CONTRIBUTION A LA PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE A L’ABATTOIR DE COTONOU PAR LA VALORISATION DES DECHETS DE PANSE

(1)

UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

*********

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE OPTION: ENERGIE ELECTRIQUE

MEMOIRE DE FIN DE FORMATION

Pour l’obtention du

DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION THEME :

Réalisé par :

Mahouclo Anicet HOUNKANRIN

Soutenu le 18 décembre 2015 devant le Jury composé de : Dr. François-Xavier FIFATIN, Enseignant à l’EPAC, Président du Jury M. Luc NASSARA, Enseignant à l’EPAC, Membre du Jury

Dr. Ramanou BADAROU,Enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire Prof. Placide CLEDJO, Maître de Conférences des Universités CAMES, Directeur du centre ValDERA, Tuteur de stage

ANNEE ACADEMIQUE: 2014-2015 8^ème Promotion

CONTRIBUTION A LA PRODUCTION D’ENERGIE ELECTRIQUE A L’ABATTOIR DE COTONOU PAR

LA VALORISATION DES DECHETS DE PANSE

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DEDICACE

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page i

DEDICACE

Nous dédions ce mémoire à nos parents qui n’ont ménagé aucun effort pour la réussite de nos études.

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REMERCIEMENTS

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page ii

REMERCIEMENTS

Nous voudrions, avant toute chose, rendre grâce à l’Eternel DIEU.

Nous présentons ici notre profonde gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué de quelque manière que ce soit à l’aboutissement de ce modeste travail. Nous tenons à adresser nos sincères remerciements à vous :

 Prof. Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC pour votre dévouement vis-à-vis de notre école;

 Prof. Clément BONOU, Directeur Adjoint de l’EPAC pour tous les efforts consentis à l’ égard de notre formation ;

 Dr. François-Xavier FIFATIN, Chef du Département Génie Electrique de l’EPAC, pour votre détermination à nous offrir une formation de qualité ;

 Dr Ramanou BADAROU, enseignant à l’EPAC, Maître de mémoire, pour votre extrême dévouement et votre encadrement tout au long de ce travail ;

 Prof Placide CLEDJO, Directeur du Centre ValDERA, notre tuteur de stage, pour votre disponibilité, votre encadrement au cours de notre stage ;

 Professeurs du département de Génie Électrique qui avez participé à la réussite de notre formation ;

 M. Hénock GNANGA, Chef section biométhanisation du centre ValDERA, pour votre contribution à la réussite de notre stage ;

 Techniciens du laboratoire de Génie Electrique, pour tous les efforts consentis au cours de notre formation ;

 Membres du personnel du Centre ValDERA ;

 Camarades et amis de la 8^ème promotion d’Ingénieurs de conception de l’EPAC pour l’atmosphère de fraternité qui a régné au cours de notre formation.

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TABLE DES MATIERES

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page iii

TABLE DES MATIERES

LISTE DES FIGURES ...vii

LISTE DES TABLEAUX ... viii

LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS ... ix

RESUME ... x

INTRODUCTION GENERALE ... 1

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE L’ABATTOIR DE COTONOU ET EVALUATION DE SA DEMANDE EN ENERGIE ELECTRIQUE ... 4

Introduction partielle ... 5

1.1. Situation géographique ... 5

1.2. Missions ... 5

1.3. Fonctionnement ... 6

1.4. Problèmes liés à la gestion des déchets ... 6

1.5. Besoins en énergie électrique de l’Abattoir de Cotonou ... 8

1.5.1. Puissance électrique appelée ... 8

1.5.1.1. Puissance active ... 8

1.5.1.2. Puissance apparente ... 8

1.5.2. Energie électrique consommée ... 12

1.5.3. Problèmes liés à l’énergie électrique ... 13

Conclusion partielle ... 14

CHAPITRE 2 : ÉVALUATION DE LA QUANTITE DE DECHETS DE PANSE PRODUITS PAR L'ABATTOIR DE COTONOU ET PROPOSITION D’UNE TECHNOLOGIE DE VALORISATION ... 15

2.1. Evaluation de la quantité de déchets de panse produits ... 16

2.1.1. Présentation des abattages ... 16

(5)

TABLE DES MATIERES

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page iv

2.1.2. Quantité de déchets de panse produits par jour à l’Abattoir de Cotonou 17

2.2. Choix d’une technologie de valorisation des déchets de panses ... 21

2.2.1. Présentation des différentes technologies de valorisation énergétique de la biomasse ... 21

2.2.2. Choix de la technologie la plus appropriée à la valorisation des déchets de panse ... 23

2.3. Description du processus de biométhanisation ... 24

2.3.1. Principe de la biométhanisation ... 24

2.3.2. Les phases de la biométhanisation ... 24

2.4. Différents systèmes de digesteurs... 26

2.5. Facteurs affectant la production du biogaz ... 27

2.6. Les techniques d’épuration du biogaz ... 28

2.7. Valorisation du biogaz ... 29

CHAPITRE 3 : EVALUATION EXPERIMENTALE DU VOLUME DE METHANE PRODUIT PAR LES DECHETS DE PANSE ... 30

3.1. Présentation du cadre expérimental ... 31

3.2. Dispositif expérimental ... 32

3.3. Mode opératoire ... 37

3.4. Résultats obtenus ... 37

3.5. Analyse des résultats obtenus ... 40

CHAPITRE 4 : SYSTEME DE PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE A PARTIR DES DECHETS DE PANSE PROPOSE POUR L’ABATTOIR DE COTONOU ... 41

4.1. Description du système de valorisation des déchets de panse en énergie électrique... 42

4.1.1. Poste de prétraitement des déchets ... 43

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TABLE DES MATIERES

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page v

4.1.2. Poste de production de biométhane ... 43

4.1.2.1. Mode d’alimentation du digesteur ... 44

4.1.2.2. Fonctionnement du digesteur ... 45

4.1.2.3. Volume de méthane productible par jour ... 46

4.1.3. Stockage du biogaz ... 47

4.1.4. Valorisation du digestat ... 47

4.1.5. Dimensionnement du digesteur ... 48

4.2. Production d’énergie électrique à partir du biométhane ... 49

4.2.1. Choix d’une technologie de conversion du biométhane en énergie électrique ... 49

4.2.1.1. Différentes technologies de conversion disponibles ... 50

4.2.1.2. Puissance électrique à installer ... 51

4.2.1.3. Energie électrique que peut produire chaque type de machine .... 51

4.2.1.4. Etude comparative du moteur à gaz et du moteur dual fuel ... 53

4.2.2. Dimensionnement de l’unité de production d’énergie électrique ... 54

CHAPITRE 5 : ETUDE ECONOMIQUE ET IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DU PROJET ... 57

5.1. Analyse économique du projet ... 58

5.1.1. Coût d’investissement des équipements de production du biogaz .... 58

5.1.2. Coût d’exploitation de l’unité de production du biogaz ... 59

5.1.3. Coût d’investissement de l’unité de production d’énergie électrique 59 5.1.4. Coût d’exploitation de l’unité de production d’énergie électrique ... 60

5.1.5. Le coût total du projet ... 61

5.1.6. Economie réalisée sur la consommation annuelle d’énergie électrique fournie par la SBEE ... 61

5.1.7. Rentabilité du projet ... 62

5.2. Impacts environnementaux du projet ... 62

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TABLE DES MATIERES

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page vi

5.2.1. Pollution de l’environnement ... 62 5.2.1.1. Emissions de dioxyde de carbone ... 62 5.2.1.2. Effets causés par l’oxyde d’azote et le sulfure d’oxygène sur la végétation ... 63 5.2.2. Dangers pour la santé ... 63

5.2.2.1. Effets causés par l’oxyde d’azote (NO₂) et le sulfure d’oxygène (SO₂) 63

5.2.2.2. Risques d’intoxication de l’homme par le monoxyde de carbone (CO) 64

Conclusion partielle ... 66 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES ... 68 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 70

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LISTE DES FIGURES

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page vii

LISTE DES FIGURES

Figure 2.1 : Le processus de la biométhanisation……….. ……….25

Figure 3.1 : Dispositif expérimental………31

Figure 3.2 : Coupe longitudinale d’un digesteur népalais………...32

Figure 3.3 : Les filtres à biogaz………...33

Figure 3.4 : Le compteur à gaz………34

Figure 3.5 : Le manomètre………..35

Figure 3.6 : Le brûleur……….35

Figure 3.7 : Courbe d’évolution de la pression de méthane………38

Figure 3.8 : Courbe d’évolution du volume de méthane……….38

Figure 4.1 : Processus de valorisation des déchets de panse………...41

Figure 4.2 : Dispositif de prétraitement des déchets………...42

Figure 4.3 : Différents modes d’alimentation d’un digesteur……….43

Figure 4.4 : Récupération de chaleur sur un moteur à gaz………...44

Figure 4.5: Schéma du digesteur……….45

Figure 4.6: Stockage du digestat……….47

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LISTE DES TABLEAUX

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page viii

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1.1 : Bilan énergétique de l’Abattoir de Cotonou………9

Tableau1.2. Energie consommée mensuellement par l’Abattoir……….11

Tableau 2.1 : Abattage de bovins de 2010 à 2014………...15

Tableau 2.2 : Abattage des ovins de 2010 à 2014……….………..16

Tableau 2.3 : Poids du contenu de panses des bovins ……….17

Tableau 2.4 : Poids du contenu de panses des ovins ………19

Tableau 2.5: Caractéristiques physico-chimiques des contenus de panse……...22

Tableau 3.1: Relevés journaliers du volume et de la pression du méthane ...37

Tableau 4.1: Différentes technologies et leurs puissances………..50

Tableau 4.2: Energie électrique produite par chaque technologie………..53

Tableau 5.1: Effets du (NO2) et du (SO2) sur les végétaux………63

Tableau 5.2: Effets de NO₂ et de SO₂ sur l’homme………...64

Tableau 5.3: Effets du CO sur l’homme……….65

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LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATION

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page ix

LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS

a: are

ca: centiare

EPAC: Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi h : heure

ha : hectare Kg: kilogramme KPa : kilopascal KW : kilowatt

KWh : kilowattheure m: mètre

min : minute

M.M : Matières minérales M.S: Matières sèches

M.V.S : Matières volatiles sèches MW: mégawatt

MWh : mégawattheure ppm : partie par million

SBEE: Société Béninoise d’Energie Electrique t: tonne

TRH: Temps de rétention hydraulique UAC : Université d’Abomey-Calavi

ValDERA : Centre de Valorisation des Déchets en Energies Renouvelables et en Agriculture

W : watt

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RESUME

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page x

RESUME

Le présent document porte sur la production d’énergie électrique à l’Abattoir de Cotonou par la valorisation des déchets de panse. L’Abattoir de Cotonou est une industrie alimentaire qui produit chaque jour 2,3 tonnes de déchets de panse issus des animaux abattus. Bien que perçus comme une source de pollution de l'environnement, ces déchets représentent une biomasse qui, valorisée, peut produire 67 m³ de biométhane. Cette quantité de biométhane peut produire 167 KWh d’énergie électrique grâce à un groupe électrogène à gaz de 60 KW. Cette production peut couvrir les besoins journaliers en énergie électrique de l’Abattoir à hauteur de 37% avec, pour corollaire, une réduction de la facture d’électricité de francs CFA par an.

Mots clés : Déchets de panse, biomasse, biométhane, énergie électrique.

ABSTRACT

This document is about the production of electrical energy to the Cotonou slaughterhouse by the valorization of paunch waste. The Cotonou abattoir is a food industry that produces 2.3 tons of daily rumen waste from slaughtered animals. Although perceived as an environmental source of pollution, this waste represents a biomass which valued, can produce 67 m³ of biogas. This amount of biogas can produce 167 kWh of electrical energy through a generator at 60 kW gas. This production can cover the daily electricity needs of the abattoir, up to 37% with the corollary, a reduction of the electricity bill of 5,847,524 FCFA per year.

Keywords: Rumen waste, biomass, biogas, electrical energy.

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INTRODUCTION GENERALE

Réalisé par : Mahouclo Anicet HOUNKANRIN Page 1

INTRODUCTION GENERALE

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INTRODUCTION GENERALE

L’énergie électrique est un facteur déterminant dans le développement d’un pays. De l’usine à la maison, le rôle de l’énergie électrique n’est plus à démontrer. Autant les industriels ont besoin d’énergie pour faire tourner leurs machines, autant les domestiques en ont besoin pour les appareils électroménagers. Au Bénin, du fait de la croissance démographique et de la multiplication des industries, les besoins en énergie électrique ne cessent de croître. Et comme les ressources en énergie électrique du pays n’évoluent pas au même rythme que les besoins, il se crée un déficit de l’offre par rapport à la demande. La conséquence immédiate est que le réseau de distribution public d’énergie électrique se trouve surchargé. Le distributeur public d’électricité est donc dans l’obligation de délester certains consommateurs, entrainant un ralentissement des activités économiques.

Eu égard au déficit d’énergie électrique au Bénin, le développement des sources de production délocalisées s’avère nécessaire. En effet, ces sources auront le double avantage de décharger le réseau de distribution public et de rendre les consommateurs autonomes vis-à-vis du réseau public. Les énergies renouvelables notamment l’éolien, le solaire et la biomasse se révèlent comme une solution adéquate au problème.

L’Abattoir de Cotonou représente un grand potentiel en énergie électrique.

En effet, les déchets de panse issus des animaux abattus représentent une biomasse qui peut être valorisée pour produire de l’énergie électrique. Ainsi, le but de ce mémoire est d’apporter une « Contribution à la production d’énergie électrique à l’Abattoir de Cotonou par la valorisation des déchets de panse ». Ce document sera subdivisé en cinq chapitres.

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Dans le premier chapitre, nous allons faire une brève description de l’Abattoir de Cotonou et une évaluation de sa demande en énergie électrique.

Le deuxième chapitre sera consacré à l’évaluation de la quantité de déchets de panse produits par l’Abattoir de Cotonou.

Dans le troisième chapitre, nous allons déterminer expérimentalement le volume de biométhane que peuvent produire les déchets de panse.

Dans le quatrième chapitre, il sera question de présenter le système de production d’énergie électrique à partir des déchets de panse que nous proposons pour l’Abattoir de Cotonou.

Le cinquième chapitre sera consacré à l’étude économique et l’impact environnemental du projet.

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PRESENTATION DE L’ABATTOIR DE COTONOU ET EVALUATION DE SA DEMANDE EN ENERGIE ELECTRIQUE

CHAPITRE 1:

PRESENTATION DE L’ABATTOIR DE COTONOU ET EVALUATION DE SA DEMANDE EN ENERGIE

ELECTRIQUE

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Introduction partielle

L’Abattoir de Cotonou, préalablement Abattoirs de Cotonou/Porto-Novo, est un établissement industriel à caractère public. Seul abattoir moderne du Bénin, il a été construit par l’Etat en 1978 et destiné à livrer aux populations des deux villes de la viande de bonne qualité à partir du cheptel national et des animaux en provenance des pays sahéliens. Actuellement, il ne dessert que la ville de Cotonou. [1]

Dans ce chapitre, nous allons décrire brièvement l’Abattoir de Cotonou, les activités qui y sont menées et les besoins en énergie électrique de cet établissement.

1.1. Situation géographique

L’Abattoir de Cotonou se trouve à Akpakpa dans la ville de Cotonou. Le complexe est situé au PK6 au bord de la route Cotonou -Porto-Novo. Il est implanté sur un domaine d’une superficie de 2ha48a45ca. [1]

1.2. Missions

Les missions assignées à l’Abattoir de Cotonou sont multiples et se présentent comme suit :

 Abattre les animaux de boucherie dans les conditions requises par les règlementations en vigueur ;

 Protéger la santé des consommateurs en mettant à leur disposition des produits sains ;

 Contribuer à la maîtrise de la santé animale ;

 Assurer la collecte des données statistiques et le contrôle du circuit traditionnel de commerce du bétail et de la viande ;

 Encadrer tous les professionnels du bétail et de la viande ;

 Accorder un appui technique et matériel au Service Vétérinaire sanitaire dans la lutte contre les abattages clandestins ;

 Contribuer à la formation des Cadres de l’Elevage et du Personnel médical en leur offrant son cadre et ses infrastructures

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1.3. Fonctionnement

Les activités menées à l’Abattoir de Cotonou se résument aux abattages et la gestion du parc à bétail.

Les différentes étapes de l’abattage sont :

 La saignée ;

 La dépouille ;

 L’éviscération ;

 La fente de la carcasse.

La gestion du parc à bétail consiste au parcage et au contrôle des sorties des animaux à abattre.

Les activités de l’Abattoir génèrent plusieurs types de déchets: il s’agit du sang, des eaux de lavage des animaux, de la bouse de vache et des déchets de panse.

1.4. Problèmes liés à la gestion des déchets

 Les problèmes environnementaux

 Sang et eaux de lavage des animaux

L’Abattoir utilise abondamment d’eau pour laver les carcasses d’animaux, les viscères, le hall d’abattage et les différents postes de traitements des viscères.

Ces eaux fortement chargées en matières organiques sont canalisées vers les égouts et évacuées vers la mer. Ces déchets représentent une source de pollution pour l’eau de mer et donc un danger pour la faune et la flore aquatique.

 Bouse de vache

Ce sont les déjections des bœufs gardés dans le parc à bétail. Ces déchets ne sont pas régulièrement collectés et servent de compost pour le maraîchage.

Du fait de l’inondation du parc à bétail en période de pluies, il y a un risque d’infiltration de ces eaux usées et donc une possible contamination de la nappe phréatique.

(18)

 Déchets de panse

Les déchets de panse étaient entassés sur domaine se trouvant juste à côté de l’Abattoir. Du fait de leur forte teneur en matière organiques, ces déchets se décomposent libérant dans l’atmosphère des gaz toxiques notamment du méthane (CH4) et dioxyde de carbone(CO2). La décomposition des déchets dégage donc des odeurs nauséabondes. Cet état des choses n’est pas du goût des riverains de l’Abattoir qui sont exposés à ces gaz à longueur de journées. Suite aux multiples plaintes des riverains, les responsables de l’Abattoir ont décidés d’évacuer les déchets hors de l’Abattoir. Depuis décembre 2014, les déchets sont convoyés sur un site aménagé dans la commune de Sème-Kpodji où ils sont pour le moment stockés en attendant une solution de valorisation.

Vu que ces déchets sont toujours stockés à ciel ouvert sans aucun traitement préalable, le problème de pollution environnemental reste entier. En effet, les déchets continuent leur décomposition, libérant de grandes quantités de méthane, un gaz à effet de serre hautement plus nocif que le gaz carbonique.

 Les problèmes économiques

Pour le l’évacuation des déchets, l’Abattoir s’est doté d’un tricycle qui transporte les déchets de panse de l’Abattoir vers le dépotoir. Les frais d’achat de carburant pour le véhicule, le salaire des agents engagés pour le transport de déchets, constituent des dépensent supplémentaires pour la société. Ces dépenses pèsent sur les recettes de l’Abattoir puisqu’aucun retour sur investissement n’est à escompter. Le transport des déchets diminuent donc les recettes de l’Abattoir.

Pour résoudre ces différents problèmes, nous envisageons de valoriser les déchets en énergie électrique. Il faudra donc évaluer la demande en énergie électrique de l’Abattoir pour étudier la faisabilité d’une valorisation des déchets en énergie électrique de cet établissement.

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1.5. Besoins en énergie électrique de l’Abattoir de Cotonou 1.5.1. Puissance électrique appelée

1.5.1.1. Puissance active

Pour évaluer la puissance électrique appelée par l’abattoir de Cotonou, nous allons faire le bilan des différents appareils électriques utilisés. Ensuite, tous les récepteurs n’étant pas forcément utilisés à pleine charge ni en même temps, il conviendra de pondérer les puissances nominales par deux coefficients majeurs : le facteur d’utilisation maximale (Ku) et le facteur de simultanéité (Ks). Par ailleurs, nous pouvons envisager une augmentation des charges actuelles ; d’où la nécessité d’un troisième coefficient dit facteur d’extension ou de réserve (Ke).

Ainsi, pour chaque appareil, nous allons déterminer la puissance d’utilisation par la formule: . (1.1)

Où est la puissance d’utilisation de l’appareil et sa puissance nominale.

est le facteur d’utilisation de l’appareil.

On a : si l’appareil est utilisé à pleine puissance.

est inférieur à 1 si l’appareil n’est pas utilisé à pleine puissance ; ceci se vérifie pour les moteurs électriques qui sont susceptibles de fonctionner en dessous de leur pleine charge. Dans une installation industrielle, ce facteur peut être estimé à 0,75 pour les moteurs. Pour l’éclairage et le chauffage il est égal à 1. [2]

Aussi, pour chaque groupement d’appareil, nous allons déterminer la puissance de simultanéité par la formule : . (1.2)

Le tableau 1.1 présente le bilan énergétique de l’Abattoir de Cotonou. Les puissances et y sont calculées en utilisant les formules (1.1) et (1.2).

(20)

Tableau 1.1 : Bilan énergétique de l’Abattoir de Cotonou

Appareils Quantité Pn(W) Ku Ks Pu(W) Ps(W) tube

fluorescent

48 36 1 1 1728 1728

Lampe fluo- compacte

13 85 1 1 1105 1105

Ordinateur portatif

2 65 1 1 130 130

Ordinateur de bureau

3 150 1 1 450 450

Imprimante HP laser Jet 1102

3 360 0,75 0,5 1080 540

Imprimante

HP Deskjet 2 20 0,75 0,5 30 15

Machine

photocopieuse

1 650 1 1 650 650

Décodeur 1 18 1 1 18 18

Switch light wave 5 port

1 20 1 1 20 20

Poste téléviseur SHARP écran 14

1 68 1 1 68 68

(21)

Appareils Quantité Pn(W) Ku Ks Pu(W) Ps(W)

Poste téléviseur Samsung écran 21

1 100 1 1 100 100

Lecteur DVD 1 50 1 1 50 50

Brasseur 8 60 0,75 1 360 360

Climatiseur 5 1500 0,75 1 5625 5625

Compresseur d’air à moteur électrique

2 7500 0,75 1 11250 11250

Compresseur frigorifique

1 10400 0,75 1 7800 7800

Scie fente- carcasse électrique

2 2250 0,75 0,5 1687,5 1687,5

Evaporateur 2 10800 0,75 0,5 16200 8100

TOTAL 39696,5

La puissance totale appelée par l’Abattoir est :

On peut envisager une augmentation des charges actuelles de l’usine. En limitant l’accroissement à 10% tous les cinq ans de la puissance appelée par l’usine, nous pouvons prévoir une augmentation de 30% à l’horizon 2030. Pour

(22)

cela, nous prendrons un facteur d’extension ; ce qui correspond à une augmentation de 30% des charges.

La puissance totale à appeler se calcule par la formule :

1.5.1.2. Puissance apparente

 Facteur de puissance

Pour connaître la puissance apparente appelée, nous allons déterminer le facteur de puissance global de l’usine en utilisant les factures d’électricité du premier trimestre de l’année 2015.

Les informations recueillies sur ces factures sont résumées dans le Tableau1.1 qui donne pour chaque mois, le facteur de puissance, l’énergie active(EP) et l’énergie réactive (E_Q) consommées.

Tableau 1.1. Energie consommée mensuellement par l’Abattoir

Mois EP (KWh) EQ (KVarh)

Janvier 8367 7111 0,76

Février 11048 9080 0,77

Mars 11396 9469 0,76

Pour calculer le facteur de puissance moyen, allons utiliser la formule suivante:

√ ( )

(23)

Avec :{

{

Donc le calcul du facteur de puissance donne :

√ Soit :

 Puissance apparente

Le facteur de puissance étant connu, nous pouvons déterminer la puissance apparente appelée par la formule suivante :

Donc

1.5.2. Energie électrique consommée

Pour déterminer l’énergie électrique moyenne consommée mensuellement, nous allons utiliser les données du Tableau1.1.

Ainsi l’énergie moyenne consommée au cours du premier trimestre de l’année 2015 peut être calculée par la formule suivante:

Donc

(24)

Soit :

Avec un taux d’accroissement de 10% tous les cinq ans, cette demande subira une augmentation de 30% à l’horizon 2030.

La demande en énergie électrique mensuelle sera : Soit : avec une moyenne journalière de 445 KWh.

1.5.3. Problèmes liés à l’énergie électrique

 L’usine doit s’acquitter d’une facture d’électricité mensuelle d’une valeur moyenne de 1 317 010 FCFA auprès de la SBEE ; ce qui diminue les recettes de cet établissement.

 L’absence de groupe électrogène de relais crée un problème de disponibilité d’énergie électrique à l’Abattoir. En effet, les fréquentes coupures d’électricité paralysent parfois les activités de l’usine ; ce qui entraîne des manques à gagner.

(25)

Conclusion partielle

Au vu des dommages que créent les coupures d’électricité à l’Abattoir, il serait intéressant d’y installer un groupe électrogène de secours pour assurer la continuité de la fourniture d’énergie électrique.

Aussi, dans l’optique d’apporter une solution plus écologique à la gestion des déchets organiques de l’Abattoir, nous pensons qu’il faudra valoriser ses déchets en énergie.

Ces deux objectifs conjugués, nous amènent à orienter notre projet vers l’installation d’un groupe électrogène qui utilisera une matière première totalement gratuite que constituent les déchets de panse. Il faudra donc évaluer la quantité de cette matière première disponible.

(26)

ÉVALUATION DE LA QUANTITE DE DECHETS DE PANSE PRODUITS PAR L'ABATTOIR DE COTONOU ET PROPOSITION D’UNE TECHNOLOGIE DE VALORISATION

CHAPITRE 2 :

ÉVALUATION DE LA QUANTITE DE DECHETS DE PANSE PRODUITS PAR L'ABATTOIR DE COTONOU

ET PROPOSITION D’UNE TECHNOLOGIE DE

VALORISATION

(27)

Face au problème de gestion des déchets et aux fréquentes coupures d’électricité auxquelles l’Abattoir est confronté du fait de sa dépendance exclusive à la SBEE, nous avons jugé nécessaire de valoriser les déchets de panse en énergie électrique.

Ainsi, dans ce chapitre, nous allons évaluer la quantité de déchets de panse produits par l’Abattoir et proposer un moyen de valorisation de ces déchets en énergie électrique.

2.1. Evaluation de la quantité de déchets de panse produits 2.1.1. Présentation des abattages

L’Abattoir de Cotonou est une usine qui fonctionne sept jours sur sept.

C’est dire donc que les animaux y sont abattus quotidiennement. Les animaux abattus sont principalement les bovins, les ovins et les porcins. Mais les déchets de panses sont principalement issus des ovins et des bovins.

Les tableaux qui suivent donnent les abattages de 2010 à 2014 des ovins et des bovins.

 Les bovins

Tableau 2.1 : Abattage de bovins de 2010 à 2014 [3]

Année Nombre total

abattus

Poids total (tonnes)

Nombre moyen journalier

2010 12 552 1730,16 41

2011 13 700 1897,5 44

2012 15 679 2083,36 47

2013 15 068 2190,74 42

2014 15 633 2265,4 43

(28)

Le nombre moyen de bovins abattus par jour est donc :

Soit :

 Les ovins

Tableau 2.2 : Abattage des ovins de 2010 à 2014 [3]

Années Nombre total

abattus

Poids total (t) Nombre moyen journalier

2010 14 857 187,2 41

2011 54 174 704,2 150

2012 101 629 1321,17 282

2013 77 850 1089,9 213

2014 81 908 1064,8 225

Le nombre moyen d’ovins abattus par jour est donc :

Soit :

2.1.2. Quantité de déchets de panse produits par jour à l’Abattoir de Cotonou

Les déchets stercoraires des porcins sont évacués via les égouts. Les déchets issus des porcins ne sont donc pas pris en compte dans notre étude.

Nous nous intéresserons aux contenus de panse des bovins et des ovins qui constituent la majeure partie des déchets rejetés par l’Abattoir.

Ainsi, pour évaluer la quantité de déchets de panse produits par jour nous allons, à partir de la masse moyenne du contenu de panse par animal, estimer la masse totale de ces déchets de panse pour les deux catégories d’animaux.

(29)

 Les bovins

Le tableau 2.3 donne les résultats des pesées de contenus de panse pour un échantillon de vingt (20) bœufs.

Tableau 2.3 : Poids du contenu de panses des bovins

N° Panse et contenu (Kg) Panse vide (Kg) Contenu de panse (Kg)

1 35 5,4 29,6

2 41 9,1 31,9

3 52 6,5 45,5

4 53,5 6,7 46,8

5 43,5 7 36,5

6 53,5 7,5 46

7 53 7,5 45,5

8 56 8,3 47,7

9 55 6 49

10 57,3 8,1 49,2

11 55 5,8 49,2

12 38 5,9 32,1

13 34,8 6,3 28,5

14 20,8 4,5 16,3

15 62 6,8 55,2

16 51,3 7,1 44,2

17 54,2 9,5 44,7

18 45,8 7,3 38,5

19 52 9,6 42,4

20 38,6 7,6 31

On peut alors évaluer le poids moyen du contenu d’une panse bovine.

(30)

Avec

Donc

Soit

Le poids moyen de déchets de panse par bovin est donc de 40,5 Kg.

Nous pouvons alors déterminer la quantité quotidienne moyenne de déchets de panse produit par les bovins à l’aide de la formule suivante :

Donc

Les bovins produisent donc en moyenne de déchets de panse par jour.

 Les ovins

Le tableau 2.4 donne les résultats des pesées de contenus de panse pour un échantillon de vingt (20) ovins.

(31)

Tableau 2.4 : Poids du contenu de panses des ovins

N° Panse et contenu (Kg) Panse vide (Kg) Contenu de panse (Kg)

1 2,9 0,9 2

2 5,4 0,9 4,5

3 7 1,05 5,95

4 3,35 0,65 2,7

5 2,95 0,8 2,15

6 5,25 1 4,25

7 4 0,85 3,15

8 3,4 0,5 2,9

9 3,05 0,9 2,15

10 1,9 0,55 1,35

11 2 1,35 0,65

12 3,45 0,7 2,75

13 3,95 0,6 3,35

14 2,7 0,7 2

15 9,45 1,5 7,95

16 3,7 0,75 2,95

17 3,55 1,1 2,45

18 2,8 0,45 2,35

19 3,2 0,65 2,55

20 1,9 0,25 1,65

On peut alors évaluer le poids moyen du contenu d’une panse ovine.

Avec

Donc

(32)

Soit

Le poids moyen de déchets de panse par ovin est donc de 3 Kg.

Le poids total des déchets produits par les ovins peut être calculé par la formule :

Donc

Les ovins produisent donc en moyenne de déchets de panse par jour.

La quantité totale de déchets produit par jour peut être alors déterminée.

Soit

Donc

On peut donc escompter en moyenne une disponibilité de 2, 3 tonnes de déchets de panse par jour pour un volume moyen de 3 m³.

2.2. Choix d’une technologie de valorisation des déchets de panses 2.2.1. Présentation des différentes technologies de valorisation

énergétique de la biomasse

Les technologies de valorisation de la biomasse en énergie peuvent être classées en deux grandes catégories : les technologies de valorisation thermochimique et les technologies biochimiques.

La conversion biochimique est une réaction naturelle de décomposition de la biomasse humide par action des bactéries alors que la conversion thermochimique permet la valorisation de la biomasse sèche. Du fait que les déchets de panse constituent une biomasse humide, nous allons nous limiter à la présentation des technologies de valorisation biochimique.

(33)

On a deux formes de conversion biochimique à savoir : la biométhanisation et la fermentation alcoolique.

 La biométhanisation

La biométhanisation encore appelée fermentation méthanique ou digestion anaérobie est un procédé de conversion qui fournit, à partir d’une grande variété de biomasse humide (déchets agricoles, ménagers, industriels), un gaz appelé biogaz composé essentiellement de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2).

Le mécanisme de digestion se déroule dans une enceinte bien étanche à l’air appelée digesteur ou réacteur, suivant des étapes bien précises :

 L’hydrolyse, par laquelle les macromolécules se décomposent en présence d’eau, en petites molécules solubles à l’origine du jus de fermentation ;

 L’acidogenèse qui va transformer les molécules simples, sous l’effet des bactéries en acides de faible poids moléculaire (acide lactique ou acides gras volatils) et des alcools tels que l’éthanol, du bicarbonate et de l’hydrogène moléculaire.

 L’acétogenèse au cours de laquelle des bactéries réductrices acétogènes et sulfato-réductrices transforment certains produits issus des étapes précédentes afin qu’ils puissent effectivement produire du méthane ;

 La méthanogenèse, dernière phase au cours de laquelle l’acétate (CH3COO-) et le bicarbonate (HCO3-) sont convertis en méthane.

Pour une biométhanisation optimale, la biomasse doit avoir un rapport carbone/azote se trouvant entre 15 et 30. [4]

 La fermentation alcoolique

La fermentation alcoolique ne concerne que certaines catégories de biomasse. Il s'agit principalement des sous-produits à forte teneur en glucides, surtout les amidons et les sucres libres. Elle est surtout développée pour traiter les résidus végétaux de l’industrie sucrière tels que les mélasses qui contiennent 50% de glucides.

Le principe de la fermentation se décompose en 3 opérations principales dans des installations de type industriel :

 L’hydrolyse : hydrolyse enzymatique par macération dans une solution contenant une ou plusieurs enzymes hydrolytiques. On travaille à 50°C,

(34)

parfois jusqu'à 80-90°C, en milieu acide. On obtient après neutralisation et filtration un sirop de sucre et des résidus.

 La fermentation : le sirop est introduit dans le fermenteur puis inoculé à l'aide d'une culture de levures. On opère classiquement à 30-40°C. Des recherches sont effectuées pour travailler avec des souches thermophiles et à hautes pressions afin de permettre une extraction continue de l'alcool produit.

 La distillation : c'est l'opération classique de récupération de l'alcool éthylique produit par vaporisation. Il convient de noter qu'elle engendre un investissement de la même importance que celui du fermenteur.

Finalement, on obtient d'une part de l'alcool éthylique, valorisable comme carburant de substitution ou comme produit de base pour l'industrie chimique.

2.2.2. Choix de la technologie la plus appropriée à la valorisation des déchets de panse

Avant de choisir la technologie la plus appropriée à la valorisation des déchets de panse, il convient de tenir compte des caractéristiques physico- chimiques de ces déchets. Le tableau 2.5 présente les caractéristiques des paramètres physico-chimiques des contenus de panse.

Tableau 2.5 : Caractéristiques physico-chimiques des contenus de panse [5]

Contenus de panse

M.S. (g/kg) 165

M..S. (%) 16,5

M.M. (%) 1,75

M.V.S (g/kg) 147,5

M.V.S (%) 14,75

M.S : Matières sèches M.M : Matières minérales

M.V.S : Matières volatiles sèches

Si l’on considère les caractéristiques des déchets de panse, on peut remarquer

(35)

que ces déchets ont un taux de matières sèches assez faible ; ce qui est propice à la biométhanisation.

De plus, l’utilisation de la fermentation alcoolique pour la production d’énergie électrique est plus onéreuse que la biométhanisation et elle est généralement utilisée pour la production de biocarburants.

Par conséquent, la technologie que nous allons retenir pour la valorisation des déchets de panse à l’Abattoir de Cotonou est la biométhanisation.

2.3. Description du processus de biométhanisation 2.3.1. Principe de la biométhanisation

Encore appelée digestion anaérobie, la biométhanisation consiste à faire fermenter de la matière organique par des bactéries. La biométhanisation est donc un processus biologique de dégradation de la matière organique par une flore microbienne qui se déclenche en absence d’air. Cette transformation se déroule dans un réacteur appelé digesteur. Elle produit un mélange de gazeux, le biogaz, et un résidu, appelé le digestat.

Le biogaz est un mélange de gaz saturé en eau et composé d’environ 50% à 70% de méthane (CH4), de 20% à 50% de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces d’autres gaz comme l’ammoniac (NH3), l’azote ( N2) et l’hydrogène sulfuré ( H2S). Le biogaz a donc une forte teneur en méthane, ce qui en fait un bon gaz combustible.

Le digestat est valorisé comme amendement organique et est répandu sur les terres agricoles.

On peut différencier trois types de digestion anaérobie selon la zone de température dans laquelle s’opère le processus soit basse, moyenne ou élevée :

 digestion psychrophile : basse température 15 à 25°C ;

 digestion mésophile : température moyenne 30 à 45°C ;

 digestion thermophile : température élevée 50 à 65°C. [6]

2.3.2. Les phases de la biométhanisation

La digestion anaérobie est catalysée par des régimes de températures plus ou moins élevées, psychrophile, mésophile ou thermophile, favorables aux

(36)

cinétiques biochimiques. Sous l’action de populations microbiennes, la matière organique subit des transformations successives jusqu’à la production finale de méthane.

L’ensemble des réactions, multiples et complexes, se déroulant dans le digesteur peut se diviser en quatre étapes principales caractéristiques de l’action de différents groupes de micro-organismes : hydrolyse, l’acidogénèse, acétogénèse et méthanogenèse (Figure 2. 1).

 L’hydrolyse

Elle consiste en la décomposition des macromolécules qui constituent la matière organique en de petites molécules solubles.

 L’acidogénèse

Les molécules simples (monomères) sont transformées sous l’effet des bactéries en acides de faible poids moléculaire (acide lactique et acides gras volatils) et des alcools tels que l’éthanol, du bicarbonate et de l’hydrogène.

 L’acétogénèse

C’est ici qu’interviennent des bactéries réductrices acétogènes et des bactéries sulfato-réductrices pour transformer certains produits issus des phases précédentes (acides gras volatils et alcools) en H2, CO2 et acétate. En présence de sulfate, de l’hydrogène sulfuré (H₂S) est aussi généré lors de cette étape de transformation.

 La méthanogenèse

C’est la phase au cours de laquelle l’acétate (CH3COO-), l’hydrogène et le bicarbonate (HCO3-) sont convertis en méthane par des microorganismes méthanogènes suivant les réactions suivantes :

Réduction du CO2 : CO2 +4 H2 → CH4 + H 2O (30% du méthane produit) Décarboxylation de l’acide acétique : CH₃COOH + H₂O → CH₄ + H₂CO₃ (70% du méthane produit)

(37)

La figure 2.1 résume les étapes du processus de biométhanisation.

Hydrolyse

Acidogénèse

Acétogénèse

Métanogénèse

Figure 2.1 : Le processus de la biométhanisation [7]

2.4. Différents systèmes de digesteurs

Le digesteur, encore appelé fermenteur ou bioréacteur anaérobie est généralement constitué d’une cuve fermée, étanche à l’air et de préférence isolée thermiquement de l’extérieur dans laquelle différents microorganismes se côtoient pour dégrader chimiquement et biologiquement les déchets et effluents organiques et produire du biogaz. Le choix du digesteur varie en fonction du

MATIERES ORGANIQUES COMPLEXES

(Déjections animales, déchets de l’industrie agro-alimentaire, déchets verts, cultures énergétiques …)

ACETATES et HYDROGENES MATIERES ORGANIQUES SOLUBILISEES (Acides organiques, alcool, hydrogène et CO2 )

MATIERES ORGANIQUES SIMPLES (Sucre, alcools, acides aminés …)

BIOGAZ (CH4, CO2, …)

SUBSTRATS DIGERES ( Digestat )

(38)

type de déchets à traiter et de l’application visée. On peut classer les digesteurs en deux grandes catégories selon le mode d’alimentation : les digesteurs de type continu et les digesteurs de type discontinu.

 Le digesteur de type discontinu

Il a l’avantage d’être d’une construction simple. Le mode opératoire consiste à remplir le digesteur avec les substances organiques et laisser digérer, le temps de rétention étant fonction de la température et d’autres facteurs. A la fin de la digestion, le digestat est évacué et le processus peut recommencer. Ces systèmes, rustiques et d’une grande simplicité technique, sont avantageux pour traiter les déchets solides comme les fumiers, les résidus agricoles ou les ordures ménagères. La production de biogaz n’est pas régulière : au début du cycle, la fermentation du substrat ne venant que de commencer, la production de biogaz est lente. Elle s’accélère, et atteint un taux maximal au milieu du processus de dégradation et chute en fin de cycle lorsque seuls les éléments difficilement digestibles restent dans le digesteur. [6]

 Le digesteur de type continu

Dans un digesteur continu, le substrat introduit de manière continu est digéré et déplacé soit mécaniquement, soit sous la pression des nouveaux entrants vers la sortie sous forme de digestat. Le fonctionnement en continu, est bien adapté aux installations de grande taille. Il existe trois principaux types de digesteurs continus : système à cuve verticale, système à cuve horizontale et système à cuves multiples. [6]

2.5. Facteurs affectant la production du biogaz

Les facteurs affectant la qualité et la quantité de biogaz sont : le pH, la teneur en matière sèche du substrat, le rapport carbone/azote, le temps de résidence dans le digesteur, l’homogénéité et la granulométrie du substrat. Dans la plupart des cas, le pH est auto-régulé dans le digesteur avec des valeurs optimales comprises entre 6,8 et 7,41 mais un ajout de bicarbonate de soude peut être nécessaire pour le maintien d’un pH par exemple en présence d’un taux élevé en légumes ou de matières à faible teneur en azote. La valeur optimale du rapport carbone/azote se trouve entre 15/1 et 30/1. [6]

(39)

2.6. Les techniques d’épuration du biogaz L’épuration du biogaz répond à trois objectifs :

 répondre à la qualité requise par les systèmes de valorisation (moteurs à gaz, brûleurs, turbines à gaz, piles à combustible, véhicules…) ;

 augmenter le pouvoir calorifique du gaz ;

 normaliser la qualité du gaz. [8]

Le biogaz produit dans les digesteurs contient principalement du méthane et du gaz carbonique. Il peut contenir aussi d’autre composés gazeux en fonction du type déchet traité. Ces composés sont : H2S, H2, NH3, CO, et bien sûr, le biogaz est saturé en eau. Parfois une production de mousse dans le digesteur nécessite son piégeage. Son utilisation nécessite parfois une purification. Cela peut nécessiter un traitement pour retirer des molécules qui pouvaient créer des problèmes (eau ou H2S pour éviter la corrosion) ou enlever les molécules présentes qui n’apportent rien à sa valorisation avant stockage (comme le CO2). Les techniques de traitements utilisées dépendent de la molécule à éliminer. Ce sont des techniques physico-chimiques principalement.

 Pour éliminer l’eau on applique des techniques de condensations pour piéger les gouttelettes ou de séchage la vapeur d’eau (refroidissement et piégeage de l’eau), adsorption sur des produits de type silica–gel, séchage au glycol.

 L’hydrogène sulfuré peut être retiré du biogaz ou alors on peut prévenir sa formation. Pour cela on dispose de méthodes biologiques ou physico- chimiques. Parmi ces dernières nous noterons l’absorption sur des particules d’oxyde de fer (réaction a ) qui seront régénérées par l’oxygène (réaction b ), l’absorption dans des liquides (solution de soude diluée, solution de chlorure de fer), ou l’utilisation de techniques séparatives comme les membranes et les tamis moléculaires.

FeO₃+ 3 H₂S Fe₂S₃+ 3 H₂O (réaction a ) 2 FeS₃+ 3 O₂ 2 FeO₃+ 6 S (réaction b ) Les techniques biologiques réalisent la réaction : 2 H2S + O2 2 S + 2 H2O

Un apport maîtrisé d’oxygène dans un réacteur biologique qui traite le biogaz

(40)

conduit à la réaction d’oxydation de l’H₂S suivante : 2 H2S + O2 2 S + 2 H2O

Pour prévenir la formation d’H2S on peut ajouter dans le réacteur du chlorure de fer. Ceci se fait principalement dans des réacteurs traitant des déchets solides.

 Le gaz carbonique peut être séparé par adsorption à haute pression sur des lits de charbon actifs régénérés ensuite, par des techniques membranaires, ou d’absorption physiques (dans l’eau ou le méthanol), ou chimiques (solutions alcalines). [9]

2.7. Valorisation du biogaz

Le méthane qui est un gaz à effet de serre, qui a un impact 10 fois supérieur à celui du CO2. Il doit donc être brûlé ; d’où la nécessité de valoriser le biogaz produit.

En général, le biogaz produit par la méthanisation est valorisé par combustion dans des chaudières qui génèrent de la vapeur. Cette source peut représenter un pourcentage important de l’énergie nécessaire sur le site. Il peut être aussi utilisé pour réchauffer l’installation de méthanisation.

Certaines usines le valorisent en faisant tourner des moteurs couplés à des générateurs d’électricité pour produire de l’énergie électrique qui est soit utilisée sur place soit injectée sur le réseau de distribution public.

Cette utilisation via des moteurs à explosion liée à des générateurs électriques peut être couplée à la récupération de la chaleur produite via le liquide de refroidissement.

Conclusion partielle

L’Abattoir de Cotonou produit une grande quantité de déchets de panse. Ces déchets constituent une biomasse qui peut être valorisée par biométhanisation pour produire de l’énergie électrique afin de contribuer à la disponibilité de l’énergie électrique pour cette industrie agro-alimentaire.

Avant une production à grande échelle, il conviendra alors d’évaluer le potentiel méthanogène d’un échantillon de ces déchets.

(41)

EVALUATION EXPERIMENTALE DU VOLUME DE METHANE PRODUIT PAR LES DECHETS DE PANSE

CHAPITRE 3 :

EVALUATION EXPERIMENTALE DU VOLUME DE METHANE PRODUIT PAR LES DECHETS DE

PANSE

(42)

Avant d’envisager une utilisation à grande échelle des déchets de panse pour la production d’énergie électrique, il est nécessaire d’évaluer le volume de méthane produit par ces déchets. Cette évaluation nous permettra d’estimer la quantité d’énergie électrique que l’on peut produire à partir des déchets de panse à l’Abattoir de Cotonou.

Ainsi, le présent chapitre, sera consacré à l’évaluation expérimentale du volume de méthane produit par les déchets de panse.

3.1. Présentation du cadre expérimental

Nos expériences ont été réalisées au Centre de Valorisation des Déchets en Energies Renouvelables et en Agriculture (ValDERA).

Le centre est créé d’après l’arrêté rectoral N° 057-2014 /UAC/VRAARU/SG/AC portant création, organisation et fonctionnement du Centre de Valorisation des Déchets en Energies Renouvelables et en Agriculture (ValDERA).

C’est le Professeur Placide CLEDJO qui a la responsabilité du centre d’après l’arrêté rectoral N°977-2014/UAC/SG/AC/SRH portant nomination du directeur du Centre de Valorisation des Déchets en Energies Renouvelables et en Agriculture de l’Université d’Abomey-Calavi. [10]

Les objectifs du centre sont :

 valoriser tous les déchets du campus universitaire d’Abomey-Calavi

 Colleter et transporter tous les déchets ménagers produits par les usagers de l’UAC vers le centre ValDERA

 Trier des déchets solides par catégorie

 Valoriser les déchets triés Il est subdivisé en quatre sections :

 Section 1: valorisation des déchets plastiques et assimilés ;

 Section 2 : valorisation des papiers, cartons et assimilés ;

 Section 3: biométhanisation et énergies renouvelables ;

 Section 4: compostage et maraîchage.

(43)

3.2. Dispositif expérimental

Pour déterminer expérimentalement le pouvoir méthanogène des déchets de panse, nous avons utilisé plusieurs matériels. Le dispositif expérimental est schématisé à la figure 3.1 :

Figure 3.1 : Dispositif expérimental

 Le digesteur

Le digesteur est constitué d’une cuve fermée, étanche à l’air dans laquelle différents microorganismes se côtoient pour dégrader chimiquement et biologiquement les déchets et effluents organiques et produire du biogaz. Le digesteur est alimenté par le bac de chargement et le digestat est recueilli au niveau du bac d’effluent comme l’illustre la figure 3.2.

Digesteur

Manomètre Compteur à

gaz Filtres

brûleur

Biogaz

Méthane Déchets de

panse

(44)

Figure 3.2 : Coupe longitudinale d’un digesteur népalais [10]

: Mixeur manuel : Bac de chargement

: Le biogaz

: Tuyau principal d’évacuation du biogaz : Le digesteur

: Bac d’effluent

: Plante alimentée par l’effluent

: Canal de drainage des déchets vers le digesteur : L’effluent

: : Dôme du digesteur

1 2

3

4

5

6 7 8

9

10

(45)

 Les filtres à biogaz

Le biogaz qui sort du digesteur est un mélange de vapeur d’eau, de méthane et d’autres gaz. Le biogaz est débarrassé de la vapeur d’eau après passage par le piège à eau mais reste toujours un mélange de méthane (CH₄), de gaz carbonique (CO2), de sulfure d’hydrogène (H2S), d’ammoniac (NH3) et d’autres gaz. Or, le potentiel énergétique du biogaz ne dépend que de sa teneur en méthane. Il est donc nécessaire de débarrasser le méthane des autres gaz non désirés. A cet effet, on utilise un filtre à gaz à l’intérieur duquel se trouvent la chaux (pour capter le CO₂), la limaille de fer (pour capter le H₂S), et le charbon de bois (pour capter le NH3). La figure 3.3 présente le filtre que nous avons utilisé pour notre expérience.

Figure 3.3 : Les filtres à biogaz

 Le compteur à gaz

Le compteur à gaz utilisé est installé en aval des filtres et permet donc de mesurer le volume de méthane produit. Ce compteur permet de mesurer le volume de méthane au millième de m³ près (figure 3.4).

(46)

Figure 3.4 : Le compteur à gaz

 Le manomètre

Le manomètre permet de mesurer la pression du méthane produit. La figure 3.5 est une image du manomètre que nous avons utilisé. Ce manomètre permet d’indiquer la pression du méthane au dixième de KPa près.

(47)

Figure 3.5 : Le manomètre

 Le brûleur

Pour que le compteur puisse tourner et indiquer le volume de méthane produit, il faut nécessairement utiliser le méthane produit. A cet effet, nous avons brûlé le méthane avec le brûleur de la figure 3.6.

Figure 3.6 : Le brûleur

(48)

 Les tuyaux de canalisation

Les tuyaux permettent de canaliser le gaz du digesteur vers les différents éléments.

3.3. Mode opératoire

Le mode opératoire a consisté à réaliser la biométhanisation d’une masse de déchets de panse afin d’évaluer le volume de méthane qu’on peut en extraire. Pour ce faire, nous avons fait un prétraitement des déchets qui consiste notamment à trier afin d’en retirer tout autre déchet non biodégradable.

Ensuite, nous avons pesé les déchets avant de faire le chargement dans le digesteur. Notons que les déchets ont été mélangé à 1m³ d’eau afin de favoriser l’hydrolyse et donc d’accélérer la méthanisation. Une fois le chargement fait, on laisse la méthanisation se poursuivre jusqu’à épuisement de la production de biométhane. Nous avons relevé la pression et le volume du méthane produit chaque jour à l’aide du compteur à gaz et du manomètre.

3.4. Résultats obtenus

Nous avons relevé la pression et le volume du méthane produit chaque jour. Les résultats des mesures sont résumés dans le tableau 3.1.

Tableau 3.1 : Relevés journaliers du volume et de la pression du méthane

Date Pression (KPa) Volume (m³)

05/08/2015 00 00

06/08/2015 06 0,052

07/08/2015 10 1,173

08/08/2015 09 1,076

09/08/2015 05,8 0,793

10/08/2015 05,6 0,789

11/08/2015 04,6 0,710

12/08/2015 05 0,786

13/08/2015 05,4 0,853