Compagne expérimentale

Dans ce chapitre nous décrivons les expérimentations en laboratoire qui ont été menées pour répondre aux besoins et objectifs de ce rapport. Considérant l’importance de la teneur en eau dans la dégradation anaérobie des déchets et la production de méthane, nous étudions l’effet de variation de ce paramètre, ainsi que de la densité des déchets (compactage) sur les phénomènes biologiques. La densité des déchets influe la capacité de rétention de l’eau dans les déchets (Powrie, 1995 ; Zornberg, 1999 ; Lanini, 1998 ; Ademe, 2001) et influence donc indirectement les phénomènes biologiques de dégradation et de production de biogaz. Nous examinons dans ce chapitre, l’effet de la saturation et de la densité des déchets sur la dégradation anaérobie, la production de biogaz et le développement de la biomasse méthanogène grâce à la mise en place de treize pilotes de l’ordre de 2 litres. Nous étudions quatre niveaux de densité (compactage) et trois niveaux de saturation : saturation minimum, capacité au champ et saturation maximum (la définition de ces paramètres est présentée dans le chapitre 1). La température est quasiment constante car les pilotes sont placés dans une chambre dont la température varie entre 33°C et 35°C. Nous présentons les résultats de production de biogaz dans les pilotes, ainsi que l’évolution des bactéries fermentatives et des populations méthanogènes et nous discutons l’effet de la saturation et de la densité sur les résultats. Le modèle couplé de type II est appliqué à un des pilotes expérimentaux pendant l’injection de lixiviat pour valider le modèle avec les résultats expérimentaux et les résultats sont présentés et discutés. Nous discutons également dans ce chapitre des difficultés expérimentales rencontrées et de leur influence sur certains résultats.

Pour étudier l’effet de la saturation et de la densité sur la dégradation anaérobie des déchets ménagers et la production de méthane, des cellules cylindriques en PVC de 15cm de diamètre ont été réalisées et exploitées comme des bioréacteurs (Figure 4$1). Les cellules sont remplies de déchets ménagers broyés en morceaux de 1$2cm (Barlaz et al. 1992). Environ 25kg de déchets ménagers broyés ont été préparés pour cette expérimentation en laboratoire. Les déchets sont compactés en quelques étapes jusqu’à remplissage total des cellules à l’aide d’une presse hydraulique. Un essai mécanique a été réalisé sur une cellule en PVC pour valider le choix théorique du matériau des cellules et estimer le facteur de sécurité des cellules sous les pressions appliquées. Le facteur de sécurité pour la cellule en PVC sous une charge de 400 kPa a été estimé plus à de 2. Les cellules sont fermées avec des couvercles en PVC opaque après avoir compacté les déchets. La hauteur des déchets dans les cellules est réglée à l’aide de tiges filetées et d’écrous, correspondant au niveau de compactage (densité) désiré pour chaque cellule expérimentale. Nous avons saturé les déchets par la vanne de vidange du lixiviat (Figure 4$1) avec une pompe dont le débit de pompage est réglable manuellement. Les dimensions des cellules sont données dans le Tableau 4$1.

La hauteur intérieure est égale à 20cm. Une géogrille d’1 cm d’épaisseur est placée en fond de cellule pour éviter le colmatage de la vidange par les déchets, ce qui laisse une hauteur utile de 19cm pour les déchets. La vanne de vidange reste ensuite fermée pour garder l’étanchéité des cellules et elle ne sera pas ouverte avant la fin de l’expérimentation, où elle servira à récupérer le lixiviat pour les analyses de pH, d’AGV, de DCO et de microbiologie moléculaire. Une poche de biogaz est prévue pour récupérer le biogaz produit dans les pilotes et prévenir une augmentation de la pression dans les cellules. L’avantage de ces poches est qu’elles permettent de ne pas déplacer les cellules pour récupérer et mesurer le biogaz. D’autre part elles s’attachent facilement à l’appareil d’analyse de biogaz (micro$GC). Un capteur de température (sondes PT100, classe A, Pyro$système) est installé au cœur de chaque cellule et est relié par un câble à un connecteur raccordé à une centrale d’acquisition (Figure 4$1). Le nombre des cellules est choisi par rapport aux niveaux de la saturation et de la densité que nous avons choisi d’étudier : quatre niveaux de densité (compactage), 450, 490, 540 et 580 kg/m3, et trois niveaux de saturation : saturation minimum (Smin), capacité au champ (CCh) et saturation maximum (Smax). Cela représente douze cellules plus une cellule témoin sec, soit treize pilotes au total. Nous avons numéroté les treize pilotes comme suit : Pilote 1 : (Smax, 450 kg/m3) Pilote 5 : (CCh, 450 kg/m3) Pilote 9 : (Smin, 450 kg/m3) Pilote 2 : (Smax, 490 kg/m3) Pilote 6 : (CCh, 490 kg/m3) Pilote 10 : (Smin, 490 kg/m3)