Brevet FR2804498A1 — publié le 20010803

La présente invention concerne un procédé de chauffage et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Les nombreux procédés de chauffage actuellement connus utilisent soit l'électricité, soit la combustion d'un carburant ou combustible en présence d'un comburant. Les premiers exigent des moyens de production qui sont très coûteux, très polluants ou très risqués, notamment en raison de déchets éventuellement radioactifs, ou encore ne sont susceptibles de ne fournir qu'une fraction infime de nos besoins. Ces premiers procédés nécessitent, pour le transport de l'électricité, des installations dont le prix de revient est très élevé et dont l'entretien est très onéreux. Les seconds consistent à mettre directement en présence le carburant ou combustible et son comburant, à obtenir leur combustion sous forme de flamme et à récupérer la chaleur dégagée par rayonnement et/ou convection, directement ou par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur, pour chauffer une enceinte ou tout autre milieu. Ces moyens présentent aussi l'inconvénient d'être généralement assez polluants. Par ailleurs, il est aussi connu, surtout dans des habitations très éloignées de toute source d'énergie et dont les occupants ont des moyens très limités, d'utiliser la chaleur animale provenant, par exemple, de l'étable, pour chauffer leur logement. On conçoit aisément que cette solution n'est pas sans inconvénients. Il faut enfin noter que la combustion, à l'air libre de nombreux déchets biodégradables provenant, entre autre, des ordures ménagères, est aussi source de pollution. La présente invention vise à remédier à tous ces inconvénients. A cet effet, le procédé qu'elle concerne et qui met à profit le dégagement de chaleur animale consiste à alimenter, pour la cultiver, une population biologique ou biomasse, plongée dans un liquide pour former un biotope, avec au moins un carburant approprié servant d'aliment et/ou de nutriment à la population présente dans le biotope et au moins un comburant lui convenant, et en réglant contrôlant ces alimentations de telle sorte que la quantité de chaleur ainsi dégagée corresponde à celle désirée. Par ce procédé est il est possible d'alimenter le liquide du foyer en carburant acheté, tel qu'un dérivé du pétrole ou un alcool produit industriellement, et/ou en produit coûteux à éliminer, partiellement biodégradable, actuellement traité comme déchet, tel que de la nourriture périmée. Ce procédé présente donc l'avantage d'éliminer pratiquement totalement tout risque de pollution immédiate ou ultérieure tout en diminuant considérablement le volume des résidus de la combustion. En outre, puisqu'ils se trouvent en phase liquide, les résidus de la combustion peuvent être évacués par les réseaux d'eaux usées existants et, par conséquent, contrôlés ou récupérés totalement contrairement aux gaz produits par les procédés connus. Le biotope peut comporter soit des bactéries seules, soit des ferments seuls, non vivants, tels que des enzymes, ou vivants tels que des levures qui sont des champignons dégénérés provoquant des fermentations aérobies ou anaérobies dont certaines dégagent de la chaleur, soit des algues capables d'assimiler des éléments minéraux et/ou de transformer l'énergie lumineuse en énergie chimique par photosynthèse, soit encore un mélange de bactéries , de ferments, et d'algues. De plus, il est possible de piloter l'évolution du biotope, en qualité et en quantité, en fonction des carburants utilisés et des besoins en calories. Par exemple, le biotope est le siège d'une transformation exothermique du sucre en alcool par des ferments puis de la consommation de cet alcool par des bactéries. Chacune de ces réactions, prise séparément, est bien connue, notamment par le résultat de recherches visant à valoriser les bagasses de canne à sucre, par exemple, mais, jusqu'à présent, elles n'avaient jamais été réalisées simultanément, ou en séquences, dans un même milieu pour produire de la chaleur. De préférence, le biotope comprend, en outre, au moins un adjuvant susceptible d'être introduit dans le liquide contenant la biomasse et dont la présence facilite le développement des bactéries et/ou des levures et/ou des algues. Par ailleurs, pour améliorer la combustion, il est prévu au moins un catalyseur en contact avec le biotope. Si son intérêt est permanent, le catalyseur peut être introduit dans le biotope. Dans le cas contraire, il peut être rendu solidaire d'un support amovible. Le liquide contenant la biomasse peut être tout simplement de l'eau à laquelle on a éventuellement ajouté l'adjuvant désiré. Suivant un mode de mise en oeuvre simple du procédé de l'invention, dans le cas ou le carburant utilisé est une huile minérale issue du pétrole, l'adjuvant utilisé est avantageusement un produit mouillant l'huile minérale tel qu'un sel alcalin d'acide gras dont une partie de la molécule est hydrophile et l'autre lipophile. Suivant une variante de mise en oeuvre de ce procédé, le carburant utilisé est normalement à l'état gazeux. Naturellement, le comburant le plus facilement utilisable, puisque le plus abondant et, par conséquent, le moins cher, est l'oxygène de l'air. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, ce procédé est réalisé sous pression et la valeur de cette pression est déterminée de manière à optimiser les réactions qui lui sont propres. Si cela est nécessaire ou avantageux, le biotope est réchauffé pour initier, favoriser ou piloter la combustion. Dans sa forme d'exécution la plus simple, le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est constitué par une chaudière comprenant, essentiellement, une cuve fermée par un couvercle, destinée à recevoir le biotope et formant le foyer de la chaudière, des moyens, séparés ou non, d'introduction, dans cette cuve, de la biomasse, du liquide dans lequel elle doit être plongée, additionné des ferments, adjuvants et catalyseurs éventuels, du ou des carburants prévus, du ou des comburants associés à ce ou ces carburants, des moyens, séparés ou non, d'extraction des excédents de liquides, biomasse, carburant et comburant ainsi que des déchets et enfin des moyens de récupération de tout ou partie de la chaleur engendrée par toutes ces réactions. Pour permettre l'utilisation, comme carburant, de déchets biodégradables végétaux ou ménagers, les moyens d'introduction des carburants dans la cuve de la chaudière sont avantageusement équipés de moyens de broyage de ces déchets. De préférence, suivant une caractéristique avantageuse de ce dispositif visant à améliorer le mélange biotope et carburant solide, liquide ou gazeux et comburant, d'une part, la cuve et son couvercle sont assemblés de manière étanche et, d'autre part, l'enceinte de la chaudière formée par la cuve et le couvercle est équipe de moyens de mise sous pression réglable. Avantageusement, une partie de l'enceinte de la chaudière, couvercle ou cuve est translucide pour permettre l'action de rayonnements sur la biomasse. A titre d'exemple, le rayonnement solaire pourra activer la photosynthèse des algues et apporter de l'énergie calorifique au biotope Suivant une autre caractéristique avantageuse de cette chaudière, son enceinte est équipée de moyens de brassage ou barbotage mécaniques ou ultrasoniques améliorant la dissolution dans le biotope de gaz carburant et/ou du comburant. De préférence, au moins un partie des surfaces internes de la chaudière fixes ou mobiles, est agencée pour bien fixer la population biologique. La chaudière comporte avantageusement, des moyens de chauffage du biotope. Ces moyens peuvent être spécifiques ou constitués par les moyens de récupération de la chaleur engendrée par la combustion. De préférence, au moins la cuve de la chaudière est revêtue d'un matériau thermiquement isolant De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence à l'unique figure du dessin joint représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette chaudière. Dans cette forme d'exécution, cette chaudière est composée d'une cuve 1 délimitant un foyer 2, partiellement remplie d'un liquide 3 dans lequel vit une biomasse 4 composée de bactéries et/ou de levures et/ou d'algues, l'ensemble formant un biotope 5. Ce biotope 5 est le siège de la biodégradation exothermique d'un carburant telle qu'une fermentation et/ou une consommation animale. De préférence, la cuve 1 est revêtue d'un isolant thermique. Le biotope 5 est en contact avec un gaz 6, tel que de l'air dont l'oxygène apporte un comburant nécessaire à la biodégradation, notamment après dissolution dans le biotope 5. Une canalisation 7, dont un segment 7a est logé dans le foyer 2,est connectée à un dispositif de récupération et/ou de pompage de chaleur, qui peut correspondre à tout dispositif connu de transfert de calories d'une source chaude vers une source froide. Cette canalisation 7 récupère la chaleur latente du gaz 6 et/ou celle du biotope 5. La canalisation 7, ou un autre dispositif, permet aussi un apport de calories pour activer la biomasse ou une partie de la biomasse en fonction des besoins en énergie et/ou du type d'aliment apporté et/ou d'un besoin sanitaire qui peut correspondre à l'activation et/ou à la destruction d'une partie de la biomasse et ainsi participer au pilotage de la chaudière. Une canalisation 8 permet l'alimentation de la chaudière en gaz comportant un comburant comme l'oxygène en provenance de l'air de l'atmosphère ou bien l'air d'un milieu ambiant dont on veut récupérer les effluents et la chaleur latente. En faisant plonger l'extrémité 8a de la canalisation 8 dans le liquide 3, on obtient une dissolution accélérée du comburant et/ou d'un effluent, favorable au procédé. Une canalisation 10 permet l'alimentation de cette chaudière par un carburant qui est soit un produit exploité comme tel, soit un déchet partiellement biodégradable, actuellement collecté comme tel par transport routier ou réseau spécialisé, soit un mélange préalable de plusieurs types de carburants si c'est bénéfique au procédé; à titre d'exemple cette alimentation peut consister en une huile minérale tirée du pétrole, ou une huile végétale, ou en mélange d'alcool et de végétaux broyés, ou en eaux usées d'une habitation et/ou d'un élevage. La canalisation 10 est avantageusement équipée d'un broyeur dont l'action augmente la surface volumique du carburant s'il est partiellement solide, tels qu'un déchet végétal, pour faciliter sa biodégradation. la canalisation 10 est aussi avantageusement équipée d'un malaxeur 12 qui permet d'utiliser la propriété dissolvante ou tensioactive d'un carburant élémentaire par rapport à un autre pour améliorer la qualité de l'alimentation par un malaxage préalable Un réservoir compartimenté 13 permet de stocker en dehors du biotope, tout en étant capable de fournir à ce dernier, aux moments voulus, les éléments nécessaires à son évolution . Dans l'exemple illustré sur le dessin le réservoir comprend huit compartiments 14 à 21.Le compartiment 14 contient des bactéries identiques à celles qui sont actives dans le biotope, le compartiment 15 contient des bactéries de nature différente des précédentes, le compartiment 16 contient une levure telle que la levure de bière, le compartiment 17 contient un bacille tel qu'un bacille lactique, le compartiment 18 contient un catalyseur protéique telle qu'une enzyme et son substrat, le compartiment 19 contient un adjuvant acide capable de modifier le PH du biotope 5 et le compartiment 20 contient un adjuvant tensioactif. Le compartiment 21 contient le nutriment d'une ou plusieurs des populations présentes dans le biotope 5 pour accélérer leur développement. Par ailleurs des canalisations 22 à 25 sont raccordées à la cuve 1 pour déboucher dans le foyer 2. La canalisation 22 permet de faire circuler ou d'évacuer l'excédent de gaz 6 La canalisation 23 permet d'évacuer l'excédent de biotope 5 en surface. La canalisation 24 permet d'évacuer l'excédent du biotope 5, sélectionné parmi ses composants par tout procédé connu tel que décantation ou filtration ou concentration. La canalisation 25 permet d'évacuer la boue chargée de tout résidu solide de la valorisation thermique en milieu biologique des carburants et déchets tels que les imbrûlés et les organismes morts. Ces canalisations 23, 24 et 25 sont avantageusement raccordées à une canalisation existante de collecte des eaux usées non représentée sur le dessin. La canalisation 22 peut être reliée à cette canalisation de collecte des eaux usées, pour la cas ou le réseau d'évacuation des eaux usées serait en légère dépression pour des raisons évidentes de contrôle de la pollution gazeuse et des nuisances olfactives telles que celles que l'on peut constater actuellement, ce qui améliorerait l'évacuation des gaz . Suivant une autre caractéristique de l'invention la cuve 1 est équipée d'un couvercle 26 permettant, par une fermeture étanche du foyer 2, de contenir le gaz 6 et de maîtriser complètement ses caractéristiques telles que sa composition, sa pression et sa température. Ce dispositif est très avantageux pour contrôler la pollution et le rendement de la chaudière car, par exemple, la quantité de gaz que le biotope 5 est capable de dissoudre est proportionnelle à la pression indiquée par le manomètre 31 piqué sur la cuve 1. Le couvercle 26 comporte, avantageusement, un hublot de taille appropriée, pour pouvoir bénéficier d'un rayonnement, éventuellement solaire, et permettre non seulement un apport de calories gratuit mais aussi un contrôle optique du fonctionnement de la chaudière Pour améliorer encore les performances de cette chaudière il est prévu un système de brassage 27 choisi parmi les systèmes connus de brassage d'un biotope liquide pour incorporation d'éléments solides, liquides ou gazeux. Ce brassage peut être mécanique et/ou ultrasonique avec combinaison d'effets de surface tels que des vagues et d'effets en profondeur tels que ceux engendrés par des racleurs . Suivant encore une autre caractéristique de cette chaudière, il est prévu des surfaces pour fixer la culture biologique, la première de ces surfaces étant la paroi intérieure de la cuve 1 Une autre partie de ces surfaces peut être solidaire du système de brassage 27 tandis qu'une autre partie peut être un matériau pulvérulent 28 non biodégradable tels que la silice, maintenu ou non en suspension dans le biotope par sa densité apparente ou par un procédé électrostatique. De préférence il est prévu une sonde 29 pour analyser au moins un paramètre de la combustion et le transmet a un pilote 30 qui commande les alimentations, les vidanges et les transferts d'énergie en fonction de la demande calorifique. Revandications 1.Procédé de chauffage caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter, pour la cultiver, une population biologique ou biomasse, plongée dans un liquide pour former un biotope, avec au moins un carburant approprié servant d'aliment et/ou de nutriment à la population présente dans le biotope et au moins un comburant lui convenant, et en réglant et contrôlant ces alimentations de telle sorte que la quantité de chaleur ainsi dégagée corresponde à celle désirée. 2.Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le carburant est un dérivé du pétrole. 3.Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le carburant est un alcool. 4.Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le carburant est un déchet biodégradable. 5.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le biotope comporte des bactéries seules. 6.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le biotope comprend des ferments seuls. 7.Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ferments sont non vivants. 8.Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ferments sont des enzymes. 9.Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les ferments sont vivants. lO.Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les ferments sont des levures. 11.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le biotope comprend des algues. 12.Procédé selon l'une quelconque de revendications 1 à 4,caractérisé en ce que le biotope comprend un mélange de bactéries et de ferments. 13.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le biotope comprend un mélange de bactéries et d'algues. 14.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le biotope comprend un mélange de ferments et d'algues 15.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le biotope comprend un mélange de bactéries, de ferments et d'algues. 16.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le biotope comprend au moins un adjuvant. 17.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins un catalyseur en contact avec le biotope. 18.Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le catalyseur est introduit dans le biotope. 19.Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le catalyseur est solidaire d'un support amovible. 20.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le liquide contenant la biomasse est de l'eau. 21.Procédé selon les revendications 16 et 20, caractérisé en ce que l'adjuvant désiré est introduit dans l'eau contenant la biomasse. 22.Procédé selon l'ensemble des revendications 2,16 et 21, caractérisé en ce que l'adjuvant est un produit mouillant le carburant dérivé du pétrole. 23.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous pression et la valeur de cette pression est déterminée de manière à optimiser les réactions qui lui sont propres. 24.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que le biotope est réchauffé. 25.Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce qu'il est constitué par une chaudière comprenant, essentiellement, une cuve 1 fermée par un couvercle 26, destinée à recevoir le biotope 5 et formant le foyer de la chaudière, des moyens 13, 9, séparés ou non, d'introduction, dans cette cuve 1, de la biomasse 4, du liquide 3 dans lequel elle doit être plongée pour former le biotope 5, additionné des ferments, adjuvants et catalyseurs éventuels, du ou des carburants prévus, du ou des comburants associés à ce ou ces carburants, des moyens 22 à 25, séparés ou non, d'extraction des excédents de liquide, biomasse, carburant et comburant ainsi que des déchets et enfin des moyens 7, 7a, de récupération de tout ou partie de la chaleur engendrée par toutes ces réactions. 26.Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens 9, 13, d'introduction des carburants dans la cuve de la chaudière sont équipés de moyens 11 de broyage des déchets biodégradables. 27.Dispositif selon la revendication 25 ou 26, caractérisé en ce que, d'une part, la cuve 1 et son couvercle 26 sont assemblés de manière étanche et, d'autre part, l'enceinte de la chaudière, formée par la cuve 1 et le couvercle 26, est équipée de moyens 8, 8a, 31 de mise sous pression réglable. 28.Dispositif selon l'une quelconque de revendications 25 à 27, caractérisé en ce qu'une partie de l'enceinte de la chaudière, cuve 1 ou couvercle 26, est translucide. 29.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 25 à 28, caractérisé en ce que la cuve 1 de la chaudière est équipée de moyens 27 de brassage ou barbotage mécaniques ou ultrasoniques. 30.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 25 à 29, caractérisé en ce qu'au moins une partie des surfaces internes de la chaudière, fixes ou mobiles, est agencée pour bien fixer la population biologique. 31.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 25 à 30, caractérisé en ce que la cuve 1 de la chaudière contient des moyens de chauffage du biotope 5. 320ispositif selon la revendication 31, caractérisé en ce que les moyens de chauffage du biotope sont constitués par les moyens 7, 7a, de récupération de la chaleur engendrée par la combustion.