soumit à des conditions satisfaisantes pour le
processus de récupération se déroule bien. Une partie sera
consacrée à la cuisine et au moteur.
Calcul du volume produit
Cette équation 2.14 permet de déterminer la
quantitédu biogaz produit au bout d'un an.
Nombre habitants
|
15
|
Débit des eaux usées
|
0,09 m3/hab.j
|
Production spécifique en biogaz
|
0,2 m3 biogaz /m3
d'eaux usées
|
Production totale de biogaz
|
98,55 m3/an
|
Tableau 3.2 - Le volume du biogaz produit par la maison par
an
On sait que le volume de par unitééquivaut
à 1,25 kWh, alors annuellement le volume que peut
produit la fosse est 98,55 m3, il équivaut à
environ 123, 20 kWh pour un système idéal par
an.
Le but est de fournir une source d'énergie tant pour la
cuisson des aliments que pour l'éclairage, ainsi que de l'engrais
organique pour augmenter le rendement des activités agricoles. Donc, on
peut valoriser ce gaz en alimentant un moteur à gaz pour avoir de
l'électricitéet aussi de l'utiliser directement pour chauffer.
Pour le besoin en éclairage on a deux choix :
-- Les lampes à gaz : il est facile à utiliser,
il suffit juste de varier un petit débit de gaz pour obtenir de la
lumière.
-- L'électricité: Le biogaz alimente un moteur
pour produire du courant contribuant à la
distribution électrique dans le ménage. Le moteur
peut offrir un rendement de 35% Voici-ci après les composants permettant
la réalisation du projet :
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 29
CHAPITRE 3. CONCEPTION DU SYSTÈME
FIGURE 3.5 - Moteur fonctionnant avec du biogaz.
1
FIGURE 3.6 - Appareil de cuisson brûleur à
biogaz
3.4 Le coût de l'installation du dispositif de
récupération du biogaz
Le tableau suivant énumère la liste des
équipements pour le système de récupération de gaz
et leur coût (toute taxe comprise) 2.
2. les taxes sont inclues dans les calculs, le taux de TVA est de
18%.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 30
CHAPITRE 3. CONCEPTION DU SYSTÈME
Rubriques
|
fonction
|
Prix
|
1 moteur
|
Nécessaire pour la production de
l'électricité265
|
000 F
|
1 Bâche
|
Stockage du biogaz
|
15000 F
|
Brûleur de gaz
|
Chauffage
|
30000 F
|
Tuyauterie
|
Conduite
|
18500 F
|
Accessoires
|
Compléments
|
20000 F
|
Main d'oeuvre
|
participe à la réalisation du projet
|
30000 F
|
Total
|
|
378 500F
|
Tableau 3.3 - Estimation du coût du dispositif
Conclusion
Ce chapitre illustre que ce projet peut révolutionner
la vie de la commune en faisant rupture avec la biomasse classique. Son
coût de réalisation est abordable et cet investissement contribue
significativement sur le plan économique en réduisant leur
dépenses énergétiques.
31
Chapitre 4
'Etude économique et comparative
Introduction
Cette partie est consacrée à l'étude
économique du projet. Dans un premier temps on étudiera une
comparaison énergétique et en deuxième lieu une
comparaison avec la technologie de PNB ainsi que le coût de la
réalisation.
4.1 Le bilan énergétique
4.1.1 Profil énergétique de la commune
Pour avoir l'idée sur la nature énergétique
de la localité, on a effectuéune enquête sur 6 maisons.
Pour se faire on a interrogéla population sur le type d'énergie
qu'elle utilise ainsi leurs consommations moyennes en
électricité.
Données
|
Ménage 1
|
Ménage 2
|
Ménage 3
|
Ménage 4
|
Ménage 5
|
Ménage 6
|
Nbre de personnes
|
23
|
15
|
15
|
18
|
12
|
15
|
Montant facture (CFA)
|
42 050
|
9980
|
8049
|
14236
|
4685
|
5270
|
Nbre kWh
|
350
|
83
|
67
|
118,5
|
39
|
41
|
Charbon de bois (kg/jr)
|
1
|
0,1428
|
0,1428
|
0,28
|
0,1428
|
0,1428
|
Bois de feu(kg/jr)
|
5
|
7
|
2
|
3
|
2
|
4
|
Gaz de butane
|
1 (9kg)
|
2 (9kg)
|
1 (9Kg)
|
1(6kg), 2 (9kg)
|
1 (9kg)
|
2 (6kg)
|
Tableau 4.1 - Résultats de l'enquête .
LA SENELEC assure la production et la distribution du courant
électrique dans la commune. Les ménages utilisent en moyenne 116
KWh ce qui fait environ 12000 CFA par 60 jours de consommation. Le
village consomme beaucoup plus de bois de feu que le charbon avec une
consommation moyenne de 114 kg par mois et de 9,2 kg pour le
charbon par mois. Le bois de feu est vendu 100 FCFA le kg tandis que le charbon
est vendu à 200 FCFA le kg.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 32
CHAPITRE 4. ÉTUDE ÉCONOMIQUE ET
COMPARATIVE
FIGURE 4.1 - Consommation en Kg(Bois, Charbon,
Gaz) par mois.
Cette figure 4.1 montre que le bois est la principale source du
chauffage pour la cuisson des aliments. Il est plus utiliséque le
charbon tandis que le gaz on l'utilise généralement pour le petit
déjeuner, il faut préciser près de 40% du bois est
ramassé.
4.1.2 Bilan énergétique de la
maison
Le bilan énergétique fait intervenir toutes les
types d'énergies que la maison consomme à savoir
l'électricité, le gaz de butane, le bois de feu et le charbon de
bois. De ce fait on a menéune approche
pour avoir leur facture d'électricitéde Senelec, le
nombre de bonbonnes de gaz de butane achetéainsi les
dépenses en terme de bois et du charbon de bois. Ce tableau suivant
liste les dépenses annuelles de la maison.
Produits
|
UnitéDépense
|
annuelle
|
Courant électrique
|
292 kWh/am
|
63 180
|
Gaz butane
|
24 de 6 kg/an
|
72000
|
Bois de feu
|
1440 kg/an
|
144000
|
Charbon
|
52 kg/an
|
10400
|
Total
|
|
289 580 FCFA
|
Tableau 4.2 - Estimation de la dépense annuelle de la
maison
On constate la maison dépense environ 289 580FCFA pour
l'éclairage et le chauffage. Le Bois de feu constitue l'une des
dépenses la plus influente de leurs économies, le charbon reste
toujours l'énergie la moins utilisée pour le chauffage. On a
maximiséla facture d'électricitépour faire une
extrapolation dans les calculs. La maison consomme environ 51 kWh/60
jours; au bout de chaque mois, les habitants de la maison achètent
deux bonbonnes de gaz.
En terme d'électricitéla maison consomme 292
kWh par an tandis que, avec le volume du biogaz
récupérééquivaut à 123,20 kWh. Le
dispositif peut diminuer considérablement l'énergie
électrique de la famille, près de 42,12% de la facture. Sur le
plan thermique le système peut substituer les combustibles traditionnels
tels que le BF et le charbon en réduisant 25% de leur
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 33
CHAPITRE 4. ÉTUDE ÉCONOMIQUE ET
COMPARATIVE
consommation.
Cette technologie intervient dans la stratégie de
développement rural et la protection des ressources naturelles.
L'utilisation du biogaz pour la cuisson est de promouvoir cette nouvelle source
d'énergie capable de remplacer le bois de chauffe mais aussi de
protéger l'environnement.
En termes du compostage, le digestat
évacuéaprès vidange peut être transforméen
engrais biologique destinéà l'agriculture.
4.2 Étude comparative 4.2.1 Présentation du PNB
Le Programme National de Biogaz domestique du
Sénégal (PNB-SN) financépar le gouvernement du
Sénégal, s'inscrit dans le cadre de la nouvelle lettre de
Politique de Développement du Secteur de l'Energie (LPDSE 2012) par la
construction de biodigesteur au profil des ménages ruraux, vers la
création d'un marchédurable et viable et donc
l'amélioration des conditions de vie des ménages ruraux.
Le but du programme est d'améliorer les conditions
d'existence des populations rurales du Sénégal. Durant la
première phase (2009-2013), le programme vise :
- L'installation d'au moins 8000 nouvelles unités de
biogaz à travers le pays principalement dans le Bassin arachidier et la
zone périurbaine de Dakar.
- La formation de plus de 140 maçons constructeurs de
biodigesteurs et au moins 8000 usagers.
- La simulation du développement de la stabulation et
de l'utilisation des effluents issus du biodigesteur dans les champs et
périmètres maraîchers.
A la fin du mois d'Aout 2013, le programme a
réaliséplus de 526 biodigesteurs sur toute l'étendue du
territoire nationale.
4.2.2 Comparaison biodigesteur du PNB -SN de même
capacitéNotre digesteur à savoir la fosse, son volume
est de 5,12 m3. On va faire la comparaison par rapport aux deux
unités de volume 4 m3 et 6 m3 du PNB.
Coût d'un biodigesteur du PNB-SN
Rubriques
|
4 m3
|
6 m3
|
Bouse
|
0
|
0
|
Eau(F CFA)
|
86642
|
123693
|
Main d'oeuvre(F CFA)
|
68 160
|
109 500
|
Outils(F CFA)
|
5500
|
8250
|
Amortissement(F CFA)
|
9927
|
13387
|
Totaux
|
170 229
|
254 830
|
Tableau 4.3 - Évaluation des coûts d'exploitation
pour 2 volumes distincts.
Ce tableau montre que les coûts d'exploitation annuels
d'une unitéde biogaz domestique de PNB. On note que ces digesteurs ont
à peu près le volume de notre FS, le déploiement de ce
dispositif nécessite un apport important pour la réalisation. Les
prérequis pour bénéficier de ces réacteurs sont
:
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 34
CHAPITRE 4. ÉTUDE ÉCONOMIQUE ET
COMPARATIVE
-- Présence de troupeau de vaches.
-- Apport financier de bénéficier, le montant varie
selon le volume du digesteur.
Par contre notre système est déjàen
place, il suffit juste de mettre le dispositif permettant la
récupération du biogaz. On voit nettement que le coût de
notre installation est largement supérieur à celui du PNB, cela
peut s'expliquer qu'on n'a inclut un moteur à gaz dans le
système. Le PNB préconise des lampes à gaz pour
éclairer. Au cas oùon n'utilise pas ce moteur à gaz, on
aura ce coût dans le tableau suivant :
Rubriques
|
Prix
|
Collecteur
|
10000 F
|
Brûleur de gaz
|
30000F
|
Tuyauterie
|
18500F
|
Outils
|
20000 F
|
Total
|
78 500 F
|
Tableau 4.4 - Coût d'installation sans MAG
FIGURE 4.2 - Comparaison de la FS par rapport
aux unités de PNB
D'après le tableau 4.4, le tarif d'installation du
projet est moins coûteux (78 500 F) que celui de PNB(17 229F et 254 830
F). Sa mise en oeuvre nécessite pas beaucoup d'implications des mains
d'oeuvres. De plus, la maintenance du dispositif est plus aisée que les
biodigesteurs du PNB. Il faut noter l'objectif que le programme s'est
fixésur les implantions de 8000 biodigesteurs à travers le pays
n'est pas atteint. Notre système reste un potentiel incontournable pour
répondre à ces limites.
4.3 Recommandations
La fosse septique reçoit toutes sortes des flux
polluants issus du toilette, du cuisine... Alors, une bonne gestion des boues
est nécessaire pour le fonctionnement de la fosse. Le déversement
des boues peut causer des risques pour l'environnement par exemple la pollution
des eaux, les odeurs, et pour la santéde la population tels que
paludisme choléra, et d'autres maladies. Si la FS est bien entretenue,
elle peut donner une quantitéimportante de biogaz . Voici quelques
recommandations pour une bonne optimisation :
-- Ajouter des additifs à effets biologiques pour
favoriser le processus de biodégradation de la MO.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 35
CHAPITRE 4. ÉTUDE ÉCONOMIQUE ET
COMPARATIVE
-- Éviter trop détergent car l'utilisation abusif
de ce dernier inhibe la multiplication des bactéries
méthanogènes.
-- Les chaises anglaises ou turcs doivent raccorder par des tubes
en forme S pour éviter l'échappement du gaz.
-- L'endroit de la FS doit être accessible pour les
opérations de vidange.
-- Lors de vidange, il est conseilléde laisser 20% de
boues permettant un bon équilibre biologique de la FS.
Conclusion
Ce chapitre nous a permis d'identifier les principales
ressources énergétiques utilisées dans la commune. Puis on
a pu voir comment le système de récupération peut
influencer le gain économique de la maison en diminuant leur
dépense. Cependant ce système ne la permettra pas d'être
indépendant de la Senelec, et enfin on a dresséune comparaison
avec le programme national du Biogaz.
36
Conclusion générale et Perspectives
Les travaux de recherche menés dans ce mémoire
s'inscrivent dans la démarche de promouvoir l'énergie
renouvelable précisément le biogaz dans les zones rurales, en
apportant une contribution importante au développement de la
méthanisation. En effet, les connaissances en matière de
production du biogaz y sont développées et participent à
des améliorations importantes de la technologie existante. Les travaux
se sont axés sur la méthanisation des eaux usées
ménagères, les modes de valorisation sont multiples :
électricité, gaz, fertilisants, il convient d'éliminer les
impuretés avant de les utiliser.
L'influence sur les évaluations économiques,
énergétiques et environnementals de ce projet a permis de faire
la comparaison entre la technologie du traitement biogaz existante dans le
pays. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de créer
sa propre source d'énergie ou d'envisager un mix
énergétique pour satisfaire le besoin en énergie de la
famille , ceci est bénéfique pour toutes les maisons qui ne sont
pas reliées à des réseaux d'évacuations. En
perspective, les applications réelles sont d'ores et
déjàévidentes puisque l'étude économique
réalisée en faveur d'un déploiement du dispositif de
récupération à l'échelle rurale est bien
calculée. Concernant les perspectives scientifiques, on pourrait
optimiser la production du biogaz en adoptant des biodigesteurs du type batch,
des additifs biologiques.
37
Bibliographie
[1] Jonathan Hess. Modélisation de la
qualitédu biogaz produit par un fermenteur méthanogène et
stratégie de régulation en vue de sa valorisation. PhD
thesis, Universit{é} Nice Sophia Antipolis, 2007.
[2] Nick F Gray. Biology of wastewater treatment.
World Scientific, 2004.
[3] HervéLe Treut. Changement climatique et gaz
à effet de serre un problème ancien qui évolue de
manière extrêmement rapide, 2015.
[4] Mr. Pierre Dossou Caho. Unesco Bureau régional de
Dakar : Consommation du charbon de bois en milieu urbain, DAKAR : Biologiste
1993.
[5] P Lusk. Methane Recovery from Animal Manures The
Current Opportunities Casebook, volume 3. National Renewable Energy
Laboratory Golden, CO, 1998.
[6] Ch Couturier. Techniques de production
d'électricitéà partir de biogaz et de gaz de
synthèse. 2009.
[7] Nicolas Dupont. Valorisation du biogaz de fermentation :
combustion catalytique. page 224, 2010.
[8] Bonnet.
[9] S Kalloum, M Khelafi, and M Djaafri. Etude de l'influence
du pH sur la production du biogaz à partir des déchets
ménagers. 10 :539-543, 2007.
[10] RenéMoletta. Méthanisation de la biomasse.
Techniques de l'ingénieur. Bioprocédés,
(BIO5100), 2008.
[11] Valentina Cabbai, Nicola De Bortoli, and Daniele Goi.
Pilot plant experience on anaerobic codigestion of source selected OFMSW and
sewage sludge. Waste Management, 49 :47-54, 2016.
[12] Nicolas Abatzoglou and Steve Boivin. A review of biogas
purification processes. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 3(1)
:42-71, 2009.
[13] Sciences Appliqu. Épuration fine des biogaz en vue
d'une valorisation énergétique en pile à combustible de
type SOFC - Adsorption de l'octaméthylcyclotétrasiloxane et du
sulfure d'hydrogène. 2014.
[14] Pascaline PRE, Yves ANDRES, Claire GERENTE, and Pierre LE
CLOIREC. Bioprocédés en traitement de l'air Mise en oeuvre.
Techniques de l'ingénieur. Bioprocédés, (G1780),
2004.
[15] Grace Oppong, Gary A Montague, B Elaine, and Martin O B E
Freng. Towards Model Predictive Control on Anaerobic Digestion Process,
volume 46. IFAC, 2013.
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 38
BIBLIOGRAPHIE
[16] Pépin Magloire Tchouate Heteu and Léon Bolle.
Economie d'énergie en trigénération. International
Journal of Thermal Sciences, 41(12) :1151-1159, 2002.
[17] Ferenc Schipp, William R Wade, Péter Simon, and J
P'al. Walsh series : an introduction to dyadic harmonic analysis. 1989.
[18] HervéPHILIP, AndréRAMBAUD, and Jean-Luc
VASEL. Assainissement non collectif des habitations : Fonctionnement et
dimensionnement. Techniques de l'ingénieur. Technologies de l'eau,
3(W6602), 2008.
[19] Olivier Alexandre, Catherine Boutin, Philippe
Duchène, Cécile Lagrange, Abdel Lakel, Alain Liénard, and
Dominique Orditz. Filières d'épuration adaptées aux
petites collectivités. Ce-magref Ed., 1998.
[20] H Philip, S Maunoir, A Rambaud, and L S Philippi. Septic
tank sludges: accumulation rate and biochemical characteristics. Water
Science and Technology, 28(10) :57-64, 1993.
[21] Fayza Aly Nasr and Basem Mikhaeil. Treatment of domestic
wastewater using conventional and baffled septic tanks. Environmental
technology, 34(16) :2337-2343, 2013.
[22] Xindong Wu, Vipin Kumar, J Ross Quinlan, Joydeep Ghosh,
Qiang Yang, Hiroshi Motoda, Geoffrey J McLachlan, Angus Ng, Bing Liu, S Yu
Philip, and Others. Top 10 algorithms in data mining. Knowledge and
information systems, 14(1) :1-37, 2008.
[23] M F Edeline. Epuration physico-chimique des eaux,
2ème édition, Ed. CEBEDOC, France, 1992.
[24] Gaston Nsavyimana. Modélisation des processus
physiques et biologiques dans des fosses septiques et voies de valorisation des
boues de vidange : Application à Bujumbura-Burundi. PhD thesis,
2014.
[25] A Saidi. La biométhanisation : une solution pour
un développement durable. pages 31-35, 2007.
[26] Jin Bai Zhang. PhD thesis, Thèse de Doctorat
Spécialité, Génie des Procédés et des
Produits: Procédéde traitement anaérobie des boues et de
valorisation du biogaz. Institut National Polytechnique de Lorraine, 2011.
[27] Manal Taha and Rashed Al-Sa'ed. Potential application of
renewable energy sources at urban wastewater treatment facilities in Palestine
: three case studies. 2017.
[28] Service de l'énergie en milieu sahélien.
Rapport final : Etude d'établissement d'une base de
référence pour le projet biogaz. (221), 2013.
[29] M Wauthelet. Traitement anaerobie des boues et
valorisation du biogaz. Facultédes Sciences Agronomiques de
Gembloux, Belgique, 2009.
39
Annexe
40
Annexes
Composition de biogaz
Composition
|
%
|
Méthane CH4
|
50 à 70
|
Dioxygéne de carbone CO2
|
35 à 40
|
Azote N2
|
0.5 à 3
|
Gaz divers : H2S,NH3...
|
1 à 5
|
Hydorgene H2
|
1à3
|
Oxygéne O2
|
0,1 à 1
|
Tableau 4.5 - Composition du biogaz
Paramètres du digesteur
Paramétres
|
Signification
UnitéVU
|
|
|
Volume utile du fermenteur
|
m3
|
Vb
|
Biogaz produit par jour
|
m3
|
Q
|
Débit volumique de l'inffluent
|
m3/j
|
M
|
Charge initiale : concentration en kg de MS, MO ou DCO dans
l'effluent.
|
kg/m3
|
TRH
|
Temps de rétention hydraulique moyen(VU/Q)
|
j
|
CV
|
Taux de charge : quantitéd'effluent par
m3 de fermenteur /jour
|
kg/m3.j
|
B
|
Production spécifique : production de biogaz par kg
d'effluent
|
m3/kg
|
E
|
Prdodiction spécifique : production de biogaz par unite
d'eau usée
|
0,2
|
Tableau 4.6 - Paramétres technique des digesteurs
Les étapes de la méthanisation
Les bactéries anaérobies ont tendance à
produire du CH4 et du CO2 [8].
Ce procédécomporte 4 étapes
:
-- Hydrolyse
-- Acidogènese
-- Acétogènese
-- Méthanogènese
Le schéma simplifiéde la méthanisation
FIGURE 4.3 - Schéma simplifiéde la digestion
anaérobie de produits organique
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 41
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 42
'Evolution des bactéries méthanogènes
FIGURE 4.4 - Effet de la température
sur le taux de croissance des méthanogènes [1], le taux de
croissance de méthanogènes expriméen % en fonction de la
température(°C)
Modes et techniques de valorisation
Voie de valorisation
|
Composés à enlever
|
Thermique
|
eau, sulfure d'hydrogène (H2S,
éventuellement selon la teneur)
|
électricité/cogénération
|
eau, sulfure d'hydrogène (H2S),
organohalogénés
|
Carburant
|
eau, sulfure d'hydrogène (H2S),
organohalogénés, CO2
|
Réseau gaz
|
eau, sulfure d'hydrogène (H2S),
organohalogénés, CO2
|
Tableau 4.7 - Composés à éliminer par
traitement selon le mode de valorisation
Détails de la Moteur à Gaz
FIGURE 4.5 - Moteur à biogaz
FIGURE 4.6 - Fiche technique du moteur
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 43
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 44
Plan d'une unitéde 4 m3 du PNB
FIGURE 4.7 - Plan du biodigesteur de PNB
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 45
Ballon ou bâche de stockage
FIGURE 4.8 - ballon de stockage de biogaz
1
La facture d'électricité de la
maison
c p1
Bit
·
4 aon _
*.Sa rue Vim Ens
·14.P.93Dakar15centsr#gii
7*I._;41)J 819303O- Pius
;(2U)31112.31264
R.C._SN K-94-11-34 - KIIFIE :001,10.012G3
DATE
T MrTE PAIEMENT
08/1O/
2016.
NOM 01.1 PINSON SCC 'ALE
V -
ADp E$St Pp $ÉNTATIONJ ADFgESS DU POINT DE
LIVRAISON
CcMPtEUF . 1D9" 284 REFEAENCE : 9710o41
A3D COO. PRES.!
MOGOU T NE
Na0JNEIA JE DoR C1rE F't.pE PAYE €N FACE PÛTE
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114,20
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NFC*ASF3E DEJUJI45 [ J:.
CON8OMIA I'ON Mdhi
6 339
0 P
FIGURE 4.9 -- Facture courant de SENELEC
Assane DIAGNE - SATIC(MIER) 46
|