Brevet FR2537124A2 — publié le 19840608

FR 2537124 A2 19840608 FR 8204476 A 19820315 La présente invention a pour but à titre de produit industriel nouveau, ui système à fermentation continue sous anaérobiose de tous les déchets organiques digestibles en provenance notamment des exploitations agricoles, pour en produire de l'énergie sous forme de méthane biologique. Peu de réalisations ont vu le jour actuellement compte tenu du prix élevé des installations proposées dont la durée d'amortissement est trop longue. L'objet de la présente invention est l'utilisation de profilés creux spé ciaux de couverture et de fond pouvant s'emboîter facilement dans les cuves et les caniveaux sous caillebotis existants dans les exploitations agricoles pour les trars- former en méthaniseurs. Ce dispositif permet de construire des digesteurs économiques. L'originalité de ces profilés et qu'ils sont constitués d'une triple ou double coque formant réservoir alvéolaire et contenant un isolant thermique à l'extériet et un liquide caloporteur à l'intérieur permettant d'une part, l'isolation des cuves et, d'autre part, le chauffage du substrat. La conception des profilés de fond et de couverture formant l'invention permet une fabrication industrielle en grande série. Son adaptation à des cas très différents est possible puisqu'il consiste en un montage d'éléments identiques pouvant s'ajuster facilement dans des cuves ou caniveaux préexistants. Conformément à l'invention, l'introduction des déchets dans le caniveau sous caillebotis se fait sur les éléments de couverture en forme de "U" renversé et entre l'espace laissé entre ceux-ci et la paroi du caniveau équipé d'éléments de fond. L'embottement des parois verticales des éléments de couverture dans le substrat maintenu à niveau constant par un seuil, forme joint hydraulique siphoïde mettan sous anaérobiose le milieu et permettant la production de biométhane. Ce biométhane produit est stocké sous le haut de la cloche formée par les éléments de couverture avant d'être évacué dans un gazomètre. L'objet de luinvention est par ailleurs, une ceinture ou corset de récupération des déjections et des gaz intestinaux, à porter par chaque animal. Cette ceinture à l'avantage d'éviter que les animaux souillent leur litière et diminue, par là même, le travail et les frais de chaque éleveur. Les évacuateurs à lisier ou fumier à installer dans les couloirs de circulation derrière le bétail deviennent alors inutiles car l'urine et les excréments produits par chaque vache seront portés par elle, puis évacués, lors des traites journalières, dans les digesteurs de récupération situés au niveau de la salle de traite. La présente invention envisage également la possibilité de transformer chaque canalisation en cuve-digesteur horizontal ou vertical. Enfin, il est envisagé, à l'aide de membranes filtrantes ou microfiltration, d'augmenter le pourcentage de matière sèche d'un substrat en éliminant le maximum d'eau de elui-ci. Une forme de 1' nvention est décrite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif en se référant aux dessins anexés. La figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation appliquée à une ferme pourvue de caniveaux sous caillebotis. On arrive aisément avec des éléments de couverture (A) et de fond (B) à transformer ces caniveaux et cuves en digesteurs à production de biogaz, Dans une ferme non équipée de caillebotis et employant des litières pail lées on peut avoir recours à des ceintures individuelles de méthanisation ()) pour chaque animal. Les matières organiques peuvent méthaniser grace aux éléments de couverture (A) formant cloche et aux éléments de fond (B) pouvant être ajoutés aux fosses d'évacuation ou dans les cuves. Les vaches sont équipées de ceinture de niéthanisation (Q) qui permettent la récupération de leus gaz intestinaux, de leurs excréments, urines et éviter de souiller les litières. La figure 2 présente une vue d'ensemble des éléments de couverture (A) et de fond (B) équipant des fossés sous caillebotis et des cuves à lisier. Depuis l'étable (1), le lisier évacué par des caillebotis existants (2) est -stocké dans un caniveau existant (3). t 'étanchéité à l'air est assuré par 1 'assem- blage des éléments de couverture isolant et chauffant (A) dont les parois baignent dans l'effluent. Les éléments de fond (B) forment isolant thermique et thermoplongeurs. Les éléments de couverture (A) et de fond (B) sont assemblés les uns aux autres, bout à bout, par des assemblages à tenon et mortaise (4) étanches aux gaz et aux liquides. Le même système d'éléments assemblés (A) et (B) peuvent équiper la cuve à lisier (5) sto,"- kant l'effluent en provenance des caniveaux sous caillebotis. Le couvercle (4) peut être mobile à l'intérieur d'une cuve à lisier pour former cloche gazométrique. La figure 3 représente la coupe transversale d'un caniveau (3) sous caillebotis (2) équipé d'un élément de couverture (A) et d'un élément de fond (B). L'élément de couverture (A) est un profilé alvéolaire en forme de "U" renversé formé d'une double coque acier (5) dont le premier évidement (6) est rempli de mousse de polyuréthane isolante et le deuxième évidement (7) est parcouru par de l'eau chaude et forme thermoplongeur. Ces deux évidements (6) et (7) sont séparés par une paroi (8). Le corps du couvercle (A) est maintenu au caillebotis par une attache spéciale (9). L'élément de fond (B) est constitué d'une triple paroi formant deux évidements remplis d'un isolant thermique (10) et d'eau chaude (1I) formant échangeur ther- mique avec l'effluent. La figure 4 est une coupe transversale du haut de l'élément de couverture (A) et du système d'attache (9) entourant -le caillebotis (2) et maintenu sur le haut du couvercle (A) par un système vis-écrou (12). Dans le cas ou les caillebotis sont remplacés par des grilles de couverture, la figure 4 montre une variante au système attache (9) se présentànt sous forme d'une tôle ondulée s'arrimant sur les barreaux de la grille de couverture (13 La figure 5 représente la coupe transversale des éléments de couverture (A) avec le détail de jonction des différents éléments (4). Les plaques (A) comportent dans leur extrémité un tenon (14) s'emboStant dans une mortaise (15) de la plaque suivante ; l'étanchéité aux gaz étant assuré par serrage d'une bague de néoprène (16) lors de l'embottement du tenon (14). L'assemblage des plaques entre elles assurent ainsi une parfaite étanché: té aux gaz et aux liquides et permettent de mettre sous anaérobiose les effluents contenus dans des caniveaux et des cuves ordinaires. La figure 6 représente la coupe transversale des éléments de couverture J avec une variante au détail de jonction par rapport à la figure 5. Le tenon (14) comporte également une encoche (17) et l'encoche (18) de la mortaise est en surépaisseur. L'ensemble, une fois assemblé, s'oppose ainsi au débottement des deux éléments assemblés. La figure 7 représente une vue longitudinale et d'ensemble de la ceinture de récupération des déjections ou corset de propreté à porter par chaque animal. Les déjections (19) et l'urine (20) sont recueillies dans une goulotte plastique ou caoutchouc (21), puis transportées par deux gaines (22) et stockées dans le bas de la ceinture (23) alors que le haut de la ceinture en matériaux souples, recueille les gaz provenant des déjections. Un tuyau (24 en provenance de la gaine (25) enserrant la queue de l'animal transite le biométhane libéré lors des défécations de l'animal et le stocke dans le haut de la ceinture (23) par un siphon (25) rempli d'huile formant clapet antiretour La ceinture (23) est supportée par le dos de l'animal et maintenue en position par des sangles avec boucle et ceinturon (26). Un collier (27) avec sangle d'attache et ceinturon (28) maintiennent en position ltensemble. La figure 8 représente une vue arrière de l'animal équipé d'une ceinture de propreté (23) en toile plastifiée ou butyl. On distingue la goulotte de réception (21), les gaines d'évacuation des déjections (22), la ceinture (23) et son réservoir ainsi que les vannes de vidanges (29) permettant de vider le contenu après la traite Chaque réservoir (23) formé par la ceinture peut être rempli séparément d déjections et d'urines par deux goulottes (22). La figure 9 représente la coupe transversale de la ceinture (23) formée d'une double coque intérieure (30) en toile plastique et extérieure (31) en toile plas tique calorifugée. L'effluent est réchauffée naturellement par la chaleur produite par la vache (370). Le méthane produit est stocké dans la partie haute (32) ; on a, dans ce cas là, deux réservoirs à lisier (33) à chaque flanc de la vache. Une vanne (34) permet de recueillir le biogaz. La figure 10 représente la variante à la solution précédente de la figure 9. Alors que dans la figure 9, la ceinture de propreté (23) est sur le dos de l'animal avec sangle et ceinturon (26) en dessous, dans la figure 10 la ceinture de propreté (23) est sous le ventre de 1l'animal avec sangle et ceinturon (26) sur le dos de l'animal. La solution de la figure 9 a-l'avantage de laisser libre le ventre de l'animal et de ne pas gêner le pis de la vache. Pour le cas d'un taureau ou d'un boeuf ou l'urine est rejetée en bas du ventre, on peut envisager un pompage de l'urine dans la ceinture (23) par une petite pompe. La figure 11 représente une vue de dessus de la ceinture de propreté (23) avec ses différents équipements. La figure 12 représente une vue longitudinale d'un digesteur se présentant sous forme d'un réseau de canalisations à fermentation (24) assemblées# entre deux regards formant, l'un, trémie de réception des effluents (25) et regards fermenteur concentrateur (26). Le réseau (24) joue le rôle de digesteur haute charge horizontal brassé par des agitateurs (27) disposés soit verticalement, soit horizontalement. Le chaude fage est assuré par les parois creuses sipho#des (28) et les fonds de trémie (29) formant thermoplongeur. Le regard (26) joue le rôle d'un décanteur digesteur dont les boues décantées sont évacuées par une pompe (30) et les eaux clarifiées (31) sont évacuées par gravité, la séparation liquide-solide étant assurée par la cloison siphoSde (32), La figure 13 représente une vue longitudinale d'un digesteur se présentant sous forme d'un tuyau (33) muni à chaque bout de deux plaques pleines (34) et deux tubulures (35) formant trémie de réception et de vidange, d'une tubulure (3 tampon sipho#de (37) dans joint d'huile ou d'eau avec antigel.- Les agitateurs (38) peuvent autre des plaques circulaires tournant autour d'un axe horizontal entraîné par un moteur extérieur au digesteur. Les digesteurs (24) sont en batterie sur des digesteurs (24) de même type mais faisant concentrateur et muni de niveaux à flotteurs. Les jonctions se font par canalisation (39) arrivant sur des tubulures ;d'acctès (40). La figure 14 représente une coupe transversale du digesteur canalisation (24) muni de ses caniveaux d'alimentation (41) fait avec des canalisations demiecylin- driques surmontées de caillebotis (42) et reliées par tubulures canalisation (43) à joint standard (44) au digesteur (24). L'échangeur de chaleur parcouru par de l'eau chaude est constitué d'une double paroi demi-cylindrique (45) équipant le fond du digesteur. Un isolant thermique (46) à mettre dans la tranchée, avent et après le pose du digesteur (24) forme gaine isolante. L'ensemble peut être également envelop dans un film plastique, genre butyl (47) évitant la contamination à l'eAu dans terrain inondable. La figure 15 représente une variante à la solution de la figure 14 en cas place réduite dans l'étable pour intégrer le digesteur (24) et lorsque les animaux sont dos à dos. Le caniveau d'alimentation (41) équipé de ses caillebotis (42) peut se placer au-dessus du digesteur (24), les effluents arriveront par une tubulure cylin drique (48) plongeant dans le substrat ou une tubulure (48) terminé par une coupole demi-cylindrique (49). La figure 16 représente la coupe transversale d'un digesteur vertical (50 qui peut être également fait avec une canalisation munie d'un fond conique (51) formant échangeur thermique (52). Le digesteur vertical (50) est équipé à son sommet d'un cône (53) mettant l'ensemble sous anaérobiose et équipé d'un tampon siphoSde (54) récupérant le biogaz produit. La figure 17 représente une variante au principe de la figure 16. Une canalisation (55) soudée à l'intérieur du digesteur vertical (50) peut former avec les parois de celui-ci, joint hydraulique (56) rempli d'eau dans lequel coulisse une canalisation avec fond (57) formant cloche gazomètrique. L'ensemble forme digestogazomètre. Un regard (58) relié à un tube (59) formant évacuateur hydrostatique accédant au fond du digesteur (50) permet de prélever par pompage le substrat arrivant à ce niveau par le principe des vases communicants. Ce digesto-gazomètre convient bien particulièrement pour des déchets compostant peu d'eau (cas des crottins de chevaux et ordures ménagères), les parois-siphoSdes de la cloche (57) coulissant dans un joint d'eau indépendant du substrat, ce dernier peut eAtre sec. Dans ce cas, on ne posera pas de tube (59) ni de regard (58) et on utilisera le digesteur (50) en discontinu. La figure 18 montre que les digesto-gazomètres précédents (55) peuvent être montés en série sur un boyau d'évacuation (58) muni d'une vis sans fin (59) actionnée par un moteur (60) et dont la fermeture est assurée par un clapet à contrepoids (61). La figure 19 représente un digesteur vertical (50) du type de la figure 15 qui est équipé dans sa partie haute d'un lit bactérien (62) rempli de pouzzolane ou de petitsboutsde tuyau plastique annulaire genre drain assurant un traitement de finition aérobie de l'effluent repris par une pompe (63) et réparti par une rampe d'arrosage (64) type distributeur rotatif dans sa partie haute Un tel digesteur constitue une véritable station d'épuration des eaux vannes d'habitation qui assure dans plusieurs étages les différents traitements. Dans le niveau bas, une décantation digestion anaérobie est assurée avec production de arthune, denj a ? partie haute, il effectue une épuration aérobie de finition sur lit bactérien. Cette station peut: être utilisée pour une ou plusieurs habitations. La figure 2G représente une coupe longitudinale du digesteur horizon tal v24) dont les parois périphériques peuvent être équipées d'une double cloison (65) et (66). La cloison intérieure (65) est une membrane formant microtamisage. Ce microfiltre (65) a pour effet de concentrer dans le digesteur (24) la matière seche du substrat nécessaire à la fermentation et d'évacuer l'eau inutile en surplus par le trop plein. On peut, grace à ce procédé par l'augmentation de matière sèche d'un substrat, diminuer considérablement le volume des digesteurs dont le cott sera moins élevé. Avec un volume de digesteur moindre, on pourra produire plus de biogaz. La figure 21 montre la coupe transversale d'un caniveau de collecte (41) qui peut être équipé d'une membrane filtrante (65) séparant les liquides (67) des solides (68) seuls dirigés dans le digesteur. La figure 22 représente la coupe longitudinale du caniveau (41) équipé d'une membrane fi#ltrante (65) qui sépare les liquides (67) des solides (68). La gaine (69) d'amenée de ces matières est équipée d'une bonde de fond (70)pouvant être démontée. La figure 23 représente une vue en perspective de bioélément de couverture (A). Les parois double coque formant échangeur thermique sont constituées de deux plaques soudées (71) par points entre lesquelles circule de l'eau chaude. La figure 24 représente une variante à la solution de la figure 23. Les deux plaques (71) sont soudées sur des fers plats (72) formant chicanes de passage du liquide caloporteur. La figure 25 représente une deuxième variante à la figure 23. L'échangeur est réalisé par deux tales embouties (71) à canaux parallèles trapézoldaux (73) reliés à deux collecteurs parallèles (74) haut et bas. La figure 26 représente une vue en coupe de l'échangeur réalisé par deux tôles embouties (71) à canaux parallèles à section trapézo#dale (73) reliés à deux collecteurs parallèles (74) haut et bas. La figure 27 représente une vue transversale d'une cloche (75) constituée d'éléments de couverture (A) et pouvant servir de digesteur de matières organiques (76) lors d'une fermentation à sec. Cette cloche vient s'emboîter par un système tenon-mortaise (77) semblable à l'embottement (4) des plaques de couverture et de fond décrites précédemment. La figure 28 est une coupe transversale d'un digesteur (78). L'emboSte- ment entre le tampon de couverture (79) et la tubulure du digesteur (80) est égale ment réalisé par un système tenon-mortaise à sec du type (77) semblable à l'emboîte- ment des plaques de couverture et de fond. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif selon la revendication n0 4 du Brevet principal destiné à la fermentation anaérobie des déchets organiques en vue de la production de méthane caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme d'éléments de couverture et de fond pouvant équiper des cuves et caniveaux existants et les transformer en digesteur et de ceinture individuelle de récupération des déjections et gaz 20 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des profilés en forme de "U'* renversé, à parois double coque à cloisonnement intersticiel alvéolaire intérieure à chicanes contenant respectivement un isolant-thermique et un liquide caloporteur permettent de couvrir, d'isoler thermiquement, de chauffer et de mettre sous anaérobiose une cuve existante en présence du substrat. 30 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des profilés en forme de "U" à parois triple coque à cloisonnement alvéolaire intérieure à chicanes contenant respectivement un isolant thermique et un liquide caloporteur permettent de se placer au fond d'une cuve existante, de l'isoler extérieurement, et de la chauffer intérieurement. 4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que chaque élément de couvertures est maintenu fixé aux caillebotis ou grille par un profilé en "U" avec système clip d'attache vis écrou. 50- Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que chaque élément de fond et de couverture de longueur limitée présente dans son épaisseur, un tenon et une mortaise formés avec le repli de la double coque et qui permettent de les assembler hermétiquement bout à bout par embottement, un joint imputrescible toriquelogé dans la partie femelle avec encoche sur la partie mâle assure l'étanchéité aux liquides et aux gaz. 60 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que chaque animal peut être équipé d'une ceinture souple, double paroi imperméable, formant en bas réservoir de stockage de déjections, et en haut, stockage des gaz de récupération lors des défécations, le tout étant fixé avec une boucle et un ceinturon. 70 Dispositif selon les revendications 1 et 6 caractérisé par le fait que l'urine et les matières fécales sont recueillies par une trémie conique imperméable enserrant la queue des animaux, puis évacuées par gravité par deux gaines souples jusqu'à la poche de la ceinture de récupération ; un autre tuyau muni d'un siphon formé d'un tube rempli d'huile dans lequel aboutit ce tuyau, récupère les gaz produits par l'animal lors de la défécation. 80 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que toute canal il gazomètr sation peut être transformée en cuve à méthanisation horizontale ou verticale et 90- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les goulottes de réception des effluents sont formées de demi-tuyaux, équipés de caillebotis et branchées au digesteur par des tuyaux d'admission. 100- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des membranes perméables formant microtamis peuvent# équiper les parois d'un digesteur ou le bas des goulottes de réception sous caillebotis permettant de réaliser une microfiltration des effluents et d'augmenter le taux de matières sèches d'un digesteur dans le cas ou on a des substrats très liquides.