Brevet FR2475524A1 — publié le 19810814

La présente invention est relative aux installations pour la production de biogaz ou gaz méthane par la dégradation bactérienne ou digestion anaérobie de matières organiques. Le grand intéret que présente la digestion anaérobie pour produire du gaz combustible directement utilisable et, accessoirement, des fertilisants naturels de haute valeur à partir de déchets organiques, tout en supprimant la pollution que ceux-cioccasionnent,n'est plus à démontrer. De nombreuses installations ou digesteurs mettant en oeuvre ce processus biochimique ont été réalisées mais donnent jusqu'à présent des résultats trop moyens pour que le problème ne se pose pas sérieusement de chercher à les améliorer, notamment par la recherche du maintien d'une température optimale dans la masse en traitement pour obtenir une digestion contrôlée, homogène, régulière et aussi complète que possible. Dans un premier type d'inçtallations, les digesteurs dits en discon- tinu, on charge et décharge ou déplace une série de réservoirs séparés, le degré de digestion de la matière qu'ils contiennent variant d'un ré- servoir au suivant. Ceci nécessite d'importants travaux de manutention et présente en outre l'inconvénient que la digestion n'est pas régulière du fait du développement non uniforme des bactéries et de la difficulté d'obtenir une température stable et homogène dans la masse de matière de chaque réservoir. De plus, pour des questions de rentabilité, le premier réservoir, c'est-à-dire celui où la digestion est la plus avancée, est en général retiré du circuit de production avant que la digestion soit achevée, pour etre rechargé et recommencer un cycle.Les effluents qui en sont évacués n'ont donc pas fourni tout le gaz qu'ils renfermaient potentiellement et par suite présentent encore un degré de pollution non négli ge båns un autre type de digesteurs dits en continu, on utilise de très hautes citernes cylindriques verticales -ce qui est extrêmement inesthétique - chargées régulièrement en matière fratche. Ce genre de réalisation est des plus onéreux et présente en outre le grave inconvénient qu'une partie des matières fraîches se mélange toujours de fanon incon trôlable avec les matières ayant atteint un degré de digestion avancé et donc qu'à la sortie du digesteur, les effluents contiennent une proportion notable de matière non traitée.De ce fait on exploite très insuffisamment le processus de digestion qu'on ne parvient pas à maîtriser et on rejette des effluents polluants. Dans les digesteurs dits en lagune,qui à certains égards peuvent être considérés comme un progrès, on ne parvient pas davantage à mai triser la digestion qui se poursuit souvent de façon irrégulière et non homogène. Par ailleurs la lagune est fermée par une bâche qui la recouvre et destinée à emprisonner le gaz produit, et du fait des grandes surfaces lagunaires en jeu l'étanchéité en reste tout à fait douteuse. La présente invention a pour but de surmonter les difficultés ou inconvénients qui viennent d'être évoqués en proposant une installation de digesteur en continu se présentant sous la forme d'un couloir de section relativement faible par rapport à sa grande longueur et où se produit un effet de canal, les matières progressantsrégulièrement au fur et à mesure de leur digestion jusqu'à l'extrémité aval où elles arrivent complètement digérées ou selon le degré de digestion souhaité, ce degré étant uniforme dans la masse, aucune matière fraîche ne se trouvant mélée à de la matière digérée. Dans les digesteurs en discontinu à réservoirs, il se produit pendant les premiers jours suivant le chargement en matière fraiche un dégagement de gaz carbonique avant que la production de méthane commence. De même si l'on introduit des matières fraîches dans un digesteur en continu, par exemple avec approvisionnement journalier, on aura à la fois ce dégagement de gaz carbonique et un dégage#ment de méthane car on aura au bout de quelques jours dans le digesteur des matières à tous les stades de dégradation. Il est donc intéressant de faire subir à la matière franche la première phase de digestion qui ne fournit que du gaz carbonique, avant de l'introduire dans le couloir de digestion.Dans ce but et également pour garantir une alimentation continue du couloir de digestion, l'invention propose en outrè une fosse de prédigestion aérobie et anaérobie de sorte que le couloir ne sot alimenté qu'en matière prête à la production immédiate de méthane. Pour ltintelligence de la description de l'invention qui suit, on se référera aux dessins parmi lesquels - la figure 1 montre en coupe schématique une fosse de prédigestion située en amont du couloir de digestion, - la figure 2 illustre la disposition de pompes de recyclage placées le long du couloir de digestion, - la figure 3 montre en coupe et perspective partielle la constitution d'un couloir de digestion selon l'invention et adapté aux pays froids et tempérés, - la figure 4 est un schéma illustrant un second mode de réalisation de couloir de digestion adapté aux pays chauds. Bien que l'essentiel de l'installation selon l'invention soit le couloir de digestion, pour répondre à un souci de logique, la fosse de prédigestion intervenant en amont dans le processus de dégradation, et alimentant le couloir, va être décrite en premier. La fosse de prédigestion 1 représentée à la figure 1 est avantageusement enterrée, de forme tronconique outronc-pyramidale donc à parois inclinées 5 convergeant vers le bas. Elle reste entièrement à l'air libre à sa partie supérieure par laquelle elle est alimentée en matières organiques fratches, par exemple au moyen d'une channe à fumier ou convoyeur à tapis roulant 2 qui déverse ces matières dans un broyeur à trémie 3 placé au-dessus de la fosse 1. Ce broyeur 3 est nécessaire chaque fois que des produits solides doivent être réduits pour être rendus pompables, le cas échéant avec adjonction d'eau. Par simple gravité les matières tombent dans la fosse 1 où elles forment des stratifications successives 4 qui progressent peu à peu vers le fond, canalisées par les parois inclinées 5.Un générateur de chaleur 8 par exemple un simple échangeur, est disposé au fond de la fosse 1, de même que l'organe de captage d'un système de pompe 6 qui évacue la matière du fond de la fosse 1 pour alimenter l'extrémité amont d'un couloir de digestion 7 décrit plus loin en détail. On voit que la fosse 1 sert d'abord de stockage aux matières fratches à traiter, ce qui en permet l'introduction régulière dans le couloir de digestion 7. Elle sert d'autre part à soumettre les matières fratches à une phase de prédigestion d'abord aérobie au voisinage de la surface libre puis peu à peu anaérobie au fur et à mesure de la progression des couches 4 vers le fond de la fosse 1. Pendant cette phase se produit essentiellement un dégagement de gaz carbonique qui s'échappe par la surface libre dans l'atmosphère et le degré de prédigestion augmente régulièrement de la surface libre vers le fond. Ainsi, lorsque les matières prédigérées sont évacuées par le système de pompe 6 et injectées dans le couloir 7, la phase de production de gaz carbonique cesse d'être prépondérante au profit de celle de production de méthane. On obtiendra donc dans le couloir de digestion 7 un gaz dont la concentration en méthane sera nettement supérieure à celle qu'on obtiendrait sans phase de prédigestion. La phase de prédigestion dont il vient d'être question peut être réglée quant à sa durée et au degré de dégradation en jouant essentiellement sur la profondeur et le volume de la fosse 1 pour obtenir un séjour en transit plus ou moins long, et sur la distribution de la température dans la masse en réglant le flux de chaleur fourni par l'échangeur 8. La digestion proprement dite va selon l'invention avoir lieu dans une fosse en forme de couloir 7 alimentée par le système de pompe 6, ou le cas échéant par simple gravité,à son extrémité amont en matière prédigérée, celle-ci s'écoulant lentement de façon continue,comme figuré par les flèches 9,vers l'extrémité aval et voyant son 'degré de digestion augmenter en fonction de la distance parcourue. A l'entré mité aval, la matière digérée est évacuée selon tout moyen approprié et les effluents qui sont d'excellents fertilisants 'peuvent être récupérés. L'effet de canal favorisant une dégradation progressive et contrôlable est obtenu en donnant au couloir 7 une section relativement faible par rapport à sa longueur qui peut ertre importante.De préférence le couloir 7 sera constitué par un boyau étanche en matériau plastique 16 (figure 3), 24(figure 4) sur lequel sont soudés de façon connue des manchons nécessaires au raccordement de l'alimentation, de l'évacuation et de pompes de recyclage 10 représentées schématiquement à la figure 2. Pour obtenir des conditions de digestion optimales et mieux maitrisables, notamment une température aussi uniforme que possible dans la masse en mouvement 11 ces pompes de recyclage 10 sont disposées de place en place, autant que possible à intervalles réguliers le long du couloir 7. Elles pompent la matière il au voisinage de la surface de l'écoulement où la température est la plus élevée et la réinjectent vers le fond et en amont, c'est-à-dire contre le courant général.On obtient ainsi un brassage efficace et évite en même temps la formation des croûtes de surface qui posent tant de problèmes dans de nombreuses installations connues. Ces pompes 10 permettent également d'influer sur la durée de transit de la matière 11 dans le couloir 7. La figure 3 illustre un mode de réalisation pratique du couloir 7 particulièrement bien adapté aux pays froids et- tempérés. Sur un élément tubulaire 13 servant d'assise, de liaison et de drain pour éliminer les eaux de ruissellement qui pourraient refroidir la matière en tours de traitement, sont soudés de part et d'autre des profiles métalliques verticaux 12, par exemple des fers en U ou en I. En partie haute les profilés 12 sont reliés par des tirants transversaux 14 de manière à constituer une ossature rigide en forme de cage. Sur les profilés 12 sont rapportés des panneaux 15, de préférence en bois pour former les parois verticales du couloir 7. Ce montage peut être réalisé par emboîtage et encoches dans les angles pour obtenir une bonne liaison mécanique entre les divers éléments.A l'intérieur de cette construction et s'appuyant contre ses parois, est placé le boyau étanche 16 mentionné plus haut, réalisé en plastique ou autre matériau approprié. Ce boyau 16 abrite l'écoulement de matière 11 et en partie haute du gaz produit par la digestion. Sous le boyau 16 est disposé un réseau de chauffage 17 qui permet de régler la température dans la masse 11. Le couloir 7 est de préférence orienté est-ouest de sorte qu'il présente une de ses grandes parois au sud, celle-ci restant au moins partiellement dégagée du sol, les autres pouvant être enterrées. A cette paroi sud est associé un dispositif de capteurs solaires 18 délimitant avec la paroi sud un espace libre servant de local technique 19 à lins- tallation. Ce local technique 19 reçoit les organes de pilotage tels que les pompes, régulations, minuteries, groupes électrogènes, chaudières etc... qui se trouveront ainsi à l'abri du gel et autres intempéries. Le local technique 19 participe en outre au réchauffement et à l'isolation thermique du couloir 7. Le réseau de chauffage 17 est avantageusement couplé aux capteurs solaires 18, il peut être également alimenté par la chaleur récupérée dans le refroidissement de moteurs ou d'effluents ou engendrée par la combustion d'une partie du gaz produit. La qualité de l'isolation thermique du couloir 7 est un point important pour en obtenir un fonctionnement aussi proche que possible de ltoptimum. Aussi est-il particulièrement avantageux de le surmonter d'un gazomètre 20 sous la forme d'un boyau de matériau plastique souple maintenu par exemple, comme représenté, au moyen de deux boudins longitudinaux remplis d'eau. La communication avec l'intérieur du boyau 16 neut aisément être réalisée par un conduit 21. L'isolation peut être complétée par des panneaux isolants 22 disposés entre le couloir 7 et le gazomètre 20 et sur les parois verticales sauf au sud du couloir 7. La figure 4 illustre très schématiquement un second mode de réalisation d'un couloir de digestion 23 particulièrement simple et bien adapté aux conditions des pays chauds. Le principe de fonctionnement est le même que dans le cas précédent mais son originalité réside dans le fait qu'il est entièrement constitué de plastique souple ce qui le met à un prix de revient extremement bas et autorise des réalisations sur de très grandes longueurs. Le dispositif se compose essentiellement de deux boyaux souples intérieur 24 et extérieur 25 placés l'un dans l'autre et soudés de façon étanche à chaque extrémité. Le boyau intérieur 24 qui sert à canaliser les matières en digestion est plus résistant que le boyau extérieur 25 qui sert de gazomètre.Ce dernier peut être transparent pour réaliser avec le boyau intérieur 24 un dispositif à effet de serre en même temps qu'une isolation thermique. Des soupapes ou micro perforatiOns 26 permettent au gaz produit dans le boyau intérieur 24 et remplissant celui-ci au-dessus de la surface libre de la masse en digestion, de passer dans le boyau extérieur 25. Au demeurant ce couloir de digestion 23 peut être équipé des mêmes accessoires que le précédent : manchons d'entrée et sortie, pompes de recyclage notamment Dans une variante le boyau gazomètre 25 peut être soudé longitudinalement sur le premier 24, celui-ci n'étant alors que partiellement enfer me. Par ailleurs on pourra favoriser un bon écoulement si l'on met à profit une légère déclivité du terrain. Il est clair que selon le terrain, et les conditions climatiques particulières, certaines modifications peuvent être apportées aux réalisations qui viennent d'être décrites sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Installation du type digesteur pour ltobtention de gaz méthane à partir de matières organiques, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une fosse de digestion anaérobie en forme de couloir(7) alimentée(6) à son extrémité amont en matière organique à digérer, celleci s'écoulant de façon continue(9) dans le couloir(7) pendant que se poursuit sa digestion, jusqu'à l'extrémité aval du couloir d'où elle est évacuée. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que de place en place le long du couloir (7) sont disposées des pompes de recyclage(10) captant la matière(11) au voisinage de sa surface libre et la réinjectant au voisinage du fond et en amont du point de captage. 3. Installation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que le couloir est constitué par un boyau étanche en matériau plastique(16,24) sur lequel sont soudés des manchons pour le raccordement à l'alimentation et ltévacuation de matière et le cas échéant de pompes(10). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le boyau(16) est enfermé dans une cage formée par une ossature métallique(12,14) montée sur un conduit inférieur(13) servant de drain et sur laquelle sont rapportés des panneaux(15) constituant les parois verticales du couloir (7). 5. Installation selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisée par le fait qu'en dessous du boyau (16) est disposé un réseau de chauffage(17) pour commander la température au sein de la masse de matière organique. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le couloir(7) est autant que possible orienté est-ouest, sa face sud restant au moins partiellement dégagée du sol et servant de support à un dispositif de capteurs solaires(18) en liaison avec le réseau de chauffage(17). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ltespace restant libre entre la face sud du couloir et le dispositif de capteurs solaires(18) sert de local technique(19) pour les organes de pilotage de l'installation, tels que pompes, minuteries et régulations. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'au-dessus du couloir(7) est disposé un gazomètre(20) en matériau plastique souple communiquant par des conduits(21) avec l'espace restant libre au-dessus de la surface de la matière organique. 9. Installation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le boyau étanche(24) est souple et est enfermé au moins à sa partie supérieure dans un second boyau(25) en plastique plus souple que le premier en formant gazomètre et avec lequel il communique par des soupapes ou des microperforation(26). 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le second boyau(25) formant gazomètre est transparent. 11. Installation selon l'une quelconque revendication 1 à 10, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre une fosse de prédi gestion(1) ouverte à l'air libre à sa partie supérieure et par laquelle elle est alimentée(23) en matière organique à traiter, la matière prédigérée étant évacuée par le bas(6) pour alimenter la fosse de digestion (7) à son extrémité amont. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait qu'au voisinage du fond de la fosse de p#édigestion(1) est disposé un générateur de chaleur(8) permettant de maîtriser le processus de prédi gestion.