Brevet FR2488983A1 — publié le 19820226

L'invention concerne un dispositif pour capter la chaleur degagee par la décomposition microbienne de substances organiques dans un réacteur de putréfaction ou digesteur. L'utilisation de déchets organiques est particulièfe- ment souhaitable dans le sens du maintien du cycle naturel des matières. La spécialisation croissante des exploitations agricoles a cependant fait que les résidus de récolte ou déchets agricoles dans le monde entier sont devenus un problème de plus en plus envahissant parce que les exploitations sont le plus souvent axées unilatéralement soit sur l'agriculture soit sur l'élevage, de sorte que les déchets agricoles ou les déjections animales ne sont plus utilisables dans la même exploitation. Les déchets organiques dont il est question ici sont en particulier le fumier, la paille de céréale et de mais, le marc de raisin, la paille de riz et, dans les tropiques, les pelures de cacao et de café par exemple.Ces substances, indiquées ici sans ordre d'importance, sont actuellement brûlées simplement en beaucoup de cas parce qu'il n'y a pas d'autres moyens de les utiliser ou de sten débarrasser sans créer une pollution encore plus grande de l'environnement. La décomposition ou digestion microbienne permet au contraire une mise en valeur de ces substances. Il est souhaitable à cet égard, en raison du grand volume lié à la faible densité, de traiter les substances à leur lieu d'utilisation. La réaction désirée terminée, il faut éliminer les résidus. L'invention vise à apporter une solution à l'ensemble de ce problème, On sait que l'activité physiologique microbienne de micro-organismes particuliers permet de produire des substances chimiques telles que le méthane, des antibiotiques et certains acides organiques. A cet effet, les micro-organismes sont maintenus dans des récipients, sur des substrats nourriciers ou dans des bouillons de culture, et sous des conditions optimales d'apport d'oxygène, de température et d'humidité. Avec les processus discontinus, il faut enlever les déchets ou les résidus après la fin de la réaction. Outre les substances chimiques de base désirées, il se dégage le plus souvent aussi du O, t une quantité considérable de chaleur. La multiplication des micro-organismes permet aussi de produire des protéines de valeur. La majeure partie des substances organiques est conservée lors de leur décomposition. Comme elle est enrichie le plus souvent de protéines de valeur et comme la substance organique est à l'état désintégré, les résidus constituent des produits d'amélioration du sol précieux. La transformation des déchets agricoles est donc particulièrement intéressante lorsque, dans des conditions économiquement avantageuses, tous les produits qui en découlent peuvent être obtenus au lieu meme de leur utilisation, sans autres problèmes de transport, et lorsque les résidus peuvent également être enlevés et amenés sans grands problèmes 9 leur point d'utilisation. L'invention vise à créer un dispositif du type indiqué au début, dans lequel les substances organiques peuvent etre soumises a une préparation microbienne à tout endroit désiré et d'où les matières chimiques, les gaz et la chaleur ainsi produits peuvent être evacués et utilisés directement au lieu d'utilisation. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le digesteur est un récipient isole transportable en entier, qui peut être pose librement, est également transportable pendant le fonctionnement et est équipé organes de raccordement rapidement détachables et accouplables pour relier le récipient à l'objet a chauffer ou a son circuit de chauffage. Selon un mode de réalisation avantageuxss le récipient a la taille d'un container pour transports maritimes et est pourvu d'organes de transport tels que de rails de transport sur le côte inférieur. Le récipient peut ainsi être transporté par des camions ordinaires. Le récipient peut être isolé contre le rayonnement de chaleur vers l'extérieur gt être équipé d'organes pour régler l'apport d'air, la température et les conditions de putrétaction à l'intérieur. La putréfaction dans le récipient, donc aussi le dégagement de chaleur, peuvent ainsi être contrôles et adaptés au desirs de l'utilisateur. Le récipient peut contenir en outre un nu plusieurs échangeurs de chaleur en contact direct avec la matière en putréfac- tion ou avec l'air chautfé par le processus se dé > .oulant dans le récipient. On peut tans ce cas faire circuler par ces échangeurs à a travers des conduites rapidement débranchables, ie ie caLo- porteur du circuit de chauffage de l'objet à chauffer. Il est également avantageux d'aspirer l'air chauffé hors du récipient et de l'amender par des conduits de raccordement rapidement débranchables au circuit de chauffage de l'objet a chauffer. Cette aspiration de l'air chaud du récipient permet de retirer la chaleur résiduelle du récipient car une quantité considerable de chaleur est encore emmagasinée dans celui-ci après la fin de la réaction de putréfaction exothermique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation non limitatifs, ainsi-que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe verticale schématique de deux dispositifs selon un premier exemple de réalisation de l'invention la figure 2 est une coupe verticale d'un dispositif selon un autre exemple de réalisation de l'invention, d'une taille nettement plus grande que les dispositifs du premier exemple ; la figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne III-III de la figure 2 ; la figure 4 est une vue en perspective et a plus grande échelle d'un fragment du convoyeur a raclettes du dispositif de la figure 2 ;; et la figure 5 est une vue en perspective et a plus grande échelle d'une partie d'angle en bas du dispositif de la figure 2. La figure 1 représente deux dispositifs identiques comprenant chacun un réacteur de putréfaction ou digesteur. Chaque digesteur est réalisé sous forme d'un petit récipient 1 qui est transportable en entier et peut être utilisé notamment dans le domaine de la culture de plantes. Chaque récipient 1 est composé de panneaux thermiquement isolants, de préférence en mousse dure. Le récipient 1 est rempli de substances organiques 2 a décomposer ; comme représenté, il est possible de charger les substances organiques 2 dans le récipient 1 dans des sacs 3 perméables à l'air. La partie inférieure du récipient 1 contient des dispositifs d'aération 4, pouvant être formes d'un fond perforé ou de tuyaux de drainage. L'air extérieur peut péné- trer par une ouverture 5.Sur le dessus ouvert de chaque récipient 1 est posé un bac à plantes 6 rempli de terre 7. Le bac 6 présente des fentes 8 pour l'aération. A la décomposition des substances organiques 2 dans les récipients 1, il est produit de la chialeur, laquelle est utilisée pour chauffer les bacs plantés 6 et favoriser la croissance des plantes. Chacun des deux dispositifs de figure 1 constitue en fait une combinaison de ce que l'on appelle une couche en agriculture et d'un'récipient transportable 1 pour la production de chaleur. Les figures 2 à 5 représentent un exemple de réalisation sous forme d'un réacteur de putréfaction ou digesteur constitué par un grand récipient 9 transportable en entier et ayant les åimen- sions d'un container pour transports maritimes ayant une hauteur de 2,30 m, une largeur de 2,30 m et une longueur de 6 ou 12 m par exemple. Suivant la puissance demandée, le récipient peut varier dans ses dimensions et dans ses équipements. Le récipient porte à l'intérieur ou l'extérieur tous les équipements nécessaires pour contrôler la putréfaction, c'est-à- dire pour llapport et l'évacuation d'air et le réglage de la tempera- ture notamment, de même qu'un échangeur de chaleur au moins et un dispositif de retournement. Le récipient fermé 9 possède tout autour des parois 11 thermiquement isolantes, comprenant sur un petit côté une porte 10 pour le chargement de substances organiques 2 et pour la vidange. Les substances organiques 2 sont chargées en vrac dans le récipient 9 celui-ci présente en bas un fond perforé recouvrant, en tant que dispositif d'aération, un conduit d'aération 13. Sur ce conduit est branché un tuyau perforé d'amenéé d'air 14 (figure 5), dont une partie de branchement 15 porte un raccord rapide. Pour la transmission de la chaleur, le digesteur de cet exemple contient un échangeur de chaleur 16 (figures 2 et 3) qui est composé de plaques et dans lequel on peut faire circuler un caloporteur d'un système de chauffage extérieur relié par des raccords rapides a une sortie chaude 17 et une entre froide 18 de l'échangeur de chaleur du digesteur. L'air peut sortir du récipient 9 par un raccordement 19. Les raccords rapides nécessaires au branchement des differentes canalisations sont désignes par 20. Pour retourner les substances organiques 2, le recipient 9 contient un convoyeur 22, avantageusement un convoyeur chaînes, qui circule sur des poulies de renvoi 21 et porte à intervalles déterminés des éléments d'entraînement transversaux ou raclettes 23 orientés dans le sens de la largeur du récipient 9 (figures 2, 3 et 4). Au lieu d'un tel convoyeur ou fond à raclettes 22, 23, il est possible aussi d'utiliser des vis, notamment dans le cas d'une autre conformation du récipient. Celui-ci présente en haut des crochets 24 pour son transport. Le récipient 9, avantageusement isolé tout autour d'une mousse de matière plastique thermiquement isolante pour éviter les déperditions de chaleur par radiation, porte toutes les extrémités de conduites à raccorder à l'extérieur, de sorte qu'il peut rapidement être débranché de l'objet a chauffer ou de son circuit de chauffage pendant la période de chauffage. Le fond du récipient est avantageusement incliné vers un côté, de sorte que les sèves susceptibles de s'écouler du chargement peuvent être recueillies puis rechargées en haut des substances organiques 2. Ces dernières sont additionnées en outre de matières nourricières et de substances favorisant la putréfaction ; le récipient peut également être chargé avec des substances organiques déjà en cours de pourrissement. Le laps de temps jusqu'à la réutilisation du récipient peut ainsi être raccourci parce que de la chaleur peut être retirée immédiatement du chargement. Le récipient peut être transporte par des camions ordinaires, pouvant être déchargés directement a l'endroit désiré par des appareils à poser appropriés. Le récipient peut etre incorporé dans des systèmes de chauffage de maisons privées, immeubles ou autres constructionsutilisés pour le commerce, l'industrie ou l'agriculture par exemple. La réaction de putréfaction exothermique terminée, le récipient est débranché du système de chauffage et remplacé au besoin par un récipient neuf.Le véhicule de transport qui apporte le récipient 9 peut ramener directement le récipient usé à la station de remplissage en vue de son rechargement avec des substances organiques. Comme une quantité considérable de chaleur est encore emmagasinée dans le récipient après la fin de la réaction de putré faction exothermique, il est avantageux d'aspirer l'air chaud du récipient pour en extraire la chaleur résiduelle et sécher en même temps son chargement. Le. matériau seché peut ensuite être utilisé comme produit d'amélioration du sol de grande valeur. Exemple 1 On sait que la chaleur dégagée pendant la putréfaction de substances organiques peut être utilisée à des fins de chauffage. Une telle utilisation pose cependant les problèmes suivants - la densité énergétique du matériau en cours de putréfactìon est très faible si le matériau a été chargé en vrac, de sorte-que le rende ment thermique par unité de volume est également faible ; - pour la même raison, le transport de ces matériaux de faible poids volumique est très coûteux. Pour ce qui concerne ces problèmes, le récipient des figures 2 à 5 constitue également une solution avantageuse. Le récipient 9 des figures 2 à 5, ayant par exemple 3 une contenance de 30 m et les dimensions d'un container maritime courant, contient des plaques d'échangeur de chaleur 16 disposées verticalement et en contact direct avec la matière 2 en cours de pourrissement. Grâce a un-recyclage approprié de l'air. dans le récipient 9, par le fond perforé en bas et par l'échangeur de chaleur, on ajuste l'air circulant à l'intérieur à la température et à la teneur en eau et en oxygène optimales. On charge le récipient avec un matériau organique préparé en conséquence, de la paille hachée par exemple. Si le récipient possède la contenance indiquée, on peut charger à peu près 3 tonnes de paille hachée, c'est-à-dire beaucoup plus que si la paille était chargée en vrac sur un tas. Après humidification et, éventuellement, inoculation avec des solutions nourricières et des bouillons de culture particuliers, le pourrissement dans le récipient fermé commence. On amène le récipient par un véhicule de transport approprié à l'objet à chauffer où on le branche au conduites d'alimentation et au circuit de chauffage de l'objet à chauffer. Les dimensions du récipient et la quantité de matériau en cours de putréfaction ayant été adaptées aux besoins de chauffage de objet a chauffer ces besoins peuvent être couverts par le rèci- pient seul. Dans cet exemple d'utilisation d'un récipient d'une conte 3 nance de 30 m , il est possible de chauffer, par exemple, une maison 9 unitamiliale d'une surface d'environ 150 m. Un important avantage est que la récipient, en raison de sa construction, son isolation thermique et son contenu relativement grand de matériau emmagasinant de la chaleur, peut être adjoint à un système de chauffage entièrement automatique. Le récipient représente en soi un système nouveau d'accumulation et de production de chaleur, d'où peut être prélevée chaque fois la quantité de chaleur nécessaire et qui peut être remplacé, à la fin de la réaction de décomposition exothermique, sans que cela demande une longue interruption du chauffage, par un récipient neuf, c'est-à-dire un récipient qui vient d'être rechargé. Exemple 2 Cet exemple concerne l'épuration de déchets présentant des risques de contagion. Le fumier ou le lisier produit dans les exploitations agricoles représente souvent une pollution considérable de 1 'environ- nement. L'invention permet d'y remédier. On amène le récipient transportable selon l'invention par un camion ordinaire équipé d'un appareil à poser à l'endroit désiré et on le charge avec les déchets à transformer. S'il s'agit de fumier, le chargement du-récipient peut être effectué simplement par des grappins habituels. Après chargement, on ferme le récipient. On peut alors l'utiliser ensuite directement au même endroit ou à tout autre endroit désiré. La gêne par les odeurs est supprimée. Le processus microbien peut être mis en route par l'apport d'air et le chargement peut être amené rapidement à l'état de putréfaction et à l'état épuré. Le réglage de l'apport d'air peut être effectué de manière que la quantité d'air s'échappant à l'extérieur et représentant une gêne par les odeurs soit minimale, la gêne å prévoir étant de toute manière faible puisque le processus se déroule dans des conditions aérobies et sous des températures élevées. L'interposition ou l'incorporation d'échangeurs de chaleur permet dans ce cas également de capter l'importante quantité de chaleur dégagée. Cette chaleur peut être utilisée pour chauffer la maison d'habitation ou l'étable ou pour sécher certaines récoltes. La réaction exothermique finie, le récipient peut être débranché des canalisations d'alimentation et le matériau décomposé dans le récipient peut être amené à l'endroit désiré, de nouveau sans gêne par de mauvaises odeurs. Exemple 3 Cet exemple concerne la transformation de paille en aliments pour le bétail. On sait que certains micro-organismes sont capables de transformer des matières plus facilement décomposables de déchets organiques et de produire ainsi des protéines de valeur. Ce processus ne se déroule de façon optimale qu'avec réglage de l'apport d'air et sous certaines températures. Pour etablir un tel processus dans un récipient selon l'invention, on introduit un déchet adéquat dans le récipient, on y insuffle de la paille hachée par exemple, en ajoutant en même temps, si nécessaire, certaines matières de traitement. On ferme le récipient, on l'amine au lieu d'utilisation, c' est-à-dire a l'étable, où on le branche aux arrivées d'énergíe et d'air nécessaires et où peut se dérouler ensuite de façon contrôlée le processus désiré. La réaction finie, le récipient peut être vidangé et la paille traitée peut être utilisée pour l'alimentation du bétail. il n'est donc plus nécessaire que l'utilisateur de la paille ainsi préparée achète spécialement les équipements prévus pour cette préparation. Les dispositifs de stockage nécessaires pour la paille ainsi préparée sont également supprimés. Exemple 4 Cet exemple concerne la production d'un adjuvant d'aliments pour le bétail à partir de résidus de récolte, en particulier de paille de céréale. On sait que les résidus de récolte et les déchets agricoles en général peuvent être transformés par décomposition binlogique en aliments de valeur pour le bétail. Une telle transformation pose cependant plusieurs problèmes - la décomposition est trop lente parce que la population de micro organismes est insuffisante - les processus microbiologiques conduisent souvent à abîmer l'aliment par suite de fermentations ratées - la décomposition s'effectue d'une manière qui n'est pas adaptée chronologiquement à la consommation de l'aliment - une grande partie de l'aliment préparé doit être jetée, quand le stockage et la préparation s'effectuent à l'extérieur, en raison de doutesquant à son état hygiénique. Le procédé selon l'invention élimine ces inconvénients. En cas de transformation de déchets agricoles en aliments pour le bétail par un processus se déroulant au repos dans une enceinte ferme comme l'est un récipient selon l'invention, la putréfaction peut être contrôlez en ce sens qu'elle peut être adaptée quantitativement, chronologiquement et dans son intensité aux désirs de l'utilisateur. Par le réglage ou la coupure de l'apport d'air, on peut produire une décomposition plus ou moins rapide. Comme le processus se déroule dans un récipient fermé, les matières décomposées présentent également la pureté nécessaire. Toutes les sortes de résidus de récolte, notamment le sisal, le foin, la paille de riz et les déchets de broyage, peuvent être préparées de la maniere indiquée et des traitements chimiques ou physiques particuliers tels que ceux normalement nécessaires pour le traitement connu de la paille par la soude caustique ou l'ammoniaque ne sont pas nécessaires. Exemple 5 On sait que, dans la culture de plantes décoratives et de plantes utiles sous verre, un gazage au C02 favorise considérablement la croissance. Un tel gazage doit être effectué à des stades de croissance déterminés. Cela est très facilement réalisable avec le récipient transportable selon l'invention. On sait que les micro-organismes forment du C02 en excès dans tous les processus de pourrissement aérobie. Un récipient rempli avec des déchets organiques préparés peut donc être amené à l'exploitation et y être branché directement sur les serres pour le gazage. Dans les mois d'hiver, la chaleur dégagée par le processus peut être utilisée en outre pour chauffer les serres. Un autre avantage est que les résidus de la réaction peuvent être utilisés dans la plupart des cas directement comme humus dans l'exploitation. Une particularité très importante du dispositif selon l'invention est que le récipient ferme - à peu près de façon étanche au gaz - est transportable en entier et est relié uniquement par des raccords rapides aux systèmes d'alimentation d'eau, d'air, d'énergie et ainsi de suite. Pour contrôler les processus de putréfaction, le récipient interchangeable contient en outre des dispositifs permettant de retourner le matériau dans le récipient, afin d'éviter des processus de pourrissement anaérobie Il peut s'agir de vis installées verticalement dans Le récipient ou de convoyeurs ou fonds à raclettes. I1 est préférable que le matériau circule de haut en bas. Pour contrôler les processus de putréfaction, le ré ci- pient contient en outre des dispositifs d'aération, comprenant de préférence un canal à air (conduit d'écoulement des sèves) en bas. Un tel canal à air peut être formé de tuyaux de drainage légèrement inclines, pour que les sèves éventuelles puissent être recueillies au fond du récipient et être rechargées en haut à des fins d'humidification. Ce canal à air permet aussi d'insuffler de l'air, lequel est distribué en même temps par des dispositifs appropriés (fonds perforés, tuyaux de drainage) sur le côté inférieur du chargement du récipient. L'air chauffé peut être prélevé en haut et être utilisé pour un chauffage direct ou être amené à un échangeur de chaleur. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour capter la chaleur dégagée par la décomposition microbienne de substances organiques dans un réacteur de putréfaction ou digesteur, caractérisé en ce que le digesteur est un récipient isolé (1, 9) transportable en entier, qui peut être posé librement, est également transportable pendant le fonctionnement et est équipé d'organes de raccordement (20) rapidement détachables et accouplables pour relier le récipient à l'objet à chauffer ou à son circuit de chauffage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que le récipient (9) a une taille correspondant à celle d'un container pour transports maritimes et est pourvu d'organes de transport tels des rails de transport sur le cOté inférieur. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le récipient (9) est isolé contre le rayonnement de chaleur vers l'extérieur et est équipé d'organes (13, 22, 23) pour contrôler l'apport d'air, la température et les conditions de putréfaction a l'intérieur. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le récipient (9) contient un ou plusieurs échangeurs de chaleur (16) en contact direct avec la matière (2) en cours de putréfaction ou avec l'air chauffé par le processus de putréfaction. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'air chauffé par le processus de putréfaction est susceptible d'être aspiré hors du récipient (9) et d'être amené par des conduites de branchement (19) détachables rapidement au circuit de chauffage de l'objet à chauffer.