Potentiel du nez électronique comme outil de détection d'évènements de suralimentation de digesteurs anaérobies

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P

OTENTIEL DU NEZ ÉLECTRONIQUE COMME

OUTIL DE DÉTECTION D

'

ÉVÈNEMENTS DE

SURALIMENTATION DE DIGESTEURS

Journée des doctorants 28 mai 2010 Université de Liège – Campus d’Arlon

SURALIMENTATION DE DIGESTEURS ANAÉROBIES

Candidat docteur Gilles ADAM

Promoteur

Jacques NICOLAS (ULg) Co-promoteur

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Plan

Contexte Recherche Matériel et méthodes Résultats et interprétation Résultats et interprétation Recherche à venir

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Plan

Contexte Recherche Matériel et méthodes Résultats et interprétation Résultats et interprétation Recherche à venir

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La bio-méthanisation à la ferme

chaleur électricité Biogaz CH₄~60%,~CO₂40% + éléments traces digesteur anaérobie Intrants digestat

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Plan

Contexte Recherche Matériel et méthodes Résultats et interprétation Résultats et interprétation Recherche à venir

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Recherche

Evaluation du nez électronique comme outil de monitoring du processus de méthanisation à la ferme biogaz E-nose Originalité de la recherche Originalité de la recherche nez électronique • conditions anaérobies • Application in situ digestion anaérobie

• application d’un nez électronique

• monitoring focalisé sur la phase gazeuse • analyse globale (empreinte)

information régulation

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Le nez électronique

acquisition de données

Principe: réseau de capteurs gaz à oxyde métallique non spécifiques « empreinte » du gaz processus stable Reconnaissance globale appliquée au processus de méthanisation analyse statistique traitement de données réseau de capteurs gaz

processus déstabilisé

perte de stabilité

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Plan

Contexte Recherche Matériel et méthodes Résultats et interprétation Résultats et interprétation Recherche à venir

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Matériel et méthodes

12 mini-digesteurs anaérobies semi-continus (1,5 L) Monitoring pendant 60 jours

Contrôle (1,3 g.L-1_.jour-1₎ saccharose Suralimentation (1,3 à 5,3 g.L-1_.jour-1₎ saccharose collecte du biogaz saccharose 1kg/L-1 lipides mélange saccharose et lipides (1:1) saccharose 1kg/L-1 lipides mélange saccharose et lipides (1:1) enceinte thermostatisée mini-digesteurs

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Suivi des mini-digesteurs

Collecte quotidienne du biogaz (1,5 à 3 L) Mesures:

Phase liquide: • pH

• pH

Phase gazeuse:

• [CH₄], [CO₂] (capteurs infrarouges)

• [H₂S], [CO] (cellules électrochimiques)

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Analyse en composantes principales (ACP)

Lorsque grand nombre de données et de variables

réduit le nombre de variables en deux ou trois « composantes principales » avec un minimum de perte d’information

V1 V2 V3 V4 V5 V6 12 7 4 5 9 6 5 15 7 5 10 3 6 9 6 9 5 2 F1 F2 F3 0.5 0.3 0.8 0.2 0.5 0.7 0.6 0.9 0.4 _{facteur 1} facteur 2 score 3 score 4

grand nombre de variables

Réduction des dimensions Facteurs =

combinaison factorielle des n variables

n variables 2 ou 3 facteurs n observations n scores 6 9 6 9 5 2 8 2 8 3 4 12 0.6 0.9 0.4 0.5 0.2 0.7 PCA chart 6 variables, 512 observations -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Factor 1 (72,2 %) -2 -1 0 1 2 3 4 5 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) score 1 facteur 1 facteur 3 score 2

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Plan

Contexte Recherche Matériel et méthodes Résultats et interprétation Résultats et interprétation Recherche à venir

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PCA chart 6 variables, 512 observations 2 3 4 5 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % )

6 variables = 6 signaux du réseau de capteurs gaz

Les 2 composantes principales expliquent 89,2 % de la variance total

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Factor 1 (72,2 %) -2 -1 0 1 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % )

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PCA chart Control data 1 2 3 4 5 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Factor 1 (72,2 %) -2 -1 0 1 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % )

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PCA chart

Control and pulse overload data set

1 2 3 4 5 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) Control Pulse overload control area instability -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Factor 1 (72,2 %) -2 -1 0 1 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) control area

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PCA chart

Control and increasing load

1 2 3 4 5 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) Control Increasing Load control area instability or acidosis -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Factor 1 (72,2 %) -2 -1 0 1 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) control area

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PCA chart

Complete data set (6 variables, 512 observations)

1 2 3 4 5 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) Control Increasing load Pulse Overload instability control area acidosis -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Factor 1 (72,2 %) -2 -1 0 1 F a c to r 2 ( 1 7 ,0 % ) control area

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Conclusions

• Les évènements de suralimentation sont observés par le nez électronique

• Les observations de digesteurs contrôles sont situées dans la même zone malgré les différents substrats

injectés injectés

• Un degré d’instabilité du processus peut être estimé grâce à la distance de l’observation par rapport au centre de gravité des observations contrôles

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Recherche à venir

Résultats prometteurs

Evaluation du nez électronique: • substrats • sensibilité - résolution • reproductibilité • stabilité • stabilité • robustesse

Essais sur des systèmes de plus en plus complexes:

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