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I. INTRODUCTION 1.1. ORGANISATEURS - Ministère des Infrastructures / RWANDA - Ministère de l’Agriculture / CHINE

GR ANDES LIGNES D’UNE FORMATION EN TECHNOLOGIE DU BIOGAZ TENUE A KIGALI DU 13/05 AU 18/06/2004 Présenté par NKURUNZIZA Théoneste Centre de Recherche en Sciences Appliquées.

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I. INTRODUCTION 1.1. ORGANISATEURS - Ministère des Infrastructures / RWANDA - Ministère de l’Agriculture / CHINE

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  1. GRANDES LIGNES D’UNE FORMATION EN TECHNOLOGIE DU BIOGAZ TENUE A KIGALI DU 13/05 AU 18/06/2004PrésentéparNKURUNZIZA ThéonesteCentre de Recherche en Sciences Appliquées

  2. PLAN DE L’EXPOSE0. Termes courants dans la technologie du biogaz.1. Introduction.2. Théorie de la fermentation méthanique.3. Dimensionnement et établissement de devis pour undigesteur continu type chinois.4. Calcul des matériaux de construction.5. Construction d’un digesteur continu type chinois.6. Entretien d’un digesteur.

  3. 0. TERMES COURANTS DANS LA TECHNOLOGIE1. Biomasse: - masse des êtres vivants animaux ou végétaux se trouvant sur un écosystème. - Déchets de ces êtres2. Biométhanisation ou fermentation méthanique: processus biochimique complexe de dégradation de la biomasse en absence de l’oxygène.3. Biogaz: mélange gazeux combustible composé essentiellement par 2 gaz: CH4 et CO2.

  4. 4.Digesteur ou biodigesteur: enceinte hermétique souvent souterraine où se déroule la biométhanisation.5.Temps de rétention: temps maximal que la biomasse doit passer à l’intérieur d’un digesteur pour libérer le maximum de biogaz.6.Effluent: liquide sortant du digesteur après la digestion de la biomasse.7. Inoculum ou Starter: source de bactéries.

  5. I. INTRODUCTION 1.1. ORGANISATEURS- Ministère des Infrastructures / RWANDA- Ministère de l’Agriculture / CHINE

  6. 1.2. FORMATEURSDélégation chinoise comprenant: - 2 Instructeurs - 2 Maçons - 1 Interprète

  7. 1.3. PARTICIPANTS18 Participants comprenant: - Délégués des Ministères - Délégués des Provinces - Délégués des Institutions de Recherche et des Universités

  8. 1.4. OBJECTIFApprendre aux Rwandais la Technologie du BIOGAZ

  9. 1.5. RESULTATS ESCOMPTESA la fin de la formation le formé devait être capable de: - Comprendre et expliquer la théorie de la fermentation méthanique. - Dimensionner un digesteur et établir son devis. - Construire un digesteur. - Faire la maintenance d’un digesteur.

  10. II. THEORIE DE LA FERMENTATION METHANIQUE2.1. Matière première de la fermentation méthanique.Selon l’origine on distingue:- Matière première rurale • le chaume. • excréments des animaux. • excréments humains. • feuilles d’arbres et les herbes.- Matière première urbaine • eaux usées urbaines et industrielles. • ordures ménagères. • excréments humains.

  11. 2.2. ETAPES DE LA FERMENTATION METHANIQUEElle se déroule en 3 étapes:a) Hydrolyse: en présence des bactéries non méthanogènesMolécules complexes molécules simplesPolysaccharides monosaccharides Exemples: Cellulose glucose Amidon glucoseProtéines peptides & acides aminésLipides acides gras & glycérine Enzymes extracellulaires Cellulase Amylase Protéases Lipases

  12. b) Acidogénèse: bactéries méthanogène et bactéries non méthanogènesMolécules solubles formées donnent les acides gras volatils et les alcools. L’acide gras prépondérants(80 %) est l’acide acétique. 70% de CH4 provient de l’acide acétique.c) Méthanogénèse: bactéries méthanogènesMolécules volatiles méthane CH3COOH CH4 + CO2 2 CH3CH2OH CH4 + 2 CH3COOH CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

  13. 2.3. CONDITIONS OPTIMALES POUR LA FERMENTATION METHANIQUEa) Température: la gamme d’activité des bactéries s’étend de 10 – 60°C.L’intervalle de température optimale est de 33– 35°C.b) pH: le pH optimal se trouve entre 6,8 – 7,5.c) Le rapport C/N: le rapport optimal est de20-30/1.

  14. d) Concentration en matière sèche : M.S.Pour un digesteur continu : 6 - 9 %.Pour un digesteur discontinu : 10 - 20 %.e) DBO et DCO- DBO  1000 mg/l et le taux d’élimination est de 75%- DCO  3000 mg/l et le taux d’élimination est de 70%f) Potentiel d’oxydoréductionIl doit rester entre –300 et –600mVL’optimum est de –330mV

  15. g) InoculumLa quantité optimale est de 30% de la matière première à fermenter.Origine: boue d’égouts, d’étangs, des fosses des excréments, d’un digesteur en fonctionnement, l’eau des mares,…

  16. 2.4. UTILISATIONS DU BIOGAZ ET DES SOUS PRODUITSUtilisations du biogaz - Cuisson - Source de chaleur dans les industries - Eclairage - Tourner les moteurs - Faire fonctionner les frigos

  17. Utilisations de l’effluentengrais de base - Comme engraisengrais additif engrais pulvérisé sur les feuilles amender le sol - Comme aliment d’animaux: cochons, poissons- Comme insecticides: utilisé dans la conservation des semences. culture sans sol - Comme engrais liquide culture des champignons culture de jeunes plants

  18. 2.5. EPURATION DU BIOGAZDESHYDRATATION - Par refroidissement des tuyaux- Par installation de trappe d’eau - Par absorption par les produits chimiques: CaCl2, LiCl, Silicagel, AlumineDESULFURATIONOn utilise l’oxyde de fer (III) hydraté. Fe2O3.H2O + 3H2S Fe2S3.H2O + 3H2OAu contact avec l’air, l’oxyde de fer est régénéré Fe2S3.H2O + 3/2O2 Fe2O3.H2O + 3S

  19. III.DIMENSIONNEMENT ET ETABLISSEMENT DE DEVIS POUR DIGESTEUR CONTINU TYPE CHINOIS Forme

  20. 3 PARTIES:Chambre de chargement, Chambre de fermentation(digesteur) et, Chambre de déchargement.3.1Dimensionnement de la chambre de fermentation3 parties: hauteur: f2 - radier rayon de courbure: r2 surface: s2 diamètre: Dd - murs hauteur: H surface: S hauteur: f1 - dôme rayon de courbure: r1 surface: s1

  21. Paramètre Symbole Formule Commentaire Volume du digesteur Vd nx(q+w)xRt n = effectif de la population q = quantité de matière première rejetée/jour w = eau de dilution Rt = temps de rétention(jours) Diamètre du digesteur Dd Vd -1/3 0,447 Rayon du digesteur Rd Dd/2

  22. Hauteur des murs H Dd/2,5 Des rapports optimaux pour équilibrer les trois parties Hauteur du dôme f1 Dd/5 Hauteur du radier f2 Dd/8 Rayon de courbure du dôme r1 Rd2 + f12 2f1 Permettent de construire le dôme et le radier Rayon de courbure du radier r2 Rd2 + f22 2f2

  23. Surface des murs S 2 πRdH Ces surfaces permettent de calculer le volume de la maçonnerie (en multipliant par l’épaisseur) à partir duquel on établit le devis Surface du dôme s1 π ( Rd2 + f12 ) Surface du radier s2 π ( Rd2 + f22 ) Volume des murs V π Rd2 H Vd = V + v1 + v2 =0,447 Dd3 Volume du dôme v1 π x f1 (3Rd2 + f12) 6 Volume du radier v2 π x f2 (3Rd2 + f22) 6

  24. 3.2. Dimensionnement de la chambre d’évacuation ou chambre d’expansion ou chambre à pression hydraulique: VeCalculé suivant le rapport optimalVd VeExemple:Pour un digesteur de 8m3 , Ve = 2m3 = 4

  25. IV. CALCUL DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION ET ETABLISSEMENT DE DEVIS - dimensions d’une brique1. Briques - volume de la maçonnerieoccupée par les briques - ciment2. Béton - sable - gravier ou galet - eau3. Mortier4. Fer à béton

  26. 4.1. BriquesVolume de la maçonnerie (surface x épaisseur)Volume d’une brique (Lx lx h = 0,2 x 0,1 x 0,06)4.2. Dosage du bétonETAPES: - la résistance du ciment Rc. - le rapport eau/ciment noté W/C. - la quantité d’eau W. - la quantité du ciment C. - le pourcentage du sable. - la quantité du sable et du gravier.

  27. a) Résistance du ciment RcRc = 1,13Rcb où Rcb = N° du ciment(marqué sur le sac)b) Rapport W/CW/C = 0,46 Rc / ( Rh + 0,2392 Rc ): pour le gravierW/C = 0,48 Rc / ( Rh + 0,2928 Rc ): pour le galet où Rh = résistance du béton après 28 jours. Rh = Rs + σ0Rs = résistance du bétonσ0 = valeur expérimentale pour avoir une bonne résistance

  28. Rs 100 - 200 250 - 400 500 - 600 σ0 40 50 60 Pour les digesteurs, on considère souvent Rs = 200 c) Quantité d'eau W0 Elle dépend du degré d'effondrement du béton et du diamètre du gravier ou du galet

  29. Effondrement (mm) Diamètre maximal du gravier (mm) Diamètre maximal du galet (mm) 10 20 40 10 20 40 10-20 205 185 170 190 170 160 30-50 215 195 180 200 180 170 60-80 225 205 190 210 190 180 90-120 235 215 200 215 195 185 Quantité d'eau (en Kg) / m3 de béton Le degré d'effondrement admissible est: 10-30 mm pour dôme et radier 50-80 mm pour les murs

  30. Rapport W/C Diamètre max. du gravier Diamètre max. galet 10 20 40 10 20 40 0,40 30-35 29-34 27-32 26-32 25-31 24-30 0,50 33-38 32-37 30-35 30-35 29-34 28-33 0,60 36-41 35-40 33-38 33-38 32-37 31-36 0,70 38-44 38-43 36-41 36-41 35-40 34-39 d) Ciment C0 C0 = C/W x W0 e) Pourcentage du Sable

  31. Calcul de la quantité de sable et de gravierLe système d’équation:C0+ G0+ S0 + W0 = υhS0 / ( S0 + G0 ) x 100 = S%C0 = poids du ciment G0 = poids du gravier S0 = poids du sable W0 = poids de l’eauυh = poids spécifique du béton ≃ 2400 Kg / m3

  32. 4.3. Mortier: pour l’élévation et le crépissage - Ciment - Sable - Liant ( facultatif) - EauLe numéro (résistance) du mortier pour les digesteur est en général de M50 ou M75Dosage ciment/sable = 1:2,5 Rapport W/C = 0,7

  33. 4.5. Fers à béton: pour les couvercles- La dimension des couvercles- L’espacement est de 20 cm

  34. V. CONSTRUCTIONComprend ces étapes:1. Piquetage: pour déterminer le centre du digesteur2. Creusement3. Coulage du béton du radier4. Elévation des mûrs et fixation du tuyau d’entrée5. Construction du dôme6. Construction du bassin de sortie7. Crépissage interne de l’ensemble: 2 couches de 2cm d’épaisseur chacune8. Crépissage externe du dôme9. Lissage interne avec le lait de ciment: 7 couches10. Fabrication des couvercles11. Fixation des couvercles et test d’étanchéité

  35. VI. ENTRETIEN DU DUGESTEURLes problèmes courants sont: les fissures, les fuites, la pression très faible, la pression très élevée.peuvent être liés:- Aux matériaux de construction utilisés.- Au mauvais dosage des matières premières.- Au mauvais dosage dans la construction. - A la nature du sol.- Aux utilisations inadéquates du biogaz.

  36. SOLUTIONS1. En cas de fuite: localiser la fuite, nettoyer et appliquer le lait de ciment.2. En cas de pression faible: soupçonner une fuite, sinon concentrer la matière première.3. En cas de pression trop élevée: bouchage éventuel des conduite par l’eau condensée, sinon sous exploitation du biogaz.

  37. ConclusionLa formation nous a permis de:- Nous familiariser avec la théorie de biométhanisation.- Connaître comment dimensionner un digesteur de n’importe quelle taille.- Etablir les devis des digesteurs.- Apprendre à construire des digesteurs de type familial: au cours de notre formation nous avons construit un digesteur de 8 m3 à Rugende. - Connaître le matériel moderne du biogaz: allumeurs électronique pour lampes, réchauds à biogaz avec allumeurs, manomètres appropriés,etc.

  38. Pour tout contact NKURUNZIZA Théoneste I.R.S.T Centre de Recherche en Sciences Appliquées B.P 227-BUTARE Tel: + 250 530476 Mob: + 250 08487155 E-mail: nkurtheo@yahoo.fr

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