LA METHANISATION DES FUMIERS

10 Mars 2014 Marc-Andre THEOLEYRE Ecole Centrale Paris LGPM - CEBB

La Méthanisation des fumiers Le procédé Ducelier-Isman

Dans les années 40, la méthanisation des fumiers a été étudiée à l’école d’agriculture d’Alger par les professeurs Isman et Ducellier. Après les chocs pétroliers des années 75, les instituts techniques agricoles se sont intéressés à la production de gaz à partir des sous produits de l’activité agricole. 3 pilotes industriels ont été construits, à Villefranche de Rouergue par l’ITP, à Grignon par l’ITEB et à Boigneville par l’ITCF aujourd’hui Arvalis. A l’ITCF, H Monrocq et J Pregermain, se sont interéssés à la méthanisation des substrats solides, et ont décidé de repartir des travaux de Isman et Ducelier.

La Méthanisation des fumiers Le procédé Ducelier-Isman

PRINCIPES

- Aération des fumiers en place pour emmagasiner rapidement une grande quantité de chaleur et chauffer de façon homogène l’ensemble de la masse. - Immersion totale du fumier en utilisant un pied de cuve qui assure la mise en anaérobiose rapide, l’ensemencement et l’homogénéisation des conditions de milieu ( température…) Conception d’une installation ne nécessitant pas d’autre matériel de manutention que celui classiquement disponible dans les exploitations agricoles et laissant une large place à l’autoconstruction..

Pilote de methanisation de Boigneville ( Arvalis 1984)

Silos couloir: - Vol total = 15 m3 - Volume utile = 13 m3

Pilote de methanisation de Boigneville ( Arvalis 1984)

Silo couloir fermé par une porte étanche. Chargement et déchargement / fourche hydraulique Couvercle amovible pour la récupération du gaz Le fumier est maintenu immergé / barres anti flottaison Etanchéité par joint d’eau Caillebottis bovins ou rainurage en fond de cuve pour l’aération initiale.

Pilote de methanisation de Boigneville ( Arvalis 1984)

Influence de la prefermentation aérobie

Juillet 1984, fumier de bovins (VL) Volume de cuve : 15 m3 Puissance ventlateur: 100 w Débit d’air : 15 m3/h

Influence de la prefermentation aérobie

Volume utile cuve m3 poids spécifique kg/m3 ms fumier % durée fermenation j temperature °c 13 485 28,5 42 39,0 Hiver 1981, fumier de bovins (VL) AERAT° fumier chargé t T immersion °c prod gaz m3 prod specif m3/kgms teneur CH4 % autoconsommation % oui 7,34 36 470 225 52 37 non 6,35 25 410 227 53 50 Effets de la préfermentation aérobie: Température de fermentation atteinte à l’immersion Augmentation du taux de chargement améliorat° du bilan énergétique net Pas de perte mesurable de potentiel CH4 Ventilation # 10 – 15 kwh/m3 fumier

Influence de l’immersion par un pied de cuve

Eté 1984, fumier de bovins (VL) Volume utile cuve m3 Taux ms fumier % durée fermentation j ventilation h 13 35,5 42 24 immersion Température immersion Délais / gaz combustible J prod gaz m3 teneur CH4 % prod specif m3/kgms eau 33 6 431 53 193 pied cuve 39 2 480 52 216 Effets de l’immersion/pied de cuve: Gaz combustible plus rapidement, 2j vs 6j Cinétique plus rapide Production de gaz en 42 j plus élevée

Influence de l’immersion par un pied de cuve

30 25 20

Evolution de la production de gaz influence de l'immersion

15 10 5 eau pied cuve 0 0 5 10 15 20 25

Temps jours

30 35 40 45

Evolution de la teneur en CH4 du gaz influence de l'immersion

70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25

Temps Jour

30 35 40 45 eau pied cuve

Resultats: production de gaz à partir de divers fumiers Pilote de boigneville, cuve 15 m3 vol total.

N° essai type fumier date (mm,aa) fréquence evacuat° durée stockage sem MATIERE PREMIERE masse in t MS % poids spécif kg/m3 dens chgmt kgMS/m3 PREFERM AERO durée h T moy finale °c T immersion °c FERMENTATION 35J T moy °c teneur CH4 % Prod spécif m3/tms Prod moyenne m3/m3/j autocons % 1 mouton août-80 1/2m 0 2 mouton oct-80 1/m 0 3 bovin déc-80 1/j 3 4 bovin janv-81 1/j 4 5 bovin mars-81 1/j 4 6 poulet juin-81 1/2m 2 7 cheval juil-81 1/j 4 8 porc déc-81 1/j 13 9 poulet avr-82 1/2m 0 10 bovin juin-84 1/2m 2 11 bovin août-84 1/m 2 6,7 33 440 144 25 70 30 39 55 188 0,79 18 8,7 36 540 204 38 65 50 42 59 92 0,57 3 7,3 29 480 135 40 70 36 39 52 37 214 0,84 4,9 31 380 120 0 35 22 39 54 190 0,55 57 6,3 28 500 140 0 28 25 39 53 209 0,72 51 3,2 56 260 146 30 70 37 39 51 317 1,1 17 3,1 49 200 101 28 70 30 39 49 22 310 0,89 11 19 720 134 45 45 35 37 57 232 0,9 13 4,4 67 313 207 30 49 28 40 45 75 0,41 60 6,3 37 445 165 20 72 36 38 55 170 0,80 18 6,3 34 466 160 17 70 35 39 56 4 210 0,98

Resultats: production de gaz à partir de divers fumiers Pilote de boigneville, cuve 15 m3 vol total.

l’aération est efficace, temp # 70°c, à condition que l’humidité ne soit pas trop forte, essai 8, fumier trop humide et trop dense trop faible, essai 9, fumier à 67°/0 de ms L’aération permet de limiter l’autoconsommation de gaz < 20 °/0 Essais 1 & 10, l’immersion à l’eau explique une product°en 35J plus faible - La densité de chargement semble avoir une influence, pour les fumiers 2 et 9, très compacts la production de gaz était faible, 92 et 75 m3/tms Si on considère les 5 essais conduits dans de bonnes conditions,(3, 6, 7, 8, 11) - Densité de chargement < 200 kgMS/m3 - Pré fermentation aérobie - Immersion par un pied de cuve actif

Production spécifique en 35 j: 260 m3/tms Production moyenne unitaire: 0,95 m3/m3/j Taux CH4 : 53 °/0

Nb: 39°c, 35 Jours

CONCLUSION

Le procédé Ducelier-Isman, constitue un procédé fiable et reproductible pour autant que la matière première, humidité s’y prête, humidité 20-50 °/0 ms, densité de chargement < 200 kgms/m3. La pré fermentation aérobie permet de bénéficier d’une température optimale à l’immersion ( démarrage rapide de la production de gaz et limitation du besoin de chauffage ). Du fait du tassement consécutif , on peut augmenter le taux de chargement du fermenteur. L’immersion par un pied de cuve diminue la phase de latence de 6 à 2 jours. La production d’un gaz combustible est plus rapide.

Pour les fermentations conduites dans de bonne conditions les performances suivantes sont raisonnables, (35 jours, 39°c). Production spécifique en 35 j: 260 m3/tms Production moyenne unitaire: 0,95 m3/m3/j Taux CH4 : 53 °/0