TPE Biogaz
Nous avons consu notre prope unité de méthanisation miniature
Nous avons essayé de concevoir une unité de méthanisation à échelle réduite, un digesteur que l'on pourraît avoir chez soit.
Une fois les différentes pièces du montages trouvées, nous remplirons le digesteur avec des matières organiques ; tout comme une unité de méthanisation. Nous laisserons le temps s'écouler et nous observerons la chambre à air, qui (normalement) se gonflera. Nous essayerons de reproduire cette expérience plusieurs fois.
Nous voulons montrer à travers cette expérience que tous, pouvons participer à la réduction des déchets alimentaires, pouvons produire des énergies propres et renouvelables facilement et à coût réduits.
Nous avons recherché plusieurs informations sur internet avant de s'aventurer. Le schéma qui nous a permit de nous lancer et d'oser cette expérience est celui-ci :
Source : onpeutlefaire.com
I/ Les différentes pièces du montage
Sortie du gaz
Tuyau de gaz et raccords
Système de sécurité
On remplira d'eau le bidon, avec le tuyau plongé dedans. Plus le tuyau est plongé dans l'eau plus il peut y avoir de pression (le gaz doit exercer une contrainte plus forte pour sortir de l'eau). La pression étant la même partout dans le circuit et dans le bidon, ceci permettra d'avoir une limite maximum de pression pour éviter qu'il y est trop de pression et que la chambre à air éclate.
Vanne de Gaz
Le tuyau de gaz est fermé par une vanne, ne permetant aucun contact avec l'air. On relira le tuyau à un bec bunsen pour essayer de bruler le gaz.
Comparons notre unité miniature à une grande unité .....
Le digesteur (ou fermenteur), c'est là que tous les intrants vont fermenter. Une fermentation anaérobie puisqu'il n'y a aucun contact avec l'air.
Les tuyaux de gaz. Nous les avons remplacé par des tuyaux d'arrosages et un ancien tuyau de gaz.
Le dôme est la partie où le gaz est stocké. Nous l'avons remplacé par une chambre à air ( moins coûteux et plus facile à trouver ! ). Avec la chambre à air nous pourrons voir, au fur et à mesure des jours, la quantité de gaz produite.
Notre système ne permet pas de remplir quotidiennement le fermenteur, car il faudrait ouvrir le couvercle et l'air rentrerai : la fermentation ne serait plus anaérobie mais aérobie. Dans les unités de fermentation, un système a été mit en place : il suffit de déposer les intrants dans une trémie d'insertion ( photo de gauche ), puis une vis sans fin amène les intrants dans le fermenteur. La trémie est toujours remplie, la vis sans fin est programmée pour acheminer une certaine quantitée d'intrants dans le fermenteur chaque heure. Les intrants qui sont dans la vis sans fin poussent ceux qui sont en "digestion" pour rentrer dans le digesteur, ne permettant pas le passage de l'air.
Le Cogénérateur permet de créer de l'électricité à partir du gaz obtenu. Nous n'en possédons pas pour plusieurs raisons : le coût, la taille, la puissance... Notre but final n'est pas de fabriquer de l'électricité, mais de brûler le gaz obtenu. Nous vous expliquerons tout de même le fonctionnement du cogénérateur.
En cas de suproduction de biogaz ou de défaillance de régulation, une supression présente un danger réel. Il est nécessaire aux unités de méthanisation d'avoir une soupape de sécurité. Notre dispositif repose sur le même principe, il est simplement fait avec des matériaux plus accessibles ( bidon plastique + eau ).
La torchère permet de brûler le gaz si le moteur ne fonctionne plus, car le gaz lui est toujours produit et en grande quantité. Le gaz est donc redirigé vers la torchère et est brulé. Notre expérience part du même principe que la Torchère : brûler le gaz produit lors de la fermentation. Nous n'utiliserons pas une torchère mais un Bec Bunsen. Nous aurions pu nous servir d'un brûleur ou d'un réchaud de camping.
II/ Les Intrants
Les intrants correspondent à ce qu'on a mit dans notre fermenteur. A savoir 50% d'effluents minimum, 15% d'espace libre, ce qui laisse 35% pour les déchets alimentaires, déchets verts ou autres déchets organiques. Lors de la première expérience, nous ne connaissions pas toutes ces données, qui nous ont été données par le gérant de l'unité de méthanisation que l'on a visité. Elles n'ont donc pas été repectés pour la premières expérience.
Déchets alimentaires
Déchets verts et effluents
III/ Première expérience
Le fermenteur rempli d'intrants, on oublie pas de remplir d'eau notre système de sécurité.
La première expérience s'est déroulée du 3/10/15 au 31/10/15 soit 28jours. Voici quelques photos jours après jours.
Jour 1 :
Jour 5 :
Jour 7 :
Jour 14 :
Jour 25 :
Dernier Jour :
Après 28 jours, nous avons essayé de brûler le gaz contenu dans la chambre à air à l'aide d'un Bec Bensen. Malheureusement, aucune flamme ne s'est produite après plusieurs tentatives.
La première expérience s'achève donc ici, avec un petit goût amère d'échec...
Problèmes rencontrés :
Au cours de cette expérience, plusieurs complications nous sont parvenues. La première concerne notre cuve: nous aurions voulu voir à travers, et donc avoir des parois transparentes. Nous avions trouvés des futs de bière vides et en plastiques : l'idéal ! ... Seulement nous nous sommes rendus compte, que celle ci se constituaient de deux parois en plastiques, avec des petits trous d'air, ce qui n'aurait pas permit une digestion anaérobique. De plus la question de remplir ces futs de bière était compliqué : le remplissage de bière se fait habituellement par pression.
Ensuite, c'est notre chambre à air qui nous a joué des tours : après 10 jours d'expériences, nous nous sommes apercus de ça :
Nous l'avons remplacé par une neuve.
Les autres facteurs dévaforables, qui nous ont peut être pas permis de brûler le gaz obtenu sont :
-La température : notre petit digesteur était stocké dans un garage.
-Un mélange gazeu trop fort en oxygène (le digesteur n'était rempli qu'à environ 50%, laissant donc 50% d'air : nous aurions du vidanger la chambre à air plusieurs fois pour évacuer l'oxygène).
-Le brassage : nous n'avons pas de système pour mélanger les intrants en digestion, notre digestat n'est pas liquide mais solide :
( digestat obtenu après la première expérience)
Seconde expérience
Pour la seconde expérience, nous reprenons notre même unité, mais nous changeons nos intrants. Nous avons versé dans le digesteur deux seaux d'effluents de volailles et deux seaux d'effluents d'ânes, auquel nous avons ajoutés des restes alimentaires récupérés par nos soins. Cette fois ci le digesteur était rempli à au moins 80% de sa quantité. Nous avons déplacé le digesteur au sein du lycée dans un local du laboratoire (température ambiante).
Lors des premières semaines nous avons «vidangés » la chambre à air.... Car une fois le digesteur rempli, refermé, il y a de l'oxygène qui est resté à l'intérieur du digesteur. La chambre à air s'est donc gonflée dès les premiers jours, et celle ci était rempli d'un mélange d’oxygène et du gaz qui venait de se produire. Ce gaz ne peut donc se brûler s'il y a trop d’oxygène. Il fallait donc que l'on l'élimine pour pouvoir espérer brûler le gaz. Mais par quel moyen ?
Nous avons eu l'idée de remonter le tuyau qui était plongée dans l'eau ( tuyau du système de sécurité), la pression maximum était donc inférieur. Nous avons plié le tuyau qui sortait du digesteur, relié à la chambre à air, avant d'appuyer sur celle ci pour la vider. Le gaz ne pouvait donc pas re-rentrer dans le digesteur car nous l'en empêchons en pliant le tuyau. Le gaz devait sortir par le tuyau du système de sécurité. Le fait d'appuyer sur la chambre à air créé une pression suffisante pour permettre au gaz de s'échapper.
La seconde expérience a débuté le 2 novembre 2015. Nous avons vidangé le digesteur pendant les 4 premières semaines, puis nous avons attendu et contrôlé pendant le moi de décembre. Avant de partir en vacances, nous avons essayé de brûler le gaz... Ce fut un échec une nouvelle fois. Nous avons donc cherché toutes les défaillances possibles de notre unité pendant les vacances.
Nous nous posions la question de la pression : car le gaz brûle avec une certaine pression, et lorsque nous appuyons sur la chambre à air pour exercer une pression, le gaz ressortait par le système de sécurité. Rassurant, me direz vous, mais était-ce une des potentiels failles ? Nous avons recontacté Mr Dubin (que nous avions rencontré dans le cadre des activités induites), et il nous a précisé qu'il fallait bien une quarantaine de jours avant que le gaz soit inflammable. Il a ajouté que pour brûler le gaz pour la première fois, il fallait « jouer » avec l'arrivée d'air....
Le lundi de la rentrée ( 04/01/2016), soit plus de quarante jours après le début de l’expérience, après avoir totalement fermé l'arrivée d'air du bec bunsen, ouvert la vanne de biogaz et craqué une allumette... Le Biogaz s'est enflammé !!
Voici la vidéo !
"Vidéo expérience Biogaz", Matthieu Fevrier
Vidéo prise dans les locaux du Lycée Littré, par Justine ILLES, Alice LENEVEU et Matthieu FEVRIER, travaillant sur le Biogaz dans le cadre des TPE. Vidéo à but non lucratif.
Nous réaliserons une troisième expérience, pour l'oral de l'examen. Cette troisième expérience aura la particularité d'avoir comme intrants des restes alimentaires du self du Lycée à 50% ( en plus d'effluents de volailles et d'âne) . De plus, nous changerons notre système de sécurité : il sera désormais plus profond ; le bidon en plastique sera remplacé par une gouttière fermée à une extrémité et remplie d'eau. On plongera le tuyau dans l'eau par l'extrémité ouverte. Cette expérience débutera le 8 janvier 2016, pour un oral prévu mi-mars, ce qui nous laisse plus de 60 jours de fermentation.