THIERION DE MONCLIN Louis P103 MFE 2017
THIERION DE MONCLIN Louis P103 MFE 2017
THIERION DE MONCLIN Louis P103 MFE 2017
Abstract:
The study of the German process MYT (Maximum Yield Technology) revealed the technical
and managerial particularities of the ZAK (Zweckverband Abfallbehandlung Kahlenberg)
plant of domestic waste management. The different physical and chemical factors studied and
the technical know-how learned from the teams on the field allowed us to explain partially the
remarkable performance of the plant. The study of the data harvested during the mission
allowed us to provide results based on statistical study to explain partially the performances of
the plant. Following the scientifically report of the study on the patent, this reports will
discuss the pertinence of the reproduction of its processes on the modern international market,
considering the economical, ecological and sociological constraints of a few particular
Contexts such as the Corsica and Réunion island, and the subtropical countries.
Zusammenfassung :
Das Studium des deutschen MYT-Prozesses (Maximum Yield Technology) unterstrich die
technischen und Managementmerkmale des ZAK-Werks (Zweckverband Abfallbehandlung
Kahlenberg) bei der Herstellung von Biogas im Hausmüll. Die Unterschiede in den
untersuchten physikalisch-chemischen Faktoren und das deutsche Know-how im technischen
Management des Geländes haben dazu beigetragen, die bemerkenswerten Leistungen der
Anlage teilweise zu erläutern. Das Studium der verschiedenen Daten, die auf dem Feld
gesammelt wurden, und deren Ausnutzung ermöglichten es, ein statistisches Modell zu
erläutern, das die Leistung der Pflanze erklärt. Nach dem wissenschaftlichen Bericht der
Patentstudie schlägt dieser Bericht vor, die Relevanz der Reproduktion seiner Prozesse auf
dem aktuellen Weltmarkt im Hinblick auf die ökonomischen, ökologischen und sozialen
Zwänge spezifischer Kontextstreitigkeiten wie Inselgebiete ( Korsika, Réunion) und die
tropischen Zonen.
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Introduction :
I) Contexte de la mission
1) Structure d’accueil et situation sur le marché
2) Européen
A) Géographique et Culturel
B) cadre économique et social
II) Etat des lieux de la filière déchet et situation particulière de la ZAK
1) Les usines de tri en France, les voies de valorisation
A) L’enfouissement
B) l’incinération
C) Les TMB
2) Présentation de l’usine ZAK
A) Réception et tri
B) Préparation des percolats
C) Installation MYT, Biogaz
D) Bioséchage
E) Séparation des CSR et inertes
F) PWR
G) Management interne
a)équipes opérationnelles
b) équipes de suivi
*Ecoulement des produits
*Conseil ingénierie
*Conseil environnemental
*Laboratoire
III) performance du procédé MYT et travail d’approfondissement sur les
paramètres de suivi : Méthodologie de la mise en place d’un modèle statistique de
prédiction
1) Etat de l’art sur les indices de performance et les limites techniques
A) qualité du biogaz et conditions théoriques optimales
*flore et détail des différentes phases du procédé chimique
*produit optimal, rendement et qualité chimique
B) réponse au stress et effets indésirables
*Compétition entre les flores
*autorégulation et inhibition des populations
*Adaptation du système au milieu industriel
2) Suivi allemand de la production
A) Présentation détaillée du procédé technique
*Equipement du procédé (machines, installations)
B) Mise en exergue des paramètres clés suivis par les Allemands
3) Proposition d’un modèle statistique permettant l’analyse des composants de la
production de biogaz
A) Matériel et méthodes
*Types de données et qualité de la base
*Séries de données, périodes et fréquences de prélèvement
*Données retenues après traitement de la base
B) Principe des tests retenus (ACP)
C) Résultats et discussion
*Présentation des résultats et interprétations
3
*données sur une journée
*données sur un mois.
*Comparaison des deux intervalles d’étude.
*Confrontation avec les hypothèses
*limites du modèle
IV) Avenir de la filière et projection sur la situation internationale.
1) Etat de l’art et avancement de la filière dans les situations particulières des zones
tropicales.
A) agricoles
B) industriels
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Table des illustrations et tableaux
5
Sigles et abréviations :
6
Introduction :
Depuis le 2 aout 2017, L’humanité vit à crédit vis-à-vis de la planète selon la Global Footprint
Organisation °. Cela signifie que la consommation humaine en énergie et en ressources
naturelles. Cette affirmation posée par l’ONG présente différentes limites d’interprétation
mais elle rappelle néanmoins la limite posée par notre environnement : la terre possède une
quantité de ressources, et une habilité à les renouvelée finie.
Notre économie et le contexte général de la géopolitique mondiale favorise fortement
l’extraction et l’utilisation des ressources fossiles face à l’optimisation de leur utilisation.
Pour sortir de ce fonctionnement viable seulement à court terme, et pour permettre à
l’Homme de se faire dans la nature une force de renouvellement des ressources, les sciences
proposent des solutions pour l’avenir. D’une part les voies alternatives, visant à exploiter les
ressources plus efficientes et plus facilement renouvelables telles que la fusion nucléaire,
l’exploitation des forces éoliennes, ou de l’énergie solaire, et d’autre part les voies
d’optimisation, qui visent à rendre aux produits de l’activité humaine une valeur souvent mal
valorisée. C’est dans cette voie que la filière de production de biogaz s’inclue, proposant
d’exploiter les résidus organiques de la consommation humaine dans la production d’énergie.
Bien que la filière biogaz soit étudiée depuis le début des années 1960 (De la Farge, 1995) ,
les cinquante dernières années ont connu un développement lent et incertain des
connaissances techniques et scientifiques dans la production de Biogaz. Pourtant les sources
de matériel fermentescible sont énormes et c’est selon l’ADEME (2014) près d’un million de
TEP disponibles rien que dans le secteur du déchet ménager en France qui ne sont pas, ou
seulement partiellement exploités. L’avantage considérable que propose la fermentation
anaérobie nécessaire à la production de biogaz est que presque toutes les substances
organiques sont potentiellement sources d’énergie. La science a donc à portée de main un
capital carbone immense à exploiter.
Cela étant dit, la fermentation anaérobie est un processus difficile à maîtriser de manière
stable. Si certains substrats répondent bien aux exigences bactériennes en termes d’apports et
de composition physico-chimique, comme les lisiers, boues de StEp ou déchets agro-
alimentaires, la filière du déchet ménager étudiée dans ce rapport présente la caractéristique
d’être peu stable et de varier en constitution selon de nombreux critères en fonction du temps
et de l’espace (habitudes des citoyens, périodes de l’année…). Les exigences du secteur
énergétique demandent aux fournisseurs une fiabilité maximale afin de pouvoir garantir les
besoins énergétiques et cela présente un véritable challenge pour le monde de l’ingénierie de
trouver des solutions efficaces pour mettre la production de biogaz au premier plan de la
valorisation énergétique.
C’est dans cette optique que l’usine étudiée se place proposant un système de traitement des
OMr performant afin d’assurer une production de biogaz de qualité et stable. Le but de cette
étude a été de comprendre les tenants et aboutissants de la gestion du site par les équipes
allemandes et de répondre à la problématique suivante :
Quels sont les facteurs clés des procédés techniques de la biométhanisation sur déchet et en
quoi cette optimisation technique prend aujourd’hui une importance dans le développement
de la filière de valorisation déchet à l’international ?
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Remerciements :
Merci avant tout à Jérémie Riche mon maître de stage qui a fait preuve d’une sincère
bienveillance dans ma mission, malgré les limites qu’apportaient l’éloignement sur le terrain
et les mes connaissances. J’ai beaucoup appris durant ce stage tant professionnellement
qu’humainement et je le dois en majorité à son temps et sa patience.
Merci à toutes les équipes OTV et Veolia qui mon apporté de leur temps et de leurs
connaissance pour me lancer sur le terrain le plus efficacement possible.
Merci à Georg Person, sans qui je n’aurais jamais pu comprendre la moitié de ce que j’ai vu
sur l’usine, et Merci à Herr Saumer pour le temps qu’il a passé à me faire participer aux
travaux de l’usine et à la supervision.
Merci à la Burschenschaft Teutonia qui m’a fait vivre en Allemagne comme un indigène et
qui m’a fait découvrir les traditions et la culture de la jeunesse étudiante Fribourgeoise.
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I) Contexte de la mission
La structure d’accueil, OTV, est une structure spécialisée dans la construction d’installations
industrielle dans le traitement de l’eau. Elle construit des stations d’épuration, des stations de
traitement des boues et autres solutions adaptées aux besoins du client dans le domaine de
l’eau. OTV est une filiale de Veolia et s’inclue dans l’entreprise comme une unité de soutien
experte en conseils d’ingénierie. Si les marchés sur lesquels s’est développée l’entreprise sont
majoritairement dans le domaine de l’eau, la saturation de ce marché et la réduction des
perspectives de développement à l’échelle nationale ont poussé l’entreprise à mettre à profit
ses domaines de compétence dans le domaine des déchets, dans lequel Veolia Propreté est un
acteur puissant en France. Le stage s’est donc effectué dans le cadre de la préparation à des
réponses à appels d’offres commandités par des communes, pour la construction d’usines de
traitement des déchets.
Pour répondre à ces appels d’offre, Veolia a cherché à mettre toutes les chances de son côté
afin d’obtenir les contrats, en mettant en avant l’expertise d’OTV en matière de construction,
et en s’épaulant sur l’expérience des équipes Veolia Propreté en matière de gestion des
déchets en exploitation. Ce partenariat est en principe délicat car dans le monde de la gestion
des déchets, les constructeurs et les exploitants sont des partis antagonistes, dans la mesure où
l’intérêt du constructeur est de fournir une proposition de construction la moins chère
possible au commanditaire, quitte à faire baisser la qualité de l’usine en terme de facilité et
d’efficacité d’exploitation. De fait, nombreux sont les conflits entre constructeurs et
exploitant et ceux-ci proviennent souvent de deux groupes concurrents comme Suez et
Veolia.
Donc les propositions faites par Veolia pour différents appels d’offres (la Réunion, Corse,
tours…) devaient à la fois être compétitives pour OTV et permettre à l’exploitant Veolia
Propreté de pouvoir effectuer un travail efficace et facilité par la suite.
C’est dans ce contexte que l’usine Allemande de la ZAK a permis de créer un compromis.
Veolia a commencé à préparer un dossier de réponse basé sur un brevet Allemand, le MYT
process, qui assure une production de biogaz remarquable sur ordures ménagères tout en
garantissant des résidus de traitement de qualité également remarquable. De manière plus
large, la ZAK présente de nombreux avantages :
Veolia a donc pu proposer aux différends maitres d’ouvrages une proposition d’œuvre
innovante et compétitive grâce au brevet MYT. Cependant les différences de gestion
d’exploitation, de management, de contraintes environnementales etc… ont poussé Veolia à
envoyer un stagiaire sur place pour approfondir par des observations et des récoltes de
données le processus de l’usine en matière de gestion des déchets afin d’apporter un regard
critique sur le savoir-faire allemand, et ce pour que les propositions de l’entreprise soient
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garanties dans leurs adaptations au secteur français d’une manière générale (contraintes
sociales, techniques, légales…), et plus spécialement pour les cas particuliers des appels
d’offre comme à la Réunion où les contraintes sont différentes (territoire insulaire, climat
tropical…).
Dans les faits, les réponses aux appels d’offres de la Réunion n’ont pas aboutis courant juin
pour diverses raisons et la mission a donc dû s’adapter à cet état de fait.
2) Européen
A) Géographique et Culturel
En France comme en Allemagne, la gestion des déchets est une charge gérée par les
collectivités territoriales. Le besoin des pouvoirs locaux de s’adapter aux populations et leurs
différences en termes de consommation et de besoins a amené collectivités à s’organiser de
telle manière que les citoyens soient au plus proche des prises de décision concernant les
déchets. C’est vrai en France mais c’est encore plus vrai en Allemagne. De fait la structure
même de ce pays fédéral, et son histoire, en font un pays dont les traditions locales et
l’organisation socio-culturelle donnent beaucoup de pouvoir aux organisations locales et une
forte autonomie juridique.
Donc si le cadre légal de la gestion des déchets l’état fédéral et l’Europe donnent les
directives en Allemagne, Les pouvoirs locaux s’adaptent assez facilement. Il a pu être
remarqué sur place une grande liberté prise en termes de de mesure physico-chimique des
inertes en enfouissement.
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Plusieurs mesures critiques sont à observer en fonction du type d’exploitation, que ce soit la
nature des déchets enfouis, la gestion des résidus de combustions (REFIOM) ou la qualité de
l’eau réintroduite dans les milieux naturels. Ces règles à respecter sont primordiales car elles
déterminent la manière dont le constructeur et l’exploitant vont monter et gérer leurs centres
d’exploitation. Bien que la base des lois et règles soit européenne, plusieurs évolutions et
adaptations aux contextes nationaux laissent des différences entre les pays.
Sans développer le détail de chaque catégorie, il est à noter que la ZAK ainsi que les usines en
projet de construction traitent le déchet afin de produire : du biogaz, des CSR des inertes et
une eau épurée, avec quelques produits de récupération type métal, électroniques, PVC… En
l’occurrence, le vrai facteur limitant, révélateur de la capacité de l’usine à s’adapter à la
règlementation est de pouvoir fournir une phase inerte correspondant aux normes
d’enfouissement de la catégorie dans laquelle ils s’incluent.
A) L’enfouissement
B) l’incinération
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L’incinération n’a pas la côte en France mais reste la valorisation déchet en termes d’énergie
la plus privilégiée. La vraie difficulté de la filière est la gestion des REFIOMs
C) Les TMB
Les TMB ou tri mécano-biologiques sont les diverses voies permettant de maximiser la mise
en valeur des différentes fractions des déchets. On peut différencier 5 objectifs majeurs dans
les usines TMB (ADEME 2011) :
- Valoriser les fractions à haut PCI : à savoir les CSR incluant tous les plastiques et
dérivés carbonés
- Valoriser la fraction fermentescible en créant du compost
- Par ce même processus créer du biogaz
- Stabiliser les déchets avant la mise en décharge (activité biologique et chimique)
- Recycler les matériaux tels que les métaux, PVC etc…
Ces 5 objectifs étant définis on peut faire ressortir 3 types principaux d’installations en
France :
- Stabilisation avant élimination (bioséchage) (4 installations)
- Tri/compostage (30 installations)
- Tri/méthanisation/compostage (10 installations)
La filière TMB a connu en France une forte croissance dans les années 2000 mais elle
rencontre des difficultés à certains niveaux : Les couts de traitements sont assez élevés pour
des rendements assez bas quand on en vient à considérer les volumes traités. 40 à 60% de
refus de tri selon les exploitations, sans compter les 10% de déchets non traitables évacués à
l’entrée des exploitations.
De plus faisant écho à un problème évoqué plus loin, la frontière entre produit et déchet est
aujourd’hui assez floue dans la filière : la loi et les normes font au cas par cas pour chaque
résidus de productions, mais par exemple pour la production de compost, les exigences
physico-chimiques empêchent les exploitants de présenter leur compost comme un produit, et
il doit être réceptionné par les agriculteurs comme une charge plutôt qu’un bien. Que ce soit
pour un excès en plastiques, en métaux lourds, en chlore, il y a facilement des aléas dans
l’exploitation qui empêchent une gestion stable de leur production. (Koledzi, 2011)
Ce constat étant fait on peut s’attendre à ce que les collectivités réfléchissent à deux fois entre
les voies de valorisation et les voies plus « simples » comme l’incinération.
L’histoire du site remonte à 1960, date à laquelle a été installée une décharge à ciel ouvert sur
une ancienne mine de fer. La mine de fer a été installée là d’une part pour la richesse su
gisement, et d’autre part pour sa proximité avec la vallée assurant un transfert facilité des
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minerais brutes vers les zones industrielles de la Ruhr. C’est assez naturellement que par la
suite les organisations publiques ont profité des cavités laissées par les exploitants miniers
pour installer une décharge. L’installation a effectué un remplissage continu jusque dans les
années 90, avec une récupération des gaz souterrains (landfill gas) tout au long de
l’exploitation.
Bien que quelques étapes clés de l’usine ont connu des changements et ajouts depuis
l’ouverture, la ZAK a mis un point d’honneur à mettre les ressources nécessaires à développer
le process de manière optimale pendant le temps de fonctionnement de l’usine pilote. Ainsi
même si les ingénieurs du site insistent aujourd’hui pour mettre en avant leur méthodologie
d’amélioration continue, celle-ci est couplée à un long travail préparatoire qui a permis de
discerner les difficultés et les objectifs. Dans un environnement industriel où les maîtres
d’œuvre et d’ouvrage connaissent des pressions et des difficultés à tenir leurs délais, dues en
majorité aux exigences de compétitivité impérieuses des appels d’offres, la ZAK a développé
son système de manière autonome, pesant les ressources et les choix avec une liberté et une
autonomie remarquable. Là où les bureaux d’études français disposent de 2 à 3 ans pour livrer
une usine opérationnelle, les Allemands ont pour la ZAK mis le double de ce temps à monter
le projet pilote. Ainsi, tout le processus d’amélioration continue est grandement simplifié, et
les équipes peuvent se concentrer sur l’optimisation précise de leurs systèmes, sans perdre de
temps et d’énergie à assurer le simple côté opérationnel de la ligne de process.
Le résultat de cet état de fait est que l’usine est aujourd’hui à un pic de performance qui n’est
pas égalé en Europe. Les rendements de production de gaz par quantité de déchet introduit
sont excellents et la qualité même du gaz est remarquable, avec une moyenne de 70% de
méthane dans la composition du biogaz.
C’est cette excellence qui a amené Veolia a acheté un droit d’exploitation de la License du
procédé afin de gagner en compétitivité dans ses réponses aux appels d’offre dans le secteur
déchet. La ZAK a aujourd’hui une activité étendue dans le monde entier, et notamment en
Asie où elle travaille avec la Corée et la Chine dans la construction de nouvelles usines de
valorisation. Elle travaille également avec l’usine française du Symevad dans le Pas-de-
Calais.
La production de biogaz est incluse dans un long process de tri et de préparation des déchets
qui vise à séparer la matière valorisable et non valorisable. La partie fermentescible est
récupérée en phase aqueuse et la partie inerte est séparée, triée et traitée en conséquence. Afin
de mieux expliquer le processus de fermentation anaérobie, voici une brève présentation des
différences « halls » (Hallen) de l’usine.
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A) Réception et tri
La méthanisation est effectuée sur phase liquide. La deuxième étape de la chaine process est
donc dédiée à la récupération d’un maximum de la fraction fermentescible dans la phase
aqueuse. Les déchets effectuent un séjour d’une durée de 2 à 4 jours dans un réservoir et sont
brassés en continu par un agitateur à pales. L’agitation a pour but d’une part de garder
l’activité bactérienne de la phase liquide en fonctionnement aérobie. Cela permet de garder un
potentiel fermentescible maximum tout en évitant tout danger d’incendies. Ces réservoirs
Multi-Zone Reactor (MZR) sont brevetées et propres à l’installation MYT.
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Figure 3 : sortie des MZR, vers les presses (ZAK 2017)
Les percolats obtenus sont d’une part récupérés par gravité au fond des MZR, et récupérés
après pressage des matériaux en sortie de MZR. Toute la phase aqueuse séparée est ensuite
filtrée et traitée de manière à ce qu’elle entre dans les fermenteurs avec le moins de fraction
minérale ou fibreuse.
De fait, le passage dans les MZR est primordial pour préparer la matière organique de
manière optimale. Les différents matériaux difficilement accessibles qui bénéficient de
l’impact positif des MZR sont :
- La cellulose des cartons et papiers et les matières fibreuses diverses (tissus, bois…)
- Les matières grasses non miscibles
- Les formations « complexes » généralement composées de matière fermentescible non
accessible (bouteilles, capsules, emballages…)
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Figure 4: à gauche, pompes et canalisations pour
le remplissage et la vidange des réacteurs
On note ici l’échantillonnage des percolats en
provenance des SBR (ZAK 2017)
Les Biogaz est produit dans trois réacteurs de 1865m3. Les percolats sont chauffés afin
d’arriver dans le réacteur à une température optimale (voir partie III)). Le séjour des percolats
est environ de 2 à 3 jours et la phase aqueuse est mélangée à l’intérieur des réacteurs pour
éviter au maximum la sédimentation des éléments lourds. Malgré cela, c’est une des
problématiques majeures de ce genre de réacteur, rencontrée sur bon nombres d’installations
en France et en Europe. Il y a peu de visibilité sur les différentes strates se formant
naturellement dans le réacteur mais il semble que les bactéries soient régulièrement réparties
sur la hauteur du réacteur. Les boues sont évacuées mécaniquement au bas des réacteurs et la
phase liquide est pompée sur plusieurs points sur la hauteur. Le gaz s’achemine naturellement
vers le haut et est envoyé aux turbines du centre de valorisation, ainsi que dans les
incinérateurs pour le traitement de l’air.
L’un des particularités des réacteurs est que les percolats sont en recirculation continue. On a
un ratio de 80% maximum pour le rapport entre le débit entrant des percolats en provenance
des MZR et les percolats en recirculation. Cela permet de valoriser au maximum la matière
fermentescible et de ne pas perdre d’énergie ou de temps à stabiliser l’eau dans la station
d’épuration (StEp) de l’usine.
Que ce soit pour la Filière déchet ou pour la filière traitement de l’eau, la production de
biogaz et compost est un choix très intéressant pour optimiser les rendements d’épuration
(ADEME 2014)
Les percolats sortant vont soit vers la StEp soit sont envoyés à nouveau dans les MZR pour
permettre une nouvelle percolation de la phase organique. On a donc deux types de
recirculation : la recirculation directe, de la sortie des percolateurs à l’entrée, et la
recirculation complète qui redirige les percolats vers les MZR. On obtient donc la formule du
taux de recirculation des percolats détaillée plus loin
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Cela permet de laisser l’environnement interne au réacteur de rester stable. Cette stabilité est
un facteur clé que nous détaillerons en partie III)
D) Bioséchage
La phase solide issue des presses est envoyée dans les tunnels de séchage pour subir deux
phases de traitement aérobie. La flore bactérienne des déchets réagit de manière exothermique
et monte la température ambiante à plus de 70°C. L’aération des tunnels par le bas permet de
garder le déchet à une température acceptable (pour éviter l’inhibition et la destruction de
l’activité bactérienne par la température) et pour garder un environnement aérobie stricte. On
distingue deux phases :
- Un séchage intensif qui passe le déchet de 60% de matière sèche à 71%. Ce séchage
est dit intensif car il est plus court et la montée en température est plus importante.
- Un séchage secondaire qui permet de supprimer un maximum d’humidité après avoir
retourné le déchet en passant d’un tunnel à l’autre.
Le déchet ainsi préparé peut être traité mécaniquement : On sépare à la suite : les parties
lourdes et légères, puis les parties larges et fines avec tout au long du process un retrait des
métaux valorisable à différents points (fer, aluminium…) par des électro-aimants et des
courants de Foucault
L’enjeu technique principal de ce hall est de créer un CSR de qualité avec une matière inerte
respectant les normes d’enfouissement (. Les CSR sont majoritairement constitué de matières
fibreuses et plastiques, et les inertes de matière minérale type verre ou pierres/ciments,
cependant il reste des différentes phases précédentes des matières plus fines, majoritairement
organiques, et plus ou moins agglomérées. Ces agglomérats et poussières sont indésirables et
pour la phase inerte, et pour la phase CSR. D’un côté les inertes nécessitent une DCO
minimale que les résidus organiques élèvent et de l’autre les CSR doivent présenter des
limites particulières à différents éléments chimiques tels que le chlore et cuivres. Qui sont
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présents en plus grande quantité dans les résidus. C’est donc une étape clé dans la mesure où
la qualité combinée des deux produits majoritaires est représentative de l’efficacité de toute la
chaine de l’usine.
F) PWR
L’usine a sa propre StEp et doit fournir une eau prête à être réintroduite dans
l’environnement, il faut donc pour la ZAK assurer à la fois un flux en eau stable dans ses
process (MYT, lavage, usage domestique) afin de permettre un traitement optimal.
On distingue 3 phases principales :
- Nitrification
La nitrification a pour but d’uniformiser les différentes formes azotées vers un même stade du
cycle de l’azote. Naturellement, la plupart des formes azotées tendent après la fermentation à
former de l’ammoniac, et les bactéries nitrifiantes vont uniformiser les bases azotées sous
forme de NO3-
- Dénitrification
Les bactéries vont à leur tour transformer le NO3- en N2 volatil qui retournera dans
l’atmosphère.
- Filtration
On a ensuite une phase de microfiltration qui permet de séparer les dernières impuretés qui
seront incinérée hors site.
G) Management interne
a) équipes opérationnelles
L’entreprise est structurée d’une manière singulière. Les usines françaises visitées comparées
à l’entreprise allemande
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conseil de
coordination du Directeur
Landsrat d'exploitation
décide des projets de
alloue les budgets
développement
Bureau d'étude
OPTYMA
conseil et développement
comptabilité et gestion du
controle process contrôle réception MBA et Deponie
droit personnel
1 responsable 4 employés 1 responsable 4 responsables 3 employés
préparation traitement
Deponie réception bioséchage tri mécanique
mécanique biologique
1 responsable 5 employés 10 employés 6 employés 6 employés 6 employés
b) équipes de suivi
Cette partie de l’exploitation est primordiale car elle se heurte à la problématique évoquée
plus haut du statut des résidus de traitement. Si on considère par exemple la production de
CSR on peut cerner un paradoxe dans la gestion de ce produit :
En effet l’usine a mis en place un procédé de traitement moyennant investissements lourds et
pourrait attendre un certain retour sur investissement, valorisant ainsi un produit plus propre
qui a demandé une force de travail à produire. Cependant la loi ne reconnaissant pas les CSR
comme un bien commercial (Deponieverordnung) en Allemagne, contrairement à la loi
française depuis peu qui s’est penché sur le statut des produits valorisables (Arrêté du 23 mai
2016), les CSR sont donc considérés comme des déchets, et ils ne peuvent être écoulés en
étant vendu, et c’est à la ZAK de rémunérer les industries récipiendaires pour que ceux-ci
accepte de prendre des CSR pour les besoins thermiques (production d’énergie, incinération,
cimenterie.).
Il faut donc à l’usine un employé à plein temps pour gérer un carnet d’adresse qui puisse
s’adapter aux aléas de la production de l’usine et qui garde un prix stable pour anticiper les
coûts pour l’usine.
*Conseil ingénierie
La ZAK insistant fortement sur l’amélioration continue au sein de l’usine, elle fait en sorte de
s’entourer d’un personnel qualifié en matière de conseil d’ingénierie. Que ce soit par Georg
Person, le responsable d’exploitation, ou par des entreprises et bureaux d’étude externe
comme OPTYMA pour le développement du procédé sur les marchés, Wherle pour les
modifications techniques sur la chaine process et l’entretien des machines, ou par des bureaux
d’études chargés du suivi environnemental de l’usine (Matthias Schreiber)
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*Conseil environnemental
Les rapports en termes de communication avec le Landrat sont faits directement avec la ZAK
en partie, mais un bureau d’étude environnemental permet de faire le lien entre les deux
parties pour notamment ratifier les demandes de financement pour le développement de
l’usine.
*Laboratoire
La production de biogaz est obtenue via une voie de fermentation anaérobie de dégradation de
la matière organique. On distingue plusieurs voies particulières permettant de passer de la
matière organique complexe au CH4. La synthèse des voies principales en plus de la voie de
préparation des substrats (voire MZR) sont (Alain Damien):
- La phase d’hydrolyse :
Les formations organiques complexes sont décomposées en éléments simples. On passe de la
cellulose (polymères) à la formation de monoses ou dioses (monomères) tels que le glucose
(par voie de glycolyse). Les graisses sont homogénéisées en acides gras à chaine courte, et les
protéines sont réduites en acides aminés simples.
La flore responsable de cette phase est variée et ne représente pas un facteur limitant quant à
la production de biogaz, cependant elle permet une augmentation des rendements si elle
connait des conditions idéales. On compte comme espèce et genres actifs : Acetivibrio,
Bacteroides, Clostridium, Bacillus spp, Lactobacillus spp, Pseudomonas spp, Staphylococcus
spp, Anaerocellum Thermophilum, Thermoanaerobacter. (R. Moletta)
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Matières fermentescibles
Bactéries
hydrolytiques
acides aminés, acides gras, sucres
bactéries
fermentatives
acidogènes
bactéries
fermentatives
acides gras volatiles (AGV), alcools acidogènes
bactéries
acétogènes
acide acétique
bactéries
méthanogènes
biogaz
- La phase fermentative :
Les éléments organiques complexes sont réduits en acides organiques simples et acétates.
- La phase d’acétogénèse :
Les acides organiques sont réduits en acides acétiques, bases de la fermentation anaérobie. De
nombreuses bactéries participent à la l’acétogénèse telles que principalement les
Acetobactérium, Clostridium, Acetoanaerobacterium, Acetogeniuma, Sporomusa… (R.
Moletta)
Les acides acétiques réagissent avec l’eau pour former le CH4 et le CO2.
Décarboxylation de l’acide acétique : CH3COOH + H2O -> CH4 + H2CO3 (70%, bactéries
méthanogènes acétoclastes)
H2CO3 -> H2O + CO2
Réduction du CO2 : CO2 + 4H2 -> CH4 + 2 H2O (30% bactéries méthanogènes
hydrogénotrophes)
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*produit optimal, rendement et qualité chimique
Le biogaz obtenu a une composition variant assez fortement en fonction de la qualité des
substrats et des conditions dans le réacteur. On peut retenir la composition moyenne suivante :
Remarquons que la composition du biogaz est anormale dans la mesure où si l’on ajoute aux
pourcentages de méthane et de dioxyde de carbone le pourcentage minimum théorique de
teneur en H2O, on obtient 108% de la masse totale, ce qui est incohérent. Cette remarque
nous permettra plus loin de donner un point de vue critique sur les données observées sur le
terrain.
Le PCI moyen du biogaz issu de la fermentation sur ordures ménagères est de 20 à 23 MJ/m3
(C. Couturier), mais il varie proportionnellement à la teneur en CH4 par rapport au CO2. Les
données récoltées sur le terrain ont montré que la variable %CH4 varie entre 59.97 et 80.87 %
avec une moyenne de 69.55 % sur un an et un écart type de 2.85. C’est donc une production
assez stable et haute qui permet une valorisation optimale de la matière organique.
22
Les 40% de matière organique résiduelle post fermentation sont d’ailleurs directement
valorisables car composés en grande partie de matière sèche. Il n’y a pas de données précise
des compositions chimiques pour les digestats de l’usine (à part pour quelques indices clés :
chlore et cuivres notamment) ou pour une autre installation OMr, mais des études ont été
faites pour la constitution chimique de digestats sur divers sources (lisiers, déchets verts…).
Ces digestats présentent la composition suivante en fonction de leur passage soit avant soit
après le décanteur - Digestats sortants des réacteurs (Anaerobwasser), Centrats post décanteur
(Zentrat), Digestats solides post décanteurs (Schlamm)- :
Les conditions optimales de ces différentes réactions s’effectuent dans des conditions assez
homogènes mais quelques différences sont à dégager :
Si le pH est idéalement neutre lors de la méthanisation (6.8 – 7.5), l’acidogénèse nécessite et
favorise un milieu acide, de pH variant de 4.5 à 6.3. C’est le réel facteur limitant dans le
temps de réaction de la méthanisation. La flore bactérienne nécessite une grande stabilité dans
le réacteur afin que le pH généré par l’acidogénèse garde un effet inhibiteur faible. Les acides
formés, comme le NH4 entre autres, ont un effet positif sur la réaction de méthanisation à une
certaine concentration (3g/l) (de la Farge), au-delà, un effet inhibiteur apparait mais si
l’acidogénèse s’emballe, alors l’effet devient destructeur sur la flore méthanogène, qui peut
mettre beaucoup de temps à reprendre une croissance optimale.
On peut également noter que le potentiel rédox doit être nécessairement inférieur a -300 mV.
Encore une fois il est important de noter la récurrence de l’importance donnée à la régularité
des processus dans la littérature (Delafosse, 2011) La clé pour une production à haut
rendement tient dans la capacité du système à garantir un apport régulier en matière organique
et en nutriments facilement assimilables par les bactéries. Les stress causés par de brusques
changements laissent se développer des espèces opportunistes qui font perdre en compétitivité
les populations méthanogènes.
Comme énoncé avant, la principale inhibition de la méthanogénèse est liée à son propre
fonctionnement métabolique. (INRA, 2015) De même que la fermentation alcoolique est
inhibée par sa production d’alcool, les bactéries méthanogènes sont inhibées par différends
produits de leur métabolisme. L’élément chimique corrélé positivement à une baisse de
l’activité est notamment l’acide médicagénique (1,2). C’est pourquoi l’un des dangers dans la
conduite du système et d’apporter une trop forte concentration en nutriments et acétates. C’est
23
pourtant ce qui arrive relativement souvent dans les installations classiques, et la Zak ainsi
que différentes installations plus modernes mettent l’accent sur deux choses principalement :
le temps de préparation des substrats et la concentration des percolats introduits dans le
réacteur. Ce point sera développé plus loin pour ce qui est des spécificités de l’usine
allemande.
Aujourd’hui les procédés de méthanisation sont développés et expérimentés surtout dans les
milieux agricoles comme cela a été évoqué plus haut. Cela est dû au constat fait que les
milieux naturels utilisant efficacement les processus de méthanisation sont liés à la production
végétale. On recense en effet deux genres très compétitifs dans la méthanisation :
- Les bovins ou autres ruminants, qui digèrent en partie leur nourriture par la
méthanisation
- Les termites qui par une symbiose remarquable avec la bactérie digèrent la cellulose
du bois pour se nourrir et construire leurs nids.
Comme présenté au début du mémoire, le procédé MYT a plusieurs étapes clés dans la
production de biogaz. On peut distinguer deux parties distingues séparant la méthanisation en
tant que tel, et la préparation des percolats. Comme évoqué plus haut, la phase d’acidogénèse
et de méthanogénèses ne sont pas compatibles dans la mesure où les conditions physico-
chimiques nécessaires sont différentes, voire incompatibles, pour ce qui est du pH par
exemple. C’est donc un objectif principal pour la ZAK de faire en sorte que les flores de ces
deux phases ne rentrent pas en compétition. Si la méthanogénèse apparait dans la première
phase et l’acidogénèse dans la deuxième, c’est qu’il y a un problème inhérent à l’efficacité
des deux phases et leur transition dans le processus. Bien sûr il est théoriquement possible de
cumuler ces deux réactions sur une même phase, mais il est bien plus efficace de les séparer
24
- La préparation des percolats.
Dans les MZR, les déchets vont effectuer un séjour de 2 à 3 jours en phase aérobie pour
permettre une dégradation maximale de la matière fermentescible. Les MZR sont agités en
permanence par des agitateurs alternant des phases de rotation horaires et antihoraires pour à
la fois aérer la matière et faire avancer la masse vers les presses. Cette phase aérobie va
permettre une oxydation de la matière organique mais également une bonne partie de
l’acidogénèse car les bactéries responsables de cette phase sont anaérobies facultatives. Elles
se développent donc assez bien dans les MZR contrairement aux bactéries méthanogènes qui
sont des anaérobies strictes.
Afin de garantir un substrat de qualité dans les réacteurs, les percolats passent dans une phase
de filtration qui vise à enlever des percolats les sables et les matières fibreuses résiduelles, qui
pourraient encombre les réacteurs à long terme. Si cette phase n’a pas d’importance
strictement pour la qualité de la production de gaz, elle est essentielle dans la gestion
technique de l’installation, évitant les vidanges trop récurrentes des réacteurs et les nettoyages
des canalisations. Les équipes passent en effet une bonne partie de leur temps à l’entretien de
la chaîne de production dans le but de « décrasser » les machines. Le passage des percolats
dans différents trommels et décanteurs permettent d’obtenir un percolât plus fin et plus dilué
optimal pour la fermentation. Toute la flore bactérienne qui normalement détruit les éléments
complexes (bactéries hydrolytiques) est donc moins présentes car moins nécessaires avec
toute la phase « lourde » (Schwerstoff) éliminée.
Cette phase est d’une importance capitale selon les équipes de la ZAK, et le plus intéressant
est que l’usine est la seule à effectuer ce passage transitoire. Pour comprendre comment cette
étape s’est inclue dans le processus, il faut revenir sur l’histoire du site. La ZAK a eu comme
évoqué plus haut, une phase de recherche et d’expérimentation assez longue, et cette phase a
été propice à l’installation de divers procédés annexes qui se sont vus supprimés avec le
temps.
C’est le cas du SBR (sequencing batch Reactor) qui a pour but initialement de suppléer à
l’installation PWR dans la gestion de l’eau (Koobum K.). Le principe de fonctionnement du
SBR est de préparer les phases de nitrification et de nitrification dans le traitement des eaux.
Ayant abandonné ce procédé dans le cours de l’exploitation, la ZAK a décidé d’utiliser cette
cuve comme tampon pour les réacteurs. Cette décision a été prise après constat des baisses de
régime après le weekend : en effet la plupart des flux du process étant arrêtés de samedi
après-midi à lundi matin, le temps de séjour prolongé dans les réacteurs créé une modification
du milieu néfaste. L’appauvrissement des percolats dans les réacteurs était non seulement
négatif sur le court terme, baissant les rendements le weekend, mais également sur un plus
long terme, la reprise du métabolisme anaérobie se trouvait très lent. L’idée de stocker les
percolats dans une cuve partiellement aérée avant de l’envoyer dans les réacteurs est donc
venue naturellement et le SBR a été reconvertie en cuve tampon.
L’activité biologique dans les SBR est assez floue car c’est un conditionnement non
documenté, et l’aération superficielle ne permet pas de savoir si les conditions chimiques sont
25
entre autre aérobies ou non dans toute la phase liquide. Les seules observations sont une forte
production de mousse qui traduit une forte activité biologique.
Les impacts du SBR sur la production de biogaz sont marqués en termes de stabilité : selon
les mesures faites sur place pour deux séries de valeurs de débit instantané sur apports de
percolats, on a un écart type de 11 pour la production sur percolats venant des SBR et un écart
type de 45 pour la production sur percolats venant des percolateurs directement. Cette
irrégularité n’implique pas directement une baisse de la quantité totale sur l’intervalle donné,
mais les exploitants laissent cette irrégularité persister, la production est à long terme
impactée, et la centrale thermique est plus efficace avec un apport constant en biogaz. Les
responsables de la supervision informatique communiquent donc régulièrement avec la
centrale pour savoir si la production leur convient. Ne pouvant pas fonctionner en permanence
sur le flux SBR, à cause des mousses trop importantes périodiquement, ils doivent alterner les
phases directes et les phases passant par les SBR.
26
débit de biogaz en m3/h mesuré par intervals
de 10s "von perkolatoren"
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0 100 200 300 400 500 600
Une fois que les percolats sont préparés convenablement en termes physico-chimiques, les
Ayant passé un certain temps avec les équipes de supervisions, Il a été observé que l’usine
suit en particulier 2 paramètres principaux dans la régulation de la production de biogaz :
D’une part il y a un suivi très régulier de la quantité d’eau envoyé dans les MZR. Cette eau est
partiellement propre mais c’est en grande majorité de l’eau en provenance des réacteurs
utilisée en boucle dans le système. Les allemands sont formels : Plus il y a d’eau redistribuée
en un temps donné, plus la production est bonne en termes de stabilité et de quantité
D’autre part, il y a un suivi indirectement lié à la production qui concerne la gestion de l’H2S.
Ce gaz est hautement toxique, mais a surtout l’inconvénient d’être très réactif avec les
installations métalliques comme les moteurs. Pour le réguler dans sa formulation naturel en
méthanogénèse (à hauteur de 500 ppm environs, voir plus haut), l’installation injecte dans les
réacteurs une part d’hydroxyde de fer (Fe(OH) 3) et de chlorure ferreux (FeCl2)
Ces deux réactifs sont complémentaires, mais la majorité des installations européennes
utilisent seulement du chlorure ferreux. La raison simple est que ce composant est assez facile
à trouver et très abordable. Au contraire l’hydroxyde de fer est difficile à trouver en solutions
directement utilisable sur site à échelle industrielle. Les réactions sont telles que suit :
27
De son côté de 2Fe(OH) 3 a une cinétique beaucoup plus lente qui permet une régulation sur la
durée. Enfin en milieu plus acide le FeS précipite moins et on a potentiellement un effet
contraire à celui escompté.
Ces deux paramètres clés ayant été documentés et développés par la ZAK, il a été intéressant
de se pencher sur des paramètres autres afin de comprendre leur intérêt dans l’absolu et de
vérifier si la ZAK laisse les autres paramètres à juste titre au second plan.
A) Matériel et méthodes
Comme évoqué plus haut la base de données potentiellement exploitable est immense sur la
ZAK, à raison de centaines de paramètres mesurés toutes les secondes depuis 2008. Pour
étudier les données de la base qui sont potentiellement intéressants dans l’explication de la
variable volume de biogaz par temps donné, nous avons dû d’abord exclure certaines données
selon certains critères :
- Les séries relevant des données aberrantes trop souvent
- Les séries mesurées par paliers (en effet certaines données supposées continues se sont
avérées mesurées sur des capteurs sensibles à des paliers trop importants)
- Les séries liées à des appareils en situation anormales (maintenance de certaines
parties de l’usine comme un des 3 réacteurs par exemple)
Une des tâches principales du stagiaire sur place était de suivre quotidiennement les données
de la ZAK, qu’elles soient numériques ou non, et de porter un regard critique à la fois sur la
méthodologie de suivi de la ZAK, et sur les informations que les données peuvent apporter.
Outre les données prélevées au cas par cas par le labo pour les analyses physico-chimiques
des différentes phases liquides et solides du process MBA, une grande quantité de données est
stockée sur les serveurs internes de l’entreprise. Les données sont nombreuses mais on peut
distinguer X mesures types principales :
- Flux
- Pressions
- Tension et intensité des courants sur différents (circuits/dipôles)
- Températures
- Couples
- Volumes
- Vitesses de rotations
- Diverses mesures physico-chimiques ponctuelles (teneurs en divers composants
chimiques, pH…)
Notons que ces données sont soit ponctuelles, comme les mesures d’intensité, ou les débits,
soit continues comme les volumes.
Les séries de données ont été réduites à ensemble fiable qui a pu être analysé.
28
*Données retenues après traitement de la base
Pour le traitement des données, nous avons isolé les données comprises dans le circuit de
recirculation des digestats. Le but de l’analyse est de cerner les corrélations entre les données
et en particulier avec la production de Biogaz. La liste des données retenues est la suivante :
Températures :
- T1 (a, b) température dans l’intérieure des digesteurs (a et b) en phase aqueuse
- T2 température des trois flux de sortie des réacteurs à leur jonction
- T3 température du flux avant l’échangeur de chaleur
- T4 température à la sortie de l’échangeur (hors circuit)
- T5 température à l’entrée de l’échangeur (hors circuit)
- T6 température du flux avant la séparation des différends réacteurs
- T7 température du flux avant la séparation des différends réacteurs (complémentaire)
Pressions :
- P1 (a, b) pression du gaz en haut des réacteurs (a et b)
- P2 pression du flux avant l’échangeur
- P3 pression du flux avant séparation des différents réacteurs
- P4 pression dans le circuit by-pass (hors échangeur)
Débits :
- F1 débit d’arrivée dans les échangeurs
- F2 (a, b) débit d’arrivée dans les réacteurs (a et b)
- F3 débit instantané de biogaz (non calculé sur les intervalles d’étude)
- F4 (a, b) débit de sortie des réacteurs
Autres :
- L (a, b) niveau de remplissage des réacteurs dans le réacteur
- V volume de biogaz produit en débit calculé sur les intervalles d’étude (10 sec et 15
min)
- Met pourcentage de méthane dans le biogaz
- pH acidité de la phase aqueuse en sortie de réacteurs
29
Figure 11 : schéma du réacteur et des données récoltées pour l’analyse avec les codes
correspondants à clé informatique. (ZAK 2017)
Détails en annexes
Pour tirer une information probante sur l’impact des paramètres sur la production de biogaz,
le test le plus adapté a semblé être l’analyse en composante principale. Cette méthode est
assez simple à mettre en place une fois la base donnée clairement posée, et elle donnera
potentiellement une bonne idée des différences entre l’étude des paramètres en fonction des
différents intervalles choisis.
En pratique les analyses ont été effectuées sur R et sur XLstat pour faciliter les calculs et
l’interprétation des données.
C) Résultats et discussion
*Présentation des résultats et interprétations
Nous avons gardé deux séries de données respectivement sur 1 mois et 1 jour afin de
confronter les résultats sur deux laps de temps et deux fréquences de prélèvement (10
secondes pour les données sur 1 jours et 15 min pour la série sur 1 mois. Les résultats sont
comme suit :
30
*données sur une journée
Script R pour l’obtention des résultats :
Les Eigen values obtenues sont la première information pertinente en complément avec les
déviations standard en annexes :
On remarque que le seuil explicatif de la variance de 85% n’est atteint qu’à partir de la
composante 8, ce qui va limiter considérablement le caractère explicatif de mise en deux
dimensions du modèle selon les deux premières composantes. Ici les deux composantes ne
retiennent que 51, 59% (de l’information ce qui est déjà une grosse limite au modèle. Nous
pouvons cependant présenter les résultats graphiques :
Figure 12 : éboulis des valeurs propres de l’analyse sur 24h. (ZAK 2017)
On remarque un « coude » bien défini à la composante 3 mais une bonne partie de
l’information reste incluse dans les composantes suivantes.
31
Figure 13 : corrélation des variables sur composantes principales de l’analyse sur 24h. (ZAK
2017)
Pour interpréter ce schéma, on considère deux critères : la longueur des vecteurs représentés
correspondant à la significativité de leur corrélation avec les valeurs des axes, et cos(α i,j) où
l’angle αi,j représente l’ange entre deux vecteurs, et où cos(αi,j) donne la corrélation entre les
deux vecteurs. Un cos(αi,j) qui tend vers 1 ou -1 donne une corrélation respectivement positive
ou négative forte, et un cos(αi,j) qui tend vers 0 indique une corrélation faible voire nulle.
Une forte corrélation entre les vecteurs V et P3, T3, T1(a,b), L(a,b). La valeur de
production de biogaz par intervalle donné est significativement corrélée, avec une
bonne représentativité à la température dans le réacteur, et le niveau de remplissage de
celui-ci. Elle l’est de même avec la température avant échangeurs et la pression avant
l’entrée dans les réacteurs.
Une corrélation négative forte mais peu représentative entre le vecteur V et les flux
avant les échangeurs
On remarque une indépendance du vecteur V avec le vecteur F2 (a, b) et F4 (a, b)
respectivement le remplissage et la vidange des réacteurs qui n’ont donc pas impacté
ou très peu la production de biogaz. De plus on voit une forte indépendance entre les
vecteurs V et P1 (a, b) ce qui est surprenant en effet on pourrait penser intuitivement
qu’une augmentation de la production de gaz serait lié à une augmentation de la
pression dans le digesteur. Mais cela a du sens car cette observation va de pair avec
une autre singularité : la corrélation fortement négative et représentative entre F2(a,b)
et F4(a,b) : en effet on pourrait penser intuitivement que le remplissage des réacteur
pourrait aller de pair, or présentement il semble que le remplissage induise moins de
vidange et vice versa. L’instabilité de la pression par rapport à la production peut avoir
eu donc un lien avec une phase de remplissage ou de vidange des réacteurs, suite
notamment à la vidange complète du réacteur c.
Indépendamment du vecteur V, on remarque que de nombreuses valeurs sont asses
représentatives du modèles alors que d’autres (T4, T5, T6, T7, P2, T2, F1c, Met et
T1c) sont très peu représentatives et n’apportent aucune information au modèle. Pour
32
F1c et T1c cela est normal car le réacteur était en maintenance mais pour les autres ce
n’est pas le cas.
Les données sur un mois viennent en complément intéressant des données sur une journée
dans la mesure où ils permettent une meilleure représentativité des différents aléas que subit
le réacteur dans le cours de l’exploitation (impact de la nuit, des weekends, des stress
occasionnels…) mais la fréquence de prélèvement des données fait baisser en représentativité
certaines données plus volatiles. Si des données comme la température interne du réacteur
sont assez stables, certaines sont plus aléatoires comme la décision ou non de l’ordinateur de
faire passer les flux dans le by-pass. Ainsi dans le quart d’heure séparant les prélèvements il
manque une certaine information sur la variabilité réelle des données. Cela étant dit, les
résultats de l’ACP sont tels que suit.
Figure 14 : Eboulis des valeurs propres pour l’analyse sur 1 mois. (ZAK 2017)
On remarque le coude moins bien défini cette fois-ci avec une composante 2 encore moins
explicative.
33
Figure 15 : corrélation des variables sur composantes principales pour l’analyse sur 1 mois
(ZAK 2017)
Les deux analyses nous ont permis d’établir par deux fois des constats de corrélations fortes et
d’indépendance, ainsi que la représentativité des données dans le modèle de corrélation. On
peut cependant remarquer que les corrélations sont radicalement différentes dans les deux
intervalles d’études pour ce qui est de V. on peut clairement affirmer que les paramètres du
milieu n’ont pas la même influence à court terme qu’à long terme, et que les paramètres
physico-chimiques influents évoqués dans la présentation du procédé de méthanisation sont
surtout influents à court terme (température et charge bactérienne)
Nous sommes partis du principe que les équipes sur placent privilégient un suivi centré sur la
régulation des MZR et de l’efficacité de préparation des percolats, et une bonne maitrise du
taux d’H2S dans les réacteurs. Suite à ce constat et ayant pris le parti de regarder l’évolution
de différents paramètres, nous pouvons tout de même faire remarquer une certaine
problématique dans l’interprétation des données vis-à-vis du postulat de départ :
34
Si les allemands croient en l’impact positif d’une redistribution rapide dans le procédé MBA
(entre les MZR et les réacteurs), il se trouve que cela ne se ressent pas sur la corrélation des
valeurs débit entrant et de débit sortant des réacteurs (F2 (a, b) et F4 (a, b)) et V
Donc soit l’étude de ces 2 paramètres est dé-corrélée de la variable de recirculation (digestats
envoyé dans les MZR/volume total calculé à l’entrée des réacteurs) soit les intervalles de
choix n’ont pas été approprié et les données en question ont été noyé dans le nombre de
données de l’analyse.
*limites du modèle
La plus grosse limite de cette analyse est bien sûr le nombre de données. On trouve dans le
modèle des variables non significatives intuitivement qu’il était possible de supprimer dès le
début. Rappelons les que les composantes principales retenues n’expliquent que 51.59% du
modèle dans l’étude sur un jour, alors que pour l’étude sur 1 mois les composantes principales
n’expliquent que 52.11%.
La similarité des deux analyses en termes de représentativité de l’information est singulière
considérant la différence des conclusions tirées dans les deux cas.
1) Etat de l’art et avancement de la filière dans les situations particulières des zones
tropicales.
La valorisation énergétique par le Biogaz existe dans les pays en développement depuis les
années 1980 sur des systèmes intégrés dans les milieux ruraux surtout. La question de
l’énergie domestique est récurrente dans les préoccupations des foyers. En 2016, Au Bénin,
Patrick Talon a été élu président au coude à coude avec Lionel Zinsou grâce en partie à des
promesses d’abolition du charbon dans le pays, en descendant le prix du gaz butane au niveau
du prix du Charbon. Les problématiques énergétiques sont d’autant plus récurrentes que les
pays d’Afrique Notamment connaissent de grosses inégalités vis-à-vis de l’énergie. Quand le
Nigéria exporte 2 millions de barils de Pétrole chaque jour, ses pays voisins sont déficitaires
comme le Bénin et le Togo
L’indépendance énergétique est donc un sujet qui fait couler de l’encre et les projets
d’autonomisation sont récurrents que ce soit dans le milieu du photovoltaïque de l’éolien ou
de la production de Biogaz. Les prochains paragraphes détailleront les technologies en place à
ce jour et les succès et difficultés de ces installations.
*agricoles
La majorité des installations agricoles sont tenues par des particuliers qui font tourner des
installations sur des substrats ligneux tels que les résidus de récoltes, son, pailles, tourteaux de
palme (La Farge)… Avec amendement éventuel en fumures ou urées.
35
Ces installations sont généralement des cuves souterraines de type Gobar. Ce sont des
installations longtemps éprouvées qui permettent de subvenir à des besoins domestiques grâce
à un stockage et une consommation continue des gaz. Si ces installations ne permettent pas
aux ménages de générer du profit directement, elles permettent d’économiser le cout en
énergie d’une journée de Charbon d’un montant typique de 200FCFA (sources personnelles).
On peut aussi considérer les avantages documentés de ces installations
Or comme nous l’avons vu plus tôt, les installations de production de biogaz ont un besoin
strict de stabilité dans les apports en eau et matière organique. L’incertitude quant à la
capacité de l’installation à supporter les changements d’approvisionnement découragent une
partie des agriculteurs à dépenser le temps et l’énergie nécessaire pour l’entretien des
systèmes.
36
37
Conclusion :
La production de Biogaz sur le procédé MYT est une bonne réponse aux enjeux de
valorisation énergétique et présente des intérêts tels que :
- L’augmentation de l’efficacité des techniques de purification de la matière
fermentescible
- Un réel appui aux processus de reconnaissance des résidus de traitement comme
produits à proprement parler
- Une valorisation énergétique non négligeable et propre pour l’environnement
- Un moyen d’éviter ou de contrôler les rejets atmosphériques.
Cependant, Le déroulé de ce mémoire a montré que la filière est sujette à :
- Une instabilité de la ressource en fonction des zones de développement de la filière
- Une réelle difficulté d’exploitation liée à un besoin d’expérience fort
- Une gestion très empirique souvent très éloignée des cadres théoriques de la
production.
On comprend donc l’engouement que le développement des procédé créé dans le cadre de la
transition énergétique en France, mais les industries peinent à trouver des solutions rentables
qui permettent à la filière de se porter elle-même hors des besoins de traitement des déchets
agricoles ménagers et industriels.
Il reste donc à voir comment les marchés français réagiront à l’évolution des besoins en
France, poussés par l’ADEME et le gouvernement pour proposer des solutions toujours plus
innovantes.
38
Bibliographie
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Praxisbericht Laboranalytic Titration
KOLEDZI K. E. (2011) Valorisation des déchets solides urbains dans les quartiers de Lomé,
Togo : Approche méthodologique pour une production durable de compost. Thèse présentée
pour obtenir le titre de docteur ès chimie et microbiologie. Université de Limoge
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(1), décision du Conseil constitutionnel n° 2015-718 DC du 13 août 2015
BIERENT A. (2015) Produits basés sur l’hydroxyde de fer pour l’abattement de l’H2S dans le
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PREFECTURE DE L’OISE Les types de déchets et leur stockage L’enfouissement par type
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SOLAGRO (Février 2012) Etat de l’art des digestats et de leurs procédés de post-traitement
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DRC-02-27158-AIRE-n°316b – JP
39
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https://colloque.inra.fr/9_js_rfmf_lille_2015/layout/set/print/Soumission/Identificatio
n-d-inhibiteurs-de-la-methanogenese-lors-de-la-digestion-anaerobie-des-dechets-non-
dangereux-par-approche-metabolomique/(offset)/1
40
Annexes :
41
Annexe 2 : détail des normes d’enfouissement Allemandes
42
43
Annexe 3 : détail du décret relatif à la composition des inertes destinés à l’enfouissement :
As 0,5
Ba 20
Cd 0,04
Cr total 0,5
Cu 2
Hg 0,01
Mo 0,5
Ni 0,4
Pb 0,5
Sb 0,06
Se 0,1
Zn 4
Fluorure 10
Indice phénols 1
(1) Si le déchet ne respecte pas au moins une des valeurs fixées pour le chlorure, le
sulfate ou la fraction soluble, le déchet peut être encore jugé conforme aux critères
d’admission s’il respecte soit les valeurs associées au chlorure et au sulfate, soit celle
associée à la fraction soluble.(2) Si le déchet ne respecte pas cette valeur pour le sulfate,
il peut être encore jugé conforme aux critères d’admission si la lixiviation ne dépasse pas
44
les valeurs suivantes : 1 500 mg/l à un ratio L/S = 0,1 l/kg et 6 000 mg/kg de matière
sèche à un ratio L/S = 10 l/kg. Il est nécessaire d’utiliser l’essai de percolation NF CEN/TS
14405 pour déterminer la valeur lorsque L/S = 0,1 l/kg dans les conditions d’équilibre
initial ; la valeur correspondant à L/S = 10 l/kg peut être déterminée par un essai de
lixiviation NF EN 12457-2 ou par un essai de percolation NF CEN/TS 14405 dans des
conditions approchant l’équilibre local.(3) Si le déchet ne satisfait pas à la valeur limite
indiquée pour le carbone organique total sur éluat à sa propre valeur de pH, il peut aussi
faire l’objet d’un essai de lixiviation NF EN 12457-2 avec un pH compris entre 7,5 et 8,0.
Le déchet peut être jugé conforme aux critères d’admission pour le carbone organique
total sur éluat si le résultat de cette détermination ne dépasse pas 500 mg/kg de matière
sèche.
(1) Pour les sols, une valeur limite plus élevée peut être admise, à condition que la valeur
limite de 500 mg/kg de matière sèche soit respectée pour le carbone organique total sur
éluat, soit au pH du sol, soit pour un pH situé entre 7,5 et 8,0.
45
Annexe 4 : description des types de déchets par l’ADEME
46
47
48
49
50