Brevet FR2857356A1 — publié le 20050114

L'invention concerne le perfectionnement d'un procédé de compostage des déchets organiques utilisant un fermenteur à vis de brassage verticale. Les fermenteurs à vis verticale de brassage, sont décrits dans la demande de brevet FR-00-09649 et sont utilisés dans des couloirs remplis de déchets organiques en combinaison avec, dans la sole des couloirs, des caniveaux recouverts de grilles permettant d'insuffler de l'air dans les déchets organiques à composter; une poutre de positionnement, dont la longueur est sensiblement égale à la largeur du couloir de compostage, qui est placée transversalement dans le couloir de compostage et qui sert de support et de guidage à un chariot support de vis qui se déplace de tout son long; les extrémités de la poutre de positionnement sont équipées de roues motorisées qui roulent sur des rails de guidage fixés sur les murs verticaux délimitant les couloirs de compostage; la vis verticale de brassage, solidaire du chariot support de vis se déplace le long de la poutre de positionnement en parcourant le couloir de compostage suivant sa largeur en brassant les déchets organiques à composter, puis lorsqu'elle est en bout de course la poutre de positionnement se déplace le long des rails de guidage d'une distance équivalant au diamètre de la vis de brassage et puis cette dernière traverse à nouveau le couloir de compostage. Les descriptions qui suivent s'appuient sur les figures jointes suivantes: La figure.1 représente une vis de brassage en élévation. La figure.2 représente une coupe suivant AA' d'une vis de brassage en cours de brassage, selon un procédé de fonctionnement classique, dans du produit à composter. La figure.3 représente une coupe suivant BB' d'une vis de brassage en cours de fonctionnement suivant le procédé perfectionné selon l'invention. La figure.4 représente une vis de brassge en élévation suivant une version préférée de l'invention. Les fermenteurs à vis de brassage 8 verticale utilisent des vis composées notamment d'un dispositif spiral de support 1 (figure.1) réalisé à partir d'une tôle plane, d'une épaisseur allant de trois à cinq centimètres, d'une forme trapézoïdale dont une grande base a une longueur de quinze à trente centimètres et une petite base qui a de cinq à dix centimètres et une hauteur de plusieurs mètres; la forme trapézoïdale servant à la formation du dispositif spiral de support 1 comporte des côtés latéraux inégaux, formant un grand côté et un petit côté, de manière que la médiane joignant les milieux de la petite et de la grande base fasse avec celles-ci un angle de l'ordre de soixante quinze à quatre-vingt cinq degrés avec les bases du trapèze, appelé ci-après "angle de spire"; pour constituer le dispositif spiral de support 1, la tôle plane de forme trapézoïdale est enroulée, suivant une surface cylindrique de révolution virtuelle d'un diamètre de support 4 de l'ordre de soixante centimètres et d'une hauteur de vis 5 de l'ordre d'un mètre cinquante à deux mètres, de manière que les bases du trapèze soient parallèles aux génératrices de la surface cylindrique de révolution et que la médiane soit enroulée en spirale, sur la surface cylindrique de révolution, en faisant avec les génératrices et l'axe 32 de cette dernière un angle de spire 6 de manière que le grand côté soit enroulé au- dessus 3 2857356 de la médiane et le petit côté en dessous; le grand côté constitue la spirale supérieure 7 du dispositif spiral de support 1 de la vis de brassage 8 et le petit côté la spirale inférieure 9; le dispositif spiral de support 1 est élargi suivant sa spirale supérieure 7 par des éléments de glissement 13 en tôle, en forme de segment d'arcs de cercles concentriques de l'ordre de quatre-vingt dix degrés, permettant de recouvrir un quart de spire supérieure 7, de dix à quinze centimètres de large, pris dans le sens perpendiculaire aux arcs de cercles, de longueurs de l'ordre de quelques dizaines de centimètres correspondant aux longueurs des arcs de cercles concentriques délimités à leurs extrémités par des rayons communs aux arcs de cercles, et d'une épaisseur de quinze à trente millimètres; ces derniers sont conformés dans le sens de la longueur pour constituer une forme réglée, dont les génératrices sont situées dans le sens de la largeur des éléments de glissement 13 et sont perpendiculaires aux génératrices du dispositif spiral de support 1, venant épouser la forme de la spirale supérieure 7 à laquelle elle est fixées par soudure; ces éléments de glissement 13 sont soudés bout à bout suivant leurs extrémités qui sont rectilignes, les arcs de cercles bordant les éléments de glissement 13 prenant une forme spirale de même pas que celui de la spirale supérieure 7 et constituant une bordure spirale extérieure 10 et une bordure spirale intérieure 11. Les éléments de glissement 13 comportent des moyens de fixation permettant de fixer des pièces d'usure, comportant un côté interne et un côté externe, du côté de la bordure spirale extérieure sur laquelle le côté interne vient s'ajuster tandis que le côté 4 2857356 externe comporte une dent en métal très dur; ces pièces d'usure sont sensiblement en forme d'arc de cercle de quarante-cinq degrés, d'une largeur de l'ordre de cinq à dix centimètres, d'une épaisseur de l'ordre de dix millimètres; la face supérieure des pièces d'usures est située de préférence seniblement dans le prolongement de la face supérieure des éléments de glissement 13; l'extrémité des dents successives sont situées sur une spirale de même pas appelée ci-après spirale de rabotage 12; les spirales supérieure 7, extérieure 10, intérieure 11 et de rabotage 12 sont toutes coaxiale et de même pas, la spirale inférieure 9 ayant un pas plus petit; la surface constituée par les faces supérieures des éléments de glissement 13 et pièces d'usure est appelée ci-après surface spirale de glissement 14; le diamètre de rabotage 15 de la vis de brassage 8 au niveau de la spirale de rabotage 12 est de l'ordre de soixante-dix à quatre-vingts centimètres. Le dispositif ainsi décrit constitue la vis de brassage 8 du fermenteur; la première extrémité de la vis de brassage 8 correspondant à la grande base du trapèze de départ constitue le sommet 2 de la vis de brassage 8 et la deuxième extrémité de la vis de brassage 8 correspondant à la petite base du trapèze de départ constitue la base 3 de la vis de brassage 8; le sommet 2 de la vis de brassage 3 est généralement fixé par des entretoises 16 à un arbre vertical d'entraînement 17 coaxial avec l'axe des spirales 7 et 9; la base 3 de la vis de brassage 8 est libre. Lorsque la vis de brassage 8 (figure.2), qui est en position verticale, tourne dans du produit à composter 19 en attente de brassage, elle tourne à une vitesse de l'ordre de vingt 2857356 cinq tours par minute, et elle se déplace linéairement et horizontalement ce qui définit deux zones séparées par un plan 18 perpendiculaire au sens de déplacement 20: une première zone située vers l'avant dans le sens du déplacement correspondant à un angle de rotation de cent quatre-vingt degrés de la vis de brassage 8 et une deuxième zone située vers l'arrière correspondant aussi à un angle de rotation de cent-quatre-vingt degrés de la vis de brassage 8; la première zone est une zone de rabotage 21 des produits à composter 19 et la deuxième zone est une zone de comblement 22. Dans la zone de rabotage 21, les dents situées sur la spirale de rabotage 12 émiettent le produit à composter qui se dépose sur la surface spirale de glissement 14 tout en restant au contact grâce à la force centrifuge contre la paroi fixe de produit à composter en cours de rabotage; ce contact freine l'entraînement par la surface spirale de glissement 14 de la matière rabotée qui se déplaçant plus lentement, par rapport à la surface spirale de glissement 14, s'élève dans la vis d'une hauteur qui peut être estimée de l'ordre du quart de pas; puis quand elle arrive dans la zone de comblement 22 elle est précipitée en dehors de la vis de brassage 8 par la force centrifuge dans l'espace créé par le déplacement en translation horizontale de la vis de brassage 8; le produit à composter, qui arrive en haut du tas de matière à composter, ne peut plus s'élever dans la vis de brassage et elle s'accumule sur le tas de produit à composter non encore brassé situé du côté de la zone de rabotage 21, et finit par être entraînée dans la zone de comblement 22. Une telle façon de procéder permet un bon brassage suivant une direction horizontale mais un 6 2857356 mauvais brassage selon une direction verticale puisque après s'être élevée dans la zone de rabotage 21 elle retrouve sensiblement sa place initiale par effondrement, dans la zone de comblement 22, du produit à composter brassé 23; il est constaté à l'usage que le compostage d'un lot de déchets organiques qui se fait habituellement à partir d'une hauteur initiale de deux mètres est réalisé en plusieurs semaines et que les matières organiques sont peu mélangées dans le sens vertical; il est constaté qu'une chute de produit à composter dans le volume délimité par la bordure spirale intérieure 11 se retrouve en quasi- totalité à la base 3, de la vis de brassage 8, qui a une capacité d'évacuation limitée des produits à composter ainsi tombés, ce qui peut provoquer rapidement un engorgement de la vis de brassage 8; cela entraîne l'utilisation d'une vis de brassage 8 d'un diamètre de rabotage 15 limité, pour ne pas avoir une longueur de rabotage trop longue, et d'un angle de spire 6 important pour diminuer le rapport entre la quantité de matière rabotée et la surface spirale de glissement 14 disponible pour la recevoir afin d'éviter autant que faire se peut tout débordement. L'objet de l'invention consiste à proposer d'une part un redimensionnement des vis de brassage et d'autre part une autre dynamique de leur fonctionnement conduisant à un brassage intense de la matière à composter et permettant de réaliser un très bon compostage des produits à composter sur une durée de l'ordre de la semaine en partant d'une hauteur initiale de produit à composter beaucoup plus élevée que celle actuellement pratiquée. L'invention consiste, d'une part, à dimensionner 7 2857356 différemment la vis de brassage 8 et, d'autre part, à modifier ses paramètres de fonctionnement de manière à provoquer systématiquement un débordement de produit à composter raboté 25 (figure.3) dans l'espace intérieur de la vis de brassage 8, délimité par la bordure spirale intérieure 11, afin de créer un flux de matière à composter rabotée, provenant des divers niveaux de rabotage; le débordement de matière à composter forme grâce à la force centrifuge un anneau délimitant une cheminée centrale 26 vide de matière; une partie du produit à composter ayant débordé, située près de la bordure spirale intérieure 11 et qui descend par gravité lentement, est évacuée au niveau de la zone de comblement 22; ce qui n'est pas évacué est repoussé vers la cheminée centrale 26; la partie de produit à composter située près de la cheminée centrale 26, supportant une force centrifuge plus faible descend plus rapidement par gravité jusqu'à la base 3 de la vis de brassage 8 où elle est bloqpée en rotation par la sole 27 du couloir de compostage; grâce au déplacement en translation horizontale de la vis de brassage 8, le produit à composter tombé sur la sole 27 du couloir de compostage est repris par la base 3 de la vis de brassage 8 lorsqu'elle passe dans la zone de comblement 22 afin de combler le vide créé par le produit à composter raboté près de la sole 27 du couloir de compostage qui s'est élevé dans la vis de brassage 8; il est constaté ainsi qu'un tel brassage permet une très bonne homogénéisation du produit à composter dès les premiers passages de la vis de brassage 8 et participe à la rapidité du compostage. Dans une version préférée de l'invention, le diamètre de 8 2857356 rabotage 15 (figure.1) de la vis de brassage 8 est augmenté pour atteindre au moins une valeur de l'ordre de quatre-vingt-dix à un mètre, pour, par exemple, se situer dans une fourchette de cent-dix à cent- trente centimètres et l'angle de spire 6 est diminué pour se situer en dessous de quatre-vingt degrés, par exemple, dans une fourchette allant de soixante-quinze à quatre-vingts degrés afin de diminuer autant que possible la longueur de la surface spirale de glissement 14, par rapport à la surface de produit à composter rabotée, afin d'augmenter le ratio de la quantité de produit à composter raboté par rapport à la surface spirale de glissement 14 susceptible de le recevoir; la diminution de l'angle de spire 6 combiné avec l'augmentation du diamètre de rabotage 15 permet d'augmenter la hauteur 5 de la vis de brassage 8 d'un facteur de un et demi à deux sans augmenter inconsidérément le poids de la vis de brassage 8 et le nombre da spires qui reste au nombre de quatre à six. Dans un perfectionnement de l'invention, le sommet 2 (figure.4) de la vis de brassage 8 est prolongé vers le haut par une virole 28 métalligie cylindrique de révolution d'un diamètre extérieur sensiblement égal à celui du volume cylindrique de révolution délimité par la bordure spirale intérieure 11 à laquelle élle est fixée par soudure sur environ une demi spire; la virole 28 est aussi fixée au dispositif spiral de support 1, par l'intermédiaire d'une cale 29 soudée du côté ipterne du dispositif spiral de support suivant une demi spire; la virole 28 comporte sur sa surface cylindrique extériepre située au- dessus du sommet 3 de la vis de brassage 8 des palettes métalliques 30 de 9 2857356 préférence verticales soudées perpendiculairement à la surface de la virole 28 et également réparties de manière à disperser le produit à composter qui pourrait s'accumuler contre la virole 28 en début des opérations de compostage; les palettes métalliques 30 sont par exemple disposée suivant une spirale prolongeant la bordure spirale intérieure 11. La virole 28 comporte à sa partie supérieure 31, d'une part, un palier constitué, par exemple, par au moins un roulement couronne (non représenté sur le dessin) permettant à la virole 28 de tourner par rapport au chariot support de vis, et, d'autre part, une couronne dentée (non représentée sur le dessin) mise en rotation par un pignon solidaire de l'arbre de sortie d'un groupe moto-réducteur alimenté en courant électrique par un générateur de courant à fréquence variable. La vitesse de rotation de la vis de brassage 8 est augmentée de manière significative pour se situer au moins au-dessus de vingt cinq à trente tours par minute, comme, par exemple, dans une plage située entre trente cinq et soixante tours par minute, tandis que la vitesse de déplacement en translation horizontale de la vis est déterminée expérimentalement, pour une vitesse de rotation donnée, en fonction de l'épaisseur de produit à composter qu'il est nécessaire de raboter à chaque tour de vis de brassage 8 pour obtenir une quantité maximale de produit à composter raboté 25, débordant de la surface spirale de glissement 14, ne provoquant pas d'engorgement de la vis de brassage 8 à sa base 3; le diamètre de la cheminée centrale 26 (figure.3) sert d'indicateur au bon réglage; par exemple, une vitesse de déplacement horizontal plus faible diminue le diamètre de 2857356 la cheminée centrale 26 et tend à engorger la base 3 de la vis de brassage 8, et inversement une vitesse plus élevée augmente le diamètre de la cheminée centrale 26 et tend à diminuer le brassage vertical. Dans une variante de la version préférée de l'invention, la virole 28 (figure.4), par exemple, sert de conduit à un dispositif de ventilation permettant d'insuffler de l'air par ventilation forcée dans la cheminée centrale, ou permet l'introduction, directement dans la cheminée, de matière nouvelle à composter ou d'un additif destiné à être rajouté au compost. Le dispositif spiral de support 1 (figure.l), est réalisé à partir d'une tôle rectangulaire sur laquelle est tracé le trapèze en plusieurs parties, chaque partie représentant une spire, placées convenablement les unes par rapport aux autres pour que lorsque la tôle est roulée et soudée suivant une génératrice pour constituer un cylindre de révolution les spires successives se retrouvent bout à bout; il suffit de découper la tôle épaisse en suivant le tracé des spires, pour obtenir le dispositif spiral de support 1. 11 2857356 Revendications 1-Procédé de compostage de déchets organiques, mis en oeuvre dans un couloir de compostage présentant une sole (27), utilisant une vis de brassage (8) composée d'un dispositif spiral de support (1) de hauteur (5) , présentant un sommet (2) et une base (3), supportant une surface spirale de glissement (14), faisant avec l'axe (32) de la vis de brassage (8) un angle de spire (6), délimité par une bordure spirale intérieure (11) et une spirale de rabotage (12) définissant un diamètre de rabotage (15), se déplaçant horizontalement suivant un sens de déplacement (20) délimitant, de part et d'autre d'un plan (18), une zone de rabotage (21) et une zone de comblement (22), caractérisé en ce que la vis de brassage (8) a au moins un diamètre de rabotage (15) de quatre-vingt-dix à cent centimètres tandis que l'angle de spire (6) se situe en dessous de quatre- vingts degrés, la hauteur (5) de la vis de brassage (8) correspondant à un nombre de spires situé entre quatre et six, la vitesse de rotation de la vis de brassage (8) et sa vitesse de déplacement an translation horizontale étant déterminés pour provoquer un débordement systématique du produit à composter raboté (25) dans l'espace intérieur de la vis de brassage (8), délimité par la bordure spirale intérieure (11), afin de créer un flux de matière à composter rabotée (25), formant grâce à la force centrifuge un anneau délimitant une cheminée centrale (26), vide de matière, descendant vers la base (3) de la vis de brassage (8) à une vitesse diminuée par la force centrifuge, une grande partie du produit à composter raboté (25), ayant débordé et provenant de divers niveaux, étant évacuée, sous 12 2857356 l'action de la force centrifuge, vers la zone de comblement (22), le reste du produit à composter raboté (25) arrivant par gravité jusqu'à la base (3) de la vis de brassage (8) où elle est reprise par la base (3) de la vis de brassage (8) lorsqu'elle passe dans la zone de comblement (22) afin de combler le vide créé par le produit à composter raboté près de la sole (27) qui s'est élevé dans la vis de brassage (8). 2-Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de rabotage (15) est situé entre cent-dix et cent- trente centimètres et l'angle de spire (6) entre soixante-quinze et quatre vingt degrés. 3-Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le sommet (2) de la vis de brassage (8) est prolongé vers le haut par une virole (28), fixée à la bordure spirale intérieure (11) et au dispositif spiral de support (1), comportant sur sa surface cylindrique extérieure des palettes métalliques (30) également réparties. 4-Dispositif, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la virole (28) comp.ore à sa partie supérieure (31), d'une part, un palier conspitué par au moins un roulement couronne, et, d'autre par, une couronne dentée mise en rotation par un pignon solidaire de l'arbre de sortie d'un groupe moto-réducteur. 5-Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la vis de brassage (8) est supérieure à vingt cinq tpurs par minute, tandis que la vitesse de déplacement en.ranslation horizontale de la vis est déterminée expérimentalement, pour une vitesse de rotation donnée, en fonction de l'épaisseur de produit à composter (19) qu'il est nécessaire de raboter à chaque tour 13 2857356 de vis de brassage (8) pour obtenir une quantité maximale de produit à composter raboté (25) débordant de la surface spirale de glissement (14) ne provoquant pas d'engorgement de la vis de brassage (8) à sa base (3). 6-Procédé, selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la vis de brassage (8) est comprise entre trente cinq et soixante tours par minute. 7-Procédé de mise en oeuvre des dispositifs selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la virolle (28) est utilisée pour l'insufflation d'air dans la cheminée entrale (26), et ou pour l'introduction de matière nouvelle à composter ou d'additif dans le compost. 8-Dispositif spiral de support en réalisation du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif spiral de support (1), est réalisé à partir d'une tôle épaisse rectangulaire sur laquelle est tracé un trapèze en plusieurs parties, chaque partie représentant une spire, placées convenablement les unes par rapport aux autres pour que, lorsque la tôle épaisse est roulée et soudée suivant une génératrice pour constituer un cylindre de révolution, les spires successives se retrouvent bout à bout, la tôle épaisse étant ensuite découpée en suivant le tracé des spires.