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Mécanismes de la fermentation méthanique
Durant la fermentation méthanique, le substrat utilisé par les bactéries et les produits fabriqués permettent de distinguer quatre étapes qui sont : L’étape hydrolytique, L’étape acidogène, L’étape acétogène, L’étape méthanogène.
Hydrolyse du substrat : L’étape hydrolytique est une étape limitant de la digestion. Les polymères biologiques sont hydrolysés par des enzymes excrétés par les bactéries hydrolytiques. Ces bactéries sont sensibles à la variation du pH du milieu fermentaire et elles sont moins nombreuses devant les bactéries acidogènes.
Etape acidogène : Lors de cette étape, les bactéries acidogènes transforment les carbohydrates issus de l’étape hydrolytique en Acides Gras Volatils (AGV), en gaz carbonique (CO2), et en hydrogène (H2).
Etape acétogène : Cette phase transforme les acides obtenus dans la phase acidogénèse en acétate (CH3COO-) et en formiate (HCOO-).
Conditions de fermentation
La fermentation méthanique est conditionnée par l’anaérobiose, la dilution et l’agitation. Matières Organiques : CH4 + CO2, CH3COOH. Monomères : AGV + CO2 + H2. L’anaérobiose : les bactéries méthanogènes se développent et se produisent uniquement en l’absence de l’oxygène. Ainsi, le digesteur doit être étanche à l’air et à l’eau de pluie fortement oxygénée. On dit que les acétogènes et les méthanogènes sont des bactéries anaérobies strictes.
La dilution : le volume d’eau est utilisé pour collecter et évacuer les déchets animaux ; c’est pourquoi il faut diluer les matières premières à 75 % d’eau. Le taux de dilution des matières organiques (MO) intervient également dans la rapidité de la digestion. Il influe sur la taille du digesteur. La production de gaz n’augmente pas avec le taux de dilution mais elle est conditionnée par une meilleure digestion de la matière organique.
L’agitation : pour éviter la formation des croûtes à la surface due aux particules fibreuses qui ont tendance à flotter et pour éliminer le gaz se formant autour des matières solides en cours de digestion, un système d’agitation doit être incorporé dans le digesteur.
Utilisation du biogaz
Le biogaz et les autres métabolites de la fermentation méthanique possèdent différents domaines d’utilisation. En effet :
Pour les usages domestiques : le biogaz remplace efficacement le charbon de bois et le bois de chauffe pour la cuisson et l’électricité pour l’éclairage.
Pour le fonctionnement des petits moteurs : le biogaz peut servir de combustible pour les machines de traitement des produits agricoles
Pour l’amélioration des produits agricoles : les effluents traités de manière adéquate sont transformés en engrais de très bonne qualité.
Des exemples de consommation en biogaz pour les domaines d’application cités précédemment : Cuisson : 0,25 Nm3/personne/jour. Eclairage: 0,12 à 0,15 Nm3 /heure/lampe. Moteur : 0,45 Nm3/Cv/heure.
Ces chiffres indiqués sont globaux. Ils donnent un ordre de grandeur souvent satisfaisant. En particulier, ils ne tiennent pas compte de la qualité du brûleur, des denrées à cuire, du type de lampe utilisée pour l’éclairage, de la composition du biogaz tel que le taux de méthane dans le biogaz.
Description et mise en route du digesteur
Description du système : Pour notre étude, le biodigesteur utilisé est composé de: Une cuve de fermentation contenant le substrat, Un tube mesureur jouant le rôle du gazomètre où le biogaz produit a été stocké, Un tube barométrique .
La cuve de fermentation est une dame-jeanne en verre de 40 cm de diamètre et de 50cm de hauteur. Elle a été enterrée afin d’atténuer les fluctuations de température. Son volume est de 20 litres.
Le tube mesureur est en verre de 2 cm d’épaisseur. Ce tube mesureur a un diamètre intérieur de 5,45 cm et une hauteur de 170 cm. Il a été gradué à l’aide d’un papier millimétré de 0 cm à 160 cm.
Des tuyaux en plastique de 2 mm de diamètre étaient aussi utilisés pour introduire l’eau du tube barométrique vers le tube mesureur et pour acheminer le biogaz produit dans le biodigesteur vers le gazomètre.
Table des matières
Introduction
Chapitre I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1. LA FERMENTATION METHANIQUE
I.1.1. Mécanisme de la fermentation méthanique
I.1.1.1. Hydrolyse du substrat
I.1.1.2. Etape acidogène
I.1.1.3. Etape acétogène
I.1.1.4. Etape méthanogène
I.1.2. Conditions de fermentation
I.1.3. Paramètres physico-chimiques
I.2. LE BIOGAZ
I.2.1. Généralités
I.2.1.1. Le biogaz à Madagascar
I.2.1.2. Caractéristiques du biogaz
I.2.1.3. Utilisation du biogaz
I.2.1.4. Notion d’épuration
I.2.2. Procédés de fabrication
I.2.2.1. Procédé discontinu
I.2.2.2. Procédé continu
I.2.2.3. Procédé semi-continu
I.2.2.4. Comparaison des procédés
I.2.3. Processus de production
I.2.3.1. Le substrat 1
I.2.3.2. Le biodigesteur
I.2.3.3. La production de biogaz
I.2.4. Effet sur l’environnement
I.3.L’ETUDE CINETIQUE DE LA CULTURE MICROBIENNE
I.3.1. Cinétique du substrat
I.3.2. Cinétique de la biomasse
I.3.3. Cinétique du produit
I.4. LES DIFFERENTS TYPES DE MODELES
I.4.1. Modèle de Monod
I.4.2. Modèle d’Andrews
I.4.3. Modèle de Moleta
I.4.4. Modèle de Yang
Chapitre II EXPERIMENTATION ET MODELISATION D’UNE DIGESTION ANAEROBIE
II.1. EXPERIMENTATION
II.1.1. Description et mise en route du digesteur
II.1.1.1. Description du système
II.1.1.2. Mise en digesteur
II.1.2. Mesures expérimentales
II.1.2.1. Température
II.1.2.2. Production de biogaz
II.1.3. Fonctionnement du fermenteur
II.1.4. Analyse du gaz
II.1.4.1. Matériel utilisé
II.1.4.2. Principe
II.2. MODELISATION D’UNE DIGESTION ANAEROBIE
II.2.1. Choix du modèle
II.2.2. Cinétique
II.2.2.1 Cinétique de l’utilisation du substrat
II.2.2.2. Cinétique de la croissance des bactéries
II.2.2.3. Cinétique de produit
II.2.3. Modèles mathématiques
II.2.3.1. Equations réagissant le modèle
II.2.3.2 Rendements biologiques
II.2.4. Programmation
Chapitre III INTERPRETATION DES REUSLTATS
III.1. RESULTATS EXPERIMENTAUX
III.1.1. Production de biogaz
III.1.2. Taux de charge et productivité volumique
III.1.3. Qualité du biogaz produit
III.2. RESULTATS DU MODELE
III.2.1. Paramètres caractéristiques
III.2.2. Résultats des cinétiques
Conclusion
