Séchage thermique des boues des stations d’épuration

Séchage thermique des boues des stations d’épuration

L’épuisement des sources d’énergies fossiles se profile à l’horizon 2030 et chaque gouvernement s’efforce d’adopter une politique énergétique visant à atténuer les impacts socio-économiques de la transition énergétique à laquelle le monde doit faire face présentement. Sur le plan de la recherche scientifique, les crises pétrolières des années 70 ont déjà résulté l’accroissement des moyens mis à disposition mondialement pour multiplier les travaux de recherche portant sur les sources d’énergies alternatives et renouvelables. Madagascar n’est pas en reste en dépit de ses moyens très limités. En effet, l’énergie renouvelable figure parmi les axes de recherche prioritaires définis par le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique malgache dans la Stratégie Nationale de la Recherche Scientifique à Madagascar . Par ailleurs, le Document d’Etude de la Politique et Stratégie de l’Energie à Madagascar met un accent sur le développement de l’énergie renouvelable.

Historiquement, la recherche malgache sur les énergies renouvelables date déjà de plus d’une trentaine d’année. Plus précisément, l’Université d’Antananarivo a mis en place, en 1982, la Délégation Universitaire aux Energies Nouvelles (DUEN) connue aujourd’hui sous la dénomination d’Institut pour la Maîtrise de l’Energie (IME) sous l’égide duquel plusieurs travaux de recherche en énergétique ont pu être réalisés dans le cadre de la préparation de thèses de Doctorat et de mémoires de Diplôme d’Études Approfondies (DEA) et/ou de Master. Vers la seconde moitié des années 90, d’autres équipes de recherche de l’Université de Fianarantsoa et de l’Université Nord Antsiranana, ont également opté d’orienter leurs travaux de recherche sur ce vaste thème.

Par ailleurs, un programme financé par la Commission européenne a été réalisé, entre 1999 et 2005, en vue de mettre en réseau les institutions d’enseignement et de recherche des îles de l’Océan Indien. Une université sans murs, baptisée Université de l’Océan Indien (UOI), a donc été mise en œuvre et a organisé des sessions de formations de 2nd cycle universitaire sur diverses thématiques dont, entre autres, l’Energie et l’Environnement. Bien que les activités de l’UOI cessassent, certains réseaux d’institutions mis en place par ce programme, particulièrement ceux de la thématique Energie et Environnement, continuaient leur partenariat. Ainsi, une formation rassemblant les thèmes Energie, Environnement, Génie civil et Urbanisme, est organisée à l’Institut Supérieur de Technologie (IST) d’Antananarivo depuis 2008. Les intervenants de cette formation, qualifiée de « délocalisée » du fait qu’elle est sanctionnée par un diplôme de Master délivré par l’Université de la Réunion tout en étant hébergée par l’IST d’Antananarivo, sont composés des enseignants-chercheurs issus des institutions d’enseignement et de recherche de la région, notamment ceux du laboratoire PIMENT de l’Université de la Réunion, de l’IST Antananarivo, de l’Ecole Supérieure Polytechniques d’Antananarivo (ESPA) et de l’IME ainsi que du Département de Physique de la Faculté des Sciences d’Antananarivo où je suis affilié.

Un algorithme d’automatisation de l’analyse de sensibilité globale baptisé GoSAT 

Genèse de l’idée de développement de cet outil

Lors de mon séjour à l’Université de la Réunion pour débuter mes travaux de thèse en 2000, j’ai pu assister à la soutenance publique de la thèse de Mara [59], un membre de l’équipe de mon laboratoire d’accueil, proposant, entre autres, une méthode d’analyse de sensibilité globale pour servir d’outils d’aide à la validation d’un logiciel de simulation du comportement thermo-aéraulique du bâtiment tel que Codyrun sur lequel il a beaucoup travaillé. Lors de la séance de questionsréponses échangées en pareille circonstance, l’intervention de l’un des membres du jury a particulièrement attiré mon attention car, en tant que géniteur de Codyrun, Boyer [60] a témoigné avoir eu nombreuses altercations avec le doctorant au cours de la réalisation de la thèse. Quelques jours plus tard, ce témoignage a été de nouveau confirmé par les propos du leader de cette équipe Gatina, également mon codirecteur de thèse et coauteur de quatre de mes publications , nous expliquant, nous doctorants débutants à l’époque, combien il est difficile de mener la procédure d’analyse de sensibilité d’un code ou d’un modèle de simulation d’un système physique, dans la mesure où la personne réalisant cette tâche est immanquablement amenée à titiller de temps en temps le géniteur du code par des questions, des critiques et éventuellement des remises en cause d’un certain nombre de sous-modules du code. Quel que soit le degré d’objectivité que peut avoir ce dernier, il finira par s’agacer vis-à-vis de l’analyseur de la sensibilité paramétrique de son modèle, ne serait ce que pour sa frustration, tout à fait humaine, liée au fait que l’analyseur s’amuse à faire des simulations avec le code de calcul pour ensuite émettre des critiques et recommander des modifications du code, sans avoir vécu les diverses difficultés liées à son développement, et par voie de conséquence, oblige le modélisateur à replonger de temps en autre dans les lignes de programmation de son code qu’il pensait avoir déjà achevé à un moment antérieur.

Cette relation plus ou moins tendue entre le modélisateur de système physique et l’analyseur de sensibilité paramétrique du modèle proposé n’est pas spécifique au cas de Codyrun uniquement. J’ai pu remarquer une situation similaire entre mes deux compagnons malgaches d’aventure doctorale, en l’occurrence Rajaonarivelo [61] et Rakoto-Joseph [62], tels que le premier préparait sa thèse en programmant CodyMa, un code mis au point sur environnement Matlab [63] et analogue à Codyrun (programmé à l’aide de C++) mais destiné notamment à la simulation du comportement thermo aéraulique des habitats de Madagascar, tandis que le second s’occupait de l’analyse de sensibilité paramétrique de CodyMa. Heureusement, l’esprit de solidarité entre membres d’une équipe de recherche a toujours primé pour les deux cas mentionnés précédemment.

Si l’on compte 3 années pour la réalisation d’une thèse consistant à développer le code simulant le comportement d’un système physique, 3 années pour préparer une autre thèse consistant en la validation expérimentale de ce code et 3 autres années pour son analyse de sensibilité paramétrique globale, l’expérimentateur et l’analyseur de sensibilité paramétriques pourront penser à autres sujets de recherche à l’issue de leurs thèses respectives mais le géniteur du code ou le modélisateur sera contraint de rester pendant 6 à 10 ans sur le même sujet pour surveiller ou accompagner les modifications de son code à la lumière des résultats expérimentaux et de ceux de l’analyse de sensibilité paramétrique. Il n’y a pas de mal à ce qu’un chercheur reste sur un même sujet durant une décennie si personne ne le dérange de temps en temps pour signaler une remarque voire un bug sous prétexte de parfaire le travail effectué, auquel cas le géniteur du code risque à la longue de réagir sévèrement en interdisant, par exemple, l’usage de son code par d’autres chercheurs. Pour palier cette difficulté, il serait plus pratique de mettre au point un code libre (du type open source) auquel cas on perd toutefois toute paternité du code, laquelle peut être nécessaire pour renforcer la notoriété et l’image de l’équipe en vue de la quête de financements des travaux de recherche.

Généralement, un modélisateur de système physique peut objectivement accepter et collaborer pour qu’on fasse l’analyse de sensibilité paramétrique du code de calcul ou du modèle qu’il propose à la communauté scientifique. En revanche, nous pouvons imaginer qu’il lui serait pénible de devoir patienter 1, 2 voire 3 ans, durée nécessaire à la réalisation  autre thèse ou d’un mémoire de Master, après la mise au point du code, pour obtenir un retour de résultats de sensibilité paramétrique globale de ce modèle et ensuite revoir encore ses lignes de commande dans ce code pour y apporter des modifications.

EFFICACITE ENERGETIQUE DES BATIMENTS 

Bref état des lieux de l’habitat à Madagascar 

Notons que le présent état des lieux se limite à décrire brièvement les différents types d’habitats existant à Madagascar en précisant notamment les matériaux de construction utilisés pour les divers composants des bâtiments. En effet, le confort thermique d’un habitat peut rationnellement être obtenu en améliorant l’apport de chacun des composants son enveloppe à cet effet.

Hormis les us et coutumes ancestraux d’une quelconque localité, ses conditions climatiques et le pouvoir d’achat de sa population ainsi que l’urbanisme influent sur l’architecture et les types de matériaux de construction de ses habitats. Traversé par le Tropique de Capricorne, Madagascar est situé dans la zone tropicale humide de l’Océan Indien. Cependant, étant classée la quatrième plus grande île du monde avec une superficie totale de 587 041 km2 , le climat n’y est pas du type tropical humide partout mais de nombreux microclimats règnent dans ses différentes régions. En effet, nous pouvons distinguer deux types de saisons à Madagascar, à savoir : la saison humide (de mi-octobre à mi-avril) et la saison sèche (de mi-avril à mi-octobre). Généralement, les conditions météorologiques tropicales prédominent dans les zones côtières de l’île tandis qu’à l’exception de la région aride semidésertique du sud de l’île, le climat est plus tempéré, c’est-à-dire, frais (en saison sèche) et pluvieux (en saison humide) dans les Hautes Terres centrales comme la région d’Analamanga où se situe la ville d’Antananarivo. Il convient aussi de noter que les mouvements sismiques susceptibles d’occasionner de sérieux dommages des bâtis se manifestent très rarement dans la « Grande Île ».

Historiquement, à Antananarivo, du temps où « l’île rouge » était encore appelée « l’île verte », les maisons étaient principalement construites avec du bois et les édifices en dur ont même été interdits par un édit royal ancestral d’Andrianampoinimerina (1787-1810) jusqu’à ce que la reine Ranavalona II (1868-1883) le lève en 1868. En effet, les bois de construction s’étant faits de plus en plus rares, les édifices en bois devenaient uniquement le privilège des souverains et aristocrates.

Malgré les influences architecturales étrangères occasionnées par les 70 années de colonisation française et par le progrès technologique actuel pour la diffusion de l’information technique et du savoir-faire, force est de constater qu’après un siècle et demi du levé de l’édit royal susmentionné, les techniques de construction n’ont pas beaucoup évolué notamment dans les milieux ruraux malgaches où vivent 78% de la population.

En effet, les murs des maisons rurales des Hautes Terres de l’île sont encore en pisé (du moins pour les fondations) ou en brique de terre crue et sont couverts d’enduits obtenus en mélangeant le sable, la latérite, la bouse des zébus et l’eau. Dans les provinces d’Antananarivo et de Fianarantsoa, les maisons rurales comportent généralement un étage et des pignons. En revanche, dans les régions côtières, les habitats ruraux sont souvent sans étage et les murs sont en bois, en tôles ou en d’autres tiges de végétations abondantes dans les savanes environnantes telles que le ravenala, le bambou et le palmier bleu (ce dernier étant endémique de Madagascar, connu sous le nom scientifique « bismarckia nobilis » mais localement appelé « satrana » et réputé pour être très résistant au feu).

Proposition de solutions passives en utilisant des matériaux disponibles localement

Il convient de noter dans un premier temps que l’étude rapportée dans la présente section concerne les Hautes Terres malgaches où l’inconfort thermique dans les bâtiments se produit principalement pendant l’hiver , c’est-à-dire, durant la période sèche.

Conclusion générale 

Ayant soutenu ma thèse de Doctorat de 3ème cycle de Physique Energétique en 2004 à Antananarivo, j’ai fait 2 ans d’administration universitaire, en tant que Directeur du Partenariat et des Relations avec les Institutions à la Présidence de l’Université d’Antananarivo entre Mai 2004 et Avril 2006, avant d’embrasser définitivement la carrière d’Enseignant-Chercheur au Département de Physique de cette Université à partir du mois de Juillet 2006. Affilié à l’équipe du parcours Energétique et de l’IME, des sujets de travaux de recherche visant la préparation de 11 mémoires de DEA de Physique Energétique , d’un mémoire de Master d’Energétique  au Département de Physique de la Faculté des Sciences de l’Université d’Antananarivo et de 21 mémoires de Master  de Physique du Bâtiment et de l’Environnement (PBE) à l’Unité de Formation et de Recherche (UFR) Sciences de l’Homme et de l’Environnement de l’Université de la Réunion ainsi que d’un mémoire de DESS d’Etude d’Impacts Environnementaux de la formation co-diplômée par l’Université d’Antananarivo et l’Université de Bordeaux Montesquieu, ont été réalisés sous mon encadrement depuis 2007. A ces mémoires de DEA/Master s’ajoutent également 2 thèses dont la préparation a bénéficié de mes aides et conseils méthodologiques.

Table des matières

Introduction générale 
Partie 1 : SYNTHESE DE TRAVAUX 
Volet I : DEVELOPPEMENT D’OUTILS SCIENTIFIQUES
I.1. Un algorithme d’automatisation de l’analyse de sensibilité globale baptisé GoSAT
I.2. Outil de description et de modélisation systémique du fonctionnement énergétique des
espaces bâtis
Volet II : EFFICACITE ENERGETIQUE DES BATIMENTS
II.1. Bref état des lieux de l’habitat à Madagascar
II.2. Proposition de solutions passives en utilisant des matériaux disponibles localement
II.3. Etude de la performance énergétique des toits verts
Volet III : MAITRISE DE L’ENERGIE RENOUVELABLE
III.1. Etude théorique d’un système de climatisation solaire à déshydratant liquide
III.2. Evaluation du potentiel en énergie solaire de huit sites principaux de Madagascar en vue la
production d’électricité avec des centrales « dish stirling »
III.3. Etude technico-économique de la récupération d’excès de chaleur au niveau d’un centre de
cure thermale pour la production d’eau chaude sanitaire d’un Hôtel à Antsirabe
III.4. Analyse de sensibilité paramétrique pour optimiser un système de rafraichissement solaire
à absorption
III.5. Etude expérimentale de la co-digestion anaérobique de quelques déchets organiques à
Madagascar
III.6. Etude théorique d’un séchoir-serre a moindre cout pour les produits agricoles
Volet IV : ETUDE THEORIQUE DES ECOULEMENTS DANS UN RESERVOIR PETROLIER – CAS DE
TSIMIRORO MADAGASCAR
Volet V : TRAITEMENTS DES BOUES DES STATIONS D’EPURATION EN VUE DE LEUR VALORISATION
ENERGETIQUE
V.1. Séchage thermique des boues des stations d’épuration
V.2. Etude théorique et expérimentale de la méthanisation des boues des stations d’épuration
Partie 2 : BILAN ET PERSPECTIVES 
Volet VI : BILAN DE MES ACTIVITES D’ENCADREMENT DE TRAVAUX DE RECHERCHE VU SOUS
L’ANGLE DE LA REUSSITE ACADEMIQUE OU DE L’INSERTION PROFESSIONNELLE DE MES
EX-ENCADRES
VI.1. Introduction
VI.2. Productions scientifiques de mes ex-encadrés en DEA/Master
VI.3. Autres indicateurs montrant les capacités de mes ex-encadrés en DEA
VI.4. Bilan des occupations de mes ex-encadrés suite à l’obtention de leurs diplômes.
VI.5. Résultats de l’encadrement des étudiants de la formation Master du parcours Energétique
VI.6. Conclusion
Volet VII : PERSPECTIVES ET PROJETS DE RECHERCHE
VII.1. Introduction
VII.2. Perspectives à court terme
VII.3. Perspectives à moyen terme
VII.4. Perspectives à long terme
VII.5. Conclusion
Conclusion générale 

Télécharger le rapport complet