Brevet FR3104712A1 — publié le 20210618

Ce procédé permet de mesurer la quantité de biogaz dans un dispositif de récupération et de stockage de biogaz engendré par un effluent situé dans une fosse (1), ce dispositif comprenant : - une membrane souple (5), destinée à recouvrir ladite fosse (1), et - des moyens d’évacuation du biogaz vers un point d’utilisation, Ce procédé est remarquable en ce qu’on mesure la tension de ladite membrane (5) pour en déduire ladite quantité. Figure 1 Procédé de mesure de la quantité de biogaz dans un dispositif de récupération et de stockage de biogaz La présente invention se rapporte à un procédé de mesure de la quantité de biogaz dans un dispositif de récupération et de stockage de biogaz, ainsi qu’à un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé. On connaît de la technique antérieure des dispositifs de récupération et de stockage de biogaz, comprenant typiquement une membrane souple destinée à recouvrir une fosse d’effluents telle qu’une fosse à lisier. Le lisier engendre du biogaz, composé majoritairement de méthane, qui est emprisonné sous la membrane, et que l’on peut récupérer grâce à des conduites appropriées notamment afin d’être brûlé pour chauffer une installation agricole, ou pour faire tourner un moteur permettant d’engendrer de l’électricité. Une difficulté rencontrée avec ce type d’installation est de connaître avec une certaine précision le volume de biogaz disponible sous la membrane souple, afin de déclencher au bon moment le système d’évacuation du biogaz. En effet, lorsque ce volume descend en dessous d’un certain seuil, il n’est plus approprié de procéder à l’évacuation du biogaz, car il est important que la membrane souple reste gonflée, ceci notamment afin de permettre la bonne évacuation de l’eau de pluie par une pompe dédiée à cet effet, ainsi que pour permettre à l’ensemble d’offrir une bonne résistance au vent. Différentes solutions ont été envisagées pour évaluer le volume de biogaz disponible sous la membrane souple, mais aucune d’elles n’est réellement satisfaisante. On a par exemple envisagé de placer une sonde de pression dans le volume occupé par le biogaz, mais un tel agencement nécessite de traverser la membrane, et par ailleurs les mesures renvoyées par ce type de sonde se sont révélées peu fiables : les variations de pression, de l’ordre de 2mBar, sont en effet trop faibles pour pourvoir être mesurées de manière fiable. On a également imaginé de mesurer la hauteur du sommet de la membrane, grâce à des moyens mécaniques, mais ce type d’agencement est complexe à mettre en œuvre, et d’une fiabilité également discutable ; de plus il pose des problèmes de sécurité pour la maintenance, car il suppose qu’on ouvre alors une trappe pour laisser le biogaz s’échapper. Ainsi, la présente invention a notamment pour objectif de fournir des moyens de mesure du volume de biogaz disponible sous la membrane qui soient d’une conception simple, peu coûteuse, et qui permettent d’obtenir des mesures fiables de ce volume. On atteint cet objectif de l’invention avec un procédé de mesure de la quantité de biogaz dans un dispositif de récupération et de stockage de biogaz engendré par un effluent situé dans une fosse, ce dispositif comprenant : une membrane souple, destinée à recouvrir ladite fosse, et des moyens d’évacuation du biogaz vers un point d’utilisation, ce procédé étant remarquable en ce qu’on mesure la tension de ladite membrane pour en déduire ladite quantité. Après de nombreux essais, il est en effet apparu qu’une mesure de la tension de la membrane souple est parfaitement représentative du volume occupé par le biogaz entre la surface de l’effluent et cette membrane, et donc de la quantité de ce gaz. Une telle mesure de tension pouvant être effectuée aisément, le procédé selon l’invention fournit des moyens simples et peu coûteux pour connaître la quantité de biogaz disponible sous la membrane. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de ce procédé, prises seules ou en combinaison : on mesure la tension de ladite membrane correspondant respectivement à une quantité minimale souhaitée de biogaz et à une quantité maximale admissible de biogaz, de manière à obtenir respectivement des valeurs de tension minimale et maximale : ces mesures de tension minimale et maximale permettent respectivement de déclencher l’évacuation du biogaz quand le volume de celui-ci descend en dessous d’un certain seuil en deçà duquel la membrane souple risque de ne pas être assez gonflée, et de connaître le taux de remplissage en biogaz par rapport à une valeur maximale admissible au-delà de laquelle le biogaz est susceptible de s’échapper sous la périphérie de la membrane souple ou via une soupape de sécurité ; on évacue le biogaz vers ledit point d’utilisation tant que ladite tension est située au-dessus de ladite valeur minimale : lorsque la tension est située au-dessus de cette valeur minimale, on se situe dans la plage dans laquelle on peut pomper le biogaz vers l’extérieur, par exemple afin de le faire brûler pour alimenter une installation de chauffage, sans risquer de trop dégonfler la membrane souple, au risque de créer des poches d’eau de pluie et d’offrir une prise au vent importante ; une fois atteinte ladite valeur minimale de tension, on laisse courir un délai de temporisation avant de cesser d’évacuer le biogaz vers ledit point d’utilisation : ce délai de temporisation permet d’éviter de déclencher intempestivement les moyens de pompage du biogaz, par exemple lorsque la membrane souple est déplacée sous l’effet du vent. La présente invention se rapporte également à un dispositif pour la mise en œuvre du procédé conforme à ce qui précède, comprenant : une membrane souple, destinée à recouvrir ladite fosse, et des moyens d’évacuation du biogaz vers un point d’utilisation, ce dispositif étant remarquable en ce qu’il comprend des moyens de mesure de la tension de ladite membrane : ces moyen de mesure de tension permettent d’obtenir des valeurs représentatives de la quantité de biogaz sous la membrane. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de ce dispositif, prises seules ou en combinaison : lesdits moyens de mesure comprennent un capteur d’efforts fixé en deux points de ladite membrane : cet agencement est particulièrement simple à mettre en œuvre ; ledit capteur d’efforts est disposé selon une direction radiale de ladite membrane : après un certain nombre d’essais, il est en effet apparu qu’une telle disposition radiale permet d’obtenir des résultats particulièrement fiables, représentatifs de la pression de biogaz sous la membrane souple ; un tendeur réglable permettant l’étalonnage du capteur d’efforts est interposé entre une extrémité de ce capteur d’efforts et l’un des points de fixation de ce capteur sur la membrane ; ledit capteur d’efforts est un capteur piézo-électrique : un tel capteur piézo-électrique, disponible dans le commerce, fournit une solution simple et peu coûteuse de mesure de la tension de la membrane souple ; ledit capteur d’efforts est relié à des anneaux fixés par soudure ou couture sur l’extrados de ladite membrane : un tel agencement permet de relier de manière simple le capteur d’efforts à la surface extérieure de la membrane souple ; ce dispositif comprend un volet de protection desdits moyens de mesure pouvant être rabattu et fixé de manière amovible sur ladite membrane : ce volet de protection permet de protéger de manière simple le capteur d’efforts, et la connectique associée. D’autres caractéristiques avantagent de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre, et à l’examen des figures ci annexées, dans lesquelles : est une vue en perspective d’une fosse à lisier recouverte d’un dispositif selon l’invention ; est une vue de dessus de cette fosse à lisier, est une vue en coupe axiale de cette fosse à lisier, est une vue de détail de la zone IV de la figure 3, et est une vue de dessus du capteur d’efforts, le volet de protection de celui-ci étant rabattu en position ouverte. On se reporte à présent à la figure 1, sur laquelle on peut voir une fosse à lisier 1, recouverte d’un dispositif 3 selon l’invention. La fosse à lisier 1 peut être par exemple réalisée en béton armé et présenter une forme sensiblement cylindrique comme cela est représenté sur la figure 1, afin de pouvoir accueillir des effluents essentiellement organiques, tels que du lisier de porc ou du digestat. Le dispositif 3 selon l’invention comprend une membrane souple 5 destinée à être posée sur la surface du lisier. Cette membrane souple 5, de forme essentiellement circulaire, peut être formée par l’assemblage d’une pluralité de secteurs sensiblement triangulaires, réalisés par exemple dans un matériau tel que le polychlorure de vinyle (PVC) ou bien de l’éthylène propylène diène monomère (EPDM). Une potence articulée 7 est fixée sur la périphérie de la fosse 1, et comporte un faisceau 9 de conduits hydrauliques et de câbles électriques reliés à la membrane souple 5. Plus précisément, et comme cela est visible notamment sur la figure 2, notamment un câble électrique 11 relie cette potence 7 à un système 13 de mesure de la tension de la membrane 5 fixé sur l’extrados, c’est-à-dire sur la surface extérieure, de cette membrane. Comme cela est visible sur la figure 4, la potence 7 comporte un bras articulé 15 muni à son extrémité située à l’extérieur de la fosse 1 d’un contrepoids 17 réalisé par exemple en béton. À l’extrémité opposée à ce contrepoids, le bras articulé 15 est relié à la membrane 5 par un câble métallique de tension 19, permettant d’assurer que le faisceau 9 de câbles électriques et de conduites hydrauliques s’étendant entre cette extrémité du bras articulé 15 et la membrane 5, ne soit pas soumis à des tensions. Ce faisceau 9 comprend notamment le câble électrique 11 relié au système de mesure de tension 13, un tuyau d’apport d’air comprimé, un câble d’alimentation d’une pompe à eau, un câble d’évacuation d’eau de pluie, et une conduite d’évacuation du biogaz. Le bras articulé 15 comporte, à son extrémité opposée au contrepoids 17, une partie arrondie 23 munie d’une gorge, permettant le maintien du faisceau 9 sans risque de pincement des conduites hydrauliques. L’ensemble des câbles électriques du faisceau 9 sont connectés à une armoire électrique 25 fixée par exemple sur la paroi extérieure de la fosse 1. En se reportant à présent plus particulièrement aux figures 3 et 4, on peut voir que la membrane souple 5, de forme générale sensiblement circulaire, comporte à sa périphérie un boudin 27, rempli d’air grâce à la conduite d’air comprimé faisant partie du faisceau 9. À sa périphérie, la membrane souple 5 est enroulée autour du boudin 27, puis fixée sur elle-même, par exemple au moyen d’un laçage 29 (lacet passant dans des œillets métalliques). Un boudin rempli d’eau 31, de forme essentiellement annulaire, est disposé à la périphérie de la membrane 5. On peut également prévoir des pare-battages 33 interposés entre la membrane 5 et la fosse 1. En se reportant à présent plus particulièrement à la figure 5, on peut voir que le système de mesure de tension 13 comprend un capteur piézo-électrique 35, relié à ses deux extrémités par deux anneaux 37a, 37b fixés par exemple par couture ou par soudure sur la membrane souple 5. Un tendeur réglable 39 relie l’une des extrémités du capteur d’efforts 35 à l’un des œillets 37a. Deux bandes Velcro® 41a, 41b sont fixées sur la membrane souple 5, de part et d'autre du capteur d'efforts 35. Un rabat 43 formé de préférence dans le même matériau que la membrane souple 5, lui aussi muni de deux bandes Velcro® 45a, 45b, est adapté pour pouvoir recouvrir le capteur d’efforts 35, en coopérant respectivement avec les deux bandes Velcro® 41a, 41b. Un convertisseur électrique 4-20mA (non représenté) est interposé entre le capteur d’efforts 35 et le câble électrique 11. Le mode de fonctionnement et les avantages de l’installation qui vient d’être décrite résultent directement de la description qui précède. En se reportant à la figure 3, on comprend que l’air sous pression arrivant par le faisceau 9 est dirigé à l’intérieur du boudin 27, permettant d’assurer la flottabilité de la membrane souple 5 à la surface du lisier 49 se trouvant à l’intérieur de la fosse 1. Le boudin rempli d’eau 31 permet d’assurer un lest, évitant que la membrane 5 ne se soulève, notamment sous l’effet du vent. Les pare-battages 33 permettent de protéger la membrane 5 des frottements contre la paroi intérieure de la fosse à lisier 1. La pompe à eau alimentée par un câble électrique faisant partie comme du faisceau 9 permet d’évacuer l’eau de pluie recueillie par la membrane 5, susceptible de s’accumuler dans la zone située autour du boudin rempli d’eau 31. Lorsque la pompe à eau entre en action, commandée par l’armoire électrique 25, l’eau de pluie est évacuée par la conduite appropriée faisant parti du faisceau 9. L’enroulement de la membrane 5 autour du boudin rempli d’air 27, et la fixation de cette membrane 5 sur elle-même au moyen du laçage 29, fournit un moyen simple de liaison de cette membrane avec ce boudin de flottabilité. Le lisier 49 situé à l’intérieur de la fosse 1 produit du biogaz, et notamment du méthane, comme cela est indiqué par les flèches 51 de la figure 3. Ce biogaz a pour effet de gonfler la membrane 5, conférant ainsi à cette membrane une forme de dôme, comme cela est visible sur les figures 1, 3 et 4. Il importe que cette membrane présente toujours cette forme de dôme, plus ou moins prononcée, afin que l’eau de pluie soit rejetée à la périphérie de cette membrane, puis pompée par la pompe à eau prévue à cet effet. En l’absence d’une telle forme gonflée, il pourrait en effet se créer des poches d’eau sur la surface extérieure de la membrane 5, rendant difficile le pompage de l’eau. À cet effet, on détermine le volume minimal de biogaz souhaité sous la membrane 5, et on mesure la tension minimale correspondante de la membrane 5 au moyen du capteur d’efforts 35 relié par le convertisseur 4-20mA et par le câble électrique 11 à l’armoire électrique 25. Cette tension minimale correspond au volume de biogaz en deçà de quai duquel il n’est pas souhaitable de se situer, dans le but de conserver la membrane 5 suffisamment gonflée. De même, on détermine le volume maximal de biogaz admissible sous la membrane 5, volume au-delà duquel le biogaz risque de s’échapper à la périphérie de cette membrane, en passant sous le boudin rempli d’air 27. On réalise ainsi un étalonnage du capteur d’efforts 35, la plage de tension mesurée par ce capteur située entre les valeurs minimale et maximale déterminées comme indiqué précédemment correspondant à la plage dans laquelle on peut pomper le biogaz vers son point d’utilisation, au moyen de la conduite d’évacuation appropriée faisant partie du faisceau 9. Ce point d’utilisation peut être par exemple une installation de chauffage alimenté en biogaz, permettant par exemple de chauffer une installation agricole, ou bien un moteur apte à convertir l’énergie de combustion du biogaz en énergie électrique. De manière avantageuse, on prévoit une temporisation lorsque le capteur d’efforts 35 indique que la tension minimale est atteinte, de manière à éviter un déclenchement intempestif des moyens d’évacuation du biogaz, par exemple lorsque la tension à la surface de la membrane baisse sous l’effet d’un coup de vent. Le convertisseur 4-20mA permet d’amplifier le signal engendré par le système de mesure de tension 13, étant constaté en pratique que ce signal devient trop faible au bout d’environ 3m de câble électrique. Un certain nombre de campagnes d’essais ont permis de vérifier que la tension radiale mesurée sur la surface extérieure de la membrane souple 5 grâce au système de mesure de tension 13, est fiablement représentative du volume de biogaz situé entre la surface du lisier 49 et cette membrane souple 5. Typiquement, mais de façon non limitative, la tension minimale mesurée par le système de mesure de tension 13 peut-être de l’ordre de 30kg, et correspond à un volume minimal souhaité de biogaz d’environ 360m³. De même, la tension maximale admise peut-être de l’ordre de 50kg, et correspond à un volume maximal admis de biogaz d’environ 400m³. Le boudin rempli d’eau 31 permet de lester la membrane 5, et de limiter les risques de soulèvement de celle-ci sous l’effet du vent. Le bras articulé 15 de la potence 7, et le câble de tension 19, permettent au faisceau 9 de suivre les mouvements de la membrane 5 lorsque celle-ci se gonfle ou se dégonfle, sans risque d’exercer de tension sur les câbles électriques et les conduites hydrauliques de ce faisceau. Ce bras articulé 15 permet en outre de suivre les variations de niveau de la fosse sans jamais faire de point bas de condensation dans la canalisation de biogaz. Le volet 43 permet, lorsqu’il est rabattu sur les bandes velcros 41a, 41b, de protéger de manière très simple le système de mesure de tension 13 contre la pluie et les rayons ultra-violets. Comme on l’aura compris à la lumière de ce qui précède, la présente invention permet de mesurer de manière très simple le volume de biogaz situé sous la membrane 5, en prévoyant des moyens de mesure qui restent situés sur l’extrados de cette membrane, et qui ne nécessitent donc aucune traversée de celle-ci : on évite de la sorte de créer des orifices constituant des points de faiblesse de cette membrane. Bien entendu, la présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté : le procédé selon invention peut être appliqué à n’importe quel type de membrane souple enfermant un volume de gaz, lorsqu’on souhaite connaître de manière simple ce volume de gaz. Procédé de mesure de la quantité de biogaz dans un dispositif de récupération et de stockage de biogaz engendré par un effluent situé dans une fosse (1), ce dispositif comprenant : - une membrane souple (5), destinée à recouvrir ladite fosse (1), et - des moyens d’évacuation du biogaz vers un point d’utilisation, ce procédé étant caractérisé en ce qu’on mesure la tension de ladite membrane (5) pour en déduire ladite quantité. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on mesure la tension de ladite membrane (5) correspondant respectivement à une quantité minimale souhaitée et à une quantité maximale admissible, de manière à obtenir respectivement des valeurs de tension minimale et maximale. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en qu’on évacue le biogaz vers ledit point d’utilisation tant que ladite tension est située au-dessus de ladite valeur minimale. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’une fois atteinte ladite valeur minimale de tension, on laisse courir un délai de temporisation avant de cesser d’évacuer le biogaz vers ledit point d’utilisation. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - une membrane souple (5), destinée à recouvrir ladite fosse (1), et - des moyens d’évacuation (9) du biogaz vers un point d’utilisation, ce dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de mesure (13) de la tension de ladite membrane (5). Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (13) comprennent un capteur d’efforts (35) fixé en deux points (37a, 37b) de ladite membrane (5). Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit capteur d’efforts (35) est disposé selon une direction radiale de ladite membrane (5). Dispositif selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit capteur d’efforts (35) est un capteur piézo-électrique. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’un tendeur réglable (39) permettant l’étalonnage du capteur d’efforts (35) est interposé entre une extrémité de ce capteur d’efforts et l’un des points de fixation de ce capteur sur ladite membrane (5). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit capteur d’efforts (35) est relié à des anneaux fixés par soudure ou couture sur l’extrados de ladite membrane (5). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend un volet de protection (43) desdits moyens de mesure (13) pouvant être rabattu et fixé de manière amovible sur ladite membrane (5).