Les différentes étapes du processus se présentent comme suit :
Normalement pour le fonctionnement du groupe électrogène, c’est un ratio air-essence qui est respecté et ce dernier stipule que << Le carburateur alimente le moteur avec un mélange explosif air/essence.
Ce mélange est un dosage précis composé de 20 grammes d'air pour 1 gramme d'essence quelque soit le régime moteur. L'air et l'essence se mélangent en passant à travers le conduit du carburateur …..>>[4].
Donc c’est pour respecter ce dosage qu’au cours de nos recherches nous avons installé un détendeur en amont du filtre à air afin de régler la pression du biométhane à injecter.
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Photo2.1 : détendeur permettant de régler la pression du biométhane.
Prise de vue : Georges GNONHOUE ; Juillet 2014
La valeur de la pression permettant un démarrage du moteur et l’obtention des 220V est de 1Kpa.
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Photo 2.2 : manomètre servant à lire la pression du biométhane Prise de vue : Georges GNONHOUE ; Juillet 2014
Le groupe électrogène utilisé dans le centre ValDERA ne démarre pas directement au biométhane. Nous avons fait le constat au cours de nos recherches en voulant le démarrer directement au biométhane mais ça n’a pas marché. Mais pour résoudre ce problème nous prévoyons installer un compresseur à haute pression sur le circuit d’alimentation du moteur en biométhane afin d’élever la pression du biométhane afin que ce dernier soit rapidement inflammable. C’est-à-dire nous allons mettre le compresseur haute pression avant le détendeur permettant de régler la
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pression du biométhane. Donc pour lui assurer un premier démarrage, nous allumons le groupe électrogène avec de l’essence ;
fermer le robinet à essence et nous comptons 1min30s car nous avons constaté au cours de nos recherches que après la fermeture de la vanne d’injection de l’essence c’est après ce temps que le reste de l’essence dans le carburateur finit et que le moteur s’arrête ;
ouvrir la vanne d’injection du biométhane par le détendeur et communiquer le tuyau dans lequel passe le biométhane à l’ouverture créer au niveau du filtre à air;
Photo 2.3 : Tuyau dans lequel passe le biométhane pour aller vers le filtre à air.
Prise de vue : Georges GNONHOUE ; Juillet 2014
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ouvrir le circuit d’air du groupe électrogène ;
2.3- Différentes étapes du processus de production de l’énergie électrique
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Figure 2.1 : Différentes étapes du processus de production de l’énergie électrique
Source : Georges GNONHOUE ; Juillet 2014
Le biométhane
Passage du biométhane dans un détendeurCalibrer la pression du biométhane à 1KPa
Démarrer le groupe électrogène avec de l’essence
Fermer le robinet à essence et compter 1min30s
Ouvrir la vanne d’injection du biométhane par le détendeur et communiquer le tuyau dans lequel passe le biométhane à l’ouverture créer au niveau du filtre à air;
Ouvrir le circuit d’air du groupe électrogène
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2.4- Evaluation de la Puissance secondaire
La puissance secondaire dépend de la puissance primaire et du rendement du moteur à essence. C’est la puissance obtenue à la sortir de l’alternateur du moteur.
La puissance secondaire PSecon. Le rendement du moteur η .
Psecon = PPrim * η ( 2.3 ) Le rendement étant de 0,25 on a : Psecon = 0,09 X 0,25
Psecon = 0,023 KW
La puissance secondaire trouvée étant très faible. Cette faible puissance est due au petit volume du digesteur. cette puissance est très petite devant la puissance réelle du groupe électrogène qui de 2KVA, il faut nous alors dimensionner le digesteur de façon à obtenir les 2KVA.
2.5- Dimensionnement du digesteur
Cette partie a pour but de dimensionner le digesteur de façon à obtenir les 2KVA de notre groupe électrogène à essence .
Psecon1 :la puissance réelle du moteur.
PPrim1 :la puissance primaire qu’on trouvera à partir de cette puissance réelle.
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Pb1 : la production journalière de biométhane obtenue à partir de la puissance réelle.
EP1 : l’énergie primaire obtenue à partir de la puissance réelle.
D’après (2.3) on a :
PPrim1 = (2.4)
PPrim1 =
Pprim1 = 6,4 KW
D’après (2.2) on a :
EP1 = PPrim1 * t (2.5)
Ep1 = 6 ,4 * 23
Ep1 = 147,2 KWh D’après (2.1) on a :
Pb1 = é ( 2.6 )
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Pb1 =
Pb1 = 0,64m3
Avec une production de 0,64 m3 de biométhane, nous aurons une production de 9,66 m3 de biogaz. Par conséquent nous aurons un digesteur de 19,32m3 soit environ 20m3.
Ainsi pour avoir une puissance secondaire de 2KVA, il faut une puissance primaire de 6,4 KW, une production journalière de 0,64 m3 de biométhane.
Conclusion partielle
La production journalière de 0,2m3 de biométhane a permis d’avoir une énergie primaire de 2KWh, une puissance primaire de 0,09KW et une puissance secondaire de 0,023KW
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CHAPITRE 3
IMPACTS SOCIO-ENVIRONNEMENTAUX DE LA
RECHERCHE
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Chapitre 3 : impacts socio-environnementaux de la recherche Introduction partielle
L’implantation et l’exploitation d’unités de méthanisation présentent des défis importants sur le plan socio-environnementaux.
Dans ce chapitre, il est analysé les impacts de la recherche sur la société et l’environnement.
3.1 - Impacts de la recherche sur l’environnement
L’utilisation simultanée du biogaz et d’un moteur à combustion interne entraîne malheureusement des problèmes de pollution de l’environnement et des risques d’intoxication.
Ces dangers sont liés aux émissions de monoxyde de carbone (CO), de sulfure d’oxygène (SO2) et d’oxydes d’azote (NO2) et de dioxyde de carbone (CO2).
3.1.1- Pollution de l’environnement 3.1.1.1-Emissions de dioxyde de carbone
Les émissions de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère ne présentent pas en réalité de danger pour l’environnement. En effet, La filière méthanisation de la biomasse pour la production d’électricité est considérée comme étant pratiquement neutre du point de vue CO2, car la quantité du CO2 émise est celle que la plante absorbe lors de sa croissance.
La quantité de CO2 évitée dans l’option tout gaz est évaluée à 900 g/kWh.
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3.1.1.2- Effets causés par l’oxyde d’azote et le sulfure d’oxygène sur la Végétation
Sur l’homme et les animaux, l’oxyde d’azote (NO2) et le sulfure de soufre (SO2) ont de graves conséquences sur la vie végétale. Le tableau 3.1 montre les différentes incidences de ces composés sur les végétaux en fonction de leur concentration.
Tableau 3.1 : Effets du NO2 et du SO2 sur les végétaux
Concentration Durée Effets
Prolongée Pertes de feuilles
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3.1.1.3- Autres problèmes de pollution environnementale
L’autre source de pollution environnementale est celle des bruits et des fumées. En effet, l’exploitation du groupe électrogène entraine la dispersion dans l’atmosphère de fumées ainsi que l’émission de bruit. Ceci peut constituer un fait gênant pour les populations locales et freiner les activités socio-économiques à long terme.
Mais notons que les moteurs à biogaz génèrent moins de fumée comparativement aux autres moteurs.
3.1.2- Dangers pour la santé
3.1.2.1- Effets causés par l’oxyde d’azote (NO2) et le sulfure d’oxygène (SO2)
Ces composés constituent des dangers potentiels tant pour la vie humaine, animale que végétale. Le tableau 3.2 récapitule les effets de ces composés sur l’homme et sur les animaux en fonction de leurs concentrations et de la durée d’exposition. Les dangers de ces composés sur la vie végétale étaient déjà traités.
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Tableau 3-2 : Effets de NO2 et du SO2 sur l’homme
Concentration Durée de l’exposition
Effets
<1 Long terme Augmentation du taux
d’infection des poumons chez les individus sensibles
1 Quelques minutes Picotement aux yeux
0,7 – 5 10 à 15 minutes Détection d’anomalies
20 – 50 Quelques minutes Vomissement,
étourdissement, somnolence
60 – 150 Instantanément Irritation des voies
respiratoires
100 – 150 Moins d’une heure Perte de conscience 200 – 700 Quelques minutes Mort par
broncho-pneumonie
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En effet, l’azote (N) et le soufre (S) sont présents sous forme de trace dans le biogaz. Aussi, le système d’épuration de biofiltre dans le centre ValDERA permet l’élimination de ces gaz nuisibles du biogaz.
Par conséquent les émissions de ces composés par le moteur tout gaz seront très réduites. Alors notre recherche contribue fortement à limiter de façon contrôlée les émissions de ces polluants dans l’atmosphère.
3.1.2.2- Risques d’intoxication de l’homme par le monoxyde de carbone (CO)
Le gaz issu de la bio méthanisation contient un composé toxique qui est le monoxyde de carbone (CO). L’effet de ce gaz toxique sur le métabolisme de l’organisme est la réduction progressive de la fixation de l’oxygène sur l’hémoglobine, celui-ci servant de moyen de transport de l’oxygène vers les cellules. Le monoxyde de carbone se fixe 250 fois plus vite sur l’hémoglobine que l’oxygène, supprimant ainsi l’action de l’oxygène sur l’organisme. En fonction de la concentration du monoxyde de carbone dans le sang, la personne exposée au gaz toxique se sent de plus en plus mal.
Le tableau 3.3 fait l’inventaire des effets causés par le CO sur l’homme, en fonction des concentrations et de la durée d’exposition.
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Tableau 3-3 : Effets du monoxyde de carbone sur l’homme
Le traitement de l’intoxication à l’oxyde de carbone se base sur la dissociation de ce dernier à l’hémoglobine pour le remplacer par l’oxygène. En fonction des effets, cette opération se fait de deux manières :
soit en quittant les lieux pour respirer de l’air frais ;
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soit en aspirant de l’oxygène ou mieux un mélange d’oxygène et d’anhydride carbonique.
Conclusion partielle
En considérant le système d’épuration du biogaz mise en place dans le centre ValDERA pour la production d’énergie électrique, les impacts socio-environnementaux sont totalement réduits et limités.
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CONCLUSION GENERALE
ET PERSPECTIVES
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CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
La charge organique constitutive des boues de vidange rend ses effluents polluants et impose un traitement, satisfaisant aux normes. Lors du traitement, le biogaz récupéré ne peut pas être libéré dans l’atmosphère par crainte de la destruction de l’environnement car c’est un gaz à effet de serre. Aussi, il ne peut pas être brûlé uniquement pour la cuisson des aliments. Alors son intérêt réside dans sa valorisation. C’est pour ces raisons qu’il était question dans ce mémoire de l’étude technique et économique de la production locale d’énergie électrique à partir des boues de vidange.
Notre apport se résume en un premier temps à étudier à fond la station d’épuration du centre ValDERA. De cette étude, il ressort que la boue de vidange avant d’être déversée dans le digesteur doit être prétraitée avant tout traitement là avec possibilité de récupération de 0,2 m3 de biométhane par jour pour une valorisation en énergie électrique. Ensuite, nous avons prouvé que nous pouvons adapter le biométhane à un moteur à essence. La production journalière de 0,2 m3 de biométhane à partir de 6m3 de boue de vidange permet d’obtenir une énergie primaire de 2 kWh, une puissance primaire de 0,09 kW et une puissance secondaire à la sortir de l’alternateur du moteur de 0,023 kW.
Les objectifs visés au départ dans le cadre de ce projet sont atteints certes, mais nous souhaiterions que les prochains travaux qui porteront sur cette station d’épuration s’intéressent à améliorer le traitement des boues de vidanges et à améliorer le système de production de l’énergie électrique du centre ValDERA.
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REFERENCES
BIBLIOGRAPHIQUES
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[1] : LAFIA, S; KOTY, C et MAHMAN, S. (2005) : Le biogaz: une contribution à la satisfaction des besoins énergétiques en milieu rural. Direction des énergies nouvelles et renouvelables, Direction générale de l’énergie, Ministère des mines, de l’énergie et de l’hydraulique, Republique du BENIN, P 14-44.
[2] : guide_bonnes_pratiques_méthanisation_clubbiogaz. P 23-83.
[3] : Kiporgen. (2012) : Green power products, P 5-46.
[4] : Mobcustom. (2004) : Fonctionnement du carburateur. articles 791, P 1-2.
[5] : Nounagnon L. A. (2013) : Etude technico-économique de la production locale d’énergie électrique à partir des eaux usées de la SOBEBRA(Cotonou).
Mémoire pour l’obtention du diplôme d’ingénieur de conception, EPAC, UAC, P 16-65.
[6] : AILE. (2011) : La valorisation du biogaz. P 1-117.
[7] : www.Mobucustom.com, consulté le 21/10/2014 à 20:23 [8] : http://rene.moletta.perso.sfr.fr.
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ANNEXES
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Annexe 1: illustration des différents départements du centre ValDERA
Bureau du directeur du centre
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Annexe 3 : Synthèse des résultats de recherche
Quantité de boue de vidange
Quantité de biogaz
Quantité de biométhane/jour
Energie primaire produite /jour
Puissance primaire
Puissance secondaire
6m3 3 m3 0,2 m3 2kwh 0,09kw 0,023kw
19,32 m3 9,66 m3 0,64 m3 147,2kwh 6,4kw 2kva
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TABLE DES MATIERES
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TABLE DES MATIERES
Liste des photos et planches………. xi
Liste des tableaux ……… xiii
Liste des sigles et abréviations………. xv
Introduction générale ……… 1
Chapitre1: Description sommaire du processus de transformation des boues de Vidange en biométhane et évaluation expérimentale du biométhane produit……….. 4 1.1- Description sommaire du processus de transformation des boues de Vidange en biométhane 5 1.2- Evaluation expérimentale du biométhane produit……… 6
1.2.1- Présentation du centre ValDERA et ses équipements……….. 6 1.2.2- Production expérimentale et évaluation du biogaz produit………..
9
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1.2.2.1- Caractéristiques du biogaz produit………
17 1.2.2.1.1- Propriétés physiques et chimiques du biogaz……….
17 1.2.3- Production expérimentale et évaluation du biométhane produit…………..
19 1.2.3.1- Production expérimentale du biométhane produit………..
1.2.3.1.1- Elimination de la vapeur d’eau………..
19 1.2.3.1.2- Elimination des autres gaz………...
20 1.2.3.2- Evaluation du biométhane produit……….
21 1.3- Proposition d’amélioration du système installé au centre ValDERA………
24 1.3.1- Prétraitements des boues de vidange………
25 1.3.2- Traitement de la boue de vidange……….
26 Chapitre 2 : production d’électricité à partir du biométhane……….. 31 2.1- Evaluation de la puissance primaire……….
32 2.1.1- Potentiel énergétique du biométhane……….
32 2.2- Technique d’adaptation du biométhane à un groupe électrogène à essence...
.
34
2.3- Différentes étapes du processus de production de l’énergie électrique…..…..
39 2.4- Evaluation de la puissance secondaire………. 41 2.5- Dimensionnement du digesteur………. 41
Chapitre 3 : Impacts socio-environnementaux de la recherche ……… 44 19
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3.1 - Impacts de la recherche sur la société et l’environnement……….. 45 3.1.1- Pollution de l’environnement……… 45 3.1.1.1-Emissions de dioxyde de carbone………
45 3.1.1.2- Effets causés par l’oxyde d’azote et le sulfure d’oxygène sur la
Végétation……… 46
3.1.1.3- Autres problèmes de pollution environnementale……….
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3.1.2- Dangers pour la santé……… 47
3.1.2.1- Effets causés par l’oxyde d’azote (NO2) et le sulfure d’oxygène
(SO2)……….. 47
3.1.2.2- Risques d’intoxication de l’homme par le monoxyde de carbone (CO)…
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