Brevet FR2918586A1 — publié le 20090116

-1- DESCRIPTION Domaine technique de l'invention Il s'agit du stockage des déchets ménagers et assimilés à travers 2 technologies appréhendées 5 jusqu'à présent de façon très distincte et différente à savoir : A- La technologie Bioréacteur, fruit de près de 30 années de recherche en laboratoire et sur site. Elle repose sur le principe de la conversion de la fraction organique des déchets ménagers et assimilés en méthane. Elle consiste donc à apporter aux bactéries responsables de la dégradation des déchets, les conditions environnementales optimales pour favoriser leur activité et accélérer la 10 conversion des déchets en méthane, utilisé pour produire de l'énergie. Il est désormais possible de ne plus seulement considérer nos ordures ménagères comme des déchets, mais comme des ressources. La technologie Bioréacteur est reconnue pour apporter un grand nombre d'avantages. L'accélération de la biodégradation des déchets a en effet pour conséquences : 15 • d'accélérer, augmenter et optimiser le taux de production de biogaz dans le temps pour : o mieux valoriser le biogaz produit sous forme d'électricité ou de chaleur o diminuer l'utilisation de ressources fossiles pour produire de l'électricité • de réduire les impacts environnementaux : optimisation de la maîtrise des émissions de gaz à effet de serre et des risques de pollution des nappes phréatiques. 20 • de stabiliser rapidement le massif de déchets, et donc : o d'accélérer le tassement des déchets avant la mise en place de la couverture finale, ce qui diminue les risques d'endommagement de la couverture, o de diminuer la période de post-exploitation obligatoire • de diminuer la charge organique des lixiviats 25 • de pouvoir excaver les déchets stabilisés rapidement afin de réutiliser le vide de fouille récupéré • de réduire les nuisances olfactives. B- La technique de compactage des déchets où il a été constaté empiriquement et presque exclusivement par les opérateurs sur le terrain que dans la plupart des cas, le compactage se trouve 30 sensiblement amélioré en conditions de pluie modérée. Or l'augmentation de la densité de compactage permet d'économiser le vide occupé par les déchets et par conséquent réduit l'emprise des surfaces occupées par les installations de stockage, ce qui est typiquement du développement durable en assurant des avantages économiques et en limitant les impacts environnementaux. Etat des techniques antérieures faisant ressortir le problème technique posé 35 A- La technologie Bioréacteur : Les études de laboratoire et les projets de démonstration ont permis de quantifier les avantages de la technologie Bioréacteur. Mais il existe souvent une différence entre les expérimentations à petite échelle et la réalité opérationnelle sur site. Aujourd'hui, nous nous situons dans une phase de développement où la technologie est transposée à l'échelle industrielle. 40 -2- Dans la technologie Bioréacteur, le lixiviat est réutilisé pour fournir aux bactéries l'environnement nécessaire à la dégradation optimale des déchets. Le système de drainage des lixiviats est une structure clef du Bioréacteur, et il doit être dimensionné pour répondre aux spécificités du procédé. Le gaz, quant à lui, est utilisé pour produire de l'énergie. Il convient donc de collecter le maximum de gaz. L'exercice est compliqué, puisque l'humidité ajoutée au système pour favoriser la dégradation, contribue à diminuer la porosité accessible pour le transfert des gaz. Le système doit être renforcé, et tenir compte de la distribution des pressions au sein du massif de déchet. La répartition homogène de l'humidité au sein du massif de déchets étant relativement délicate à assurer, le choix correct d'un design et d'une stratégie d'injection est primordial. Il existe plusieurs moyens de répartir l'humidité au sein des déchets, tels que les systèmes horizontaux, verticaux, les nappes drainantes. II est nécessaire d'évaluer les quantités à injecter et la façon de les injecter pour une répartition optimale dans le massif de déchet en tenant compte de la confirmation du site et des impératifs réglementaires. Une fois la stratégie d'injection adoptée, elle doit être contrôlée pour éviter tout dysfonctionnement du système tel qu'une accumulation du lixiviat dans le fond du casier ou une saturation de la porosité accessible au gaz, phénomènes témoins d'une quantité de liquide injectée trop importante. Une instrumentation doit donc être mise en oeuvre au sein du bioréacteur. De l'expérimentation actuelle, il en ressort : • que les quantités de liquide pouvant être absorbés sont relativement faibles au cause de la faible porosité des massifs de déchets sauf dans le cas de circulations préférentielles, • que lorsque les circulations sont préférentielles, le liquide injecté à tendance à prendre toujours le même chemin et que dans ce cas il rejoint rapidement le système de drainage de fond • que par conséquent il est nécessaire de changer souvent ou de multiplier les points de réinjection Il s'avère jusqu'à présent que la répartition homogène de l'humidité au sein du massif de déchets, n'est réellement possible qu'à une distance relativement faible du point de réinjection, or une répartition homogène est la clé de la réussite de la technologie Bioréacteur. De plus cette méthode de réinjection après la construction du massif de déchets est relativement coûteuse en raison des nombreuses sujétions qu'elle entraîne, sans pour autant permettre la pleine atteinte de l'objectif. B- La technique de compactage des déchets : Le paramètre d'humidité n'est actuellement ni pris suffisamment en considération, ni maîtrisé d'autant plus que l'administration n'autorise pas la ré aspersion des lixiviats sur les alvéoles de stockage, la diffusion dans l'air étant le principal argument afin d'invoquer le principe de précaution vis-à-vis d'un éventuel transfert de pollution (génération d'un aérosol => suspension dans l'air de particules liquides et très fines). De plus les exploitants ont toujours estimé et présenté l'aspersion en tant que moyen de traitement des lixiviats et non à travers une aide à la mise en place des déchets par prise en compte de la carence en humidité.40 -3- Exposé de l'invention permettant la compréhension de la solution technique qui est apportée au problème technique posé L'invention consiste à réunir les 2 problématiques apparemment différentes et apporter une solution technique à la fois commune et synergique pour chacun des 2 problèmes techniques : A- La technologie Bioréacteur : Au lieu de tenter d'augmenter la teneur en eau du massif de déchets après sa mise en place, il est plus judicieux de le faire au moment de sa mise en place et juste au moment de sa mise en place, ce qui permettra une répartition homogène car la distribution d'humidité se fera dans chaque couche de déchets au fur et à mesure de la constitution du massif. B- La technique de compactage des déchets : L'apport d'humidité pendant le processus de compactage permet son optimisation en agissant comme un apport de lubrifiant entre les macro et micro éléments du massif. D'autre part certaines constitutions se déstructurent plus facilement en présence d'eau (exemple de constitution fibreuse : le papier ou le carton). Enfin, l'injection et non l'aspersion résout le problème de la formation d'aérosol. Synergie A + B : Les 2 principales conditions pour la méthanisation et donc le bon fonctionnement d'un bioréacteur sont la teneur en eau, et l'absence d'oxygène. Le fait d'augmenter la densité de compactage permet : • En ce qui concerne la teneur en eau o hors cadre d'un apport d'eau ou lixiviat, d'augmenter la teneur en eau volumique du 20 massif de déchets par simple effet d'évolution favorable du rapport partie incompressible (eau ou lixiviat) / partie compressible (déchets), o dans le cadre d'un apport d'eau ou lixiviat, de forcer (effet compactage ) et d'organiser (effet trituration ) à la base, la circulation interstitielle de l'eau autour des éléments du massif alors que cette circulation est habituellement préférentielle 25 lorsque la densité de compactage est faible (chemins de circulation de l'eau libre en fonction des obstacles rencontrés dans le massif des déchets). Cette organisation forcée de la circulation interstitielle de l'eau autour des éléments du massif est d'ailleurs fortement optimisée lors de la trituration opérée durant la phase de compactage proprement dite 30 • En ce qui concerne l'absence d'oxygène, le fait d'augmenter la densité de compactage favorise la diminution de l'indice des vides et donc de la présence d'oxygène, ce qui représente un élément très favorable à l'obtention de conditions anaérobies. En retour synergique, l'efficacité du bioréacteur s'additionne aux effets de l'augmentation de la densité de compactage afin d'augmenter les avantages vus précédemment à savoir : limitation des 35 tassements différentiels pour la couverture finale du site, stabilisation rapide du massif de déchets en vue d'une ré exploitation de la zone (rechargement en déchets jusqu'au niveau initial) ou du site (excavation des déchets stabilisés afin de réutiliser le vide de fouille récupéré). Actuellement des compacteurs sont utilisés et seulement utilisés pour mettre les déchets en place. Un compacteur a 3 fonctions-machine : 40 -4-• Une fonction de transport : c'est la fonction exécutée par l'engin poussant des déchets, lorsqu'il ne réalise pas de couche spécifique de déchets destinée à être compactée, • Une fonction de régalage : c'est la fonction exécutée par l'engin lorsqu'il réalise avec sa lame la couche de déchets destinée à être compactée (hauteur initiale avant compactage d'environ 50 centimètres,) • Une fonction de compactage : c'est la fonction exécutée par l'engin, lame inactive, lorsqu'il travaille sur les couches régalées. Hors c'est la séquence de régalage qui offre les meilleurs conditions d'injection et de 10 répartition de liquide (eau ou lixiviats), car : • Avant (opération de transport), la répartition homogène ne peut pas être assurée et l'engin circule sur une couche déjà en place, • après (opération de compactage), la couche est déjà réalisée, a déjà subi une passe de compactage et la diffusion du liquide serait relativement surfacique. 15 Le cadre de l'invention consiste à utiliser selon les sites, un ou plusieurs de ces engins pour injecter la quantité de liquide définie lors des études de bioréacteur avec un équipement spécifique, objet même de l'invention et monté sur ces engins non prévus initialement pour assurer cette tâche. Caractéristiques techniques propres à l'invention Le compacteur ou dans le cas de plusieurs engins, celui (ou ceux qui construisent les couches), doit 20 être équipé (FIG.1 et FIG.3) : • d'un ou plusieurs réservoirs (1) de liquide (eau ou lixiviats) situés au dessus du moteur à l'arrière, afin de ne pas limiter le champ de visibilité du conducteur, • d'un groupe de pompage et de régulation (2) destiné à assurer et à contrôler le débit et la pression et fonctionnant de façon autonome avec une motorisation auxiliaire, 25 • d'un circuit destiné à alimenter un dispositif d'injection à partir du ou des réservoirs et comprenant une ou plusieurs canalisations principales (3) avec des segments souples ou rigides en fonction de leur position dans l'architecture du compacteur (exemple de segment souple à l'articulation de la lame de l'engin) et pouvant éventuellement être équipées dans l'un de leurs segments de régulateurs de débit ou de pression. Le dit circuit d'alimentation 30 se situe entre le groupe de pompage et de régulation (2) et le dispositif d'injection (4), • d'un dispositif d'injection (4) devant résister au pouvoir abrasif et destructeur de différents types de déchets tout en permettant un contact direct impératif avec la surface supérieure de la couche de déchets non encore compactée (13). Il est composé (FIG.2 et FIG.4) : o d'un distributeur hydraulique (5) à commande manuelle ou automatique en acier ou 35 avec des éléments de tuyaux provenant de l'oléo-hydraulique, o d'un système d'adduction (6) lui-même constitué : d'environ 10 à 20 (en fonction de la largeur de la lame des engins) chemises cylindriques en acier (7) qui pourront être selon les cas rencontrés : 40 -5- • soit intégrées dans la constitution de la lame de l'engin (8) si leur fabrication est prévue en même temps que celle de la lame de l'engin (8) et dans ce cas, leur orifice inférieur (9) débouchera sur la face inférieure (10) de la lame de l'engin (8). L'orifice (9) pourra faire l'objet d'un renforcement au carbure de tungstène (11) ou équivalent, • soit soudées (FIG.5) sur la face arrière (12) de la lame existante de l'engin (8) et dans ce cas positionnées tout en bas afin qu'il y ait également contact direct avec la surface supérieure de la couche de déchets non encore compactée (13), l'orifice (9) pouvant aussi être renforcé au carbure de tungstène (11) ou équivalent, ^ de canalisations terminales d'injection (14) pouvant être équipées éventuellement dans l'un de leurs segments, de régulateurs de débit ou de pression ou pour l'extrémité, de buses (15). Chaque canalisation terminale d'injection (14) utilisera le chemin d'une chemise en acier (7) afin d'être protégée et débouchera dans son segment terminal à une certaine distance D (16) fonction de la typologie des déchets, à l'intérieur et au dessus de la partie inférieure de la chemise (7) (de l'ordre d'une dizaine de centimètres) afin de ne pas subir l'attaque des déchets et rester efficace. Elle sera calée dans la chemise (7) grâce à des bagues (20) par exemple en élastomère, o d'une commande d'injection (17) montée en cabine du conducteur (18) si possible sur la commande de lame et à défaut au plus près et destinée à déclencher l'injection manuellement dans le cas le plus basique ou automatiquement dans le cas d'un asservissement, mais permettant la coupure manuelle si nécessaire. Cette commande doit piloter une vanne (19) située sur la canalisation principale (3) en sortie du groupe de pompage et de régulation (2) notamment lorsque distributeur hydraulique (5) est à commande manuelle, et / ou piloter directement le distributeur hydraulique (5) notamment lorsque ce dernier est à commande automatique. Présentation des différentes figures constituant les dessins • FIG.1 = Coupe longitudinale de l'invention avec vue éclatée • FIG.2 = Coupe transversale au niveau du dispositif d'injection (4) avec vue éclatée • FIG.3 = Coupe longitudinale de l'invention après montage sur engin avec vue éclatée (cas de l'intégration dans la constitution de la lame de l'engin (8) lorsque la fabrication du dispositif d'injection (4) est prévue en même temps que celle de la lame de l'engin (8)) • FIG.4 = Coupe transversale au niveau du dispositif d'injection (4) après montage sur la lame de l'engin (8) avec vue éclatée • FIG.5 = Coupe longitudinale de l'invention après montage sur engin avec vue éclatée et selon variante de montage sur la face arrière (12) de la lame d'engin (8) (cas du montage 40 du dispositif d'injection (4) sur une lame d'engin existante). -6- Modes particuliers non limitatifs de réalisation Les variables courantes du domaine technique de l'invention concernent principalement : • les caractéristiques des déchets extrêmement différentes (nature, granulométrie, teneur en eau initiale...) selon les sites, • les caractéristiques de chaque site (tonnage journalier, tonnage horaire...), • les caractéristiques du parc d'engins (nombre, taille, équipements, vitesse d'avancement...), • les caractéristiques de la mise en oeuvre des déchets (épaisseur des couches, nombre de passes de compactage...) Il s'ensuit que pour pouvoir répondre au besoin spécifique de chaque site, le dimensionnement de certaines caractéristiques de l'invention peut varier, mais sans faire varier le principe technique, l'architecture, la description technique et la fonction des composants de l'invention. Il en est de même du type de matériau de certains composants. Selon des modes particuliers de réalisation, les composants suivants peuvent être installés : • Un ou plusieurs réservoirs (1) de liquide => fonction des caractéristiques des déchets et du site : un seul si l'exploitant injecte de l'eau claire ou du lixiviat, 2 dans le cas de l'utilisation simultanée des 2 liquides -Réservoir acier mais de préférence en plastique surtout dans le cas de lixiviat ù Capacité environ entre 1 et 3 m3 • Une ou plusieurs canalisations principales (3) => fonction des caractéristiques des déchets et du site : selon le nombre de réservoir et le couple débit / pression à fournir en fonction de la teneur en eau initiale des déchets et leur tonnage horaire ù Emploi souhaitable de tuyaux souples provenant de l'oléo-hydraulique, très bien adaptés aux engins de TP • Adjonction dans l'un des segments des canalisations principales (3) ou terminales (14) de régulateurs de débit, de pression ou de buses (15) => fonction des caractéristiques des déchets et du site : selon le nombre de réservoir et le couple débit / pression à fournir en fonction de la teneur en eau initiale des déchets, leur tonnage horaire et leur nature (pulvérulente et / ou colmatante) - Débit pouvant être compris entre 20 et 300 litres / minute par système ù Pression pouvant être comprise entre 5 et 120 bars : il pourra aussi être exceptionnellement possible d'avoir un double système avec 2 circuits indépendants et pouvant fonctionner simultanément tout en utilisant l'exutoire commun prodigué par chaque chemise : o basse / moyenne pression pour laisser passer un débit suffisant (déchets secs demandant une grande quantité d'eau) o haute pression pour empêcher l'obstruction des chemises par des déchets (pulvérulents et à fort pouvoir de colmatage). • Nombre et matériau employé pour les chemises cylindriques (7) et les canalisations terminales d'injection (14) => fonction des caractéristiques des déchets, de celles du site et de celles des engins : selon le couple débit / pression à fournir en fonction de la teneur en eau initiale des déchets, leur tonnage horaire, leur nature et la taille des lames d'engins - -7- Nombre de chemises cylindriques (7) et de canalisations terminales d'injection (14) souvent compris entre 10 et 20 û Chemises (7) en acier avec éventuel renforcement au carbure de tungstène ou équivalent (11), pour la partie basse au contact des déchets û Canalisations terminales d'injection (14) faites de tuyaux souples provenant de l'oléo-hydraulique, très bien adaptés aux engins de TP • Distance D (16) à l'intérieur et au dessus de la partie inférieure de la chemise (7) => fonction de la nature des déchets, de leur mise en oeuvre et le couple débit l pression à fournir û Distance comprise entre 5 et 30 cm environ. Manière dont l'invention est susceptible d'application industrielle Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux opérateurs exploitant des installations de stockage de déchets ménagers et assimilés appelés également déchets non dangereux. Conclusion Il s'agit donc d'un équipement spécifique pour injecter du liquide, monté sur engins non prévus initialement pour assurer cette tâche et destiné aux opérateurs exploitant des installations de stockage de déchets ménagers et assimilés appelés également déchets non dangereux. Cet équipement spécifique est caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir (1) de liquide, un groupe autonome de pompage et de régulation (2) destiné à assurer et à contrôler le débit et la pression et une canalisation principale (3), ces 3 composants étant destinés à alimenter un dispositif d'injection (4) lui-même composé d'un distributeur hydraulique (5) et d'un système d'adduction (6) comprenant des chemises (7) destinées à protéger les canalisations terminales d'injection (14). Le dispositif d'injection (4) tout en résistant au pouvoir abrasif et destructeur de différents types de déchets, permet par l'orifice inférieur (9) des chemises (7), un contact direct impératif avec la surface supérieure de la couche de déchets non encore compactée (13). Les chemises cylindriques (7) du système d'adduction (6) seront fixées tout en bas et sur la face arrière (12) de la lame de l'engin (8) lorsqu'elles n'auront pas été prévues dans la constitution initiale de la lame existante de l'engin (8). REVENDICATIONS 1. Equipement spécifique pour injecter du liquide, monté sur engins non prévus initialement pour assurer cette tâche, destiné aux opérateurs exploitant des installations de stockage de déchets ménagers et assimilés appelés également déchets non dangereux, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir (1) de liquide, un groupe autonome de pompage et de régulation (2) destiné à assurer et à contrôler le débit et la pression et une canalisation principale (3), ces 3 composants étant destinés à alimenter un dispositif d'injection (4) lui-même composé d'un distributeur hydraulique (5) et d'un système d'adduction (6) comprenant des chemises (7) destinées à protéger les canalisations terminales d'injection (14). 2 : Equipement spécifique selon la revendication n 1, caractérisé en ce que le dispositif d'injection (4) tout en résistant au pouvoir abrasif et destructeur de différents types de déchets, permet par l'orifice inférieur (9) des chemises (7), un contact direct impératif avec la surface supérieure de la couche de déchets non encore compactée (13). 3 : Equipement spécifique selon la revendication n 1 ou n 2, caractérisé en ce que le dispositif d'injection (4) permet le contact direct impératif avec la surface supérieure de la couche de déchets non encore compactée (13) grâce à des chemises cylindriques (7) intégrées dans la constitution de la lame de l'engin (8) lorsque leur fabrication est prévue en même temps que celle de la lame de l'engin (8) et que par conséquent leur orifice inférieur (9) débouchera sur la face inférieure (10) de la lame de l'engin (8). 4 : Equipement spécifique selon la revendication n 1, n 2 ou n 3, caractérisé en ce que les chemises cylindriques (7) du système d'adduction (6) seront fixées tout en bas et sur la face arrière (12) de la lame de l'engin (8) lorsqu'elles n'auront pas été prévues dans la constitution initiale de la lame existante de l'engin (8). 5 : Equipement spécifique selon la revendication n 1, n 2, n 3 ou n 4, caractérisé en ce que les canalisations terminales d'injection (14) protégées par les chemises (7) débouchent dans leur segment terminal à une distance D (16), fonction de la typologie des déchets, à l'intérieur et au dessus de la partie inférieure de chaque chemise (7) afin de ne pas subir l'attaque des déchets et rester efficace. 6 : Equipement spécifique selon la revendication n 1, n 2, n 3, n 4 ou n 5, caractérisé en ce que les canalisations terminales d'injection (14) seront équipées à leur extrémité de buses (15). 7 : Equipement spécifique selon la revendication n 1, caractérisé en ce qu'une commande d'injection (17) montée en cabine du conducteur (18) sur la commande de lame et à défaut au plus près, est destinée à déclencher l'injection manuellement dans le cas le plus basique ou automatiquement dans le cas d'un asservissement, en pilotant une vanne (19) située sur la canalisation principale (3) en sortie du groupe de pompage et de régulation (2) notamment lorsque distributeur hydraulique (5) est à commande manuelle et / ou en pilotant directement le distributeur hydraulique (5) notamment lorsque ce dernier est à commande automatique.40