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Sarah Boyer Diane Labrunie Elodie Segard Projet Scientifique en Laboratoire Tut

Sarah Boyer Diane Labrunie Elodie Segard Projet Scientifique en Laboratoire Tuteur : Mr Rouberty - Janvier 2009 - - Sep - F Fa ab br ri ic ca at ti io on n d de e B Bi io og ga az z : : S Sy yn nt th hè ès se e d de e p pé ét tr ro ol le e p pa ar r f fe er rm me en nt ta at ti io on n à à p pa ar rt ti ir r d de e d dé éc ch he et ts s o or rg ga an ni iq qu ue es s PSL 2009 Sarah BOYER - Diane LABRUNIE - Elodie SEGARD - SEP 06 - 2 Sommaire Sommaire ................................................................................................................................................ 2 Tables des illustrations............................................................................................................................ 3 Introduction............................................................................................................................................. 4 I. Généralités ...................................................................................................................................... 5 I.1. Le problème des transports................................................................................................... 5 I.2. Définition et historique : le biogaz/biométhane ................................................................... 6 I.3. Domaine d’application et exclusion de notre sujet............................................................... 7 II. Du déchet organique au pétrole synthétique................................................................................. 8 II.1. Les types de déchets................................................................................................................... 8 II.2. Les différents pré-traitements.................................................................................................. 10 II.3. Les différents digesteurs : lieu de la fermentation anaérobie .................................................. 12 II.4. Purification et valorisation du biogaz........................................................................................ 15 III. Quels processus biologique se déroulent dans les méthaniseurs ?......................................... 17 III.1. Fonctionnement biochimique d’un méthaniseur par digestion anaérobie......................... 17 III.2. Les bactéries de la méthanisation ....................................................................................... 20 III.3. Les facteurs physico-chimiques................................................................................................. 23 III.4. Les besoins nutritionnels.......................................................................................................... 24 IV. Aspect réglementaire, économique et écologique du biogaz.................................................. 25 IV.1. Aspect réglementaire........................................................................................................... 25 IV.2. Aspect économique : les freins à la valorisation du biogaz ................................................. 25 IV.3. Aspect écologique................................................................................................................ 25 IV.4. Des projets mis en place : quelques exemples.................................................................... 26 V. Gestion de Projet........................................................................................................................... 29 PSL 2009 Sarah BOYER - Diane LABRUNIE - Elodie SEGARD - SEP 06 - 3 V.1. Limitation et faisabilité du projet ........................................................................................ 29 V.2. Equipe de projet/ répartition des tâches/ acteurs extérieurs............................................. 29 V.3. Objectifs du projet ............................................................................................................... 29 V.4. Les ressources...................................................................................................................... 29 V.5. Intervalle de temps de réalisation ....................................................................................... 29 V.6. Planification prévisionnel..................................................................................................... 29 Conclusion............................................................................................................................................. 30 Bibliographie.......................................................................................................................................... 31 Résumé.................................................................................................................................................. 32 Abstract ................................................................................................................................................. 32 Tables des illustrations Figure 1 : Schéma des sources et utilisations du Biogaz --------------------------------------------------------- 7 Figure 2 : Le biogaz. Procédés de fermentation méthanique ---------------------------------------------------11 Figure 3 : avantages et inconvénients des différents digesteurs infiniment mélangés---------------------13 Figure 4 : Le biogaz. Procédés de fermentation méthanique ---------------------------------------------------14 Figure 5 : schéma d’installation de récupération du gaz---------------------------------------------------------15 Figure 6 : les différentes étapes de la digestion anaérobie et les flux de carbones associés (en % de DCO) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------19 Figure 7 : bactéries du genre Méthobactérium --------------------------------------------------------------------22 Figure 8 : Contenu des projets de démonstration -----------------------------------------------------------------27 Figure 9 : Objectifs chiffrés -------------------------------------------------------------------------------------------28 PSL 2009 Sarah BOYER - Diane LABRUNIE - Elodie SEGARD - SEP 06 - 4 Introduction Les activités humaines et surtout les transports sont en partie responsables de l’accroissement de l’effet de serre et par conséquent du réchauffement de la planète. Pour faire face à cette problématique, une action clé sur le court terme consiste à augmenter l’utilisation de carburants alternatifs afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Pour son approvisionnement en énergie, l’Union Européenne est de plus en plus dépendante des carburants fossiles importés. Or, les ressources pétrolières sont limitées, la demande en énergie est en constante augmentation et les produits pétroliers proviennent de zones politiquement instables. De plus, les émissions de gaz à effet de serre par les carburants fossiles contribuent au changement climatique. Cette situation complexe engendre d’importants risques écologiques et économiques pour la société. C’est pourquoi la Commission Européenne a engagé une série d’initiatives centrées pour la plupart sur le secteur des transports fortement dépendant du pétrole. L’une de ces initiatives est de développer les unités de fabrication de biogaz et ainsi proposer une alternative au pétrole. Dans le cadre du Projet Scientifique en Laboratoire, nous étudierons la synthèse du biogaz depuis le déchet jusqu’au biocarburant. Après avoir exposé les enjeux et les intérêts de la valorisation de cette nouvelle énergie alternative, nous expliquerons de façon technique sa fabrication. Ensuite, nous verrons quels procédés biochimiques permettent d’obtenir du biogaz. Enfin, nous aborderons l’aspect réglementaire de sa production. La dernière partie sera consacrée à la gestion de projet à savoir son déroulement et l’analyse des éventuels écarts. PSL 2009 Sarah BOYER - Diane LABRUNIE - Elodie SEGARD - SEP 06 - 5 I. Généralités I.1. Le problème des transports De nos jours, les activités humaines et surtout les transports sont en partie responsables de l’augmentation de l’effet de serre et par conséquent du réchauffement de la planète. Cette hausse de gaz à effet de serre au niveau du transport s’explique par l’augmentation du trafic routier, par l’augmentation des distances parcourues et par la généralisation d’équipements fortement consommateurs d’énergie comme par exemple la climatisation (émetteur de gaz fluorés). Sur le plan national, la part de la circulation routière dans les émissions totales de gaz à effet de serre est d’environ 20%. Elle est responsable de 1% des émissions de N2O, 14% des émissions de HFC (Hydrofluorocarbures) en raison de la généralisation de la climatisation sur les véhicules, 33% des émissions de CO2. Ceci nous montre bien que les transports sont en tête des émetteurs pour ce polluant devant le résidentiel/tertiaire (23 %), l’industrie manufacturière (29 %), la transformation d’énergie (18 %) et l’agriculture/sylviculture (2 %). (Source : CITEPA pour l’année 2006.) Les émissions de CO2 sont directement proportionnelles à la consommation de produits pétroliers, constitués en quasi totalité par des hydrocarbures saturés qui comportent dans leur masse 75% à 84% de carbone. A l’issue de la combustion, le carbone se retrouve quasi intégralement dans les gaz d’échappement, combiné à l’oxygène de l’air sous forme de CO2 ou de CO qui se transforme en CO2. On peut ainsi considérer qu’un moteur émet autant de carbone qu’il en consomme sous forme de carburant. Emissions de CO2 par litre de carburant consommé Essence 2,35 kg Gazole 2,60 kg Tableau 1: Emissions de CO2/l de carburant consommé Pour faire face à ce problème, on commence à utiliser du biogaz comme carburant (biométhane). Celui-ci permet de supprimer les rejets de fumées dans l’atmosphère et de réduire les gaz à effets de serre ainsi que la pollution sonore. PSL 2009 Sarah BOYER - Diane LABRUNIE - Elodie SEGARD - SEP 06 - 6 I.2. Définition et historique : le biogaz/biométhane I.2.1. Définition Le biogaz peu être obtenu par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l’absence d’oxygène. Cette fermentation est appelé aussi méthanisation. Celle-ci se produit naturellement (dans les marais) ou spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques, mais elle peut être aussi provoquée artificiellement dans des digesteurs pour traiter des boues d’épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles…. Le biogaz est un mélange composé essentiellement : - de méthane (typiquement 50 à 70%) et - de gaz carbonique, avec des quantités variables d’eau, d’hydrogène sulfuré (H2S). Le biogaz carburant est du biogaz ou du biométhane utilisé comme carburants verts pour véhicules. Sa partie énergétique est du méthane biologique, il s’agit donc tout simplement de GNV (Gaz Naturel pour Véhicule) renouvelable. I.2.2. ● Historique La découverte du pétrole synthétique par Jean Laigret. (1863-1966) Jean Laigret est un médecin et un biologiste français. Il est né le 17 août 1893, à Blois dans le Loir et Cher. Il est élève de l’Ecole principale du service de Santé de la Marine. De 1921 à 1923, il est médecin de l’Hôpital Indigène du Moyen-Congo,à Brazzaville. En 1923, il suit le cours de microbiologie de l’Institut Pasteur. Des 1943, il est chargé par le gouvernement d’étudier des bactéries qui interviennent dans la fabrication de fumier. Il travaille sur la fabrication d’hydrocarbure à partir de bactéries anaérobies du sol, de type perfringens. Les bacilles anaérobies sont des microorganismes capables de vivre dans un milieu privé d’oxygène. Le perfringens possède déjà une certaine notoriété: c’est en effet l’un des microbes les plus importants de la grangrène gazeuse; d’autre part, son action de ferment destructeur de la matière organique aux dépens de laquelle il produit du gaz carbonique et de l’hydrogène Un article de Jean Lagarde à été publié dans science et vie en Juillet 1949 intitulé « le pétrole de fermentation peut être produite partout ». Extrait de l’article : A Tunis, le Dr Jean Laigret vient d’obtenir du pétrole par l’action d’un ferment, le bacille « perfringens » sur les matières organiques les plus diverses. Cette découverte qui élucide le problème de la formation du pétrole naturel peut provoquer une révolution économique. Elle apporte un prestige PSL 2009 Sarah BOYER - Diane LABRUNIE - Elodie SEGARD - SEP 06 - 7 nouveau à l’Institut Pasteur de Tunis, dont le directeur, Charles Nicolle (1866-1936), avait reçu le prix Nobel de médecine en 1928. I.3. Domaine d’application et exclusion de notre sujet Le biogaz peut être utilisé à différentes fins. Il peut être utilisé en tant que : • chaleur • électricité • gaz naturel • carburant Figure 1 : Schéma des sources et uploads/Management/ fabrication-de-biogaz.pdf