FR3085686A1 - Installation de fermentation anaerobie de biomasse pour la production de biogaz - Google Patents

Abstract

Installation (100) de fermentation anaérobie de biomasse pour la production de biogaz, l'installation (100) comportant au moins un digesteur comprenant une cuve (1) préfabriquée en matériau cimentaire comportant un plancher (6) muni d'au moins un caniveau (8), au moins une paroi verticale (2, 3, 4, 5) et un élément de couverture (30) surmontant la cuve (1) et agencé pour permettre la fermeture de la cuve (1), l'élément de couverture (30) étant au moins partiellement amovible et étant agencé de manière à ce que, lorsqu'il est retiré au moins partiellement de la cuve (1), il laisse place à une ouverture pour permettre le chargement ou le déchargement de la biomasse, l'installation (100) comportant en outre un système de récupération des biogaz.

Description

Installation de fermentation anaérobie de biomasse pour la production de biogaz Domaine de l’invention

La présente invention concerne une installation de fermentation anaérobie de matière organique solide permettant de produire du biogaz riche en méthane et une matière fertilisante.

Art antérieur et objectifs de l’invention

Dans les années 1940, deux scientifiques, Messieurs Ducellier et Isman, ont effectué des recherches sur la méthanisation à partir de fumiers et déchets riches en matière sèche à l’école d’Agriculture d’Alger. Après une période de développement, la période d’après deuxième guerre mondiale a vu ces recherches stagner pour reprendre après les chocs pétroliers de 1973 et 1976. Des publications de l’ADEME ont été faites dans les années 1980 sur ce sujet. Des essais ont été réalisés.

Une installation de fermentation anaérobie de matière organique solide, encore appelée biomasse, comporte une ou plusieurs cuves étanches, en absence d’oxygène, appelées digesteurs. Des bactéries, similaires à celles de l’appareil digestif d’une vache, dégradent la matière organique en biogaz. Les étapes de dégradation résultant de l’activité microbienne sont les suivantes : hydrolyse par laquelle les macromolécules organiques se trouvent décomposées en produits plus simples, acidogénèse qui conduit à la formation d’acides gras volatils et méthanogénèse qui est la phase ultime de production de méthane à partir des acides gras, CO₂ et H2 produits lors des phases précédentes. Les produits de la décomposition anaérobie qui a lieu par ce processus sont ainsi le méthane et le CO2 qui se séparent de la matière, en particulier liquide ou solide, et forment du biogaz, notamment, outre le méthane et le CO2, du H2S et des traces d’autres gaz. Ce biogaz peut être recueilli pour servir de combustible pour la production d’électricité et/ou de chaleur et/ou de froid et/ou pour être purifié afin de devenir du biométhane.

La matière organique solide ou biomasse est chargée dans le ou les digesteurs puis, après une période de digestion de 3 à 4 semaines, voire de plusieurs mois, en fonction du taux de dégradation et de la vitesse de dégradation souhaités, doit être déchargée pour le chargement de matière organique solide nouvelle dans le ou les digesteurs. Avant le chargement de matière organique dans le ou les digesteurs, il est nécessaire qu’ait lieu une phase de pré-fermentation aérobie pour éviter l’acidogénèse lors du démarrage de la réaction biologique. Le jus qui reste dans le digesteur après le déchargement peut être stocké pour être réinjecté dans le digesteur après un nouveau chargement.

On connaît de la demande EP 0 023 176 une installation de fermentation pour la production de méthane à partir de végétaux, comportant une cuve de fermentation avec une ouverture sous forme d’une porte pour introduire à l’intérieur de la cuve la matière végétale fermentescible. L’installation comporte encore des moyens d’introduction d’eau à l’intérieur de la cuve et des moyens d’évacuation du résidu qui est obtenu en fin de fermentation et peut servir de fertilisant, ainsi que des moyens d’aération de l’intérieur de la cuve. La porte est de dimensions suffisantes pour permettre la pénétration à l’intérieur de la cuve d’un véhicule chargé de matière végétale fermentescible, ou d’un panier roulant sur des rails. La production de méthane peut servir de combustible pour les besoins de l’exploitation agricole. Une telle installation peut poser des problèmes d’étanchéité aux gaz et à l’eau notamment au niveau des joints autour de la porte. Pour résoudre ce problème d’étanchéité, on ne retient pas le liquide mais on effectue une recirculation discontinue de celui-ci. Le solide n’est alors pas entièrement noyé, ce qui est moins performant. La construction a lieu sur place à partir d’éléments préfabriqués.

On connaît de FR 2 947 560 et FR 2 990 216 un réacteur pour la méthanisation de la biomasse. L’installation prévoit l’introduction de la matière par une porte latérale dans un réservoir, ce qui peut poser également des problèmes d’étanchéité à l’eau et aux gaz. Un pan incliné est prévu à l’intérieur du réservoir pour former une rampe pour un véhicule, afin de charger et décharger la matière fermentescible. On connaît encore de FR 2 981 087 un procédé et un dispositif d’hygiénisation d’un digestat issu de méthanisation discontinue en phase sèche. Dans ces installations, les cuves sont de grande taille pour permettre l’entrée d’un véhicule, ce qui génère un coût élevé et nécessite beaucoup de matière organique solide à traiter. Cela constitue un obstacle au développement de petites installations.

On connaît encore de FR 2 983 848 une installation de méthanisation modulaire de déchets organiques solides, mettant en œuvre une pluralité de cuves formées par des containers métalliques transportables sur un camion. L’installation est prévue pour la cogénération, soit la production d’électricité et de chaleur. Le matériau métallique des containers peut poser un problème d’étanchéité dans la durée. Par ailleurs, ces containers subissent des contraintes mécaniques importantes lors de leur transport.

On connaît encore EP 1 301 583 et WO 2007/028642 qui concernent des bioréacteurs destinés à la méthanisation de biomasse, comportant un digesteur muni d’une porte clapet articulée sur la paroi supérieure du digesteur pour permettre le chargement et déchargement de la matière organique.

Il existe un besoin de disposer d’une installation de fermentation anaérobie de matières organiques solides permettant de produire du biogaz riche en méthane et une matière fertilisante et qui soit étanche, facile d’utilisation, économique et à petite échelle.

Résumé de l’invention

Installation

La présente invention parvient à résoudre tout ou partie de ce besoin et concerne une installation de fermentation anaérobie de biomasse pour la production de biogaz, cette installation comportant au moins un digesteur comprenant :

- une cuve préfabriquée en matériau cimentaire comportant un plancher muni d’au moins un caniveau et au moins une paroi verticale, notamment quatre parois verticales, et

- un élément de couverture surmontant la cuve et agencé pour permettre la fermeture de la cuve, l’élément de couverture étant au moins partiellement amovible, de préférence entièrement amovible, et étant agencé de manière à ce que, lorsqu’il est retiré au moins partiellement de la cuve, il laisse place à une ouverture de chargement ou déchargement de la biomasse, l’installation comportant en outre un système de récupération de biogaz.

Grâce à l’invention, on dispose d’une installation avec un digesteur dont le chargement et déchargement en biomasse se fait par le dessus. La cuve est dépourvue de porte latérale. Ainsi, l’étanchéité de la cuve et la fiabilité de l’installation sont améliorées. En effet, la biomasse peut rester noyée dans un liquide sans générer de problème d’étanchéité, ce qui permet d’assurer une digestion efficace. De plus, il n’est pas nécessaire qu’un véhicule pénètre à l’intérieur de la cuve. La taille de la cuve peut ainsi être réduite et donc utilisable par une exploitation agricole de petite ou moyenne taille. De plus, comme aucun véhicule ne pénètre dans la cuve pour le chargement et le déchargement, les problèmes de pollution et les risques d’explosion ou d’incendie sont significativement réduits.

La cuve étant préfabriquée, notamment en usine, elle peut être réalisée plus facilement qu’in situ et peut permettre de respecter plus aisément des contraintes de qualité de fabrication, notamment en termes d’étanchéité aux liquides et aux gaz et de résistance des matériaux à la corrosion. Les coûts et les délais de fabrication peuvent également être réduits de ce fait.

La cuve est de préférence de forme parallélépipédique. Elle peut en variante être de forme cylindrique. L’élément de couverture est avantageusement entièrement amovible. En variante, il peut être seulement partiellement amovible, étant par exemple articulé sur la cuve.

Selon un mode de réalisation particulier, l’élément de couverture comporte une bâche réalisée dans un matériau souple et agencée pour fermer de manière étanche la cuve, l’installation comprenant un système de fixation étanche de la bâche. Dans ce cas, le système de fixation étanche de la bâche comporte par exemple au moins une gorge périphérique réalisée dans l’épaisseur de la ou des parois verticales de la cuve à une extrémité libre de celle(s)-ci et destinée à recevoir une partie périphérique de la bâche, le système de fixation pouvant comporter en outre au moins une chambre à air agencée pour permettre de maintenir de manière étanche la bâche dans la gorge périphérique lorsque suffisamment de gaz, qui peut être de l’air ou un autre gaz, est insufflé dans la chambre à air de manière à la gonfler et pour permettre le retrait de la bâche lorsque la chambre à air est dégonflée.

Dans un autre mode de réalisation, l’élément de couverture comporte un couvercle réalisé dans un matériau rigide, notamment en fibres composites, agencé pour fermer de manière étanche la cuve, l’installation comprenant un système de fixation étanche du couvercle. Dans ce cas, le système de fixation étanche du couvercle peut comprendre une gorge périphérique réalisée dans l’épaisseur de la ou des parois verticales de la cuve à une extrémité libre de celle(s)-ci, au moins une nervure périphérique sur une surface inférieure du couvercle agencée pour pouvoir s’engager dans la gorge périphérique et un joint d’eau dans la gorge périphérique entre celle-ci et la nervure périphérique de manière à former l’étanchéité.

En variante, le système de fixation étanche du couvercle peut comprendre un décrochement périphérique réalisé dans l’épaisseur de la ou des parois verticales à une extrémité libre de celle(s)-ci formant une partie de support, l’élément de couverture comportant une partie périphérique inférieure reposant sur ladite partie de support, un liquide présent dans le digesteur pour la fermentation ayant un niveau supérieur situé au-dessus de la partie de support de manière à former l’étanchéité.

L’élément de couverture, dans le cas d’un couvercle, comporte avantageusement au moins une barre et/ou au moins une sangle, fixée(s) à la ou aux parois verticales au-dessus du couvercle. Cette ou ces barres et/ou sangles sont notamment agencée(s) pour empêcher le couvercle de remonter à cause de la poussée d’Archimède exercée en particulier par le solide noyé dans la cuve, ce qui ferait perdre l’étanchéité.

L’élément de couverture, notamment lorsqu’il est rigide, comporte avantageusement des moyens de préhension, tels que des poignées, pour permettre sa manipulation à l’aide d’un engin de levage, afin de l’ouvrir ou le fermer sur la cuve.

Ces deux modes de réalisation possibles pour fermer la cuve permettent d’obtenir une fermeture étanche. L’invention n’est bien entendu pas limitée à ces deux éléments de couverture particuliers.

Le plancher peut comporter au moins un orifice de vidange, avantageusement relié au caniveau, pour l’évacuation de jus. La ou au moins l’une des parois verticales de la cuve peut comporter en partie supérieure au moins une ouverture traversante pour la réinjection du jus. Cela permet de faire circuler le jus s’écoulant de la biomasse lors de la fermentation anaérobie. Le jus réinjecté dans la cuve est chargé en bactéries, ce qui permet d’accélérer la réaction de fermentation du chargement, en particulier d’un nouveau chargement. Le jus réinjecté permet également éventuellement d’humidifier une partie solide de biomasse, en partie supérieure de la cuve, qui ne serait pas noyée dans le liquide.

Avantageusement, pour permettre cette recirculation du jus, l’installation comprend au moins une pompe de relevage. L’installation peut encore comporter au moins un réservoir permettant le stockage du jus, notamment lors des phases de chargement et de déchargement.

Le système de récupération des biogaz comporte avantageusement au moins une ouverture traversante. Cette dernière peut être formée dans la ou au moins l’une des parois verticales de la cuve en cas d’élément de couverture formé par une bâche. En cas d’élément de couverture formé par un couvercle, ladite au moins une ouverture traversante peut être formée directement dans celui-ci. Le système de récupération des biogaz peut encore comporter au moins un conduit relié à ladite ouverture, notamment au moins partiellement enterré, de manière à permettre la circulation du gaz jusqu’à un dispositif de stockage ou un dispositif de valorisation du biogaz. Le système de récupération des biogaz peut encore comporter un tel dispositif de stockage. Le système de récupération des biogaz peut encore comporter un puits à condensais et/ou au moins un filtre à soufre.

Le matériau cimentaire de la cuve est avantageusement un béton. La cuve est de préférence réalisée d’une seule pièce, notamment par moulage.

L’installation peut comporter un seul digesteur. Cela peut suffire pour une exploitation agricole de taille petite ou moyenne. En variante, elle en comporte plusieurs, c’est-à-dire au moins deux, ce qui augmente la capacité de traitement de biomasse, la production de biogaz et la régularité de la production de biogaz.

Lorsqu’installée sur le site final, la cuve est de préférence au moins partiellement enterrée dans le sol, sur une hauteur d’au moins un quart, voire d’au moins la moitié de sa hauteur totale. Cela permet de limiter les pertes de chaleur et peut faciliter la manutention de la biomasse. Le positionnement de la cuve sur le site final est de préférence étudié pour résister à la pression induite par son installation en terre. On peut adapter la profondeur de mise en terre en fonction des moyens de manutention disponibles sur l’exploitation.

La cuve peut comporter un système de chauffage, notamment au moins le plancher peut être muni du système de chauffage. Le système de chauffage peut comporter un circuit d’eau chaude. Cela peut permettre le maintien à une température dans au moins une plage de valeurs prédéterminée à l’intérieur de la cuve, plage de valeurs notamment comprise entre 5°C à 60°C environ.

La fermentation anaérobie peut, de manière connue en soi, avoir lieu à l'intérieur de trois plages de températures correspondant à trois régimes de fonctionnement de l’installation. En effet, à chacun de ces régimes correspond une flore bactérienne particulière et implique donc que la température doit rester la plus stable possible. La règle générale est que plus on augmente la température, plus la dégradation de la matière est rapide. Le régime psychrophile avec une température de fonctionnement comprise entre 15°C et 25°C permet de dégrader les substrats introduits en 50 jours environ. Ce régime de fonctionnement est le moins utilisé sur les installations agro-industrielles. De manière générale, une unité de méthanisation fonctionne à 40°C c'est-à-dire en régime mésophile où la dégradation de la matière se fait en plus ou moins 30 jours. Il faut donc chauffer et maintenir le digesteur à cette température. Enfin, le régime thermophile à 55°C permet d'abaisser le temps de dégradation à 15 jours environ. Cependant, ce régime de fonctionnement est le plus sensible et requiert un suivi rigoureux. Le réglage de la température permet ainsi à l’exploitant de piloter la vitesse de dégradation de la matière qui est proportionnelle à la production de biogaz et au temps de présence de la matière dans la cuve. L’exploitant peut également ainsi adapter ses fréquences de curage en fonction de cela afin d’optimiser son système d’exploitation global.

Dans un mode de réalisation, la ou au moins une des parois verticales de la cuve comporte une ouverture traversante pour permettre l’injection d’au moins un gaz, notamment d’air. L’injection d’un gaz, notamment d’air, permet la précipitation d’une partie du souffre dans le digesteur afin de préserver les équipements de valorisation de biogaz de la corrosion. Dans ce cas, cette ouverture est située de préférence sensiblement à même hauteur et à l’opposé de celle permettant la récupération de biogaz.

Procédé de mise en place

En combinaison avec ce qui précède, l’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de mise en place d’une installation telle que définie plus haut, comportant les étapes suivantes :

réalisation dans le sol d’un trou de dimensions prédéterminées, de préférence préparation du sol au fond du trou pour recevoir la cuve, notamment réalisation d’un lit de sable ou autre matériau pouvant conférer une souplesse, dépose d’un isolant dans le fond du trou, notamment avec réservation d’emplacement s) pour le passage de conduit(s), dépose de la cuve dans le trou sur le fond muni des isolants, installation d’un ou plusieurs conduits, et réalisation du circuit de jus, éventuellement finalisation de l’isolation du fond à l’aide d’un isolant, notamment sous forme de mousse expansive, injecté autour des conduits, réalisation d’une isolation entre la ou les parois verticales de la cuve et les bords latéraux du trou, rebouchage autour de la cuve.

Grâce à l’invention, on bénéficie d’un procédé relativement rapide, simple et peu coûteux à mettre en œuvre pour la mise en place d’une installation selon l’invention, permettant de disposer d’une installation fiable. L’installation peut être peu visible, étant au moins partiellement enterrée. Lors de la mise en place de la cuve, celle-ci peut être ou non surmontée de l’élément de couverture. Autrement dit, ce dernier peut être mis en place pendant ou après la mise en place de l’installation.

Procédé de mise en œuvre

En combinaison avec ce qui précède, l’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de mise en œuvre d’une installation telle que définie plus haut, comportant les étapes suivantes :

ouverture de l’élément de couverture, chargement en biomasse de la cuve par le dessus au travers de l’ouverture laissée par l’élément de couverture, éventuellement pré-fermentation aérobie, introduction des jus dans la cuve, fermeture étanche de l’élément de couverture, fermentation anaérobie, avantageusement mise en circulation des jus, chauffage, récupération de biogaz, vidange des jus par l’orifice de vidange, ouverture de l’élément de couverture, égouttage, avec ou sans aération, déchargement de la biomasse.

Le chargement et le déchargement de la biomasse ou matière organique solide dans la cuve du digesteur se fait aisément par le dessus de la cuve. Cela facilite son utilisation, son entretien, en toute sécurité.

Brève description des figures

L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :

- la figure 1 est une vue schématique en perspective d’un exemple de cuve d’un digesteur dans une installation de fermentation anaérobie de biomasse selon l’invention,

- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale de la cuve de la figure 1,

- la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale de la cuve de la figure

1,

- la figure 4 est une vue de dessus schématique de la cuve de la figure 1,

- la figure 5 est une vue schématique et partielle d’un détail de la figure 3,

- la figure 6 est une vue schématique et partielle en coupe transversale d’une cuve d’une installation selon l’invention,

- la figure 7 est une vue schématique et partielle en coupe transversale d’un exemple de fixation d’un élément de couverture sur la cuve de la figure 6,

- la figure 8 est une vue schématique et partielle en coupe transversale d’un autre exemple de fixation d’un élément de couverture sur une cuve d’une installation selon l’invention,

- la figure 8A est une vue similaire à la figure 8 d’un autre exemple de fixation d’un élément de couverture sur une cuve d’une installation selon l’invention, et

- la figure 9 est une vue schématique et en coupe d’un exemple d’installation selon l’invention après mise en place sur site.

Description détaillée de modes de réalisation de l’invention

Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent le même signe de référence. A des fins de concision de la présente description, ils ne sont pas décrits en regard de chacune des figures, seules les différences entre les modes de réalisation étant décrites.

On a représenté sur la figure 1 un exemple de cuve 1 d’un digesteur d’une installation de fermentation anaérobie de biomasse ou matière organique solide selon l’invention.

Dans l’exemple considéré, la cuve 1 présente une forme générale parallélépipédique. Elle est préfabriquée, notamment par moulage de matière, en usine en matériau cimentaire formé par du béton.

La cuve 1 comporte dans cet exemple quatre parois verticales, 2, 3, 4 et 5 ainsi qu’un plancher 6 formant le fond de la cuve 1, définissant ensemble un intérieur 10 de cuve 1. L’intérieur 10 de la cuve 1 est destiné à recevoir la biomasse lors de l’utilisation. Les parois verticales 2 et 4 s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal X de la cuve 1, tandis que les parois verticales 3 et 5 s’étendent perpendiculairement à l’axe longitudinal X. La cuve 1 est plus longue selon l’axe longitudinal X que large, avec une base rectangulaire, comme visible sur la figure 1.

Dans cet exemple, le plancher 6 est muni d’un système de chauffage 7 comportant un circuit d’eau chaude à la manière d’un plancher chauffant. Le système de chauffage 7 permet de chauffer ou de maintenir l’intérieur 10 à une température prédéterminée ou comprise dans une plage de valeurs prédéterminée, afin de piloter la vitesse de dégradation de la matière qui est proportionnelle à la production de biogaz et au temps de présence de la matière dans la cuve. Le système de chauffage 7 comporte des conduits d’entrée et de sortie 15 et 16, comme visible, traversant la dalle, intégrés avantageusement au moment du coulage de la dalle et de taille compatible avec celle des circuits d’eau chaude les plus habituellement utilisés.

Au moins un caniveau 9 est présent dans le plancher 6 de la cuve 1. Ce caniveau 9 est recouvert d’une grille 11 affleurant sur le plancher 6. Le caniveau 9 forme une gorge visible en particulier sur la figure 5 au fond de laquelle est prévue une ouverture traversante formant un orifice de vidange 12 ou de récupération de jus permettant l’évacuation ou la récupération des jus au fond de la cuve 1. Comme visible sur la figure 4, le caniveau 9 s’étend parallèlement à l’axe longitudinal X de la cuve 1, en son centre, sur une majeure partie de la longueur de la cuve 1 sans toutefois toucher les parois verticales 3 et 5 opposées, étant en retrait de celles-ci. L’orifice de vidange 12 se trouve à proximité de la paroi verticale 5. L’extrémité 13 du caniveau 9 se situe à proximité immédiate de cet orifice de vidange 12, à une distance de la paroi verticale 5 qui est inférieure à la distance entre l’extrémité opposée 14 du caniveau 9 et la paroi verticale 3 qui lui est adjacente, par exemple en raison de la présence du système de chauffage 7.

La cuve 1 comporte une ouverture traversante 18 pour la récupération des biogaz située dans une partie supérieure d’une paroi verticale 5 de la cuve 1 dans cet exemple, comme visible en particulier sur la figure 2 ou 4. Le système de récupération des biogaz comporte encore, outre l’ouverture traversante 18 et comme représenté schématiquement avec des pointillés sur la figure 4, un dispositif de valorisation des biogaz 40, relié à l’ouverture traversante par un conduit 41.

Au moins une des parois verticales, dans cet exemple la paroi verticale 5, comporte en partie supérieure au moins une ouverture traversante 19 pour permettre la réinjection du jus dans la cuve 1. Le jus récupéré par l’orifice de vidange 12 comportant une forte concentration en bactéries, cela permet de charger en bactéries un nouveau chargement de biomasse afin d’activer ou d’accélérer la fermentation anaérobie, ou d’accélérer la fermentation anaérobie d’un chargement présent. Le jus réinjecté peut encore permettre d’humidifier une partie supérieure de la biomasse qui peut ne pas être noyée dans le liquide.

L’orifice de vidange 12, les ouvertures traversantes 18, 19 sont avantageusement réalisées par carottage dans la cuve 1 après sa préfabrication. En variante, des réserves sont prévues à ces endroits avant moulage de la cuve 1.

En partie supérieure des quatre parois verticales 2, 3, 4 et 5 se trouvent des rebords 25 dépassant extérieurement des parois verticales correspondantes et présentant aux angles des renforts, ces rebords 25 permettant d’assurer la robustesse de la partie supérieure de la cuve 1.

L’exemple illustré sur les figures 1 à 5 ne montre pas l’élément de couverture du digesteur permettant de fermer de manière étanche la cuve 1. Les figures 6 à 8 montrent deux modes de réalisation relatifs à cette fermeture.

Dans l’exemple de la figure 6, les parois verticales 2, 3, 4 et 5 présentent, comme la paroi verticale 2 illustrée sur cette figure, en partie supérieure, un rebord 25 s’étendant extérieurement en biais et en évasement vers le haut, pour permettre un bon espacement de la gorge 26 avec le rebord 25. Dans l’épaisseur de la paroi verticale 2 (comme de toutes les autres parois verticales) à l’extrémité supérieure de celle-ci se trouve une gorge 26 périphérique ouverte vers le haut et présentant des bords 27 latéraux en biais de manière à avoir une ouverture 28 de gorge 26 rétrécie par rapport à la base 29 de la gorge 26. Ce profilé avec la gorge 26 permet, comme visible sur la figure 7, l’engagement dans cette gorge 26 d’un élément de couverture 30, flexible, comportant dans cet exemple une bâche flexible, pour surmonter la cuve 1 et la recouvrir. Comme visible, l’élément de couverture 30 s’étend partiellement à l’intérieur de la gorge 26, étant retenu dans celle-ci dans cet exemple par une chambre à air 31 périphérique, disposée également dans la gorge 26 et qui est gonflée par un gaz qui peut être de l’air, de manière à être plaquée contre les bords 27 de la gorge 26 pour empêcher l’élément de couverture 30 de s’enlever et pour lui permettre de fermer la cuve 1 de manière étanche. Cette chambre à air 31 peut également être dégonflée de manière à permettre de retirer au moins partiellement, de préférence complètement, l’élément de couverture 30.

Dans le mode de réalisation de la figure 8, chacune des parois verticales, dont la paroi verticale 2 illustrée sur cette figure, présente à son extrémité supérieure, dans son épaisseur, un rebord 25 en biais et évasé vers le haut et, du côté de l’intérieur 10 de la cuve 1, une gorge 35, dissymétrique dans cet exemple avec un petit bord vers l’intérieur 10 de la cuve 1. L’élément de couverture 30, rigide dans ce mode de réalisation, formé par un couvercle, par exemple en fibres composites, comporte, sur une surface inférieure, une nervure 36 périphérique correspondante agencée pour pouvoir s’engager dans la gorge 35. Le fond de la gorge 35 est rempli d’un liquide E, qui peut être de l’eau ou un autre liquide, de manière à former un joint d’eau entre la gorge 35 et la nervure 36, afin d’assurer l’étanchéité de la fermeture lorsque l’élément de couverture 30 est en place sur la cuve 1. L’élément de couverture 30 peut également, dans cet exemple être entièrement retiré de la cuve L

Dans le cas d’un élément de couverture 30 comportant un couvercle, l’ouverture traversante 18 pour la récupération de biogaz est avantageusement réalisée dans celui-ci.

Dans le mode de réalisation de la figure 8A, l’élément de couverture 30 comporte un couvercle 49. La paroi verticale 2 de la cuve 1, comme chacune des parois verticales s’il y en a plusieurs, comporte un décrochement 45 du côté intérieur de la cuve 1, pour permettre de supporter le couvercle 49, dont une partie périphérique inférieure 46 repose sur la partie de support 47, plane, du décrochement 45. Dans cet exemple, le joint d’eau est formé par le liquide E contenu dans la cuve 1 pour la fermentation, de manière à assurer l’étanchéité. L’élément de couverture 30 comporte également au moins une barre 48 recouvrant au moins partiellement l’extrémité supérieure de la paroi verticale 2et fixée de manière non visible à la ou aux parois verticales, et ayant pour rôle d’empêcher le couvercle 49 de remonter à cause de la poussée d’Archimède exercée notamment par le solide noyé dans la cuve. Ladite au moins une barre 48 peut être complétée ou remplacée par au moins une sangle. Un élément de préhension 50 est également prévu pour la préhension du couvercle 49 et sa manutention, afin de l’ouvrir ou de le fermer.

Dans ce mode de réalisation de la figure 8A, on note que la paroi 2 n’est pas évasée vers l’extérieur et ne présente pas de rebord 25.

La figure 9 illustre un exemple de mise en place sur site de l’installation 100 selon l’invention comprenant un unique digesteur comportant la cuve 1 et l’élément de couverture 30. Les autres éléments du digesteur et de l’installation pour la fermentation anaérobie ne sont pas représentés sur cette figure dans un souci de clarté du dessin. Néanmoins, ils sont connus en eux-mêmes et peuvent reprendre le principe Ducellier/Isman.

Pour la mise en place de l’installation 100, on a tout d’abord réalisé dans le sol S un trou de dimensions prédéterminées pour l’accueil de la cuve 1 qui sera enterrée ou semienterrée. Dans l’exemple illustré, le trou est prévu pour enterrer la cuve sur environ trois quarts de sa hauteur totale. On a ensuite déposé un isolant I au fond du trou avec réservations d’emplacements pour le passage de conduits, puis installé les conduits. L’isolation au fond peut être finalisée par injection d’un isolant qui peut être une mousse expansive, autour des conduits. On dépose ensuite la cuve 1 sur le fond avec l’isolant I. On réalise une isolation avec un isolant h entre les parois verticales et les bords verticaux du trou. Puis on installe un ou plusieurs conduits, notamment des conduits de réinjection des jus raccordés aux ouvertures traversantes 19, un conduit de récupération du biogaz relié à l’ouverture traversante 18 et on réalise le circuit de jus. On peut effectuer divers branchements, notamment du circuit de chauffage et autres raccordements et branchements nécessaires pour le digesteur. On finit de reboucher le trou si besoin.

La cuve 1 peut être enterrée entièrement, ne laissant apparaître que l’élément de couverture 30. En variante, elle peut être enterrée sur une hauteur différente, par exemple comprise entre la moitié et les trois-quarts de sa hauteur, sans sortir du cadre de l’invention.

Dans l’exemple de la figure 9, la cuve 1 comporte deux caniveaux 9 disposés à équidistance d’un plan médian de la cuve 1 parallèlement à l’axe longitudinal X. Autant d’orifices de vidange 12 que de caniveaux 9 sont avantageusement prévus.

Pour la mise en œuvre de l’installation 100, on ouvre l’élément de couverture 30 qui est totalement amovible dans cet exemple puis on charge en biomasse l’intérieur 10 de la cuve 1 par le dessus au travers de l’ouverture laissée par l’élément de couverture 30. Une pré-fermentation aérobie peut d’abord avoir lieu. Puis on introduit des jus dans la cuve. On ferme de manière étanche l’élément de couverture 30, par exemple comme décrit plus haut. A lieu alors la fermentation anaérobie. Lors de cette phase, on réalise avantageusement la circulation des jus, on contrôle le chauffage et on récupère les biogaz et autres étapes nécessaires ou possibles. Une fois la fermentation réalisée et/ou après un certain temps pouvant être de l’ordre de 3 à 4 semaines jusqu’à plusieurs mois, on vidange les jus par l’orifice de vidange, puis on ouvre l’élément de couverture 30, on égoutte avec ou sans aération, et on décharge la biomasse, par le dessus au travers de l’ouverture laissée par l’élément de couverture 30. Le chargement et le déchargement de la biomasse dans la cuve 1 se fait par le dessus, à l’aide par exemple d’un engin de levage tel qu’un tracteur, muni d’une pelle, qui peut s’approcher de l’installation 100 et plonger la pelle dans l’intérieur 10 de la cuve afin de mettre ou retirer la biomasse.

On peut utiliser le biogaz pour produire de l’électricité et/ou servir de combustible pour un circuit de chauffage, notamment celui qui est présent dans le plancher 6 de la cuve et également une habitation et/ou un bâtiment agricole. On peut utiliser le jus ou une partie de celui-ci comme fertilisant et le digestat solide comme fertilisant et 5 amendement organique.

L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.

En particulier, on ne sort pas du cadre de l’invention si la cuve est cylindrique, avec une seule paroi verticale cylindrique. L’élément de couverture peut être seulement partiellement amovible, étant par exemple articulé sur la cuve. L’installation peut comporter 10 plusieurs cuves, par exemple au moins deux cuves.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS

   1. Installation (100) de fermentation anaérobie de biomasse pour la production de biogaz, l’installation (100) comportant au moins un digesteur comprenant :

   - une cuve (1) préfabriquée en matériau cimentaire comportant un plancher (6) muni d’au moins un caniveau (8) et au moins une paroi verticale (2, 3, 4, 5) et

   - un élément de couverture (30) surmontant la cuve (1) et agencé pour permettre la fermeture de la cuve (1), l’élément de couverture (30) étant au moins partiellement amovible et étant agencé de manière à ce que, lorsqu’il est retiré au moins partiellement de la cuve (1), il laisse place à une ouverture pour permettre le chargement ou le déchargement de la biomasse, l’installation (100) comportant en outre un système de récupération des biogaz.
2. 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle l’élément de couverture (30) comporte une bâche réalisée dans un matériau souple et agencée pour fermer de manière étanche la cuve (1), l’installation (100) comprenant un système de fixation étanche de la bâche.
3. 3. Installation selon la revendication précédente, le système de fixation étanche de la bâche comportant au moins une gorge (26) périphérique réalisée dans l’épaisseur de la ou des parois verticales (2, 3,4,5) de la cuve (1) à une extrémité libre de celle(s)-ci et destinée à recevoir une partie périphérique de la bâche, le système de fixation comportant en outre au moins une chambre à air (31) agencée pour permettre de maintenir de manière étanche la bâche dans la gorge (26) périphérique lorsque suffisamment de gaz est insufflé dans la chambre à air (31) de manière à la gonfler et pour permettre le retrait de la bâche lorsque la chambre à air (31) est dégonflée.
4. 4. Installation selon la revendication 1, dans laquelle l’élément de couverture (30) comporte un couvercle réalisé dans un matériau rigide, notamment en fibres composites, agencé pour fermer de manière étanche la cuve (1), l’installation comportant un système de fixation étanche du couvercle.
5. 5. Installation selon la revendication précédente, le système de fixation étanche du couvercle comprenant une gorge (35) périphérique réalisée dans l’épaisseur de la ou des parois verticales (2, 3, 4, 5) de la cuve (1), au moins une nervure (36) périphérique sur une surface inférieure du couvercle agencée pour pouvoir s’engager dans la gorge (35) périphérique et un joint d’eau (E) dans la gorge (35) périphérique entre celle-ci et la nervure (36) périphérique de manière à former l’étanchéité.
6. 6. Installation selon la revendication 4, le système de fixation étanche du couvercle comprenant un décrochement périphérique (45) réalisé dans l’épaisseur de la ou des parois verticales (2, 3, 4, 5) à une extrémité libre de celle(s)-ci formant une partie de support (47), l’élément de couverture (30) comportant une partie périphérique inférieure (46) reposant sur ladite partie de support (47), un liquide (E) présent dans le digesteur pour la fermentation ayant un niveau supérieur situé au-dessus de la partie de support (47) de manière à former l’étanchéité.
7. 7. Installation selon Tune quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l’élément de couverture (30) comporte avantageusement au moins une barre et/ou au moins une sangle, fixée(s) à la ou aux parois verticales (2, 3, 4, 5) au-dessus du couvercle.
8. 8. Installation selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cuve (1) comporte un système de chauffage (7), le plancher (6) étant muni de ce système de chauffage (7).
9. 9. Installation selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le plancher (6) comporte au moins un orifice de vidange (12), de préférence relié au(x) caniveau(x) (9), pour l’évacuation de jus et la ou au moins Tune des parois verticales (2, 3, 4, 5) de la cuve (1) comporte en partie supérieure au moins une ouverture traversante (19) pour la réinjection du jus.
10. 10. Installation selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le matériau cimentaire de la cuve (1) est un béton et la cuve (1) est réalisée d’une seule pièce.
11. 11. Installation selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la cuve (1) est au moins partiellement enterrée dans le sol (S), sur une hauteur d’au moins un quart, voire d’au moins la moitié de sa hauteur totale.
12. 12. Installation selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la ou au moins une des parois verticales (2, 3, 4, 5) de la cuve (1) comporte une ouverture traversante pour permettre l’injection d’au moins un gaz, notamment d’air.
13. 13. Procédé de mise en place d’une installation (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :

    réalisation dans le sol (S) d’un trou de dimensions prédéterminées, dépose d’un isolant (I) dans le fond du trou, notamment avec réservation d’emplacement s) pour le passage de conduit(s), dépose de la cuve (1) dans le trou sur le fond muni de l’isolant (I), installation d’un ou plusieurs conduits, et réalisation du circuit de jus, réalisation d’une isolation (I₂) entre la ou les parois verticales (2, 3, 4, 5) de la cuve (1) et les bords latéraux du trou, rebouchage autour de la cuve (1).
14. 14. Procédé de mise en œuvre d’une installation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comportant les étapes suivantes :

    ouverture de l’élément de couverture (30), chargement en biomasse de la cuve par le dessus au travers de l’ouverture laissée par l’élément de couverture (30), introduction des jus dans la cuve (1), fermeture étanche de l’élément de couverture (30), fermentation anaérobie, vidange des jus par l’orifice de vidange (12), ouverture de l’élément de couverture (30), égouttage avec ou sans aération, déchargement de la biomasse.