Brevet FR2463808A1 — publié le 19810227

La présente invention concerne des cuves de fermentation méthanique destinée a produire du méthane a partir de fumiers, pailles ou tout autre vegetal fermentescible. Elle est particulièrement adaptee au procédé DUCELLIER-ISMAN, qui consiste a faire précéder la phase méthanogène de fermentation anaérobie, d'une phase de préfermentation aérobie, dans des fermenteurs a fonctionnement discontinu, par cuvaisons successives. Les cuves actuellement utilises ont des formes diverses (parallelépipedique ou cylindrique) et sont realisées en béton armé, en métal, ou en matière plastique rigide, telle que PVC, ou polyester arme de fibre de verre. Leur chargement en matière fermentescible s'opere soit par pompage d'éffluents contenant des particules solides (ce qui limite évidement considérablement la charge en matière fermentescible), soit par des engins de manutention tels que fourche de tracteur agricole, élévateur a bande ou a godets, vis sans fin, etc ... (ce qui nécessite la présence d'un couvercle et d'une porte). Les exigences techniques imposées par la nature même de la fermentation (resistance a la corrosion, étanchéité aux liquides et aux gaz), conduisent a la fabrication en usine, objet de contrôles stricts d'ensembles monoblocs. On est alors limité, en dimensions, par les gabarits imposés aux transports routiers ou ferroviaires. Or, l'intérêt économique de la fermentation méthanique est d'autant plus grand que les yolumes des fermenteurs sont plus importants. On se trouve donc confronté a un choix entre deux solutions - Construction en usine de fermenteurs de qualite satisfaisante, mais de dimensions obligatoirement limitées, donc d'un prix de revient élevé au mètre cube. - Construction sur place de fermenteurs de grande capacité, mais d'une qualité technique descutable sur le plan de l'étanchéité et de la résistance a la corrosion. Le fermenteur objet de l'invention permet de sortir de cette alternative, en realisant en usine une cuve de dimensions importantes mais transportable. Il permet ainsi d'allier une qualite rigoureusement contrôlée a un court relativement faible au mètre cube utile. L'appareil objet de l'invention est composé d'une cuve cylindrique horizontale, fabriquee selon la méthode utilisée pour les cuves a mazout, formée de viroles en tôles d'acier, d'un fond renforcé et soudé et d'une porte s'ouvrant suivant un axe de rotation vertical. La forme cylindrique permet de supporter les efforts hydrostatiques avec le minimum d'épaisseur d'acier admissible. Dans une première solution, l'ouverture de la porte et la mise en place d'un tremplin, permettent l'accès a un engin de manutention tel qu'un tracteur agricole ou un élévateur a bande ou a vis pour l'approvisionnementen matière première ou son enlèvement. Dans une seconde solution, un "panier" contenant les matières fermentescibles, remplace le caillebotis et entre après chargement, a l'intérieur de la cuve, et en sort a l'air libre pour déchargement. I1 n, existe plus aucun risque d'explosion dû a la presence de méthane en milieu clos et le trav-ail est de beaucoup facilite, un. ou des tracteurs et leurs fourches opérant le chargement ou le déchargement latéralement. D'autres dispositifs completent cette cuve ; - Un trou d'homme pour permettre la ventilation du fermenteur en phase aérobie, et après fermentation, avant la pénétration dans lefermenteur des engins de manutention. (Ventilation forcée destinée à abaisser le taux de méthane en dessous de la limite d'explosivité). - Une herse, réalisée en tube percés de trous, permettant de maintenir a un niveau limite les matières flottantes, et assurant également l'arrosage de la matière. Cette herse se trouve en partie haute de 1 'appareil, et est soudee sur la virole. - Un caillebotis en partie inférieure, placé sur des tubes percés de trous. Le caillebotis sert a la circulation d'un engin dans la cuve, les tubes percés servent à l'évacuation du liquide après la phase anaérobie, et a l'insufflation d'air en phase aérobie. - Un orifice en partie supérieure, pour le recueillement du méthane produit. A chaque cuve est associée une machinerie, placée a l'extérieur, destinée aux transports des liquides et a la ventilation. Elle comporte - Une pompe, adaptée aux liquides pompés, permettant le remplissage, la vidange et le recyclage des liquides chargés. - Un dispositif de réchauffage monté sur le circuit de recyclage permettant le maintien a temperature constante de la masse a 1 'in- terieur de la cuve. - Un dispositif de ventilation (air surpressé - surpresseur-ventilateur) assurant 1 'aération des matieres fermentescibles pendant la phase aérobie. - Les vannes nécessaires aux diverses opérations. - Les appareils de contrôle et de régulation de température et de niveau necessaires a la conduite des opérations de fermentation. Enfin, la réaction méthanogène anaérobie étant tres faiblement exothermique, et la température devant être maintenue aussi voisine que possible de 37 durant cette réaction, une enveloppe calorifuge entoure totalement la cuve, porte comprise. La partie inférieure de a cuve repose sur un berceau en forme, isolant thermiquement la virole du sol. Nous décrivons ci-dessous une réalisation étudiée dans le détail. En première solution, c'est la cuve représentée a la planche I. Composée de viroles I de diamètres allant de 2,50 m a 4 m, longues de 3 m, la longueur totale de la cuve fait de 3 a I8 m par tous multiples de 3 m ; les soudures réalisées a l'automatique sont d'un prix de revient compétitif. A l'arrière, le cylindre formé par une tôle 2 présente le même diamètre et est soudée étanche. Des renforts verticaux en profiles permettent de n'utiliser qu'une tôle plane de même épaisseur que celle formant les viroles. A l'avant une porte 3 s'ouvre autour d'un plan de rotation vertical. Une fois ouverte, elle constitue, avec les tremplins 4 mis en place manuellement, une entrée 'valable pour tout engin de manutention. Avant la fin du chargement de la cuve en matieres fermentescibles une garde en tôle perforée 5 est mise en place pour empecher les matières de se déplacer vers l'extérieur, gêner la fermeture de la porte et créer des pertes d'étanchéité au joint. La porte est constituée d'une tôle 3 munie de renforts interieurs I6 et s'applique une fois fermee sur un joint 6 fixé à la partie avant de la cuve. Elle tourillonne sur des paumelles 23 montées sur butees et roulements à aiguilles. Tout l'ensemble métallique est protégé de l'oxydation par une peinture speciale au zinc, a l'intérieur comme à l'extérieur. Le serrage du joint 6 (Planche 11) est assuré par une série de verrous coniques I7, dont le nombre varie en fonction du diametre de la cuve. Les verrous sont actionnés à partir d'un point commun, situé à I,50 m du sol ; une clé a béquille I8, amovible apres usage, s'applique sur un carre solidaire d'un double plateau I9 formant excentrigue, qui pousse ou tire par l'intermédiaire d'une bielle 20 et d'une chape 21 réglable en longueur, le verrou I7 qui s'engage ou se dégage d'un point fixe 22 soudé a la virole I. La herse, destinée a l'arrosage et au maintien en hauteur de la matiere en fermentation, est constituée d'un collecteur central 7 et de tubes plus petits 8 percés de trous. Le tout est soudé aux viroles. Le caillebotis 9, du commerce, en acier galvanisé, repose sur des tubes IO, présentant les mêmes entraxes, percés pour l'arrivée des fluides necessaires, et alimentés par un collecteur II. La machinerie I2 est placee au sol dans une enceinte isolée thermiquement a l'arrière de la cuve. Elle comprend les organes nécessaires a la circulation des divers fluides - pompe de circulation. - ventilateur de soufflage. système de réchauffage. - vannes d'isolement. Des berceaux I3 en nombre suivant la longueur de la cuve, sont places au sol sur des surfaces nivelles, horizontales età même hauteur. L'emplacement que la porte ouverte occupera est aménagé, ainsi que celui destiné au tremplin et à la machinerie avant arrivée de la cuve sur son lieu de montage. Déchargée du camion par grue a l'aide de 4 anneaux I4 soudes aux viroles, la cuve est pose sur ses berceaux. Les berceaux I3 reçoivent la cuve par l'intermédiaire d'une épaisseur suffisante de mousse synthetique thermiquement isolante. Après branchement des differents circuits de fluides la cuve sera recouverte sur toute ses surfaces laterales et arrière de l'epais- seur de mousse synthétique prévue pour le climat de la région, ainsi que la porte. Cette mousse synthétique n'est pas représentée sur la planche I. Un trou d'homme I5 permet une mise a l'air libre, ou une ventilation forcee avant que l'on ne penetre dans la cuve, en fin de cycle. Pour éviter l'influence néfaste des pluies et vents, les cuves sont enterrées a mi hauteur et les terres de déblais servent a recouvrir la mousse synthétique. Seuls le fond de la cuve et la machinerie d'une part, la porte d'autre part, ont besoin d'une protection anti-pluie ou anti-vent, facilement exécutée en tissus de polythène ou autre. En seconde solution (planche III), le caillebotis est supprimé et remplace par un ensemble démontable comprenant - Un fond 26 compose de 2 longerons et d'entretoises soudés sur lesquels est tendu un métal "Déployé", ou similaire, a mailles assez fines, qui permettent aux fluides venant des collecteurs II de monter, repartis par des tubes IO, a travers la matière fermentesciblei - Un arrière 27 et un avant 28, toujours en metal "Déployé, amovibles du fond 26. - Des panneaux lateraux pleins 29, en tôle mince, rendue peu déformable par des raidisseurs en profilés, sont réunis entre eux au sommet par des tirants 30. Lors du chargement, tous les panc neaux avant, arrière et latéraux sont montés et réunis entre eux ; le tracteur charge à la fourche par le dessus la matière fermentescible dans les intervalles entre tirants 30. Pour le déchargement, les tirants 30, se retirent, les panneaux 29 s'enlèvent partourillement et la fourche du tracteur peut aller recueillir-le reste du compost qui n'a pas glissé au sol par gravité. - Un anneau 31 est soudé à l'avant du chassis 26. Attelé au tracteur, il permet de pousser le "panier" dans la cuve ou l'en tirer. - Des rails 24, fixés au sol, guident le "panier" par l'intermédiaire de roues a boudin, et sont solidaires des railsinté- rieurs a la cuve par des rails amovibles 25 qui, une fois retirés permettent a la porte de se refermér. - Le collecteur supérieur 7 et la herse 8 restent identiques à ceux de la première solution. Tout l'ensemble est galvanisé a chaud. De plus, dans le cas de l'utilisation d'une batterie de 3 cuves importantes, comme préconise, un quatrième panier peut servir de dépôt à la matière fermentescible en attendant sa mise en place par un chariot de transport latéral sur rails dans l'une des 3 cuves a charger. L'appareil objet de l'invention permet une fabrication industrielle en série de fermenteurs de grandes dimensions destinés a l'équipement d'exploitations agricoles de toute importance. Son faible prix de revient, son étanchéité parfaite, sa très bonne tenue a la corrosion, son transport et son montage aisés, permettront sa grande diffusion. Il peut également être employe, en grandes dimensions, à l'échelle de coopératives agricoles traitant le mais ou le blé par exemple. De telles installations, par l'importance des quantités de méthane produit, justifieraient la mise en place de stations de compression du gaz dans des bouteilles, de façon à l'utiliser comme carburant pour les moteurs a explosion (tracteurs, voitures, camionnettes, etc ...) REVENDICATIONS I - Cuve de fermentation méthanique à partir de végétaux divers, caractérisée par le fait qu'elle se compose - d'un corps métallique cylindrique. - d'une herse supérieure, limitant la hauteur des matières fermentescibles, et en permettant l'arrosage. Soit d'un caillebotis inferieur, en acier galvanisé ou autre. Soit d'un "panier" mobile contenant les matieres fermentescibles, chargees et déchargées à l'extérieur de la cuve. - d'un collecteur inférieur, permettant l'arrivée ou le départ des fluides. - d'un ensemble de tuyauteries destinées, d'une part à l'evacua- tion du liquide, d'autre part, à la ventilation des matières en stade aerobie. - d'une porte permettant l'introduction d'un engin de manutention. - d'une isolation thermique périphérique, en mousse synthétique ou tout autre matière isolante, permettant l'équilibre thermique du- rant la phase méthanogene anaérobie. - d'une machinerie comportant une pompe, un ventilateur, un réchauffeur et les vannes, tuyauteries et raccords necessaires. - de berceaux-supports au sol, formant isolateurs thermiques. II - Cuve de fermentation selon la revendication I, réalisée en matériau autre que le métal : béton prefabrique, précontraint ou non, bois, matière plastique rigide, matiere plastique armée, maçonnerie.