Faire des déchets ménagers une source d’énergie renouvelable

Le projet Bioréacteur, réalisé dans le cadre du programme de recherche sur les écotechnologies et le développement durable financé par l'Agence Nationale de la Recherche, porte sur l'optimisation de la biodégradation des déchets ménagers dans les CSD (Centre de Stockage de Déchets) afin d'augmenter la production d'un gaz riche en méthane, appelé biogaz. Ce dernier peut être valorisé sous forme d'électricité ou de chaleur.

Faire des déchets ménagers une source d’énergie renouvelable

Le projet Bioréacteur, réalisé dans le cadre du programme de recherche sur les écotechnologies et le développement durable financé par l’Agence Nationale de la Recherche, porte sur l’optimisation de la biodégradation des déchets ménagers dans les CSD (Centre de Stockage de Déchets) afin d’augmenter la production d’un gaz riche en méthane, appelé biogaz. Ce dernier peut être valorisé sous forme d’électricité ou de chaleur.

L’équipe de chercheurs spécialisée sur les CSD, et l’équipe Métrologie–Instrumentation de l’unité HBAN (Hydro-systèmes et Bioprocédés ANtony) du Cemagref ont mis au point des expériences en pilote de démonstration au laboratoire pour sélectionner les meilleurs effluents liquides à injecter dans les déchets afin de favoriser le processus de biodégradation, appelé méthanogenèse, permettant la production de biogaz.

Six pilotes instrumentés

L’ensemble est constitué de six pilotes de mesures d’une trentaine de litres et techniquement identiques. Ils sont remplis de la même quantité de déchets ménagers et sont équipés d’un dispositif permettant la recirculation d’effluents connus, soit des lixiviats de CSD ou de plate-forme de compostage de déchets verts, soit de la boue de station d’épuration.

Chaque pilote est équipé d’une sonde combinée pour mesurer la température interne, le potentiel d’hydrogène (pH), le potentiel d’oxydo-réduction (Redox), ainsi que d’un capteur de pression numérique mesurant la production de biogaz.

Les six pilotes sont placés dans une salle thermostatée à 35°C, de dimensions : 4mx3mx3m et située dans un bâtiment séparé du poste de pilotage LabVIEW.

Actionner les électrovannes et mesurer les paramètres

Les sondes combinées ont leur électronique associée, fournissant des signaux analogiques 0-20 mA. Les manomètres de pression nous fournissent un signal 4-20 mA.

Chaque pilote est équipé d’une électrovanne (commandée manuellement ou par logiciel) afin de prélever le biogaz pour analyses.

Pour des questions de sécurité, l’ensemble de la chaîne d’acquisition est situé à l’extérieur de la salle thermostatée. Pour cela, nous avons fait appel au système modulaire NI CompactDAQ, en utilisant un châssis NI cDAQ-9172 équipé de :

4 modules NI 9203 de 8 entrées analogiques 0-20 mA ; 6 entrées par modules sont utilisées et chaque module gère un type de paramètre (1 module pour les températures, 1 pour le pH…) ;
1 module spécifique NI 9217 pour sonde PT100 pour le suivi de la température ambiante de la salle thermostatée ;
1 module NI 9421 pour les interrupteurs de commandes manuelles des électrovannes ;
1 module NI 9472 pour actionner les électrovannes.

Le châssis est connecté à l’ordinateur par la liaison USB.

Le logiciel, développé avec LabVIEW, est composé de plusieurs onglets :

L’onglet principal indique l’ensemble des valeurs de mesures et affiche les alarmes des paramètres hors tolérances. Ces paramètres sont prédéfinis dans l’onglet n°2 ;
Les 4 onglets suivants sont les représentations graphiques, dans le temps, de l’évolution des paramètres températures, pH, Rédox et pressions.

Le logiciel enregistre tous les paramètres à un pas de temps prédéfini. Les changements d’états des électrovannes sont enregistrés en temps réel dans le fichier (n° d’électrovanne, ouverture, fermeture). Le fichier mensuel, ainsi constitué, est horodaté et exploité par la suite à l’aide d’un tableur.

Du fait de l’éloignement du bâtiment des bureaux des chercheurs, et pour leur confort, le système est connecté au réseau interne pour permettre l’accès à distance à la face-avant et à toutes ses commandes.
Des données significatives

Le suivi automatique des pilotes et leur contrôle à distance développés sous LabVIEW permettent de collecter une quantité de données très importante. Ces données montrent clairement que la nature de l’effluent recirculé a un impact important sur la mise en place de la méthanogenèse dans les massifs de déchets, et qu’il est possible d’augmenter la production de biogaz à moindre coût.

Par Bernard Loiseau, IRSTEA
Source : sine.ni.com