Brevet FR2816614A1 — publié le 20020517

Pilotage par aération pilotée des plates-formes de compostage et de traitement des déchets. La présente invention a pour objet un dispositif optimisé de régulation et de mesure de la teneur en oxygène ou tout autre gaz dans les plates-formes de compostage ou de traitement de déchets. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de mesure discontinue de la teneur en gaz, et notamment en oxygène, des andains de composts, déchets verts, déchets fermentescibles ou tout autre déchet dont on doit mesurer la teneur en gaz. Dans le cadre de la présente invention, le terme déchet désigne indifféremment tous ces déchets. Le dispositif de mesure est destiné à permettre de prendre la teneur en gaz au niveau d'une plate-forme de traitement de déchets, et en particulier des plates-formes de compostage ou des platesformes de dépollution de sols pollués ; chaque andain formant un tas de déchets différencié ou un tas unique pouvant avoir un superficie importante de plusieurs centaines à plusieurs milliers de mètres carrés. Les déchets peuvent être notamment de nature ligneuses, fibreuses, boueuses ou terreuses, voire l'ensemble indifféremment. Les plates-formes de traitement de déchets et notamment de compostage et de traitement des sols pollués, utilisent systématiquement une ou plusieurs sondes de mesure de la teneur en gaz et notamment de la teneur en oxygène ou C02 avec le capteur directement intégré dans chaque sonde. La sonde comporte alors un capteur qui envoie le signal de mesure grâce à un transmetteur directement au système de programmation. Les inconvénients de ces systèmes de mesure et régulation sont nombreux dès lors que les plates-formes sont grandes et qu'il convient de prendre la mesure des gaz et notamment de l'oxygène, au niveau de plusieurs andains ou à plusieurs endroits dans le tas de déchets. Les capteurs sont des éléments sensibles, et il y a d'autant plus de risque que le matériel tombe en panne sur le site. Il n'y a pas un seul capteur mais plusieurs capteurs de mesure permettant de réaliser la mesure en gaz dans le tas de déchets. Les sondes de mesure sont coûteuses puisque chacune d'entre elles intègre un capteur, la mesure du signal et un dispositif de transmission du signal vers la régulation. L'intégration de ces différents dispositifs dans la sonde oblige à la maîtrise des contraintes d'étanchéité sur site, pour protéger correctement la partie électronique des capteurs, de l'humidité et de la poussière. Le signal transmis est de nature électrique, ce qui oblige à relier par un fil électrique, la sonde de mesure à la régulation et sa programmation. Dans le cas des plates-formes de compostage ou de dépollution de sols, l'utilisation des engins retourneurs de déchets, favorise l'arrachement des fils électriques, sinon la casse des sondes de mesure et de leurs capteurs. L'utilisation des sondes et notamment des sondes à oxygène sur site, nécessite un calibrage régulier et systématique de toutes les sondes. La ou les sondes doivent être alimentées en électricité pour fonctionner. Ces inconvénients et ces problèmes conduisent à des frais élevés de maintenance et d'entretien, de calibrage des sondes, de non propreté quand il s'agit de déplacer les sondes, d'arrêt de fonctionnement des process lors de l'arrachement des fils électriques de liaison entre les sondes et la régulation. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure et de régulation qui puisse palier ces inconvénients. Le but de l'invention est atteint par un dispositif de mesure et de régulation des gaz et notamment de mesure de l'oxygène ou du C02, fonctionnant en discontinu. Ce dispositif comprend un coffret de commande déporté de l'armoire centrale de régulation, comprenant un automate de régulation et programmation, des électro-vannes de régulation intégrées ou non à l'automate de programmation ; une ou plusieurs cannes de prélèvement des gaz et notamment de la teneur en oxygène ou de celle en C02 ; en particulier, pour la mesure du taux d'oxygène dans le tas de déchets, une sonde à oxygène du type à capteur à oxyde de Zirconium chauffé ; une pompe unique d'aspiration des gaz et notamment de l'oxygène ; une ou plusieurs cannes permettant de capter en profondeur les gaz à analyser présents dans l'air contenu dans le tas de déchets, et notamment la teneur en oxygène contenu dans le ou les tas de déchets. Les capteurs à oxyde de zirconium réchauffés ont un temps de réponse très court, de l'ordre de quelques secondes (moins de dix secondes), et ne nécessitent, comme intervalle pour recalibrer la sonde, qu'un délai de l'ordre de six mois en fonctionnement normal. Conformément à l'invention, le dispositif comprend aussi une ou plusieurs cannes de prélèvement des gaz et notamment de l'oxygène. Chaque canne comporte une crépine à l'intérieur de laquelle débouche un tuyau plastique qui traverse de part en part la canne. Ce tuyau permet que l'air et le gaz dans le tas de déchets, soit aspiré à ce niveau. Le tube plastique de chaque canne, relie chaque canne aux électro-vannes de régulation intégrées dans l'armoire déportée. Les cannes sont éloignées de l'armoire déportée. L'air contenu dans le tas de déchets est aspiré grâce à la pompe contenue dans l'armoire déportée. Le gaz produit par les déchets et contenu dans l'air est donc également aspiré jusqu'à l'armoire déportée où la teneur en gaz est analysée (sonde à Zirconium pour l'oxygène). La variation des paramètres liés au gaz, enclenche, en fonction des paramètres spécifiques liés au process, une régulation permettant de contrôler et maintenir les paramètres spécifiques d'exploitation de la plate-forme, à l'intérieur de valeurs données (exemple du maintien d'un taux d'oxygène entre deux valeurs cadres, pour un dispositif d'exploitation des plates-formes de compostage par aération pilotée utilisant des souffleries d'aération). Le dispositif peut être utilisé, à la fois, pour mesurer la teneur d'un ou de plusieurs gaz contenus dans l'air et caractérisant ce tas ou tous les andains formant le tas ou les tas de déchets. Les avantages de ce dispositif sont nombreux : - Il n'y a plus aucun capteur de mesure de gaz sur les tas de déchets et dans les cannes (plus aucune sonde de mesure de gaz sur site, avec capteur, et notamment dans les zones de retournement des déchets). - Une seule sonde de mesure de la teneur en gaz dans l'air pour un gaz donné, tel que l'oxygène ou le C02, et totalement protégée dans l'armoire déportée, permettant de fournir les analyses de la teneur de ce gaz, pour toute une plate-forme, et successivement pour chaque andain dont on souhaite suivre les caractéristiques physico-chimiques. - Les sondes sont supprimées. Désormais, on ne prélève le gaz qu'à partir de cannes creuses plongées dans le ou les tas de déchets. - Il n'y a plus de liaison filaire et électrique entre la canne et la régulation, mais un simple 45 tuyau plastique servant au passage de l'air et du ou des gaz analysés, au niveau de l'armoire déportée. Il peut être installé de nombreuses cannes, le coût de ce matériel étant très limité, par rapport à celui qui consisterait à installer dans chaque canne, un capteur de mesure. Et son transmetteur. Avec un automate adapté intégrant des entrées et sorties du type PT 100 et PT 1000, il est désormais possible de supprimer également le transmetteur équipant habituellement les sondes à température, pour le pilotage des plates-formes de compostage et de dépollution. Pour obtenir un bon fonctionnement du dispositif, un certain nombre de conditions doivent être avantageusement réunies : Il faut impérativement une crépine au bout des cannes plongées dans les déchets sinon le tuyau plastique d'alimentation en air, risque d'être bouché ou colmaté. Il faut une étanchéité parfaite depuis la crépine jusqu'aux électro-vannes intégrées à l'armoire de régulation ou directement couplées à l'automate de programmation ; de même qu'il faut qu'aucun des tuyaux plastiques ne soient percés, sinon l'air qui sera aspiré au niveau de chaque canne, ne sera pas celui qui doit être analysé au coeur du tas de déchets ou de chaque tas de déchets, ou de chaque andain. La pompe installée dans l'armoire déportée doit être d'une puissance suffisante pour aspirer rapidement l'air qui est successivement aspiré au niveau de chaque canne. Les capteurs de la mesure en gaz dans l'air prélevé, doivent être suffisamment sensibles pour donner une mesure fiable et quasi immédiate de la teneur en gaz mesurée. L'analyseur en gaz ne doit pas prendre en compte la teneur en gaz immédiatement aspirée et qui stagnait dans le tuyau plastique, au début du pompage, car cette donnée est fausse et ne correspond pas à la valeur qui doit être mesurée. Seule la valeur devant être mesurée, est celle obtenue et correspondant à l'air réellement aspiré à l'extérieur de la canne et n'ayant pas stagné dans le tuyau plastique. La canne doit avoir une longueur suffisante permettant d'aller mesurer la teneur en gaz au coeur du tas de déchet. L'automate de programmation pilotant l'ouverture et la fermeture des électrovannes permettant de pomper l'air et les gaz successivement prélevés dans chaque canne, doit être suffisamment performant pour commander les ouvertures et fermetures des vannes, les temps d'ouverture et fermetures de ces vannes, le temps pour une lecture du signal pertinent ; la lecture des signaux fournis par la sonde à gaz ou des sondes correspondant à d'autres gaz (exemple de sonde à oxygène ou de sonde à C02) et les autres sondes de mesure (exemple des sondes à température). Si l'on veut supprimer les transmetteurs concernant les sondes à température, l'automate de programmation dans l'armoire déportée doit intégrer des cartes analogiques d'entrée PT 100 ou PT 1000. Pour protéger les matériels suivants (sonde ou sondes avec capteurs de mesure, la pompe d'aspiration, l'automate de régulation et programmation et les électrovannes de régulation), il est nécessaire de placer l'ensemble de ces matériels dans une ou plusieurs armoires déportées. Cette ou ces armoires déportées peuvent être séparées de l'armoire centrale qui pourra recueillir quant à elle, l'ensemble des données techniques fournies par le ou les capteurs de mesure. Au niveau de la partie supérieure de la canne creuse, un presse étoupe ou un simple raccord suffit pour assurer le blocage et l'étanchéité parfaite entre la canne et le tuyau plastique d'aspiration de l'air et des gaz. La description qui suit se reporte aux figures 1 à 4 qui représentent un dispositif de mesure de la teneur en gaz présent dans l'air présent à l'intérieur d'un tas de déchets, selon deux modes de réalisation préférés de l'invention. L'installation comprend une armoire centrale de commande (1) comprenant l'unité centrale de régulation pouvant être couplée à un PC de commande ou ordinateur (2). Elle comprend aussi, connectée par une liaison de type Bus (3), à cette armoire centrale (1), une armoire déportée (4) contenant une sinon plusieurs sondes de mesure (5) (une sonde par type de gaz analysé) ; elle comprend aussi une pompe d'aspiration du gaz (6) et un appareil permettant de réguler et régler le débit d'air alimentant la pompe (7) ; elle comprend plusieurs électro-vannes (8) pilotées par l'automate de programmation (9) (une électro-vanne par canne de prélèvement (10)). De préférence, la pompe d'aspiration du gaz (6) est équipée d'un appareil de régulation de débit d'air vers la ou les sonde (s), par exemple du type rotamètre. La pompe d'aspiration (6) aspire l'air contenu successivement dans chacune des cannes (10) et passant obligatoirement par les tuyaux plastiques (11) reliant les cannes de prélèvement (10) de gaz aux électrovannes (8). La pompe d'aspiration (6) est directement reliée à la sonde (5) telle que la sonde à oxygène, sinon aux autres sondes de mesure de gaz, par un tuyau d'alimentation (11). La sonde ou les sondes à gaz (5) sont directement reliées par un câble électrique (12) à l'automate de programmation (9). Le câble transmet les mesures obtenue par chacune des sondes (5) à l'automate de programmation (9). L'automate de programmation (9) est directement relié aux électrovannes par des câbles électriques (13) fournissant le signal électrique donnant l'ordre d'ouverture et fermeture des électrovannes (8). Le prélèvement de gaz dans le ou les tas de déchets (14) s'effectue au moyen d'un canne traversée par un tuyau plastique (11). Chaque tuyau plastique (11) relie une canne de prélèvement (10) à une électrovanne (8). Une canne (10) comporte une crépine (15) à son extrémité et éventuellement un presse étoupe ou un raccord (16) à chaque extrémité du tube (17) formant la canne (lao), et permettant ainsi de maintenir le tuyau plastique dans le corps de la canne. Selon un mode de réalisation représenté par la figure 2, l'unité de programmation peut comporter des cartes entrées et sorties intégrant directement les électrovannes et des cartes d'entrées et sorties du type PT 100 et PT 1000 (température) permettant de supprimer les transmetteurs équipant habituellement chaque sonde à température. Il va sans dire que le nombre d'électro-vannes dépend de la taille des plates-formes et du nombre de mesures souhaité pour l'analyse. Il va sans dire que l'armoire déportée peut contenir une seule sonde de mesure pour un seul type de gaz, comme elle peut contenir plusieurs sondes permettant d'analyser avec le même dispositif, plusieurs types de gaz, présents dans le ou les tas de déchets. Selon une variante des modes de réalisation représentés, le matériel d'analyse intégré normalement dans une armoire déportée unique, peut être intégré dans une, deux ou plusieurs armoires déportées, en fonction des contraintes d'exploitation et de process. Le présent dispositif a les nombreux avantages suivants : - suppression des capteurs de mesure de gaz sur les tas de déchets et intégrés aux cannes ; simplicité, fiabilité et économie du dispositif ; 1-facilité de remplacement des tuyaux plastiques en cas d'arrachement de ceux ci par les engins travaillant sur les plates-formes ; - réduction du nombre de capteurs et notamment de capteurs servant à la mesure de la teneur en oxygène ou en C02 pour le pilotage des plates-formes de compostage ou de traitement des déchets (un seul capteur sinon seulement deux ou trois capteurs peuvent suffire pour piloter des plates-formes de compostage de plusieurs dizaines de milliers de tonnes). - possibilité d'avoir un seul capteur à oxygène pour piloter et assurer la régulation d'une plate-forme de compostage traitant plusieurs milliers de tonnes de déchets verts, boues et déchets fermentescibles, ou sols pollués. - suppression possible du transmetteur du signal de température au niveau de chaque sonde de température. - possibilité de posséder des cannes d'un seul modèle standard permettant de recevoir soit le tuyau plastique d'alimentation en air ou soit une sonde du type PT 100 ou PT 1000, ou tout autre type de capteur (capteur à humidité). - la sonde d'analyse de l'oxygène dans le cas d'une plate- forme de compostage peut ne plus dériver et donc ne plus être aussi régulièrement comme par le passé, recalibrée (réétalonée). - dans ce dispositif, si un réétalonage doit néanmoins être effectué, il ne concerne plus éventuellement qu'une seule sonde, voire deux ou trois sondes à oxygène seulement. L'invention trouve toute une série d'applications privilégiées dans le domaine du compostage de tous les types de déchets organiques, et notamment des déchets verts, des boues et déchets fermentescibles, traités séparément ou mélangés entre eux. Elle trouve aussi des applications privilégiées dans le domaine du traitement des sols pollués. REVENDICATIONS 1. Dispositif optimisé de régulation et de mesure discontinue de la teneur en oxygène ou de tout autre gaz, dans les plates-formes de compostage ou de traitement des déchets, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une armoire déportée (4) comprenant elle-même une ou plusieurs sondes de mesure du gaz (5) et, en particulier, au moins une sonde de mesure à oxygène ou C02 ; une pompe d'aspiration des gaz (6) ; des électrovannes (8) pilotées par un automate de programmation (9) ; une tuyauterie (11) qui relie chacune des électrovannes (8) à une canne de prélèvement de gaz (10) pouvant être plantée dans le ou les tas de déchets ou de compost ; chacune des cannes de prélèvement (10) correspondant à une seule et unique tuyauterie comportant une crépine (15) d'aspiration de l'air ; les électrovannes (8) couplées à la pompe (6) permettant successivement l'aspiration de l'air et des gaz contenus dans l'air au niveau de chaque canne (10) et l'envoi de cet air et des gaz à la ou les sondes de mesure (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armoire déportée (4) comporte les électrovannes (8), chacune de ces électrovannes (8) pouvant être reliée à une canne de prélèvement (10) par un tuyau d'alimentation en air (11). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les électrovannes (8) sont séparées de l'automate de programmation (9) ou sont intégrées directement à l'automate de programmation (9). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte nécessairement au moins une pompe d'aspiration (6) et au moins une sonde (5) de mesure en oxygène ou C02. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une seule sonde de mesure du gaz (5), notamment l'oxygène ou le C02, peut permettre la mesure de la teneur, respectivement en oxygène ou C02, de plusieurs andains, grâce aux prélèvements obtenus à partir des différentes cannes de prélèvement de gaz (10). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'automate de programmation (9) comprend des sondes de température et une ou plusieurs entrées-sorties de type PT 100 ou PT 1000. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la canne de prélèvement de l'air (10) dans les déchets, et servant à mesurer la teneur en oxygène, C02 ou de tout autre gaz, ne comporte pas de capteur, ni de transmetteur intégré au corps de la canne, mais seulement une crépine (15) et un tuyau d'alimentation en air (11). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pompe d'aspiration du gaz (6) peut être équipée d'un appareil de régulation du débit d'air (7) vers la ou les sondes, du type rotamètre. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la sonde de mesure de l'oxygène (5) doit être capable de fournir dans un temps de réponse très court, la mesure de la teneur en oxygène de plusieurs andains ; et qu'il convient donc que cette sonde soit à capteur à oxyde de zirconium réchauffé, à temps de réponse très court, de l'ordre de quelques secondes (moins de dix secondes), et ne nécessitant, comme intervalle de calibration de la sonde, qu'un délai de l'ordre de six mois en fonctionnement normal, pour recalibrer la sonde.