Soutenance mémoire
Paramètres physico-chimiques de la méthanisation
La méthanisation peut être contrôlée par plusieurs paramètres.
• La température : La production du méthane est exploitable généralement vers 28 à 40°C, c’est le procédé mésophile.
• Le couple température – temps de séjour : Température et temps de séjour* sont deux facteurs liés. En effet, une élévation de température entraîne une activation des réactions d’acétogenèse, de méthanisation et de croissance des bactéries. Il en découle une diminution du temps de séjour nécessaire à la stabilisation et une augmentation de la production de gaz.
(*) Le temps de séjour (ou temps de rétention hydraulique TRH) est la durée théorique pendant laquelle le volume de déchets séjourne dans le digesteur. Il s’obtient en divisant le débit de déchets entrant en digestion par le volume du digesteur.
• Le pH : Il faut maintenir le pH à la zone voisinage de 7 puisqu’il s’agit de l’un des facteurs d’adaptation des populations bactériennes. Le pH optimal se situe entre 6,5 à 8. Un pH inférieur à 6.5 entraine une inhibition significative de la méthanogenèse.
• L’anaérobiose : La phase méthanogène ne peut se développer qu’en absence d’oxygène.
• L’humidité : Dans tous les cas, l’humidité des déchets doit être suffisante pour que l’hydrolyse puisse se dérouler normalement. L’humidité minimale est de 60 à 70%. Si au contraire l’humidité est insuffisante, l’acidification se fait trop vite au détriment de la méthanisation.
• Les facteurs nutritionnels : Les bactéries qui interviennent dans la méthanisation consomment à peu près 30 fois plus de carbone que d’azote, si bien qu’un rapport C/N compris entre 25 et 30 est optimum.
• L’agitation : Une bonne agitation permet d’éviter la production de croûtes et la décantation de particules denses, elle facilite en particulier la dégazéification des boues en accélérant la coalescence des bulles produites à la surface du floc.
Description du champ d’étude
Cas n°1 : Ménage : Les cibles de ce projet sont les ménages urbains de Madagascar notamment Antananarivo. On a ainsi fait l’inventaire de déchets ménagers au niveau des ménages de tailles différentes. Chaque ménage a un revenu journalier moyen d’Ar 3000 par personne et mangeant des plats variés. On a aussi pris le cas d’un ménage disposant deux (2) animaux domestiques où on a considéré ses déjections afin d’augmenter la quantité du déchet.
Cas n°2 : Hôtel et restaurant : Les hôtels et restaurants possèdent une quantité considérable de déchets de cuisine. Ce qui nécessite une technique de valorisation. Dans cette étude, on a choisi un hôtel localisé à Antananarivo et pouvant accueillir dans son restaurant 50 personnes. La quantification des déchets a été faite en tenant compte des saisons basses et hautes.
Le digesteur
Le dimensionnement du digesteur se calcule en aval puisqu’on a choisi préalablement d’utiliser un fut de 250L. On se basant sur le fait que le mélange entre la matière première brute et l’eau doit être respectivement de 40% et 60% de sa masse. On obtient ainsi l’hypothèse disant que 1kg de déchet ménager nécessite 1,5kg d’eau. Il est indispensable que le digesteur soit plein à 2/3 de son volume. Le volume du mélange « déchet ménager+eau » ne doit pas ainsi dépasser le 160L. Après avoir pesé un litre de déchet de cuisine déjà malaxé, on a pu évaluer sa masse volumique de ρMP=1,6kg/L. On a ainsi ρeau=1kg/L et ρMP=1,6kg/L. Pour 160L de volume utile, le digesteur peut accueillir jusqu’à 102kg de déchet, qui nécessite 96L d’eau. Pour assurer que le digesteur soit rempli à 2/3 de son volume, un système d’évacuation du digestat de 35 cm (soit 2/3 de la hauteur de digesteur) est raccordé à la base de celui-ci en jouant le système de « trop plein »
Etude sur le pouvoir calorifique du biogaz
Pour obtenir une valeur précise sur le pouvoir calorifique du gaz produit, il est indispensable de savoir la proportion en méthane contenu dans le biogaz. On aura dû effectuer une analyse sur la composition du biogaz obtenu, mais on n’a pas trouvé de laboratoire pouvant effectuer une telle analyse à Madagascar. On a ainsi basé notre calcul sur les données obtenues par bibliographie [12]. Puisque le méthane est le principal gaz combustible dans le biogaz, ce sera à partir de sa combustion qu’on va déterminer son pouvoir calorifique. Le pouvoir calorifique est équivalent à l’énergie dégagée par unité de combustible sous forme de chaleur lors de sa combustion.
Les enthalpies de formation des composés intervenant en combustion sont :
ΔH0(298)(CH4)=-75 kJ/mol
ΔH0(298) (H2O)=-285kJ/mol
ΔH0(298) (CO2)=-394kJ/mol
Pour 1L de biogaz à 60% de méthane soit 0.6L. On a 0,41g de méthane. Le nombre de mole est donc de 0.025mol.
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 + E*
0.025mol 2*0.025 2*0.025 2*0.025
-1.875 -14.25 -19.7 + E*
E*=32,075 kJ/L= 7,66 kcal/L
Masse volumique du méthane à pression 1bar : 0.6797 g/L
Poids moléculaire: 16.043 g/mol
Selon BORDA [14], un biogaz à base de déchets ménagers dispose 60% de méthane par rapport à son volume. Son pouvoir calorifique est de 5500 kcal/m3.
Impacts financiers
L’utilisation de Easygas présente divers avantages dont la gratuité des matières premières et sa facilité d’accès. Il permettra aussi d’économiser de l’argent dépensé pour la décharge. Un foyer dépense jusqu’à 2000 Ariary par mois pour le transport des ordures vers les bacs et 500 Ariary par mois pour le droit de l’utilisation des bacs soit une dépense totale mensuelle en décharge de 2500 Ariary. Si une personne génère 0.4 kg de déchet organique valorisable par jour, on peut obtenir12 kg de déchet en un mois. Si on introduit la totalité de ce déchet dans le digesteur (en supposant que l’alimentation est discontinue), le biogaz cumulé pendant un mois serait de 75.6 L équivaut à 150 g de charbon de bois. Un sac de charbon de 30 kg coûte actuellement 30 000 Ariary soit 1000 Ariary le kilo. Si on prend le cas d’un ménage à 5 personnes, le besoin mensuel en charbon de bois est de 2 sacs, soit 60 000 Ariary par mois. Or, si on donne une seconde vie à leur déchet de cuisine, le ménage peut économiser 5000 Ariary par mois avec 5 kg de charbon de bois en moins. Donc, l’utilisation du biogaz domestique permettra au ménage de réduire jusqu’à 12,5% de leur dépense mensuelle en combustible solide avec l’argent récupéré pour le décharge.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1:CADRES D’ETUDES
1. Présentation du lieu de stage et choix du thème : Centre National de Recherches Industrielle et Technologique
1 1. Fiche signalétique
1 2. Domaine d’activités et objectif du CNRIT
1 3. Environnement interne du CNRIT
1 4. Contexte de stage
CHAPITRE 2:LA PRODUCTION DU BIOGAZ ET LA GESTION DE DECHET A MADAGASCAR
1. Situation énergétique à Madagascar
1 1. Le potentiel de l’énergie renouvelable à Madagascar
1 2. La gestion de déchet à Madagascar
1 3. La valorisation des déchets à Madagascar
1 4. Le biogaz à Madagascar
2. Processus de production du biogaz
2 1. La méthanisation
2 2. Procédés biologiques de la méthanisation
2 3. Paramètres physico-chimiques de la méthanisation
3. Caractéristiques organiques des ordures
3 1. Définition de déchet
3 2. Déchets solides
3 3. Déchets liquides (DBO5 et DCO)
4. Le biogaz
4 1. Composition du biogaz
4 2. Caractéristique physique du biogaz
5. La combustion de biogaz
6. Technologie de production de biogaz
CHAPITRE 3:ETUDE EXPERIMENTALE SUR LA FAISABILITE TECHNIQUE DE LA PRODUCTION DU BIOGAZ A PARTIR DES DECHETS MENAGERS
1. Déroulement du travail
1 1. Description du champ d’étude
1 2. Enquête et évaluation sur les besoins journaliers
1 3. Récoltes des données
1 4. Traitement et analyse des données au laboratoire
2. Résultat expérimental et interprétations
2 1. Résultat de l’enquête sur la disponibilité des matières premières
2 2. Caractéristiques organiqus des matières premières
2 3. Résultats de l’expérience de production de gaz
3. Evaluation de la production de gaz de chaque cas
CHAPITRE 4 :REALISATION DU BIODIGESTEUR A USAGE DOMESTIQUE
1. Eléments constitutifs d’un biodigesteur
2. Conception du biodigesteur EASYGAS
3. Réalisation du système
4. Dimensionnement
4 1. La cuve d’alimentation
4 2. Le digesteur
4 3. Le ballon de stockage
4 4. Epurateur de biogaz
4 5. Les conduites de gaz et contrôle de pression
4 6. Le support
4 7. L’utilisation
5. Mise en marche
6. Etude sur le pouvoir calorifique du biogaz
CHAPITRE 5 : ETUDE COMPARATIVE DE L’UTILISATION DE EASYGAS A MADAGASCAR
1. Disponibilité des matières premières et les équipements d’installation
2. Etude de la demande des foyers
2 1. Les combustibles utilisés par les ménages
2 2. Comparaison de la performance du charbon de bois et le biogaz de Easygas
3. Analyse de la rentabilité au sein des utilisateurs
3 1. Impacts financiers
3 2. Impacts sociaux
4. Impacts du projet sur l’environnement
5. Points à améliorer et perspectives
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES
WEBOGRAPHIES
ANNEXES
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