Biodigesteur

Low-tech Lab

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Biodigesteur

Dernière modification le 06/02/2017

Difficulté

Difficile ⧼wf-propertyvalue-difficulty-Difficile⧽

Durée

5 jour(s) ⧼wf-propertyvalue-durationtype-jour(s)⧽

Coût

800 EUR (€)

Description

Comment traiter ses déchets organiques et produire de l'énergie ?

Sommaire

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Introduction

La méthanisation présente de nombreux avantages, aussi bien économiques qu'écologiques.

• Elle réduit les volumes de déchets organiques : une méthanisation correctement effectuée est une épuration en elle-même, elle permet de considérablement diminuer la charge polluante des effluents.

• Elle réduit les émissions de méthane, un puissant gaz à effet de serre : la fermentation des matières organiques à ciel ouvert (dans les décharges) représente un danger majeur pour l'environnement, puisque des volumes importants de méthane sont relachés dans l'atmosphère.

• Elle contribue à la production d'énergie renouvelable : le biogaz produit peut être valorisé de plusieurs façons, comme détaillé ci-dessous.

Dans les pays développés, la méthanisation est un enjeux majeur pour la transition énergétique. Les ressources étant diffuses sur le territoire, elle permet une production locale et donc des économies sur le transport et la logistique. Aujourd'hui en France, 160 unités de méthanisation agricoles sont en fonctionnement pour une capacité totale de production de 350 GWh d'électricité et 500 GWh de chaleur, soit l'équivalent de la consommation de 35 000 foyers. Selon les prévisions de l'ADEME, la part du biogaz pourrait fournir 3 à 3,5% de la production d'énergie en 2030. En 2050, la moitié du gaz de réseau pourrait être issue de la méthanisation. Celle-ci représente donc une voie crédible vers une transition énergétique.

Dans les pays en voie de développement, l'enjeu est tout aussi important : fournir une source de production d'énergie combinée à un moyen de traitement des déchets permettrait à des zones isolées d'atteindre l'autonomie énergétique et l'amélioration des conditions de vie qui va avec. En Afrique par exemple, il est estimé que 68% de la population vit sans installations de cuisine sûres et propres. La cuisson au feu de bois entraîne de nombreux problèmes de santé et accélère la déforestation. Le biogaz pourrait être une voie d'amélioration, à la fois en allégeant la pression sur l'environnement et en améliorant les conditions d'hygiène et de santé de la population.

C'est à Madagascar que l'équipage de Nomade des Mers a rencontré Hélie Marchand, un français installé à Fianarantsoa depuis 8 ans et fondateur de l'association JIRU et de la SARL Biogasy. Il a développé et éprouvé ce concept de biodigesteur chez 18 agriculteurs malgaches entre 2007 et 2016.

Matériaux

La liste suivante donne les matériaux que la SARL Biogasy utilise pour la fabrication de son modèle de biodigesteur. D'autres concepts existent, qui utilisent d'autres matériaux. Ce concept toutefois a fait ses preuves et offre une robustesse et une fiabilité en fonctionnement très satisfaisantes.

Voici les matériaux pour un biodigesteur de 9 mètres cubes.

• 1 Bâche plastique épaisse

• 19 sacs de ciment
• 4 sachets de Sekalite

• 3 PVC 20 mm + colliers
• 8 Coudes PVC 20 mm
• 3 Manchons PVC 20 mm
• 3 Té PVC 20 mm
• 1 Vanne PVC 20 mm

• 2 PVC 100 mm
• 1 Coude PVC 100 mm

• Réchaud gaz
• Rice cooker
• 3 Tuyaux gaz + colliers

• 2 Piles

• 10 Cornières métal 30 x 30 x 3 mm
• 2 Pots de peinture antirouille
• 1 White Spirit

• 1 Rouleau de grillage à poule
• 1 Bobine de fil recuit
• 1 Bobine de fil électrique + attaches
• 6 Tiges fer rond de 6 mm

• 100 Boulons 6 x 20 mm, tire fond + chevilles
• 1 Tube galvanisé
• 1 Laine de fer
• 6 Rondelles
• 1 Buse béton 200 mm
• 6 Planches 1000 x 400 mm
• 2 kg de clous
• 1 Colle PVC
• 3 Tétines gaz

Outils

• Matériel de maçonnerie
• Disqueuse
• Un pinceau plat
• Jeu de clés plates et à pipe

Étape 1 - Fonctionnement

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La méthanisation, ou production de biogaz, est un processus naturel de dégradation biologique de la matière organique dans un milieu sans oxygène due à l’action de multiples micro-organismes (bactéries). Elle peut avoir lieu naturellement (marais, décharges…) ou peut être mise en œuvre volontairement grâce à un équipement approprié.

Elle produit un gaz dit « biogaz » composé principalement de méthane CH4 (50 à 70%) et de dioxyde de carbone CO2. Le méthane contenu dans le biogaz présente un intérêt énergétique. La réaction produit aussi un résidu appelé digestat (bacteries, matière organique non dégradée et minéraux) qu’il est ensuite possible de valoriser en tant que fertilisant.

Le biogaz produit peut être valorisé de différentes manières :

• Par la production d’électricité et de chaleur (cogénération) ;
• Par la production de chaleur seule ;
• Par l’injection dans les réseaux de gaz naturel ;
• Par la transformation en carburant (raffinage).

La méthanisation peut être effectuée à toutes les échelles, aussi bien à celle d’une ville dans des centrales de plusieurs méga Watts, qu’à celle plus modeste d’un foyer pour produire, par exemple, de l’énergie pour la cuisson ou le chauffage. Elle présente un réel intérêt pour les zones isolées et ayant une activité agricole, car elle permet de combiner la production d’énergie et le traitement des déchets.

Ce tutoriel donne une façon de fabriquer un biodigesteur domestique. Il en existe bien d’autres dans d’autres proportions avec des matériaux différents, mais celui-ci est le fruit des 10 ans d'expérience d'Hélie Marchand et a été éprouvé par 18 agriculteurs malagasy entre 2007 et 2016. Sa réalisation est complexe mais il offre une robustesse et une fiabilité très satisfaisantes.

Étape 2 - Digesteur

Percer le couvercle du bidon en son centre à l'aide de la scie cloche de 29mm. Le fût en plastique servira de digesteur. Le trou percé dans cette étape servira de sortie au gaz produit dans le digesteur. Couvrir le filetage mâle d’un raccord (6) de ruban PTFE pour assurer l'étanchéité du montage. Le visser dans la partie femelle de la vanne (8). Le plastique du couvercle du fût doit être coincé entre les deux. Ce montage assurera un raccord rigide sur le couvercle du bidon. Rq : On ajoutera des joints (13) de chaque côté du couvercle pour assurer une meilleure étanchéité.

Visser un adaptateur pour tuyau d'arrosage (7) sur l'autre prise femelle de la vanne (8).

Étape 3 - Conduites

Couper le tuyau d'arrosage en plusieurs tronçons :

• 2 tronçons de 2m de long ;
• 3 tronçons de 40cm de long ;
• 1 tronçon avec le reste.

Étape 4 - Réservoir

Effectuer un raccord étanche entre un morceau de tuyau de 40cm et le sac plastique (2) à l'aide de bandes de caoutchouc, et scotcher le tout pour faire un raccord bien solide et bien étanche.

Le sac plastique fait office de réservoir à gaz.

Étape 5 - Valve de sécurité

Déboucher la bouteille d'eau de 5L et y encastrer un morceau de tuyau de 20cm. Le raccord n'a pas besoin d'être étanche, puisque cette bouteille sert simplement de valve de sécurité : en cas de surpression dans le circuit, le gaz s'échappera simplement à travers l'eau de la bouteille. Remplir la bouteille d’eau.

Étape 6 - Piège à flamme

Percer un trou dans le bouchon de la bouteille d'eau d'1,5L à l'aide d'un cutter. Le diamètre du trou doit correspondre au diamètre extérieur du tuyau d'arrosage. Encastrer un tronçon de 40cm dans le bouchon, de façon à ce que l'extrémité soit à environ 5cm du fond de la bouteille.

Percer un trou sur le côté de la bouteille en partie haute à l'aide d'un cutter. Il doit aussi correspondre au diamètre extérieur du tuyau d'arrosage. Ce tronçon de tuyau ne doit pas venir toucher celui encastré dans le bouchon ! Raccorder le tuyau d’arrivée de gaz de la gazinière (3) au trou fraîchement percé.

La bouteille d'eau fait office de « piège à flamme » : en cas de retour de flamme, elle empêchera le feu de remonter jusqu'au réservoir. Faire des raccords bien étanches !

Remplir à moitié la bouteille d’eau.

Étape 7 - Raccords finaux

Faire les raccords entre les différents éléments avec les tronçons de tuyau restants :

• 1. Du digesteur (1) vers le Té A ;
• 2. Du réservoir (2) vers le Té A ;
• 3. Du Té A vers le piège à flamme (4) ;
• 4. Du piège à flamme (4) vers le Té B ;
• 5. Du bulleur (5) vers le Té B ;
• 6. Du Té B vers la gazinière (3).

Fixer les tuyaux aux raccords avec les anneaux sertisseurs. On pourra rajouter du silicone sur toutes les zones de raccord pour assurer l’étanchéité du réseau.

Étape 8 - Remarques

Nous voulions utiliser une chambre à air de camion pour faire le réservoir à la base, mais nous avons eu des problèmes pour effectuer un raccord étanche avec le tuyau ;

Il est conseillé de mettre le sac plastique (réservoir) dans un petit bidon ou une boite pour le protéger et éviter qu’il ne se perce ; Les matériaux cités dans ce tuto ne sont pas exhaustifs : n’importe quel conteneur peut servir de digesteur, même un sac plastique ferait l’affaire. Pour le réservoir, tout conteneur souple peut être utilisé. A vous de faire preuve d’imagination avec ce que vous avez sous la main !

Sécurité ! Nous ne le dirons jamais assez, nous « jouons » là avec du gaz hautement inflammable et donc potentiellement dangereux. Les sécurités fournies ici suffisent à prévenir un accident important, mais veillez à bien respecter ces quelques conseils :

• Faire des raccords bien étanches pour éviter toute fuite de gaz ;
• Placer le digesteur et le réservoir dans un endroit bien ventilé ;
• On peut ajouter de la paille de fer dans le tuyau allant à la gazinière pour éviter les retours de flamme ;
• Placer la gazinière à au moins 20m du réservoir.

Étape 9 - Utilisation

Qu’est-ce qu’on met dedans ?

Deux types de méthanisations existent : la voie sèche et la voie humide. Chacune comporte ses avantages et ses inconvénients, qui ne seront pas détaillés ici mais que vous pouvez trouver ici : http://www.bio-thorey.fr/methaniseur/comparaison-voie-seche-voie-humide.html Le choix de la voie dépend des intrants à disposition : dans le cas d’effluents d’élevage tels que le lisier de porc, on a une matière très humide, alors que dans le cas de matières végétales comme le maïs ou le gazon, on aura plutôt tendance à aller vers la voie sèche. Sachez bien ce que vous mettez dans votre digesteur et vous saurez quelle méthode choisir ! La quantité de biogaz produite dépend aussi de la matière organique à disposition : certaines matières comme le maïs ont un grand pouvoir méthanogène, et d’autres comme le lisier de porc en ont un faible. Nous avons choisi la voie humide. Notre mélange est le suivant :

• 40% de lisier de porc : il est peu méthanogène mais contient les bactéries nécessaires à la réaction  ;
• 30% de déchets de maïs : il est très fortement méthanogène ;
• 30% d’eau.

Les ingrédients mélangés, on referme le couvercle du digesteur, on ouvre la vanne du réservoir, et on attend ! Après quelques semaines, le mélange devrait commencer à produire du gaz et le réservoir devrait se gonfler.

Dans le cas contraire, vérifiez les raccords à la recherche d’une fuite. Niveau maintenance, on pourra fermer la vanne et ouvrir le digesteur régulièrement pour mélanger le digestat et éviter que des croutes ne se forment en surface et ne bloquent le gaz. Le sulfure d’hydrogène (H2S) contenu dans le gaz peut en outre corroder les raccords et la gazinière s’ils sont en métal.

Étape 10 - Retour sur expérience

Nous avons rencontré quelques difficultés à l'utilisation :

• Les raccords ne sont pas étanches et nécessitent un petit coup de silicone pour ne pas qu'il y ai de fuites.
• Par mesure de sécurité, le digesteur a été placé à l'extérieur. Nous avons donc eu quelques problèmes de température du digestat. La réaction est optimale à partir de 37°C, et cette température est difficilement atteignable. Nous avons isolé le digesteur avec de la toile de jute, mais la température à l'intérieur du digesteur reste faible. Une solution possible serait d'enterrer le digesteur.

Étape 11 - Des idées ?

Pour les intéressés, les points suivants peuvent être creusés :

• Le circuit général est assez complexe et a des parties fragiles (typiquement le réservoir en sac poubelle) : qu'est ce qui pourrait être plus simple ?
• Quel est le mélange optimal pour produire un maximum de biogaz ?
• Comment faire un système low-tech pour intégrer le biogaz dans une maison en toute sécurité ?

Notes et références

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Biodigesteur
• http://agriculture.gouv.fr/un-methaniseur-comment-ca-marche-video
• http://www.pseau.org/sites/default/files/fichiers/haiti/2011_02_28_colloque/6_biodigesteur.pdf
• http://mon.danstagueule.fr.free.fr/NRJrealiste/biogaz/Biogaz_tropical.pdf
• https://decroissons.wordpress.com/2013/08/22/produire-son-propre-biogaz-les-plans/
• http://www.instructables.com/id/Biogas-at-home-Cheap-and-Easy/?ALLSTEPS
• lowtechlab.org/bio-digesteur/