Brevet FR2461750A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne des cuves de fermentation méthanique, destinées à produire du méthane à partir de fumiers, pailles ou tout autre végétal fermentescible. Elle est particulièrement adaptée au procédé DUCELLIER-ISMAN, qui consiste à faire précéder la phase méthanogène de fermentation anaérobie, d'une phase de préfermentation aérobie, dans des fermenteurs à fonctionnement discontinu, par cuvaisons successives. Les cuves actuellement utilisées ont des formes diverses (paral lélépipédique ou cylindrique) et sont réalisées en béton armé, en métal, ou en matière plastique rigide, telle que PVC, ou polyester armé de fibre de verre. Leur chargement en matière fermentescible s'opère soit par pompage d'effluents 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 à bande ou à 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 (résistance à la corrosion, étanchéité aux liquides et aux gaz), conduisent à 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 methanique est d'autant plus grand que les volumes des fermenteurs sont plus impor tante On se trouve donc confronté à un choix entre deux solutions - Construction en usine de fermenteurs de qualité satisfaisante, mais de dimensions obligatoirement limitées, donc d'un prix de revient éleve au mètre cube. - Construction sur place de fermenteurs de grande capacité, mais d'une qualité technique discutable sur le plan de l'étanchéité et de la résistance à la corrosion. Le fermenteur objet de l'invention permet de sortir de cette alternative, en réalisant en usine une cuve de dimensions importantes, très facilement assemblée sur le lieu d'exploitation. Il permet ainsi d'allier une qualité rigoureusement contrôlée à un coût relativement faible au mètre cube utile. L'appareil objet de l'invention se compose d'une poche en matériau souple, aisément repliable pour le transport, étanche à l'eau et aux gaz, montée sur le lieu d'exploitation dans un berceau assemblable, destiné à lui donner la forme voulue (parallé lépipéde,-ou autre) et à supporter les efforts hydrostatiques engendrés par la masse contenue dans la poche. Le berceau est donc transporté aisément, en éléments démontes, jusqu'au lieu de montage. Il est assemblé par tout système de fixation, tel que boulonnage ou autre, de manière à réaliser le berceau destiné à recevoir la poche souple. Celle-ci est montée sur le berceau, et constitue un parallèlépipède à 5 faces. En effet, pour permettre l'accès de la poche à un engin de manutention tel qu'un tracteur agricole ou un élévateur à bande ou à vis, une des faces latérales du parallèlépipéde est supprimée, et remplacée par une porte. D'autres dispositifs complètent cette cuve: - Un trou d'homme dans la poche souple pour permettre la ventilation du fermenteur en phase aérobie, et après fermentation, avant la pénétration dans le fermenteur des engins de manutention. (Ventilation forcée destinée à abaisser le taux de méthane en dessous de la limite d'explosivité). - Une herse, réalisée en tubes percés de trous, permettant de maintenir à un niveau limite les matières flottantes, et assurant également l'arrosage de la matière. Cette herse se trouve en partie haute de l'appareil, et repose sur des voliges servant également de protection contre les chocs. - Un caillebotis en partie inférieure, placé sur des tubes perces de trous. Le caillebotis sert à la circulation d'un engin dans la cuve ; les tubes percés servent à l'évacuation du liquide après la phase anaérobie, et à 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 à l'extérieur, | destinée aux transports des liquides et à 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 à température constante de la masse à l'intérieur de la cuve. - Un dispositif de ventilation (air surpressé - surpresseurventilateur) assurant l'aération des matières fermentescibles pendant la phase aérobie. - Les vannes nécessaires aux diverses opérations. - Les appareils de contrôle et de régulation de température et de niveau nécessaires a la conduite des opérations de fermentation. Enfin, la réaction méthanogène anaérobie étant très faiblement exothermique, et la température devant être maintenue aussi voisine que possible de 370 durant cette réaction, une enveloppe calorifuge entoure totalement la cuve, porte comprise. La partie inférieure de la cuve repose sur un socle en matériau isolant capable de supporter la charge du fermenteur : polyuréthane, par exemple. Nous décrivons ci-dessous une réalisation étudiée dans le détail en mentionnant les différentes variantes possibles. C'est la cuve représentée à la planche I. Un berceau est réalisé par l'assemblage sur place de cadres en profilés métalliques I, fabriqués en usine. Ces cadres sont revêtus intérieurement dtun contre-plaqué 2 qualité "extérieur" collé sur les montants du cadre par une colle polymerisante. L'ensemble des parties métalliques est protégé par galvanisation à chaud, ou peinture au zinc. Ce berceau étant monté, la poche étanche souple est appliquée sur ses parois, et maintenue par des oreilles de fixation. Cette poche 3 peut être réalisée en caoutchouc naturel ou synthétique ouproduit plastique similaire, enduit. Elle-est totalement hermétique, réalisée en usine suivant la technique bien connue des embarcations gonflables. Les détails 4 & 5 de la planche n0 III montrent comment sont réalisées, dans cette enceinte hermétique, la pose de la herse su périeure 4, et l'étanchéité de la porte 5. La porte 7 s'ouvre vers l'avant, autour d'un axe horizontal à sa base ; une fois ouverte, elle constitue un tremplin d'entrée. Elle est constituée d'un cadre en tubes carrés, recouverts d'une tôle lisse servant d'appui au joint d'étanchéité; deux tôles striées permettent d'éviter tout dérapage sur la porte ouverte. Elle est calculée pour supporter le-poids d'un tracteur agricole. La fermeture et l'ouverture de la porte sont commandées par une vis sans. fin et un système d'écrous 8 à filets trapézordaux, manoeuvrables à l'aide d'un vilebrequin. Son blocage s'effectue naturellement, en fin de course. Le serrage sur le joint, pour le rendre étanche, est obtenu par une série de vis imperdables, manoeuvrées avec les mêmes outils que la vis d'approche. La herse est constituée d'un collecteur central en tube carré, longitudinal, et de tubes carrés transversaux de plus petite section 4 percés pour l'arrosage. Le caillebotis 9, du commerce, en acier galvanisé repose sur les 2 collecteurs longitudinaux IO placés en sol, et sur les cales latérales en bois II. Pour la protection de l'enveloppe souple contre les chocs éventuels au cours des chargements et déchargements, des voliges en sapin I2 sont placées horizontalement contre les parois latérales, jusqu'à hauteur de herse. Elles sont reliées entre elles par des voliges verticales appliquées contre le revêtement souple, et supportant la herse. I La machiner I3 est placée dans une enceinte isolée thermiquement à l'arrière du fermenteur. (planche NO II) Elle comprend les organe s nécessaires à la circulation des divers fluides - I pompe de circulation 16 - I ventilateur de soufflage 17 - I système de réchauffage I8 - des vannes d'isolement 19 L'isolation I4 est assurée par une forte épaisseur de polyuré thane (épaisseur en fonction du climat de la région) sur toutes les faces, porte comprise. L'isolation est fixée de manière définitive, par collage, par exemple. t'ensemble est recouvert de terre sur les 3 faces latérales, de façon à l'isoler au mieux de l'environnement extérieur. La porte est placée dans la meilleure orientation possible, à l'abri des vents (au Sud, en principe dans nos renions). Un trou d'homme I5 permet une mise à l'air libre, ou une venti lation forcée avant que l'on ne pénétre dans la cuve, en fin de cycle. L'appareil objet de l'invention permet une fabrication industrielle en grande série de fermenteurs de grandes dimensions destinés L'équipement d'exploitations agricoles de toute importance. Sa conception modulaire autorise la réalisation de cuves de différentes longueurs, à partir de cadres standards, par assemblage d'un nombre adéquat de ces cadres entre eux. Son faible prix de revient, son étanchéité parfaite, sa très bonne tenue à la corrosion, son transport et son montage aisés, permettront sa grande diffusion. Il put également être employé, 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 compres sion du gaz dans des bouteilles, de façon à l'utiliser comme car burant pour les moteurs à explosion (tracteurs, voitures, camion nettes, etc REVENDICATIONS I - Cuve de fermentation méthanique à partir de végétaux divers, caractérisée parle fait qu'elle se compose -d'un berceau rigide métallique assemblé sur place. - de panneaux rigides en matériau imputrescible tel que contreplaqué. alité "Extérieur. - d'une poche souple étanche à l'eau et au gaz fabriquée en usine réalisée en matériau souple enduit, tel que caoutchouc naturel ou artificiel, ou un plastique approprié. - d'une herse supérieure, limitant la hauteur des matières fermentescibles, et permettant l'arrosage. - d'un caillebotis inférieur, en acier galvanisé ou autre. - d'un ensemble de tuyauteries inférieures destinées, d'une part à l'évacuation du liquide, d'autre part, à la ventilation des matières en stade aérobie. -d'une porte abattante permettant l'introduction d'un engin de manutention. - d'une isolation thermique périphérique, en polyuréthane mousse, ou tout autre matière isolante, permettant l'équilibre thermique durant la phase méthanogène anaérobie. - d'une machinerie comportant une pompe, un ventilateur, un réchauffeur et les vannes, tuyauteries et raccords nécessaires. II - Cuve de fermentation selon la revendication I, caractérisée par le fait que les cadres constituant le berceau sont réalisés en matériau autre que le métal : béton préfabriqué, (précontraint ou non) bois, matière plastique rigide, maçonnerie.