Brevet FR3003560A1 — publié le 20140926

La présente invention concerne de manière générale les dispositifs de brassage de matière, en particulier de matière en fermentation en vue de la réalisation d'un compost. Généralement, un processus de compostage comprend trois phases dont une première phase, dite phase de préfermentation, qui correspond à une montée rapide de la consommation d'oxygène jusqu'à un pic avec une élévation de température sur une durée de l'ordre de 8 à 15 jours. Il est important de maitriser cette phase du processus de compostage pour éviter le pourrissement ou une fermentation non souhaités avec dégagement d'odeur nauséabonde. Cette phase de préfermentation est encore appelée phase active de fermentation. Cette première phase est suivie d'une deuxième phase, appelée phase de fermentation finale, selon laquelle on observe une descente graduelle de la consommation d'oxygène avec une réduction graduelle de la température jusqu'à se rapprocher de la température ambiante sur une durée de l'ordre de 5 à 10 semaines. La phase de fermentation finale et la phase de préfermentation forment la phase dite de fermentation complète ou totale. La troisième phase du processus de compostage est appelée phase de maturation et s'étend sur une durée de l'ordre de 3 à 6 mois. Durant la phase de préfermentation, la matière en fermentation doit être périodiquement aérée afin de maintenir une porosité convenable de la matière, pour que la matière en fermentation puisse puiser l'oxygène nécessaire. Pour aérer le compost, dans des contenants verticaux statiques traditionnels, appelés composteurs statiques, il est connu de procéder au brassage périodique de la matière le plus souvent à l'aide d'une fourche de jardinier. Cependant, une telle opération de brassage de la matière est non seulement fastidieuse, mais en outre l'aération de la matière n'est pas réalisée de manière homogène. 3003 560 2 Il est aussi connu d'utiliser un composteur rotatif horizontal qui se présente sous forme d'un tambour rotatif à vidange continue ou séquentielle par trappe. Le brassage de la matière est réalisé par la mise en rotation du tambour. 5 Néanmoins, avec de tels composteurs rotatifs, on constate la formation d'agglomérats de matière pendant la première phase de fermentation ce qui pénalise le processus de fermentation. 10 Par ailleurs, pour ralentir le tassement naturel de la matière, il convient d'ajouter dans ces types d'équipements une quantité importante de matériaux structurants, tels que des éléments de bois par exemple de granulométrie 2040 mm avec un taux de l'ordre de 15 à 30% en masse. 15 Le but de l'invention est de résoudre tout ou partie des problèmes évoqués ci-dessus et rencontrés avec les solutions connues de l'état de la technique. La présente invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé de brassage de matière permettant l'aération homogène de ladite matière au 20 cours de la phase de préfermentation et de ralentir le tassement naturel de ladite matière tout en réduisant l'apport d'éléments structurants au sein de la matière. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le brassage de matière, 25 notamment pour le brassage de matière à fermenter, ledit dispositif comprenant un tambour rotatif apte à contenir ladite matière, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend aussi au moins une vis sans âme qui s'étend à l'intérieur du tambour en étant montée rotative par rapport au tambour. 30 La rotation du tambour permet de donner un premier mouvement global à la matière entrainée en rotation par le tambour pour conserver la fonction de brassage afin d'aérer la matière, tandis que la rotation des organes brise- motte, formés par la ou les vis sans âme logée(s) à l'intérieur du tambour, avec une vitesse relative non nulle par rapport au tambour, permet de compléter cette aération et de briser de manière plus homogène et de manière fiable les mottes de matière. Le tassement de la matière est aussi réduit du fait de l'utilisation de vis sans âme en tant qu'organe de brassage. En effet, l'utilisation d'une ou de chaque vis sans âme, qui présente une succession continue de spires tout en étant dépourvue de corps central, permet d'éviter de créer des zones de tassement de matière qui seraient néfastes quant au déroulement du processus de compostage. Cette aération homogène et rapide de la matière obtenue par combinaison du mouvement de rotation du tambour et du mouvement de rotation de la ou de 15 chaque vis sans âme, favorise la préfermentation de la matière. Bien évidemment, le brassage de la matière, dont la fonction principale recherchée est l'aération de la matière (qui se traduit par la réduction de sa masse volumique), entraine aussi le mélange des différents composants de 20 cette matière sans tassement, ce qui favorise encore le processus de compostage. La matière sortante préfermentée, de granulométrie convenable, étant apte à suivre les autres étapes du processus de compostage, les autres phases du 25 processus de compostage peuvent alors être poursuivies de façon traditionnelle au moyen d'un bac de compostage. Une telle solution selon l'invention permet une réduction importante du coût de traitement rapporté à la quantité traitée par année, par rapport à l'usage 30 traditionnel des composteurs rotatifs connus de l'état de la technique. En effet l'état de la technique impose un usage fonctionnel de ceux-ci sur une durée minimale de 6 semaines, concomitant avec la phase complète de fermentation. Préférentiellement, ledit dispositif comprend un système de transmission de mouvement configuré de telle sorte que la vitesse de rotation par rapport au tambour de la ou de chaque vis sans âme est asservie à celle du tambour. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la ou chaque vis sans âme est aussi portée par le tambour. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comprend deux vis sans âme et lesdites vis sans âme sont synchronisées en rotation. Avantageusement, lesdites vis sans âme s'étendent parallèlement l'une à l'autre, l'enroulement hélicoïdal de l'une des vis sans âme étant imbriqué au 15 moins partiellement dans l'enroulement hélicoïdal de l'autre vis sans âme. L'imbrication des spires des vis sans âme les unes dans les autres permet, lors de la rotation desdites vis sans âme, le nettoyage de chaque vis sans âme par l'autre vis. 20 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'axe de rotation de la ou de chaque vis sans âme est parallèle à et excentré par rapport à l'axe de rotation du tambour. 25 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le cylindre dans lequel s'inscrit la ou chaque vis sans âme est situé à proximité de la face périphérique intérieure du tambour. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit dispositif est 30 configuré de telle sorte que, à l'état immobile du tambour dont l'axe de rotation s'étend suivant une direction sensiblement horizontale, la ou chaque vis sans âme est située principalement en partie inférieure du tambour pour former des éléments structurants dans la matière à brasser. La ou chaque vis sans âme à l'intérieur du tambour joue ainsi le rôle de structurant. Aussi une telle conception du dispositif selon l'invention qui permet de briser efficacement et de manière homogène les mottes de matière, s'oppose au tassement naturel de la matière au cours du temps. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, ledit dispositif comprenant un châssis support du tambour, ledit système de transmission de mouvement est un système du type train épicycloïdal élémentaire qui comprend un planétaire fixe en rotation par rapport au châssis et centré sur l'axe de rotation du tambour, et, pour la ou chaque vis sans âme, un porte-satellite solidaire en rotation du tambour, et un satellite solidaire en rotation de la vis sans âme. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, lors de la mise en 15 rotation du tambour, le volume balayé par la ou l'ensemble de vis sans âme est compris entre 40% et 60% du volume intérieur du tambour. Un tel positionnement et dimensionnement de la ou de chaque vis sans âme permet de conserver l'avantage du tambour rotatif en tant qu'outil de brassage, 20 du rôle de brise-motte de la ou chaque vis sans âme, et du rôle de structurant de la ou chaque vis sans âme en position de repos. L'invention concerne également un procédé de brassage de matière, notamment de matière à fermenter, à l'aide d'un dispositif tel que décrit ci-25 dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - introduction de la matière dans le tambour, - mise en rotation du tambour de sorte que les vis sans âme sont aussi entrainées en rotation relativement au tambour afin de brasser la matière et de fractionner les agglomérats de matière, 30 - évacuation d'au moins une partie de la matière hors du tambour. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe en vue de côté du dispositif selon l'invention suivant un mode de réalisation; - la figure 2 est une vue de dessus d'une partie du dispositif de la figure 1 ; 5 - la figure 3 est une vue de la face arrière du dispositif de la figure 1 montrant le système de transmission de mouvement correspondant du dispositif ; - la figure 4 est une vue de la face arrière d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention montrant une variante de réalisation du système de transmission de mouvement ; 10 - la figure 5 est une vue arrière partielle du dispositif montrant les moyens d'entrainement en rotation du tambour du dispositif selon l'invention ; - la figure 5A est une vue de dessus partielle des moyens d'entrainement en rotation du tambour de la figure 5. 15 En référence aux figures et comme rappelé ci-dessus, l'invention concerne un dispositif pour le brassage de matière 5, notamment pour le brassage de matière à fermenter, en vue d'obtenir un compost. Ledit dispositif comprend un tambour 1 rotatif autour de son axe longitudinal 16 20 apte à contenir ladite matière 5. En configuration d'utilisation, ledit axe longitudinal du tambour est sensiblement horizontal. Avantageusement, le tambour présente une longueur supérieure à 1, 5 fois son diamètre intérieur. Ledit tambour 1 se présente sous la forme d'un corps cylindrique creux. Les 25 faces d'extrémité du tambour sont chacune formée par une paroi, appelée flasque. Avantageusement, l'un des flasques, appelé flasque arrière 10, ferme l'extrémité correspondante du tambour, tandis que l'autre flasque, appelé flasque avant, présente une ouverture 19 de sortie de matière. Dans l'exemple illustré aux figures, une ouverture ou trappe d'alimentation 15 en matière à 30 fermenter est ménagée dans la paroi périphérique du tambour. En variante, on pourrait prévoir que cette ouverture soit ménagée dans le flasque arrière. Le tambour présente également, de préférence ménagée dans le flasque avant, une ouverture de sortie de gaz 20. L'ouverture de sortie de gaz est de préférence située à proximité de la paroi périphérique du tambour et à l'opposé des vis sans âme. Dans l'exemple illustré aux figures, chaque extrémité de la vis sans âme présente un tourillon 13 introduit dans un palier 12 solidaire, ou ménagé dans le flasque correspondant, du tambour pour permettre à la vis sans âme de tourner par rapport au tambour. Une telle vis sans âme se distingue d'une vis sans fin traditionnelle avec arbre par l'absence d'arbre interne de sorte que ladite vis est principalement formée par l'enroulement hélicoïdal. L'absence d'un tel support intermédiaire, que formerait l'arbre interne d'une vis sans fin traditionnelle, permet de réduire le risque de tassement de la matière au niveau de la vis. Le dispositif comprend aussi des moyens 4 d'entrainement en rotation du tambour 1. Comme illustré aux figures 5 et 5A, lesdits moyens 4 d'entrainement peuvent être réalisés sous forme d'une couronne dentée 42 conique fixée sur le tambour 1, par exemple sur la périphérie d'une extrémité du tambour 1, et d'un pignon 41 conique. Le pignon 41 et la couronne dentée 42 sont agencés pour permettre au pignon 41 d'engrener avec la couronne dentée 42 conique pour la mise en rotation du tambour 1. Lesdits moyens 4 d'entrainement comprennent aussi des moyens d'entrainement 43 en rotation du pignon 41 qui peuvent être manuels ou motorisés. Ledit dispositif comprend aussi deux vis sans âme 2 qui s'étendent à l'intérieur du tambour 1 parallèlement l'une à l'autre. Chaque vis sans âme est excentrée par rapport à l'axe de rotation du tambour. Chaque vis sans âme est montée rotative par rapport au tambour 1. En outre, le dispositif comprend un système de transmission de mouvement du tambour à chaque vis sans âme 2 de sorte que la vitesse de rotation de chaque vis sans âme 2 par rapport au tambour 1 est asservie à celle du tambour 1. Chaque vis sans âme 2 est rotative sur elle-même c'est-à-dire autour de son axe longitudinal. Une vis sans âme 2 comprend principalement un enroulement hélicoïdal et est dépourvue de corps ou arbre central sur la majorité de sa longueur. Autrement dit, la vis sans âme est évidée centralement et formée d'un simple enroulement spiralé. La vis sans âme est dépourvue d'arbre central sur au moins la moitié de sa longueur et en particulier au niveau de sa zone médiane. Le pas entre spires est constant. Ainsi, l'utilisation d'une vis sans âme en tant qu'organe brise-motte permet d'éviter la présence d'un arbre susceptible de tasser la matière en fermentation. L'enroulement hélicoïdal de chaque vis sans âme forme une pluralité de spires en continu dont l'arête extérieure est préférentiellement tranchante et éventuellement dentée pour mieux pénétrer dans la matière et briser les mottes correspondantes. On peut aussi prévoir qu'au moins une partie des spires de l'enroulement hélicoïdal soit perforée. La vis sans âme s'étend sur au moins une partie de la longueur du tambour, de préférence au moins sur la moitié de la longueur. Dans l'exemple illustré aux figures, chaque vis sans âme s'étend sur toute la longueur du tambour. En outre, le pas entre spires est identique d'une vis à l'autre. Avantageusement, lesdites vis sans âme sont identiques. L'asservissement de la rotation de la ou de chaque vis sans âme par rapport à la rotation du tambour est réalisé par un système de transmission du mouvement 3 du tambour 1 à chaque vis sans âme 2 détaillé ci-après. Le dispositif selon l'invention peut ainsi former un préfermenteur rotatif horizontal permettant un brassage homogène de la matière en fermentation, pour la première phase de fermentation par exemple sur une durée de 15 jours. Ledit dispositif est configuré de telle sorte que, en position de repos, à l'état immobile du tambour 1 dont l'axe de rotation s'étend suivant une direction sensiblement horizontale, chaque vis sans âme 2 est située principalement en partie inférieure du tambour, par rapport au plan médian sensiblement horizontal et qui passe par l'axe de rotation du tambour pour former des éléments structurants dans la matière à brasser afin d'améliorer encore son aération et le drainage des lixiviats. Aussi la présence du ou de chaque organe brise-motte formé par une vis sans âme, ainsi positionné en position de repos, permet une réduction de l'usage de matériaux structurants traditionnels afin de réduire encore le coût global de l'installation de compostage par rapport à la quantité de matière traitée. La deuxième phase de fermentation et la phase de maturation peuvent être ensuite réalisées avec les outils traditionnels tels les silos verticaux. Chaque vis sans âme 2 est aussi portée par le tambour 1 de sorte que chaque vis sans âme est non seulement rotative sur elle-même par rapport au tambour mais aussi rotative avec le tambour par rapport au châssis 30 support du tambour. Lesdites vis sans âme 2 sont synchronisées en rotation et l'enroulement hélicoïdal de l'une des vis sans âme 2 est imbriqué au moins partiellement dans l'enroulement hélicoïdal de l'autre vis sans âme 2. Lors de la mise en rotation du tambour 1, le volume balayé par l'ensemble de vis sans âme 2 est compris entre 40% et 60% du volume intérieur du tambour 1. Le cylindre dans lequel s'inscrit chaque vis sans âme 2 est situé à proximité de 30 la face périphérique intérieure du tambour 1. Le châssis 30 comprend des roulettes 34 portées par le châssis 30 et sur lesquelles repose le tambour 1. Ces roulettes 34 permettent au tambour de tourner sur lui-même tout en reprenant son poids au moins en partie par lesdites roulettes. Le châssis 30 comprend un axe 16 de guidage qui par un pallier 11 traverse le flasque arrière du tambour 1 de manière à définir son axe de rotation longitudinal. Préférentiellement, ledit système de transmission de mouvement 3 est un système du type train épicycloïdal élémentaire qui comprend un planétaire 31 fixe en rotation par rapport au châssis 30 et centré sur l'axe de rotation du tambour, et, pour chaque vis sans âme 2, un porte-satellite solidaire en rotation du tambour, et un satellite 32 solidaire en rotation de la vis sans âme 2. Dans l'exemple illustré à la figure 3, ledit dispositif comprend un engrenage fixe 31 par rapport au châssis 30 support du tambour et formant le planétaire central. Le dispositif comprend aussi, pour chaque vis sans âme, un engrenage 32, formant un satellite, solidaire en rotation de la vis sans âme et couplé par engrènement avec le planétaire central 31. Le porte satellite est formé par le flasque arrière 10 du tambour. Ainsi, l'entrée de puissance s'effectue par le flasque arrière du tambour formant lui-même porte-satellite dans lequel sont ménagés des alésages ou paliers qui reçoivent une extrémité de chaque vis sans âme munie d'un engrenage satellite. L'extrémité opposée de la vis est portée par un palier ou alésage ménagé dans le flasque opposé. Une telle conception du dispositif permet ainsi de transmettre le mouvement de rotation du tambour 1 aux vis sans âme 2 par l'intermédiaire du couplage entre le planétaire central fixe et les satellites portés par le tambour et solidaires en rotation des vis sans âme. Ainsi la sortie de puissance de ce système correspond à chaque satellite, monté solidaire en rotation d'une vis sans âme, qui s'engrène sur le planétaire central fixe. Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 4, le système de transmission du mouvement 3 du type train épicycloïdal élémentaire est formé d'un ensemble pignons/chaine. Ainsi le système comprend un pignon 31, centré sur l'axe de rotation du tambour et fixe par rapport au châssis 30 support du tambour, formant le planétaire central, et pour chaque vis sans âme un pignon 32 formant satellite solidaire en rotation de la vis, couplé au pignon satellite de l'autre vis et au planétaire central 31 par une chaîne 33 de transmission de mouvement. L'asservissement de la vitesse de rotation de chaque vis à celle du tambour à l'aide d'un tel système de transmission simple et compact, simplifie grandement la construction du dispositif. Pour un montage à engrenages tel qu'illustré à la figure 3, les vis sans âme 2 tournent dans le même sens que celui du tambour 1. Il est possible de faire tourner les vis sans âme 2 en sens inverse de celui du tambour 1 en interposant un engrenage supplémentaire, par exemple monté fou sur le flasque arrière 10 du tambour, entre chaque satellite 32 et le planétaire 31 fixe. Pour un montage avec chaîne tel qu'illustré à la figure 3, les vis sans âme 2 tournent en sens inverse de celui du tambour 1. Il est possible de faire tourner les vis sans âme 2 dans le même sens que celui du tambour en utilisant, pour chaque vis sans âme, un pignon supplémentaire monté fou sur le flasque arrière du tambour afin de faire passer et engrener la chaine sous le pignon planétaire central. Avantageusement, le différentiel de vitesse de rotation de la ou de chaque vis sans âme par rapport au tambour peut être positif ou négatif et par exemple de 0,1 à 10 tours par tour de rotation du tambour. A titre d'exemple on peut prévoir que le pas des spires de chaque vis soit compris entre 1/3 et 2/3 du diamètre des vis. Le diamètre de chaque vis peut être égal au 1/2 diamètre intérieur du tambour. Compte tenu de la présence des vis sans âme à l'intérieur du tambour, le volume intérieur du tambour présente d'une part un premier volume libre de 5 tout obstacle pour obtenir un brassage global de la matière par la rotation du tambour résultant de la chute régulière d'éléments de matière arrivés en haut du cylindre pour retomber dans l'espace libre. On obtient ainsi une augmentation de la porosité de la matière permettant le passage de l'air. D'autre part le volume intérieur du tambour présente un second volume, 10 comprenant les vis sans âme, qui permet d'améliorer le brassage en brisant les mottes de matière, sans risque de tassement de la matière. Dans l'exemple illustré aux figures, le tambour est traversé par un drain aérateur 18 permettant une aération naturelle ou forcée de la matière. 15 Avantageusement, le drain s'étend parallèlement à l'axe longitudinal du tambour, en étant décentrée de l'axe du tambour, de préférence à proximité de la paroi périphérique intérieure du tambour. On peut aussi prévoir que le tambour soit muni d'une isolation thermique partielle ou totale de ses parois, à l'exception des éventuelles ouvertures ménagées dans les parois. 20 Ledit dispositif de brassage décrit ci-dessus permet de mettre en oeuvre un procédé de brassage d'une matière à fermenter qui comprend les étapes principales suivantes. 25 La matière à fermenter est introduite dans le tambour par l'entrée 15. Avantageusement, le tambour rotatif est rempli à 70% de son volume intérieur. Le tambour est mis en rotation de sorte que les vis sans âme sont aussi entrainées en rotation relativement au tambour afin de brasser la matière. Du 30 fait de la rotation des vis sans âme sur elles-mêmes, la matière est poussée vers le flasque avant du tambour pour s'évacuer hors du tambour par la sortie 19. Ainsi, le mode de fonctionnement du dispositif peut être de type continu et à niveau constant de matière dans le tambour. Le déchargement de la matière en excédent et préfermentée ou précompostée peut s'effectuer dans un silo 5 traditionnel pour poursuivre sa dégradation. Ainsi, la rotation combinée du tambour et des vis non seulement permet de brasser efficacement la matière mais permet aussi de bénéficier de fonctions supplémentaires, telles qu'une fonction tampon, une fonction d'aide à 10 l'avancée de la matière vers la sortie, et une fonction de régulation du débit de sortie de la matière. Le domaine d'application de l'invention comprend plus particulièrement le traitement par compostage des déchets organiques produits par les gros 15 producteurs et le compostage partagé (bas d'immeuble, de quartier) ou le compostage autonome en établissement (restauration collective, supermarché...), particulièrement en milieu urbain. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits 20 et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS1. Dispositif pour le brassage de matière (5), notamment pour le brassage de matière à fermenter, ledit dispositif comprenant un tambour (1) rotatif apte à 5 contenir ladite matière (5), caractérisé en ce que ledit dispositif comprend aussi au moins une vis sans âme (2) qui s'étend à l'intérieur du tambour (1) en étant montée rotative par rapport au tambour (1). 10 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un système de transmission de mouvement (3) configuré de telle sorte que la vitesse de rotation par rapport au tambour (1) de la ou de chaque vis sans âme (2) est asservie à celle du tambour (1). 15 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque vis sans âme (2) est aussi portée par le tambour (1). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, du type comprenant deux vis sans âme (2), caractérisé en ce que lesdites vis sans âme (2) sont 20 synchronisées en rotation. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites vis sans âme (2) s'étendent parallèlement l'une à l'autre, l'enroulement hélicoïdal de l'une des vis sans âme (2) étant imbriqué au moins partiellement dans 25 l'enroulement hélicoïdal de l'autre vis sans âme (2). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe de rotation de la ou chaque vis sans âme (2) est parallèle à et excentré par rapport à l'axe de rotation du tambour (1). 30 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre dans lequel s'inscrit la ou chaque vis sans âme (2) est situé àproximité de la face périphérique intérieure du tambour (1). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif est configuré de telle sorte que, à l'état immobile du tambour (1) dont l'axe de rotation s'étend suivant une direction sensiblement horizontale, la ou chaque vis sans âme (2) est située principalement en partie inférieure du tambour (1) pour former des éléments structurants dans la matière à brasser. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, 10 lors de la mise en rotation du tambour (1), le volume balayé par la ou l'ensemble de vis sans âme (2) est compris entre 40% et 60% du volume intérieur du tambour (1). 10. Procédé de brassage de matière (5), notamment de matière à fermenter, à 15 l'aide d'un dispositif conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes : - introduction de la matière (5) dans le tambour (1), - mise en rotation du tambour (1) de sorte que la ou chaque vis sans âme est entrainée en rotation relativement au tambour (1) afin de brasser la matière (5) 20 et de fractionner les agglomérats de matière, - évacuation d'au moins une partie de la matière (5) hors du tambour (1).