Validation du modèle sur la serre de Thuit Signol

Afin de valider le modèle développé, une campagne de mesures est effectuée sur une installation de séchage solaire conventionnel. Les mesures couvrent un cycle de séchage débutant au mois de Mars et allant jusqu’à fin Juillet 2006.

Description de la serre de Thuit Signol

L’état des lieux du séchage solaire + ventilation est basé sur une installation pilote SAUR de taille industrielle mise en place à Thuit Signol sur la station d’épuration de Saint Pierre de Bosguérard (France) au cours de l’année 2004. Les boues subissent une déshydratation mécanique dans une centrifugeuse avant leur arrivée sous la serre, ce qui leur confère une siccité de l’ordre de 20 % en début du cycle de séchage.

La serre de Thuit Signol est une serre horticole ayant une largeur de 9,60 m et une longueur de 45 m dont 40 m utiles pour le séchage. Le toit est formé de trois chapelles ayant une hauteur sous chéneau de 3,50 m et au sommet de 5 m. Deux murets périphériques de 1 m de hauteur délimitent la zone de séchage de la serre. Les parois sont recouvertes d’un double vitrage réalisé en verre horticole (cf. figure 1.10). La serre admet une hauteur maximale de boues de 70 cm.

Figure 1.10 Schéma de la serre de Thuit Signol

Le balayage de la serre est assuré par un ensemble automatisé de ventilation maintenant en dépression tout le volume de la serre. Deux ventilateurs axiaux d’extraction sont montés sur une extrémité de la serre ayant un débit unitaire de 10 000 m3/h. La serre de Thuit Signol est

assure l’alimentation en boues. Un point d’injection de boues orientable est prévu dans la serre afin d’assurer une répartition uniforme des boues sur la largeur de la serre comme le montre la figure 1.11.

Le retournement des boues est assuré par un outil motorisé ayant une largeur égale à la largeur de la serre. Cet outil est équipé d’un rotor muni de couteaux. Au cours d’un retournement, l’outil circule le long de la serre en étant plongé dans les boues pour assurer leur retournement et leur avancement dans la serre.

La figure 1.11 illustre le schéma d’alimentation en boues ainsi que leur répartition dans la serre au moyen de l’outil de retournement et de la bouche d’alimentation orientable.

Figure 1. 11 Alimentation et retournement des boues Instrumentation de l’installation

La serre de séchage est instrumentée pour permettre un suivi du procédé de séchage solaire. Un logiciel de télésurveillance a été mis en place pour assurer l’acquisition continue des différentes mesures.

- Mesure de températures : les températures de l’air à l’intérieur de la serre et de l’air ambiant sont mesurées au moyen de thermocouples placés en entrée et en sortie de la serre. La température de surface des boues est également mesurée en six points de la surface du lit de boues séchées.

- Mesure de l’hygrométrie de l’air : des hygromètres sont prévus au point de mesure de température d’air pour mesurer l’humidité relative de l’air

- Mesure de l’ensoleillement : l’intérieur de la serre est muni d’un pyranomètre permettant de mesurer la part flux solaire transmise aux boues à travers les parois de la serre. Comparaison des mesures expérimentales aux résultats de simulations

Les propriétés géométriques de la serre de Thuit Signol sont introduites dans le code de calcul en imposant des conditions opératoires identiques à celles existant sur site telles que les débits d’air, les quantités de boues introduites ainsi que la fréquence de retournement. Cependant, n’ayant pas les données météorologiques de Thuit Signol, les calculs sont effectués avec les données climatiques de la ville de Rouen.

Les courbes bleue et orange de la figure 1.12 tracent l’évolution de la température de surface de boues mesurée et obtenue par simulation respectivement. Les résultats montrent une cohérence entre les températures de boues simulées et les températures réelles mesurées.

0 5 10 15 20 25 30 35 3/1 22/2 13/4 2/6 22/7 Jour T s (° C) Mesure Simulation

Figure 1.12 Températures de surface de boues réelles et mesurées

Les écarts au jour le jour sont principalement liés aux différences de données météorologiques. En effet, pour la simulation, ces données sont estimées à partir de valeurs moyennes sur 10 ans. Il s’ensuit que, pour la simulation, les jours de beau temps ou de mauvais temps ne se produisent pas a priori les mêmes jours que pour une année réelle. Ces écarts ne deviennent significatifs qu’à partir du mois de Juin où la température des boues réelles est plus élevée que celle simulée. Ceci s’explique simplement par les périodes de canicule survenues à cette période de l’année 2006, qui ont induit des températures d’air et des flux solaires plus élevés qu’en moyenne.

Au cours de cette série de mesures, la siccité est estimée en calculant la perte en masse sur des échantillons identiques prélevés chaque mois. Les séries de points bleus et oranges de la figure 1.13 tracent l’évolution de la siccité mesurée et simulée respectivement. Ces deux séries de points décrivent une allure croissante identique. Cependant, un écart constant est observé sur les mois.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 02-06 03-06 04-06 05-06 06-06 mois DSC ( % ) Mesure Simulation

Figure 1.13 Comparaison des siccités réelles et simulées

Il est nécessaire de rappeler que le modèle suppose une répartition uniforme des boues sur toute la surface de séchage au moment où, sur la serre de Thuit Signol, la surface de serre participant au séchage et recouverte de boues dépend des conditions du bon fonctionnement de l’outil de retournement : une épaisseur de boues minimale est à respecter selon la technologie du retourneur utilisé. Cependant, pour un chargement en continu, la quantité de boues introduites au démarrage d’un cycle de séchage est faible une partie seulement de la serre est recouverte de boues pour assurer un bon fonctionnement de l’outil

serre participe au séchage au moment où le modèle suppose toute la surface de serre recouverte de boues et calcule, à partir de cette hypothèse, une épaisseur de boues résultante, inférieure à celle mesurée sur site.

Les quantités de boues par unité de surface au sol simulées sont inférieures à celles existant sur site, ce qui permet d’atteindre des siccités plus élevées en simulations qu’en réalité et justifie l’écart des résultats pour les premiers mois de séchage. De plus, le séchage étant continu, la siccité à la fin d’un mois conditionne la siccité du mois suivant, ce qui explique l’écart de siccité observé tout le long de la campagne de mesures, même lorsque la surface de la serre est complètement recouverte de boues. En outre, les modes d’échantillonnage et de retournement engendrent des incertitudes lors de la mesure des siccités sur site.

Malgré ces écarts et parce qu’ils sont explicables, les résultats de la première série de mesures permettent de valider le modèle établi pour le séchage solaire. Ce modèle va être exploité afin d’évaluer l’influence des conditions météorologiques sur les performances du procédé de séchage solaire conventionnel.