L’IMPORTANCE SOCIO-ECONOMIQUE DU BIOGAZ

L’enfouissement technique

Le centre d’enfouissement technique est l’une des méthodes d’exploitation de biogaz qui est très favorables pour les pays développés. Le biogaz est produit par un processus de la fermentation anaérobie des matières organiques animales ou végétales, qui se déroule en trois étapes (hydrolyse, acidogénèse et méthanogénèse) sous l’action de certaines bactéries. Ce processus est naturel et l’on peut l’observer par exemple dans les marais (« gaz de marais « ).Il se déroule spontanément dans les centres d’enfouissement des déchets municipaux, mais on peut le provoquer artificiellement dans des enceintes appelées « digesteurs » où l’on introduit à la fois les déchets organiques solides ou liquides et les cultures bactériennes. Cette technique de méthanisation volontaire peut s’appliquer* aux ordures ménagères brutes ou à leur fraction fermentescible, aux boues de stations d’épuration des eaux usées urbaines ou industrielles,* 16 aux déchets organiques industriels (industrie agroalimentaire (IAA), cuirs et peaux, chimie, parachimie,…), ainsi qu’aux déchets de l’agriculture et de l’élevage (fientes, lisier, fumier,…). Cette méthode demande beaucoup d’investissements, parce qu’il faut au moins sept ha de terrain pour avoir une rentabilité plus vite, des camions pour transporter des déchets, des ouvriers, des spécialistes en biogaz,….. Pour construire un centre d’enfouissement technique de cent quarante mètres de longueur et de trente mètres de largeur, la société Vohitra Environnement dépensait environ quarante quatre millions d’Ariary, et ce centre fonctionne depuis le mois de Juin 2006. En Février 2007, elle n’a pas encore obtenu de biogaz car elle vient de couvrir la première couche. Le processus de production de biogaz à partir d’un centre d’enfouissement technique s’énonce comme suit :

La méthanisation anaérobie

C’est un processus de production de biogaz qui s’effectue sans l’intervention de l’air. C’est la technologie que le Centre National de Recherches Industrielle et Technologie (CNRIT) a développé pour toutes ses réalisations. Divers modèles de digesteur ont été développés à travers le monde entier. Il se distingue du choix de la technologie à appliquer, du contexte, du type de matières premières disponibles à digérer, du climat, de la disponibilité financière, et…..

C’est un modèle à vocation familiale apprécié en Chine. Il est formé d’une partie inférieure cylindrique et d’une partie supérieure sous forme de voûte sphérique ou hémisphérique pour le stockage du gaz. En béton ou en brique cuite induite (donc, elle a une durée de vie assez longue, de coût modéré et de problème de corrosion remédié..), son installation est souterraine. Sa productivité est de l’ordre de 0,1 à 0,2 m3 du biogaz par mètre cube du digesteur par jour.

C’est un modèle très répandu en Inde, et à vocation familiale ou communautaire. Celui-ci est composé d’une partie cylindrique en brique ou en béton, placé verticalement et enterré. Au-dessus flotte un gazomètre métallique ou en d’autres matériaux (fibre de verre, plastique renforcé de fibre de verre, ferrociment…) pour stocker le gaz. Le mouvement ascendant descendant de la cloche témoigne de l’existence du gaz dans la cloche permettant ainsi le mélange du substrat. L’avantage de son utilisation est que c’est une technique facile par rapport au précédent : une simple gestion du gaz par repérage de la hauteur de la cloche ; une pression moyenne quasi-constante ; une maintenance et un déchargement faciles à manier ; une étanchéité, donc une productivité meilleure.

Pour surmonter les problèmes de digesteur à haute pression (type chinois), le digesteur Plug-flow est un digesteur à basse pression du fait de sa conception : un diamètre de la fosse normalement large et assez profonde, couverte d’une membrane en plastique ou en caoutchouc et quelque fois munie à la partie supérieure d’un ballon souple en bâche plastifiée pour récupérer et stocker le gaz. Parfois très volumineux (jusqu’à millier de mètres cube), et alimenté de façon continue ou semi continue, il digère des substrats liquides à teneur en matière sèche élevée comme les substrats pailleux, les ordures ménagères, les déchets urbains….Une ouverture hydraulique d’entrée et de sortie assez grande est construite sous le réacteur.

C’est un modèle qui combine les avantages des installations à dôme fixe et à cloche flottante. Le digesteur est à dôme fixe mais chapeauté d’un gazomètre séparé cylindrique en ferrociment ou en matières synthétiques. Ses avantages sont que : la surface du dôme est exposée au gaz, donc la pression est réduite ; une obtention de pression plus ou moins constante et réglable par le biais d’un contre poids sur le gazomètre. Cet effet permet de décharger par gravitation le réacteur. Sa productivité est de l’ordre de 0,3 m3 par mètre cube de digesteur par jour.

Ici, le réacteur est constitué d’un long cylindre en plastique placé horizontalement et à moitié enterré. Alimenté en substrat liquide de matière continue, le gaz est stocké à la partie supérieure sous la plastique, ou bien dans un ballon disposé séparément au dessus. Le réacteur est sensible à la variation de la température ambiante (à cause de sa partie exposée à l’air libre). Par conséquent, la température à l’intérieure peut être de 2 à 7°C , plus élevée que celle du type chinois. Sa productivité en gaz peut atteindre 0,24 à 0,61 m3 par mètre cube de digesteur par jour. Mais sa durée de vie est limitée par la rapide détérioration de la matière plastique.

§2-Composé convenable de substrats fermentescibles Toutes les matières d’origine organique, sauf l’huile minérale et la lignine2, conviennent à la fermentation du biogaz. Quelques matières organiques sont plus digestibles tels que les fèces animaux, les boues de cambouis et les effluents des usines de fermentation et les déchets de tanneries etc.…… L’eau résiduelle des distilleries et des élevages du ver à soie peut être utilisée comme matière brute et produite du gaz très vite. Les autres matières organiques contiennent quelque lignine. Même si la teneur en lignine est assez faible, elle diminue le taux de la fermentation des hydrates de carbone (cellulose3 et semi cellulose). Toutes les tiges de graminées sont des résidus fermentescibles riches en cellulose. Ces résidus doivent être préfermentés avant leur utilisation dans les digesteurs. Si un résidu frais n’est pas prétraité, la production du gaz est très faible (10 %). Il y a deux méthodes de prétraitement : la première méthode consiste à broyer en premier lieu les mauvaises herbes, les déchets végétaux, les tiges et les feuilles ; après saccharification par un enzyme ils peuvent être utilisés comme nourriture ; alors à travers le système digestif du bétail, spécialement celui des ruminants, cet enzyme peut augmenter le taux de digestion des résidus. Quelques fermiers remplissent également leurs digesteurs avec des résidus broyés. Cela tend à augmenter le taux de fermentation des résidus et par conséquent la production du gaz ;

la seconde méthode consiste à couper les tiges en petits morceaux de 2 cm et d’additionner un peu d’eau de chaux et d’excréments pour faire un tas et laisser pourrir. Après une brève période, la cire est observée et la cellulose devient instable. Si cette matière est utilisée comme résidu fermentescible, le taux de fermentation et la proportion utile de résidu augmentent. Des mesures ont montré que le rendement du gaz augmente considérablement après que les résidus ont été pourris avant leur mise en fermentation. A l’inverse, si les résidus frais étaient utilisés sans être prés fermentés, leur décomposition serait très lente et le rendement en gaz trop faible. C’est l’une des raisons pour laquelle les digesteurs ne produisent pas assez de gaz pour la cuisine et l’éclairage quand ceux-ci sont remplis avec des résidus frais. La méthode de pré décomposition cependant, à une partie des résidus qui était décomposée par les bactéries aérobies est perdue durant le processus de pré décomposition. L’utilisation des acides ou des alcalis dans le traitement de la cellulose des résidus peut aussi avoir des effets positifs. Mais son impact économique et les méthodes d’emploi ont besoin d’un complément d’étude. Pour une production normale de biogaz il est très important de combiner les résidus. Des résidus variés doivent être associés pour donner un rapport C/N (carbone, azote) déterminé ; la proportion de matière sèche des résidus doit également être contrôlée. Le rapport C/N représente la proportion des deux éléments. Le carbone (sous forme d’hydrates de carbone) et l’azote (comme les protéines, nitrates, l’ammoniaque etc.….) sont les principaux éléments nutritifs des bactéries anaérobies. Le carbone est essentiellement utilisé pour l’énergie et l’azote pour la constitution des structures celluloses. Si la proportion de carbone est importante dans les résidus, l’azote sera consommé d’abord, et l’excès de carbone ralentirait ensuite la fermentation. La concentration convenable de la matière sèche est de 7 à 9 % .Cette concentration optimale change suivant la saison. La concentration de matière sèche est réduite en été (quand la production est maximum) tandis qu’elle est élevée en hiver.

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Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES, ET ACRONYMES
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : ETUDE GENERALE SUR LE BIOGAZ
INTODUCTION PARTIELLE
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LA BIOMASSE ET LES DIFFERENTS PROCESSUS DE VALORISATION ENERGETIQUE
Section I- LA BIOMASSE
Section II-LES DIFFERENTS PROCESSUS DE VALORISATION DE LA BIOMASSE
Section III- LA FERMENTATION
CHAPITRE II : LE BIOGAZ ET SON PROCESSUS DE PRODUCTION
Section I- LE BIOGAZ
Section II-LES CARACTERES PHYSICO-CHIMIQUES DU BIOGAZ
Section III-LES DIVERSES UTILISATIONS DU BIOGAZ
Section IV-LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE PRODUCTION DU BIOGAZ
SectionV-CONDITIONS D’OPERATION DE LA FERMENTATION DU BIOGAZ
Section VI- HISTORIQUE ET SITUATION DU BIOGAZ A MADAGASCAR
CHAPITRE III : LES AVANTAGES ET LES CONTRAINTES DE L’UTILISATION DU BIOGAZ
Section I-POLITIQUE DE L’INTRODUCTION DU BIOGAZ A MADAGASCAR
SELON LE PROJET : TCP/MAG PAR LA METHODE DU CADRE LOGIQUESection
II-POLITIQUE DE L’INTRODUCTION DU BIOGAZ PAR LE PROJET
DU MINISTERE DE L’ENERGIE ET DES MINES (MEM)
Section III- LES DIVERS AVANTAGES DE L’UTILISATION DU BIOGAZ
Section IV- LES CONTRAINTES DE L’UTILISATION DU BIOGAZ
PARTIE II : LE BIOGAZ ET LES SECTEURS ECONOMIQUE ET ENVIRONNEMENTAL DE MADAGASCAR
INTODUCTION PARTIELLE
CHAPITRE I : L’ETUDE DE LA SITUATION ECONOMIQUE ACTUELLE DE MADAGASCAR
Section I-L’AGRICULTURE
Section II-L’ELEVAGE
Section III- LA PECHE
Section IV- L’ECOTOURISME
CHAPITRE II : LE BIOGAZ FACE AU DEVELOPPEMENT ECONOMIQUE DE MADAGASCAR
Section I-ETAT DE LIEU ET LA PLACE DU BIOGAZ SUR LA POLITIQUE ENERGETIQUE DE MADAGASCAR
Section II -LE BIOGAZ ET L’AGRICULTURE
Section III-LE BIOGAZ ET L’ELEVAGE
CHAPITRE III : ROLES DU BIOGAZ SUR LA SITUATION ENVIRONNEMENTALE DE MADAGASCAR ET LES STRATEGIES ENVISAGEES
Section I- ENJEUX ENVIRONNEMENTAUX
Section II- STRATEGIES ENVISAGEES POUR LA SYNERGIE DE LA TECHNOLOGIE DU BIOGAZ ET L’ECONOMIE NATIONALE
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
LISTE DES TABLEAUX, FIGURES, ET GRAPHIQUES
TABLE DE MATIERES