Soutenance mémoire
L’eau, la nourriture, un habitat et l’énergie sont les besoins essentiels de l’homme. Pour l’énergie, elle est une source de développement parce que toutes les choses dépendent de l’énergie. La mise en valeur de l’énergie renouvelable contribue à la lutte contre la dépendance en énergie d’origine fossile (Exemple : comme la mise en place de l’énergie éolienne qui vient de l’air, de l’énergie solaire, de l’énergie hydraulique, la géothermie et la biomasse : biogaz, etc). Mais comment produire le biogaz et de quels types de déchet peuvent produire ce gaz? Car la production de biogaz s’inscrit au cœur des priorités politiques pour 2020 : production d’une énergie renouvelable et d’un carburant durable, valorisation de matières organiques mais aussi réduction de la dépendance aux matières premières fossiles pour la production d’engrais [1]. Le biogaz est un gaz naturel résultant de la méthanisation de matière organique dans une enceinte close (en absence d’oxygène ou fermentation anaérobique).
Dans cette étude, tout d’abord nous évoquons les généralités sur le biogaz. Par définition, les déchets ménagers sont les déchets triés à la source de ménage notamment les biodéchets. Il est possible d’avoir du biogaz parce que toute matière organique est susceptible d’être décomposée et donc de produire du biogaz. En faisant fermenter ces déchets biodégradables au moyen de bactéries, il est possible d’obtenir du biogaz composé à plus de 60% de méthane [2]. Le biogaz peut être transformé en d’autre forme d’énergie utile (électricité, carburant, combustible, injection dans un réseau de gaz), c’est une solution d’avenir par la valorisation de nos déchets sous forme d’énergie non fossile. Une société Industrielle explique que le biogaz est une production d’énergie renouvelable qui réduit les transports de certains déchets. Il s’agit d’une solution de traitement de proximité pour les déchets organiques qui permet de réduire la dépendance aux énergies fossiles [2].
Généralités du biogaz
Le biogaz est la revalorisation de déchet biodégradable pour avoir d’énergie. L’énergie du biogaz provient de son principal composant, le méthane. Les propriétés de méthane sont les suivantes :
– inodore, incolore et insipide ;
– sa densité est d’environ la moitié de celle de l’air ;
– le méthane a une très faible solubilité dans l’eau ;
– la combustion du méthane produit une flamme bleue et une grande quantité de chaleur.
Historique
La découverte du méthane remonte à 1778 lorsque Alessandro VOLTA identifia que du gaz se libérait de la vase du lac Maggiore. En 1808, l’anglais Sir Humphrey DlesAVY expérimente la fermentation de fumier. Il produit du biogaz et identifie lui aussi le méthane. En 1887, Antoine LAVOISIER lui donne le nom de « gaz hydrogène carbone », le terme de « méthane » apparaît en 1892. PASTEUR et ses élèves, au milieu du XIXème siècle, montrent que l’origine de ce gaz est une fermentation bactérienne [3].
La production d’énergie à partir de biogaz est très répandue dans le monde, même que l’existence de nouvelles technologies utilisées et, surtout, les types d’exploitation. L’Allemagne, l’Autriche et Danemark produisent une grande partie de leur biogaz dans les exploitations agricoles, en utilisant l’énergie des récoltes, des sous-produits de l’agriculture et des lisiers, alors que le Royaume-Uni, l’Italie, la France et l’Espagne utilisent surtout les gaz résultant de l’enfouissement des déchets [4]. En Allemagne, les matières organiques le plus utilisées dans des nombreuses installations de production de biogaz est l’ensilage de maïs. Depuis 1999, plus de 50% des installations sont construises en utilisant l’ensilage de maïs. Les avantages de l’utilisation de maïs sur la production de biogaz sont : de bon rendement énergétique de la culture et aussi, la fermentation ne provoque pas de dégagement d’hydrogène sulfuré.
Caractéristique de biogaz
Le biogaz est composé principalement de méthane combustible (CH4) et de gaz carbonique inerte (CO2). Des gaz minoritaires tels que l’hydrogène (H2), l’eau, l’oxygène (O2), l’azote (N2) et le sulfure d’hydrogène (H2S) peuvent venir s’ajouter. Il y a aussi des éléments sous forme de traces comme les Aromatiques, les composés organo-halogénés et les métaux lourds. La teneur de ces gaz dépend de la nature du déchet traité ou nature de substrat et de la température du méthanisation. Le pouvoir calorifique d’un combustible est la quantité d’énergie dégagée par la combustion complète d’une unité de combustion de quantité de vapeur.
Le PCI est le pouvoir calorifique inferieur ou la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète de l’unité de masse du combustible, l’eau demeurent à l’état ramené à la température initial fixée à 25°C. 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 [5].
Plages de production de biogaz
Pour toute digestion anaérobie, la température a une influence majeure sur les productions de biogaz. On distingue trois plages de production de biogaz :
Digestion psychrophile:
On dit que la digestion est psychrophile lorsque la réaction bactérienne se déroule à température ambiante entre 15 et 25°C, et il n’y a pas de système de chauffage du réacteur.
C’est une réaction très lente. Donc cette digestion, on se passe également dans toutes les unités de stockages de matière organique. En France, on rencontre de la méthanisation psychrophile notamment dans les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND) : les déchets sont stockés dans des casiers étanches non chauffés ; leur dégradation anaérobie produit du biogaz. Et, en 2012, 70% de l’énergie primaire issue du biogaz l’est via le processus psychrophile, majoritairement dans les ISDND .
Digestion mésophile:
Lorsque la température du réacteur de méthanisation est à peu près de la température de corps humain, c’est-à-dire entre 25 et 45°C, on parle que la digestion est mésophile. C’est la digestion le plus utilisé (38°C est la température le plus utilisé dans la zone tempéré).Les avantages de digestion mésophile sont :
– Moins de vapeur d’eau dans le gaz ;
– Moins de CO2 dans le gaz ;
– Davantage d’espèces microbiennes méthanogènes d’où stabilité d’écosystème ;
– Bilan énergétique plus favorable ;
– Possibilité d’utilisation des calories à bas niveau.
– La méthanisation mésophile permet d’avoir de bons rendements de digestion avec une très bonne stabilité du processus bactérien .
Digestion thermophile:
Dans cette digestion, la température du milieu est environ 55°C (entre 45 à 65°C). C’est la production rapide mais le milieu est sensible aux variations de températures et de charges entrantes. Dans cette digestion, on a beaucoup d’avantages comme la :
– Activité plus grande : temps de rétention inferieur ;
– Destruction des microorganismes pathogènes ;
– Maintenances des conditions anaérobies plus faciles, à cause d’une plus faible solubilité des gaz à des températures plus élevées.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU LIEU DE STAGE
I-1-Identification
I-2- Historique du CNRIT
I-3- Objet du CNRIT
I-4- Missions du CNRIT
I-5- Organigramme du CNRIT
I-6- Les domaines de compétence et les départements
I-6-1- Chimie
I-6-2- Énergétique
I-6-3- Informatique
I-6-4- Matériaux et génie civil
I-6-5- Métallurgie
I-7- Réalisations dans les Départements
I-7-1- Département en chimie
I-7-2- Département en énergétique
I-7-3-Département métallurgie et géologie
I-7-4- Département matériau et génie civil
I-7-5- Département informatique et électronique appliquée
I-7-3-Département métallurgie et géologie
Chapitre II : MATÉRIELS ET MÉTHODES
II-1- Généralités du biogaz
II-1-1- Historique
II-1-2- Caractéristique de biogaz
II-1-3- Plages de production de biogaz
II-2- Modes de valorisation de biogaz
II-2-1- La production d’énergie thermique
II-2-2- La valorisation électrique (avec ou sans cogénération)
II-2-3- La production de bio-méthane carburant
II-2-4- L’injection de biogaz dans le réseau de gaz naturel
II-3- Épuration de biogaz
II-4- Processus de production de biogaz
II-4-1- Hydrolyse
II-4-2- Acidogènese
II-4-3- Acétogènese
II-4-4- Méthanogènese
II-5- Avantages, inconvénients et utilisations
II-6- Analyse et méthode sur la production du biogaz
II-6-1- Condition de production de biogaz
II-6-2- Les Substrats
II-6-3- Condition de la réaction de méthanisation
II-7-Biogaz à Andranonahoatra et à Amboditsiry
II-7-1- Type de substrats
II-7 -2- Mode d’installation de biodigesteur
II-7- 3- Problèmes et solutions
Chapitre III : CONCEPTIONS DE BIODIGESTEUR ET INSTALLATION D’UN BIODIGESTEURA MALAHO BEVALALA
III-1- Biodigesteur
III-1-1- Type de biodigesteur
III-1-2- Schéma synoptique d’une installation
III-2- Conception du biodigesteur
III-2-1- Entretien
III-2-2- Étude de faisabilité
III-2-3- Condition d’installation ou d’utiliser un système de biogaz
III-3- Composants du biodigesteur
III-3-1- Schéma du principe
III-3-2- Étape d’installation
III-3-3- Équipements et coût d’investissement d’un bio digesteur
III-3-4- Résultat
CONCLUSION
