Le besoin en énergies nouvelles à notre époque devient une nécessité absolue. En effet, l’énergie fossile n’est plus satisfaisante du fait qu’elle ne peut pas se renouveler avant plusieurs milliers d’années mais surtout qu’elle génère de graves nuisances et pollutions, entre autres les émissions de gaz à effet de serre ayant pour conséquence le réchauffement climatique. Les recherches ont amené à découvrir plusieurs types d’énergies nouvelles comme les énergies renouvelables, parmi lesquelles l’énergie verte, qui est basée sur la valorisation des matières organiques en énergie biomasse.
Quelques notions
Biomasse
La biomasse peut être définie comme étant l’ensemble des matières organiques biodégradables d’origine animale ou végétale, utilisée à des fins énergétiques. Les applications de la biomasse sont multiples et souvent anciennes. Hormis les usages domestiques et pour la fumure des champs, la biomasse a de tout temps été utilisée comme combustible et comme matériau. Les applications de la biomasse comme matières premières de la chimie et comme carburants, importantes au 19ème et au début du 20ème siècle, redeviennent attractives avec la hausse du prix du pétrole.
▶ La biomasse comme biomatériau traditionnel ou innovant : citons le bois et ses dérivés (papiers, cartons…), mais aussi le chanvre et autres plantes textiles, utilisés de plus en plus comme isolant y compris dans du béton composite. L’amidon de céréales ou de pomme de terre peut être utilisé pour la production de plastiques biodégradables et de nombreux autres polymères.
▶ La biomasse comme matière première de la chimie : elle est utilisée pour produire des tensioactifs, solvants, encres, peintures, résines, liants, lubrifiants, produits antigel… sans oublier les nombreux principes actifs et huiles essentielles utilisés en pharmacie et en cosmétique.
▶ La biomasse pour les biocarburants : les huiles de colza, de tournesol, de soja ou de palme sont les matières premières de base pour fabriquer du biodiesel. L’utilisation des huiles végétales pures comme carburant est possible mais rencontre encore des limites techniques. Le bioéthanol est aujourd’hui produit à partir de la fermentation de blé, maïs, betterave ou canne à sucre.
▶ La biomasse comme biocombustible pour produire de la chaleur et de l’électricité:
• Le bois, sous la forme traditionnelle de bûches mais aussi de plaquettes forestières (sousproduits d’exploitation forestière broyés), d’écorces, de bois de récupération. Densifié, notamment pour les usagers, le bois peut être présenté parfois sous forme de granulés ou de briquettes.
• La paille, mais aussi des résidus de culture et des productions dédiées, peuvent être utilisés comme combustibles.
• Le biogaz issu de la fermentation de déchets divers mis en décharge ou traités dans des méthaniseurs (déchets verts, effluents d’usines agroalimentaires, déjections animales…) peut également être brûlé à l’échelle industrielle.
Substrat
Le substrat est la biomasse propre aux méthanisations. Ce type de biomasse peut provenir de plusieurs origines autant dans les déchets que dans les cultures.
➥ Les déchets sont classés sous deux formes :
Formes solides : ils englobent les déchets industriels agro-alimentaires, papetières, transformation du bois, agricoles, déchets verts ou ménagers.
Formes liquides : ils englobent les boues de stations d’épuration des eaux urbaines, les déjections humaines et animales.
➥ Les cultures sont diverses telles que les plantes oléagineuses, les graminées comme le maïs et la canne à sucre (plantes riches en carbone), le bois …
Digesteur
Le digesteur, aussi appelé réacteur à biogaz ou méthaniseur est l’installation où la fermentation va se produire. C’est une enceinte confinée sans aération pour le développement de la flore microbienne. Les matières organiques y subissent une décomposition bactérienne avec émission de gaz. Le gaz se forme et remonte à la surface ; les boues digérées accumulées au fond, appelées digestat, peuvent être vidangées et utilisées comme engrais. C’est pourquoi le digesteur nécessite une attention particulière depuis sa conception et pendant son exploitation.
La confection des digesteurs peut être obtenue soit par des réservoirs préfabriqués, soit des dômes en brique ou en béton. On peut choisir le digesteur selon trois (3) types différents :
➥ Les digesteurs continus ;
➥ Les digesteurs discontinus ;
➥ Les digesteurs semi-continus conventionnels.
Les digesteurs continus : l’alimentation et la vidange du digesteur se font en permanence avec une quantité entrante équivalente à celle sortante. Ils sont bien adaptés au traitement des déchets liquides. Ce sont les plus fréquents car ce sont aussi les moins exigeants en maintenance.
Les digesteurs discontinus, dits « batch » : les digesteurs sont remplis puis vidés séquentiellement lorsque la production de biogaz chute ou devient nulle. La production de biogaz n’est donc pas régulière. Ces systèmes, rustiques et d’une grande simplicité technique, sont avantageux pour traiter les déchets solides comme les fumiers, les résidus agricoles ou les ordures ménagères.
Les digesteurs semi-continus : le digesteur est progressivement rempli par des charges successives convenablement réparties dans le temps. La vidange est réalisée lorsque le volume utile du digesteur est atteint et que la production de biogaz n’est plus suffisante.
Le gazomètre
Le terme « gazomètre » fut créé par William Murdoch, l’inventeur de l’éclairage au gaz, dans les années 1800. Contrairement indiqué par son suffixe, ce n’est pas un appareil pour mesurer un gaz mais un réservoir servant à stocker et à distribuer : que ce soit le gaz d’une ville, le gaz naturel ou le biogaz à température ambiante et à une pression proche de la pression atmosphérique. Le volume du gazomètre varie selon la quantité de gaz qu’il contient. Jusqu’à ce jour, il y a eu plusieurs types de gazomètres utilisés à travers le monde mais les plus utilisés dans la méthanisation sont le gazomètre à dôme flottant et le gazomètre à dôme fixe.
Gazomètre à dôme fixe
Le gazomètre à dôme fixe est généralement utilisé dans les méthaniers à fosses. Les toitures du digesteur sont en forme sphérique pour faciliter la direction du biogaz vers la sortie. Le digesteur étant de type continu, la consommation journalière de biogaz doit équivaloir au volume produit chaque jour. Ce qui évite une surpression à l‘intérieur du gazomètre.
Gazomètre à dôme flottant
Le gazomètre à dôme flottant comme son nom l’indique, possède un volume variable selon le volume du gaz à l’intérieur. Le toit se déplace longitudinalement avec la production de gaz. Généralement, il est formé de deux parties : l’une, la base est de forme cylindrique à double paroi ; et l’autre partie de même forme cylindrique mais est encastrée entre les parois de la base. L’étanchéité est assurée par de l’eau dans les parois. Ce système est très indiqué pour les petites unités de méthanisation.
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