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UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAÂDI E DES SCIENCES APPLIQUÉES - TANGER Spécialité : G

UNIVERSITE ABDELMALEK ESSAÂDI E DES SCIENCES APPLIQUÉES - TANGER Spécialité : Génie Éco-Énergétique et Environnement Industriel Encadré par : Mme. EL KALKHA Hanae Réalisé par : LOMARI Soufiane NAJAH Hind NALI Mohamed ZGHARI Safae RAPPORT DE LA PRODUCTION DE BIOGAZ Table des matières ...............................................................................................................................................................1 I. Introduction....................................................................................................................................5 1. Production du biogaz..................................................................................................................5 a) Types des substrats................................................................................................................5 b) Production du biogaz en fonction des substrats utilisées...........................................................6 c) Pouvoir méthanogène............................................................................................................7 2. Composition du biogaz...............................................................................................................7 a) Composition chimique............................................................................................................7 b) Caractéristiques physique.......................................................................................................8 3. Paramètres Physico-chimique influençant sur la production de biogaz.....................................9 a. pH...........................................................................................................................................9 b. Température...........................................................................................................................9 c. Rapport C/N............................................................................................................................9 d) Degré d’humidité..................................................................................................................10 II. Valorisation Du Biogaz..................................................................................................................10 III. Source de biomasse et choix du type de valorisation :.............................................................11 1. Source de la biomasse :............................................................................................................11 2. L'énergie dans les betteraves à sucre — le biogaz issu des betteraves à sucre énergétiques. .11 a. Introduction :........................................................................................................................11 b. Avantages de la betterave à sucre énergétique....................................................................12 c. Pourquoi de la betterave énergétique ?...............................................................................12 3. Type de valorisation :...............................................................................................................12 Chapitre II : réalisation d’un digesteur prototype................................................................................13 1. Introduction :..............................................................................................................................14 2. Aspect technique du digesteur réalisé :.....................................................................................14 2.1 Présentation technique :.....................................................................................................14 2.2 Réalisation du système à biogaz :......................................................................................14 a) Schéma générale du système :............................................................................................14 b) Montage :.............................................................................................................................15 3. Mise en marche et suivi :............................................................................................................17 4. Aspect financier :........................................................................................................................17 5. Production énergétique :............................................................................................................18 Chapitre I : Etude de biogaz I. Introduction 1. Production du biogaz Le biogaz, qui est une énergie renouvelable, est produit de façon naturelle, lors de la dégradation anaérobie de matières fermentescibles. L’homme, qui utilise depuis longtemps le biogaz, a cherché à le produire afin de l’exploiter en tant que source renouvelable. a) Types des substrats Toute installation de biogaz est alimentée par différents substrats organiques et fermentescibles dont l’état peut être liquide, pâteux ou solide. Les déchets qui sont particulièrement intéressants pour faire fonctionner une installation de biogaz sont : les déchets agricoles ; les déchets agroalimentaires ; les déchets ménagers. Les principales industries agro-alimentaires et leurs déchets dont l’apport organique est important sont : la transformation de la viande et du poisson, les déchets boueux de produits alimentaires provenant du lavage, du nettoyage, de l’épluchage ou encore les boues provenant de la fabrication de graisses alimentaires, … Les déchets agricoles sont en général du lisier de bovins, du lisier de porcs ou encore de la fiente de volaille. Les lisiers de bovins et de porcs constituent un bon substrat pour produire du biogaz. Les vaches laitières produisent environ 26 à 28 m3 de lisier par an. Tableau 1: Production de biogaz selon les matières entrantes. Type de déchets Capacité de production de méthane (en m3 méthane/T de MS) Lisier de vaches 200 Lisier de porc 300 Fumier de volaille 250 boues urbaines 300 déchets organiques 250 déchets gras 720 Tontes d’herbe 480 Résidus de silo céréalier 450 b) Production du biogaz en fonction des substrats utilisées En fonction des substrats utilisés, les rendements en méthane et la composition du biogaz peuvent varier. Ainsi, le potentiel méthanogène des matières entrantes est très variable, les déjections animales, les lisiers et les fumiers, ont le potentiel le plus faible. Figure 1: Potentiels de production de méthane en fonction des matières brutes (fiche ADEME 2006) En effet ces matières sont déjà issues d’une digestion biologique partielle dans l’intestin de l’animal (ruminants principalement). c) Pouvoir méthanogène Le pouvoir méthanogène détermine la capacité d’un substrat à produire du biogaz, il permet d’estimer la production d’électricité et de chaleur d’un substrat. 1 tonne de lisier porcin:  30 m^3 de biogaz  60% de méthane dans le biogaz  180 kWh d'énergie primaire  63 kWh d'électricité 1 tonne d’ensilage de maïs :  200 m3 de biogaz ;  52,5 % de méthane dans le biogaz ;  1 050 kWh d’énergie primaire ;  367 kWh d’électricité. 1 m3 de biogaz à 60 % de méthane a un pouvoir énergétique de 6 kWh. 2. Composition du biogaz Le biogaz se caractérise en premier lieu par sa composition chimique et par les caractéristiques physiques qui en découlent. Il est essentiellement un mélange de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2) inerte. Cependant le nom biogaz regroupe une grande variété de gaz issus de procédés de traitement spécifiques, à partir des déchets organiques diverses : industriels, d’origine animale, ménagères, etc. a) Composition chimique Les sources différentes de production conduisent à des compositions spécifiques différentes. La présence de H2S, de CO2 et d’eau rend le biogaz très corrosif et nécessite l’utilisation des matériaux adaptés. La composition d’un gaz en fermenteur dépend du substrat, de sa charge en matière organique, du débit d’alimentation du méthaniseur. Tableau 2: Composition chimique de différentes sources de production. composantes Ordures ménagères Boues de STEP Déchets agricoles Déchets de l’industrie agro- alimentaire CH4 % vol 50-60 60-75 60-75 68 CO2 % vol 38-34 33-19 33-19 26 N2 % vol 5-0 1-0 1-0 - O2 % vol 1-0 <0,5 - H2O % vol 6-40ºC 6-40ºC 6-40ºC 6-40 ºC Total % vol 100 100 100 100 H2S mg/m3 100-900 1000-4000 3000-10000 400 NH3 mg/m3 - - 50-100 - b) Caractéristiques physique Selon sa composition, le biogaz présente des caractéristiques qu’il est intéressant de comparer au gaz naturel et au propane. Le biogaz est un gaz sensiblement plus léger que l’air, il produit deux fois moins de calories par combustion à volume égal que le gaz nature. Tableau 3: Comparaison des caractéristiques du biogaz avec celles du gaz naturel Type de biogaz Biogaz 1 Ordures ménagères Biogaz 2 Industrie agroalimentaire Gaz naturel Composition 60% CH4 33% CO2 1% N2 0% O2 6% H2O 68% CH4 26 % CO2 1% N2 0% O2 5 % H2O 97,0% CH4 2,2% C2 0,3% C3 0,1% C4+ 0,4% N2 PCS kWh/m3 6,6 7,5 11,3 PCI kWh/m3 6 6,8 10,3 Densité 0,93 0,85 0,57 Masse volumique (kg/m3 ) 1,21 1,11 0,73 Indice de Wobbe 6,9 8,1 14,9 Le biogaz contient en valeurs moyennes :  entre 55 à 80% de CH4 ;  entre 20 à 45% de CO2 ;  entre 0 à 1,5% de H2S ;  entre 0 à 0,5% de NH3 ;  il est saturé en H2O. 3. Paramètres Physico-chimique influençant sur la production de biogaz Plusieurs facteurs interagissent entre eux et influencent la vitesse et l’efficacité de la digestion anaérobie. a. pH Le pH optimum de la digestion anaérobie se situe autour de la neutralité. Il est le résultat du pH optimum de chaque population bactérienne : celui des bactéries acidifiantes se situe entre 5,5 et 6. Les acétogènes préfèrent un pH proche de la neutralité tandis que les méthanogènes ont une activité maximale dans une gamme de pH comprise entre 6 et 8. Toutefois, la méthanisation peut se produire dans des milieux légèrement acides ou alcalins. b. Température L’activité du consortium méthanogène est étroitement liée à la température. Deux plages de températures optimales peuvent être définies : la zone mésophile (autour de 35°C) et la zone thermophile (entre 55-60°C) avec une décroissance de l’activité de part et d’autre de ces températures. c. Rapport C/N Comme pour la digestion aérobie, la proportion entre le carbone et l’azote présents dans la matière organique est importante pour le bon fonctionnement des réacteurs. Des études indiquent que la proportion désirable se situe entre 20 et 30. 25 étant le ratio idéal. d) Degré d’humidité L’humidité a une grande influence sur l’action des bactéries, principalement dans le cas où ces valeurs sont basses. Des études montrent que des taux d’humidité supérieurs à 60% augmentent la production de gaz, qui atteint un maximum environnant 80%. II. Valorisation Du Biogaz Le biogaz se valorise comme le gaz naturel, et permet de produire de la chaleur et/ou de l’électricité. Une filtration préalable doit parfois être réalisée afin de concentrer le méthane présent dans le mélange initial obtenu après fermentation. Ces valorisations peuvent se réaliser sur l’exploitation ou bien en dehors de celle-ci. Le biogaz peut être utilisé selon plusieurs modes de valorisation. On distingue trois filières :  Énergie thermique ;  Énergie électrique ;  Biocarburant. Conclusion Le choix attentif des substrats et du milieu convenable sont des facteurs très importants pour l’optimisation des paramètres physico-chimiques susceptibles d’améliorer la production de biogaz. Les études montrent que les déchets organiques ont une valeur méthanogène intéressante. III. Source de biomasse et choix du type de valorisation : Figure 2:Valorisation du biogaz. 1. Source de la biomasse : Déchet d’origine végétal : betteraves sucrées. 2. L'énergie dans les betteraves à sucre — le biogaz issu des betteraves à sucre énergétiques a. Introduction : Ces dernières années, la betterave à sucre énergétique s'est de plus en plus imposée comme matière première renouvelable pour la production d'énergie durable, tant pour la production de bioéthanol que pour la production de biogaz. Et par-dessus tout, l'utilisation de la betterave à sucre énergétique dans la production de biogaz devient de plus en plus importante. Avec le substrat de maïs de base, c'est la culture agricole la plus productive et elle offre un complément précieux dans le mélange de substrat pour l'installation de biogaz avec un temps de séjour court dans uploads/Industriel/ biooogaz.pdf