Paramรจtres physico-chimiques de la mรฉthanisation
La mรฉthanisation peut รชtre contrรดlรฉe par plusieurs paramรจtres.
โข La tempรฉrature : La production du mรฉthane est exploitable gรฉnรฉralement vers 28 ร 40ยฐC, cโest le procรฉdรฉ mรฉsophile.
โข Le couple tempรฉrature โ temps de sรฉjour : Tempรฉrature et temps de sรฉjour* sont deux facteurs liรฉs. En effet, une รฉlรฉvation de tempรฉrature entraรฎne une activation des rรฉactions dโacรฉtogenรจse, de mรฉthanisation et de croissance des bactรฉries. Il en dรฉcoule une diminution du temps de sรฉjour nรฉcessaire ร la stabilisation et une augmentation de la production de gaz.
(*) Le temps de sรฉjour (ou temps de rรฉtention hydraulique TRH) est la durรฉe thรฉorique pendant laquelle le volume de dรฉchets sรฉjourne dans le digesteur. Il sโobtient en divisant le dรฉbit de dรฉchets entrant en digestion par le volume du digesteur.
โข Le pH : Il faut maintenir le pH ร la zone voisinage de 7 puisquโil sโagit de lโun des facteurs dโadaptation des populations bactรฉriennes. Le pH optimal se situe entre 6,5 ร 8. Un pH infรฉrieur ร 6.5 entraine une inhibition significative de la mรฉthanogenรจse.
โข Lโanaรฉrobiose : La phase mรฉthanogรจne ne peut se dรฉvelopper quโen absence dโoxygรจne.
โข Lโhumiditรฉ : Dans tous les cas, lโhumiditรฉ des dรฉchets doit รชtre suffisante pour que lโhydrolyse puisse se dรฉrouler normalement. Lโhumiditรฉ minimale est de 60 ร 70%. Si au contraire lโhumiditรฉ est insuffisante, lโacidification se fait trop vite au dรฉtriment de la mรฉthanisation.
โข Les facteurs nutritionnels : Les bactรฉries qui interviennent dans la mรฉthanisation consomment ร peu prรจs 30 fois plus de carbone que dโazote, si bien quโun rapport C/N compris entre 25 et 30 est optimum.
โข Lโagitation : Une bonne agitation permet dโรฉviter la production de croรปtes et la dรฉcantation de particules denses, elle facilite en particulier la dรฉgazรฉification des boues en accรฉlรฉrant la coalescence des bulles produites ร la surface du floc.
Description du champ dโรฉtude
Cas nยฐ1 : Mรฉnage : Les cibles de ce projet sont les mรฉnages urbains de Madagascar notamment Antananarivo. On a ainsi fait lโinventaire de dรฉchets mรฉnagers au niveau des mรฉnages de tailles diffรฉrentes. Chaque mรฉnage a un revenu journalier moyen dโAr 3000 par personne et mangeant des plats variรฉs. On a aussi pris le cas dโun mรฉnage disposant deux (2) animaux domestiques oรน on a considรฉrรฉ ses dรฉjections afin dโaugmenter la quantitรฉ du dรฉchet.
Cas nยฐ2 : Hรดtel et restaurant : Les hรดtels et restaurants possรจdent une quantitรฉ considรฉrable de dรฉchets de cuisine. Ce qui nรฉcessite une technique de valorisation. Dans cette รฉtude, on a choisi un hรดtel localisรฉ ร Antananarivo et pouvant accueillir dans son restaurant 50 personnes. La quantification des dรฉchets a รฉtรฉ faite en tenant compte des saisons basses et hautes.
Le digesteur
ย ย ย ย ย ย ย ย ย ย Le dimensionnement du digesteur se calcule en aval puisquโon a choisi prรฉalablement dโutiliser un fut de 250L. On se basant sur le fait que le mรฉlange entre la matiรจre premiรจre brute et lโeau doit รชtre respectivement de 40% et 60% de sa masse. On obtient ainsi lโhypothรจse disant que 1kg de dรฉchet mรฉnager nรฉcessite 1,5kg dโeau. Il est indispensable que le digesteur soit plein ร 2/3 de son volume. Le volume du mรฉlange ยซ dรฉchet mรฉnager+eau ยป ne doit pas ainsi dรฉpasser le 160L. Aprรจs avoir pesรฉ un litre de dรฉchet de cuisine dรฉjร malaxรฉ, on a pu รฉvaluer sa masse volumique de ฯMP=1,6kg/L. On a ainsi ฯeau=1kg/L et ฯMP=1,6kg/L. Pour 160L de volume utile, le digesteur peut accueillir jusquโร 102kg de dรฉchet, qui nรฉcessite 96L dโeau. Pour assurer que le digesteur soit rempli ร 2/3 de son volume, un systรจme dโรฉvacuation du digestat de 35 cm (soit 2/3 de la hauteur de digesteur) est raccordรฉ ร la base de celui-ci en jouant le systรจme de ยซ trop plein ยป
Etude sur le pouvoir calorifique du biogaz
ย ย ย ย ย ย ย ย Pour obtenir une valeur prรฉcise sur le pouvoir calorifique du gaz produit, il est indispensable de savoir la proportion en mรฉthane contenu dans le biogaz. On aura dรป effectuer une analyse sur la composition du biogaz obtenu, mais on nโa pas trouvรฉ de laboratoire pouvant effectuer une telle analyse ร Madagascar. On a ainsi basรฉ notre calcul sur les donnรฉes obtenues par bibliographie [12]. Puisque le mรฉthane est le principal gaz combustible dans le biogaz, ce sera ร partir de sa combustion quโon va dรฉterminer son pouvoir calorifique. Le pouvoir calorifique est รฉquivalent ร lโรฉnergie dรฉgagรฉe par unitรฉ de combustible sous forme de chaleur lors de sa combustion.
Les enthalpies de formation des composรฉs intervenant en combustion sont :
ฮH0(298)(CH4)=-75 kJ/mol
ฮH0(298) (H2O)=-285kJ/mol
ฮH0(298) (CO2)=-394kJ/mol
Pour 1L de biogaz ร 60% de mรฉthane soit 0.6L. On a 0,41g de mรฉthane. 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 mรฉthane ร pression 1bar : 0.6797 g/L
Poids molรฉculaire: 16.043 g/mol
Selon BORDA [14], un biogaz ร base de dรฉchets mรฉnagers dispose 60% de mรฉthane par rapport ร son volume. Son pouvoir calorifique est de 5500 kcal/m3.
Impacts financiers
ย ย ย ย ย ย ย ย Lโutilisation de Easygas prรฉsente divers avantages dont la gratuitรฉ des matiรจres premiรจres et sa facilitรฉ dโaccรจs. Il permettra aussi dโรฉconomiser de lโargent dรฉpensรฉ pour la dรฉcharge. Un foyer dรฉpense jusquโร 2000 Ariary par mois pour le transport des ordures vers les bacs et 500 Ariary par mois pour le droit de lโutilisation des bacs soit une dรฉpense totale mensuelle en dรฉcharge de 2500 Ariary. Si une personne gรฉnรจre 0.4 kg de dรฉchet organique valorisable par jour, on peut obtenir12 kg de dรฉchet en un mois. Si on introduit la totalitรฉ de ce dรฉchet dans le digesteur (en supposant que lโalimentation est discontinue), le biogaz cumulรฉ pendant un mois serait de 75.6 L รฉquivaut ร 150 g de charbon de bois. Un sac de charbon de 30 kg coรปte actuellement 30 000 Ariary soit 1000 Ariary le kilo. Si on prend le cas dโun mรฉnage ร 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 ร leur dรฉchet de cuisine, le mรฉnage peut รฉconomiser 5000 Ariary par mois avec 5 kg de charbon de bois en moins. Donc, lโutilisation du biogaz domestique permettra au mรฉnage de rรฉduire jusquโร 12,5% de leur dรฉpense mensuelle en combustible solide avec lโargent rรฉcupรฉrรฉ pour le dรฉcharge.
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
CHAPITRE 1:CADRES DโETUDES
1. Prรฉsentation du lieu de stage et choix du thรจme : Centre National de Recherches Industrielle et Technologique
1 1. Fiche signalรฉtique
1 2. Domaine dโactivitรฉs 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 รฉnergรฉtique ร Madagascar
1 1. Le potentiel de lโรฉnergie renouvelable ร Madagascar
1 2. La gestion de dรฉchet ร Madagascar
1 3. La valorisation des dรฉchets ร Madagascar
1 4. Le biogaz ร Madagascar
2. Processus de production du biogaz
2 1. La mรฉthanisation
2 2. Procรฉdรฉs biologiques de la mรฉthanisation
2 3. Paramรจtres physico-chimiques de la mรฉthanisation
3. Caractรฉristiques organiques des ordures
3 1. Dรฉfinition de dรฉchet
3 2. Dรฉchets solides
3 3. Dรฉchets liquides (DBO5 et DCO)
4. Le biogaz
4 1. Composition du biogaz
4 2. Caractรฉristique 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. Dรฉroulement du travail
1 1. Description du champ dโรฉtude
1 2. Enquรชte et รฉvaluation sur les besoins journaliers
1 3. Rรฉcoltes des donnรฉes
1 4. Traitement et analyse des donnรฉes au laboratoire
2. Rรฉsultat expรฉrimental et interprรฉtations
2 1. Rรฉsultat de lโenquรชte sur la disponibilitรฉ des matiรจres premiรจres
2 2. Caractรฉristiques organiqus des matiรจres premiรจres
2 3. Rรฉsultats de lโexpรฉrience de production de gaz
3. Evaluation de la production de gaz de chaque cas
CHAPITRE 4 :REALISATION DU BIODIGESTEUR A USAGE DOMESTIQUE
1. Elรฉments constitutifs dโun biodigesteur
2. Conception du biodigesteur EASYGAS
3. Rรฉalisation du systรจme
4. Dimensionnement
4 1. La cuve dโalimentation
4 2. Le digesteur
4 3. Le ballon de stockage
4 4. Epurateur de biogaz
4 5. Les conduites de gaz et contrรดle de pression
4 6. Le support
4 7. Lโutilisation
5. Mise en marche
6. Etude sur le pouvoir calorifique du biogaz
CHAPITRE 5 : ETUDE COMPARATIVE DE LโUTILISATION DE EASYGAS A MADAGASCAR
1. Disponibilitรฉ des matiรจres premiรจres et les รฉquipements dโinstallation
2. Etude de la demande des foyers
2 1. Les combustibles utilisรฉs par les mรฉnages
2 2. Comparaison de la performance du charbon de bois et le biogaz de Easygas
3. Analyse de la rentabilitรฉ au sein des utilisateurs
3 1. Impacts financiers
3 2. Impacts sociaux
4. Impacts du projet sur lโenvironnement
5. Points ร amรฉliorer et perspectives
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES
WEBOGRAPHIES
ANNEXES
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