UNIVERSITE D’ANTANANARIVObiblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/randrianaivoarimalala... · 2013. 7. 30. · DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE . Présenté par: RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE

Présenté par : RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud

Promotion VOAJANAHARY

Année : 2011Date de Soutenance : 23 Janvier 2013

Polytechnique

Premier

Partenaire des

Professionnels

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE

Présenté par : RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud

Devant les membres du jury composé de :

Président : Professeur ANDRIANARY Philippe

Examinateurs : Docteur RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné

Docteur RAKOTOSAONA Rijalalaina

Docteur RAKOTOMAMONJY Pierre

Encadreur : Docteur RAHARIJAONA Tovo Robin

Promotion VOAJANAHARY

Année : 2011

Polytechnique

Premier

Partenaire des

Professionnels

« Contribution à la valorisation de déchets de tabac en biogaz »

RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page i

REMERCIEMENTS

La réalisation de ce mémoire n’a pas pu se faire sans la volonté de Dieu, Le Père

Tout Puissant, à qui j’adresse ma profonde gratitude et ma plus grande

reconnaissance. Je ne saurais aussi oublier les personnes morales et physiques qui

m’ont été d’une grande aide dans ce travail, et la collaboration de nombreux

laboratoires.

J’adresse mes remerciements à toutes les personnes ci-après :

Au Professeur ANDRIANARY Philippe Antoine : Directeur de l’ESPA et

Président du jury ;

Au Docteur RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné : Chef du Département

Génie Chimique et Examinateur ;

Au Docteur RAKOTOMAMONJY Pierre : Chef du Département Cycle

Préparatoire de l’ESPA et Examinateur ;

Au Docteur RAKOTOSAONA Rijalalaina : Enseignant Chercheur au

Département Génie Chimique, Directeur de Partenariat à l’Université

d’Antananarivo et Examinateur ;

Au Docteur RAHARIJAONA Tovo Robin : Enseignant Chercheur au

Département Génie Chimique, Encadreur de ce mémoire, qui malgré ses

occupations, n’a pas ménagé son temps pour la réalisation de ce travail ;

Au Docteur RAVONINJATOVO Achille Olivier : Chercheur au CNRIT,

responsable de la Cellule Biogaz dans le Département Energétique, qui m’a

autorisé à travailler au sein de son laboratoire.


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page ii

Je réitère également mes remerciements :

A tout le personnel du laboratoire Génie Chimique Vontovorona ;

Aux chercheurs au CNRIT ;

Aux membres de ma famille, les camarades de promotion, les amis.


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page iii

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS

GLOSSAIRE

LISTE DES ACRONYMES ET ABREVIATIONS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES PHOTOS

LISTE DES ANNEXES

INTRODUCTION

PARTIE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES

Chapitre I : Le biogaz

Chapitre II : Le processus microbiologique de la fermentation

Chapitre III : Les procédés de biométhanisation

Chapitre IV : Le tabac

Chapitre V : La Cigarette

PARTIE II : ETUDES EXPERIMENTALES ET ETUDE DE PREFAISABILITE

Chapitre VI : Etude expérimentale

Chapitre VII : Etude de préfaisabilité

PARTIE III : ETUDES ECONOMIQUES ET APPROCHE ENVIRONNEMENTALE

Chapitre VIII : Etude économique

Chapitre IX : Approche environnementale

CONCLUSION

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

REFERENCES WEBIOGRAPHIQUES

ANNEXES

TABLE DES MATIERES


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page iv

GLOSSAIRE

Biogaz : mélange gazeux combustible composé essentiellement de deux gaz :

CH4 et CO2 ;

Biomasse :

- masse des êtres vivants animaux ou végétaux se trouvant sur un écosystème ;

- Déchets de ces êtres ;

Biométhanisation ou fermentation méthanique : processus biochimique

complexe de dégradation de la biomasse en absence de l’oxygène ;

Digestat : résidu solide issu de la fermentation méthanique ;

Digesteur ou biodigesteur : enceinte hermétique souvent souterraine où se

déroule la biométhanisation ;

Effluent : liquide sortant du digesteur après la digestion de la biomasse ;

Inoculum ou Starter : source de bactéries ;

Temps de rétention : temps maximal que la biomasse doit passer à l’intérieur

d’un digesteur pour libérer le maximum de biogaz.


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LISTE DES ACRONYMES ET ABREVIATIONS

°C : Degré Celsius, unité de mesure de la température

AGV: Acide Gras Volatil

Ar : Ariary

atm: atmosphère, unité de mesure de pression

ATP: Adénosine Triphosphate

C/N: Carbone/ Azote

CNRIT: Centre Nationale de Recherches Industrielle et Technologiques

DCM: Dichlorométhane

ESPA : Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

g : gramme, unité de mesure de la masse, sous-multiple du Kg

JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy

Kg : kilogramme, unité de mesure de la masse

KJ : Kilojoule, unité de mesure de l’énergie

KPa: Kilopascal, unité de mesure de pression

KWh : Kilowattheure, unité de mesure de l’énergie électrique

L: Litre, unité de mesure du volume

mg/ Nm3 : milligramme par normale mètre cube ; Teneur en composant par volume de

biogaz pris dans le CNTP

MO: Matière Organique

MS: Matières Sèches

MV: Matières Volatiles

PCI: Pouvoir Calorifique Inférieure

PCS: Pouvoir Calorifique Supérieure


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page vi

PEHD: Polyéthylène Haute Densité

ppm : partie par million

PVC: Poly Vinyle Chloride

PVD : Pays en Voie de Développement

RMP: Red Mud Plastic

STEP: Station d’épuration

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket

UV: Ultra-violet


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page vii

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : La composition moyenne du biogaz 7

Tableau 2 : Les caractéristiques du biogaz 8

Tableau 3 : Equivalence du biogaz avec les autres combustibles 9

Tableau 4 : La teneur des substances inhibitrices 30

Tableau 5 : La composition chimique du tabac 42

Tableau 6 : Variation de la teneur en constituant selon le type de tabac 43

Tableau 7 : Les caractéristiques des goûts des cigarettes blondes 45

Tableau 8 : Récapitulation des valeurs obtenues des analyses du substrat 53

Tableau 9 : Les trois hypothèses de fermentation 55

Tableau 10 : Les résultats avec l’hypothèse n°1 56



Tableau 13 : Le temps de rétention, la productivité et le test des

hypothèses 63

Tableau 14 : La potentialité du site 65

Tableau 15 : Les formules pour dimensionner le digesteur 68

Tableau 16 : Les dimensions du digesteur 69

Tableau 17 : Les caractéristiques du générateur 73

Tableau 18 : L’investissement pour la construction du digesteur 79

Tableau 19 : Charges d’exploitation du biogaz 80

Tableau 20 : Détails du chiffre d’affaire de production de biogaz 80

Tableau 21 : Compte d’exploitation des activités de production de biogaz 81


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page viii

Tableau 22 : Indicateurs de rentabilité de production de biogaz 82

Tableau 23 : Les investissements liés au projet d’électrification 83

Tableau 24 : Détails des chiffres d’affaire de production d’électricité 83

Tableau 25 : Compte d’exploitation de conversion énergétique 84

Tableau 26 : Indicateurs de rentabilité en fin de la 3ème Année 85


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page ix

LISTE DES FIGURES :

Figure 1 : La réduction du CO2 en CH4 20

Figure 2 : Le processus de la fermentation méthanique 21

Figure 3 : L’influence de la température sur le temps de rétention 25

Figure 4 : Le digesteur CIEH 31

Figure 5 : La formulation d’une cigarette 47

Figure 6 : Evolution de la production journalière n°1 57

Figure 7 : Volume cumulé n°1 57





Figure 12 : Résultats après 30j de digestion 62

Figure 13 : Schéma du digesteur choisi 70

Figure 14 : Schéma des installations 72


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page x

LISTE DES PHOTOS

Photo 1 : Un agitateur 23

Photo 2 : Le tabac Virginie 36

Photo 3 : Le tabac d’Orient 36

Photo 4 : Le tabac Kentucky 36

Photo 5 : Le tabac Burley 36

Photo 6 : Le tabac Brun 36

Photo 7 : Le séchage au soleil 39

Photo 8 : Le séchage à l’air naturel 39

Photo 9 : Le séchage à l’air chaud 40

Photo 10 : Le séchage au feu 41

Photo 11 : Le déchet de tabac 48

Photo 12 : La poussière de tabac 50

Photo 13 : Les dispositifs expérimentaux 54

Photo 14 : Test de brûlage 64

Photo 15 : Le générateur fonctionnant au biogaz 73


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page xi

LISTE DES ANNEXES :

ANNEXE I : Sources de biomasse a-1-

ANNEXE II : Rapport C/N des divers déchets a-2-

ANNEXE III : Les autres procédés de fermentation a-4-

ANNEXE IV : Digesteurs de type Chinois et Indien a-5-

ANNEXE V : Digesteur Plug-flow a-6-

ANNEXE VI : Tabac reconstitué a-7-

ANNEXE VII : Teneur en humidité et en MS a-8-

ANNEXE VIII : Teneur en MV a-9-

ANNEXE IX : Mesure du carbone organique a-10-

ANNEXE X : Mesure de l’azote organique a-11-

ANNEXE XI : Détermination du taux de nicotine a-17-

ANNEXE XII : La construction du biodigesteur a-18-

ANNEXE XIII : Tarifs du prix de l’électricité de la JIRAMA a-19-

ANNEXE XIV : Détails des calculs financiers a-20-

ANNEXE XV : Adaptation du moteur diesel avec le biogaz a-25-

INTRODUCTION


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page 2

L’énergie est un des facteurs clés du développement. En effet, l’énergie

conditionne non seulement le développement de tous les secteurs de l’économie

et de la vie quotidienne : agriculture, industrie, éducation, distribution de l’eau,

santé … mais a également une influence sur l’orientation de ce développement.

La majorité des pays est actuellement durement confrontée à la contrainte

énergétique.

La production autonome de l’énergie est un des moyens permettant de

desserrer cette contrainte que ce soit dans le monde rural ou urbain, ou dans le

domaine domestique ou industriel.

Dans les PVD, l’électricité est fournie en grande quantité par les centrales

thermiques fonctionnant au gazole ou fioul lourd, dont les industries sont les gros

consommateurs. Ainsi, si le prix du baril de pétrole augmente, le prix de

l’électricité augmente aussi et affecte la production des diverses industries.

A Madagascar, la plupart des industries sont concentrées sur l’axe

TAMATAVE-ANTANANARIVO-ANTSIRABE. Ceci constitue la plus forte demande

en électricité. Pour combler le déficit des centrales hydro-électriques (Andekaleka,

Mandraka, Antelomita…), la JIRAMA vient de mettre en place des centrales

thermiques (Mandroseza et Ambohimanambola).

On assiste périodiquement à des coupures d’électricité à chaque

augmentation du prix de pétrole. Il est alors nécessaire de s’orienter vers les

énergies nouvelles et renouvelables comme : l’éolienne, le photovoltaïque, la

biomasse, l’hydroélectricité…

La Société X S.A utilise actuellement les déchets de tabac comme engrais,

mais est-ce la seule voie de valorisation ? C’est ainsi que nous avons été amené à

traiter le thème : « CONTRIBUTION A LA VALORISATION DE DECHETS DE

TABAC EN BIOGAZ »



Mais des questions se posent, à savoir :

Est-ce qu’on peut avoir du biogaz à partir de déchets de tabac ?

Est-ce que la nicotine présente dans le déchet, inhibe le processus de

fermentation ?

Pour cela, ce travail se divise en trois parties :

La première partie récapitule les connaissances bibliographiques sur

la technologie de fermentation anaérobie, puis sur le tabac et la

cigarette ;

Ensuite, l’étude expérimentale de production de biogaz à partir de

déchets de tabac et l’étude de préfaisabilité du projet soient

développés dans la deuxième partie ;

Enfin, la troisième et dernière partie traite l’évaluation économique et

l’approche environnementale du projet.

PARTIE I : ETUDES

BIBLIOGRAPHIQUES


RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery Arnaud Page4

Chapitre I : Le biogaz

I.1. Historique [5], [13], [21], [23], [24] :

Le père de la pile électrique, Volta, en 1776 à découvert que le gaz issu

des marais était combustible.

Mais, c’est en 1857 à Bombay en Inde, que la première installation destinée à

produire du gaz combustible à partir du fumier est mise en place.

En 1890, l’éclairage public de l’Angleterre fut alimenté par le gaz issu d’une station

d’épuration. A la fin du XIXe siècle, des fermenteurs rudimentaires apparurent

dans les zones côtières de la Chine du Sud. En 1920 Luo Guorui inventa et

construisit une citerne à biogaz d’une contenance de 8 m3.

Au milieu de la seconde guerre mondiale, les travaux de DUCHELIER et ISMAN

rendaient une application plus pratique, rationnelle et industrialisable de la filière

biogaz.

Les chocs pétroliers de la décennie 1970 ont entraînés de nombreuses

recherches sur la production de biogaz et sa valorisation. De nombreuses

installations ont été construites sur effluents industriels et sur effluents agricoles.

Le contre choc pétrolier a rendu obsolète la production de biogaz à des fins

énergétiques. C’est l’une des raisons de l’échec du « biogaz à la ferme » et de la

disparition de la centaine de digesteurs qui équipaient différents types d’élevages.

Au niveau industriel, la méthanisation a permis de répondre aux contraintes

environnementales de dépollution des effluents. Dans la plupart des cas les unités

de méthanisation ont continué à fonctionner pour dépolluer ; le biogaz est souvent

brûlé ou au pire, perdu à l’atmosphère.

Avec le contexte énergétique actuel, la valorisation du biogaz retrouve un intérêt

économique.

L’expérience en biogaz à Madagascar a commencé vers 1949, mais la

première unité pionnière, celle de Mahajanga fut constituée en 1921.



Une petite installation rustique réalisée par le Dr vétérinaire METZBERG,

chef de la circonscription vétérinaire d’Antsirabe, fonctionnait avec du gaz du

fumier issu de deux générateurs de service. Suite aux travaux menés par les

équipes de la cellule biogaz au CNRIT, depuis 1988, des installations de

production de biogaz sont opérationnelles dans plusieurs régions dont Behenjy,

Ambohidratrimo, Bevalala, Antsirabe, Toamasina, Tsiroanomandidy…

I.2. Définition [4], [9], [24] :

La biométhanisation, aussi appelée digestion anaérobie, fermentation

méthanique ou méthanisation consiste en la dégradation des MO par des

microorganismes. Cette dégradation conduit à la production du biométhane

oubiogaz lorsqu'elle survient dans un milieu clos dépourvu d'oxygène (à l'abri de

l'air) et sous certaines conditions et de résidu solide appelé digestat.

I.3. La composition du biogaz et ses caractéristiques [4], [9], [24] :

Le biogaz est un mélange gazeux composé essentiellement de méthane

combustible (50 à 90% suivant la nature des MO) et de gaz carbonique (inerte).

Le biométhane contient aussi d'autres gaz en faibles proportions tels que

l'hydrogène sulfuré (0,1 à 0,5%), l'azote (0,5 à 2%), l'hydrogène (1 à 3%), le

monoxyde de carbone (moins de 0,1%), le diazote, l'ammoniac, et d'autres

hydrocarbures de faible poids moléculaire.



Le tableau suivant résume la composition moyenne du biogaz :

Tableau 1 : La composition moyenne du biogaz

Gaz Concentration en %

Méthane (CH4) 50-90

Dioxyde carbone (CO2) 10-40

Dihydrogène (H2) 1-3

Diazote (N2) 0,5 - 2

Hydrogène sulfuré (H2S) 0,1 - 0,5

Monoxyde de carbone (CO) 0,0-0,1

Source : [24]

La présence conjointe d'eau et d'hydrogène confère au biométhane un

caractère corrosif important. Le méthane pur est inodore.

Lorsque le biométhane n'est pas soumis à une phase d'épuration, il a une odeur

caractéristique « d'œuf pourri ». Cette odeur gênante est due principalement à la

présence de l'hydrogène sulfuré (H2S).

Le rapport entre le méthane et le dioxyde de carbone varie selon :

la nature du substrat

et les conditions de digestion (température, procédés,…)

Selon la variation des deux composés majoritaires, on a attribué le nom de :

- biogaz pauvre : CH4 < 50% et CO2 > 50%

- biogaz moyen : CH4≈ 65% et CO2≈ 35%

- biogaz riche : CH4 ≥ 80% et CO2 ≤ 20%



Le tableau suivant donne la caractéristique du biogaz selon sa teneur en

méthane :

Tableau 2: Les caractéristiques du biogaz en fonction de sa teneur en

méthane

Biogaz Pauvre Moyen Riche

Masse volumique (ρ) 1,340 1,150 0,960

Densité par rapport à l’air (d) 1,040 0,895 0,745

PCI (KJ/Kg) 13,385 20,276 29,895

PCS (KJ/Kg) 17,937 23,318 28,699

Dosage stœchiométrique (ds) 0,218 0,144 0,098

Source : [21]

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est un paramètre important de

classification des combustibles. Il désigne la quantité de chaleur dégagée par la

combustion complète d'une quantité de combustible considéré.

Dans le biogaz, le méthane est le composant majoritaire :

PCI biométhane = teneur en méthane (en %) x PCI méthane,

A la pression atmosphérique :

PCI biométhane = % en méthane x 9,965 kWh / m3

A 20°C et à 10 kPa de pression, la solubilité du méthane est faible: uniquement

3m3 de CH4 peuvent être dissous dans 100m3 d'eau. La masse moléculaire du

méthane est de 16,04 g/mole.



I.4. Equivalence du biogaz avec les autres combustibles [33]:

Pour un biogaz moyen, le taux de méthane est de 60% :

Tableau 3: Equivalence du biogaz avec les autres combustibles

Combustibles 1m3 de biogaz Combustibles 1m3 de biogaz

Alcool 1,1 L Energie

électrique 6,2 KWh

Butane 0,2 m3 Essence 0,73 L

Bois 2,7 Kg Fuel 0,65 L

Carbure de

calcium 2 Kg Gaz de ville 1,3 m3

Charbon 0,820 Kg Gaz naturel 0,6 m3

Charbon de bois 1,240 Kg Propane 0,3 m3

Source : [33]

I.5. Les utilisations du biogaz [15], [25] :

Lorsque le biogaz est produit dans un digesteur, il en est captif et donc

facilement récupérable et valorisable. Ce n'est pas le cas des décharges à ciel

ouvert qui émettent spontanément du biogaz et le relâche dans l'atmosphère. Or,

le méthane est un gaz à effet de serre 25 fois plus "nocif" que le gaz carbonique.

Une fois le biogaz capté ou produit, autant le valoriser le plus efficacement

possible.

Différentes voies sont envisageables : chaleur seule, électricité seule,

cogénération, carburant automobile, injection dans le réseau de gaz naturel (dans

les pays développés).



I.5.1. La production de chaleur

Brûler du biogaz sous chaudière ou en four est la voie de valorisation la

plus ancienne, la mieux maîtrisée et la plus courante.

On utilise des brûleurs spéciaux adaptés à la combustion du biogaz, alimentés

avec une surpression supérieure ou égale à 300 mbar. Ces brûleurs, qu'on trouve

couramment sur le marché, ont des injecteurs de plus grand diamètre que les

brûleurs à gaz habituels et leur fonctionnement est moins souple. Mais le

problème le plus délicat est celui que posent les risques éventuels de corrosion

dus à la présence conjointe de vapeur d'eau, d'hydrogène sulfuré et de composés

organo-halogénés. Dans ce cas, il est indispensable de prévoir des canalisations

en PEHD et de protéger le surpresseur (aubages en inox, corps revêtu de

matériau inerte), ainsi que les purges, les compteurs et les brûleurs.

I.5.2. Le biogaz carburant :

Pour cette application, les spécifications de pureté du gaz sont beaucoup

plus sévères que pour les précédentes, puisque le biogaz utilisable comme

carburant doit contenir un minimum de 96% de méthane. Il faut en outre que le

point de rosée soit inférieur à -20°C, ce qui correspond à une teneur en eau

inférieure à 15 mg/Nm3. D'autres exigences sont à respecter : teneur en H2S

inférieure à 100 mg/Nm3, en huile inférieure à 70- 200 ppm, en hydrocarbures

liquides inférieure à 1 %, avec une taille de poussières limitée à 40 microns.

I.5.3. La production d’électricité :

Le biogaz, comme toute énergie, peut se transformer en électricité. Le

biogaz doit cependant comporter au moins 40% de méthane, et avoir un débit

minimum de 500 m3/heure. La production d'électricité peut être couplée avec celle

de chaleur dans le cas de cogénération.

Le pouvoir calorifique d'un mètre cube de biogaz épuré (après traitement,

évacuation de l'eau, de l'acide sulfuré...) est équivalent à celui d'un litre de fioul

domestique.



La production d'électricité seule ou en cogénération peut s'effectuer avec

une chaudière au biogaz, suivie d'une turbine à vapeur. Cette voie très classique

pose peu de problèmes techniques et les contraintes d'épuration du biogaz sont

celles que réclament les chaudières.

L'autre voie, explorée depuis quelques années, consiste à installer des

moteurs à gaz, soit à étincelles, soit dual-fuel. Ces derniers sont plus lents, plus

souples, plus durables, mais ils sont aussi environ deux fois plus chers ; les

moteurs exigent un biogaz contenant au moins 40% de méthane.

Les possibilités de valorisation du biogaz dépendent de la nature du

gisement et des débouchés pour l’énergie. Les centres de stockage de déchets

s’orientent majoritairement vers la production d’électricité seule du fait de

l’absence de débouchés thermiques locaux. Le biogaz issu d’effluents industriels

quant à lui, est très souvent utilisé directement pour les besoins de

l’établissement. La situation est plus contrastée pour les unités de méthanisation

des biodéchets ou des déjections d’élevage, qui ont plus fréquemment recours à

la cogénération.

I.5.4. Autres utilisations :

Les réfrigérateurs fonctionnant au pétrole peuvent être alimentés au biogaz,

en modifiant le diamètre du brûleur. Pour l’éclairage, le biogaz est brûlé dans les

lampes à manchons.

I.5.5. Le digestat :

Le digestat est le résidu de la fermentation méthanique. C’est une source

de matière organique non digéré comme la lignine, des matières minérales telles

que l’azote, le phosphore, le potassium et l’eau.

C’est un fertilisant car la fraction digéré organique est transformé en gaz et par-

contre la partie ligneuse contribue à la formation de l’humus.



I.6. Epuration du biogaz [10], [12], [21], [22], [29] :

Avant d’utiliser le biogaz, il est nécessaire de l’épurer ; soit par voies

physiques soit par voies chimiques.

Cette épuration élimine principalement le gaz carbonique (CO2) et le sulfure

d'hydrogène (H2S). Le gaz carbonique étant non combustible, le biométhane non

épuré est moins calorigène (18 à 25MJ/m3 selon la proportion de CO2) que le CH4

épuré (35,5 MJ/m3). L'élimination du gaz carbonique permet également de

diminuer le volume de stockage du gaz. L'élimination des composés sulfurés,

surtout le sulfure d'hydrogène (H2S), permet une désodorisation du biométhane

qui ne sent plus l'œuf pourri. De plus, les risques de corrosion des métaux sont

réduits.

I.6.1. La biofiltration :

Cette technique met en jeu une dégradation biologique par des micro-

organismes aérobies fixés sur un support poreux. Mais elle n'est pas du tout

appropriée parce qu'elle entraine à la fois une dégradation de l'hydrogène sulfuré

et du méthane.

I.6.2. L’adsorption :

Cette technique qui est simple à mettre en place, permet un transfert de la

phase gazeuse vers la surface solide d'un adsorbant. Sa maintenance est facile.

Mais elle exige un remplacement de l'adsorbant après chaque opération et un

traitement minutieux de l'adsorbant usagé.

I.6.3. L’absorption :

L'épuration s'effectue par l'intermédiaire d'un transfert entre la phase

gazeuse (le biogaz) et une phase liquide (la solution aqueuse). La phase liquide

peut être soit une solution au chlorure de calcium (CaCl2), soit une solution de

soude (NaOH), soit simplement une solution d'eau (H2O). L'élimination est rendue

possible puisque le gaz carbonique (CO2) est très soluble (878 cm3 /L à 20°C) au

contraire du méthane (CH4) (34 cm3 /L à 20°C).



L'hydrogène sulfuré (H2S) est encore plus soluble que le CO2. Cette

technique est très courante, cependant elle exige un traitement de l'effluent

liquide.

I.6.4. L’épuration par circulation du biométhane sur une

masse de limaille de fer :

L'hydrogène sulfuré (H2S) est piégé par passage du gaz sur de la limaille de

fer (monoxyde de fer: FeO ou trioxyde de fer : Fe2O3) selon les réactions

chimiques suivantes :

Epuration :

Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O

Régénération :

2Fe2S3 + 3O2 2Fe2O3 + 3S2

Un volume d'au moins 0,0352 m3 de limaille de fer permet d'éliminer 3,7 kg

de sulfure.

Durant la phase d'épuration, à une teneur d'environ 0,2 % d'hydrogène

sulfuré (H2S) présent dans le biométhane, ce même volume de fer permet

d'éliminer tout l'hydrogène sulfuré dans un volume d'environ 2500 m3 de

biométhane. Durant la phase de régénération, cette limaille de fer est exposée à

l'air afin de décomposer le sulfure de fer (Fe2S3) formé en oxyde de fer (Fe2O3) et

en sulfure élémentaire (S2). Cette technique est simple à mettre en place mais

présente des problèmes de sécurité et de saturation du produit ferreux.

Des récentes études montrent que le fer peut être remplacé par ses

minerais naturels comme l’Ankaratrite, à teneur en Fe2O3 de 28,62%.



I.6.5. La cryo-condensation :

L'épuration se fait par transformation des composés volatils en liquide ou

solide suite à un refroidissement du gaz (abaissement de la température). Cette

technique est lourde à mettre en place.

I.6.6. La séparation membranaire :

Le biométhane est séparé de ses impuretés par circulation à travers une

membrane poreuse. Cette technique a l'avantage d'être propre, simple et

compact.

I.6.7. La condensation le long de la conduite :

Cette technique permet de séparer la vapeur d’eau, mais aussi les

particules et la sulfure d’hydrogène H2S piégés dans les condensats.

Il s’agit de la technique d’élimination de l’eau la plus simple : l’eau se

condense lors du transport du biogaz dans les tuyaux avec une pente de 1 %.

Des séparateurs diphasiques (pots à condensats) doivent être placés en

chaque point bas de la tuyauterie pour récupérer les condensats.

Les vidanges et l’entretien des conduites et des séparateurs doivent être

faits régulièrement.



Chapitre II : Le processus microbiologique de la

biométhanisation

II.1. Métabolisme de fermentation méthanique [1], [2], [3], [9], [10], [28],

[29] :

La production du biogaz se déroule suivant des processus microbiologiques

et biochimiques complexes.

Les MO contiennent principalement des glucides, des lipides, des protéines

auxquels s'ajoutent des composés plus ou moins dégradables comme la lignine.

Ces éléments possèdent des teneurs variables en Carbone (C), en Hydrogène

(H), en Oxygène (O), en azote (N) dont dépendent directement la quantité et la

composition du biométhane.

Le processus microbiologique de la production de biométhane peut se résumer en

quatre (4) étapes : l'hydrolyse, l'acidogenèse, l'acetogenèse, la methanogenèse.

Durant tout ce processus, des bactéries spécifiques interviennent à chaque étape,

exactement comme pour la digestion des aliments.

II.1.1. Etape 1 : Hydrolyse

La première étape est l’hydrolyse de la matière organique, présente sous

forme de grosses molécules, solubles ou non, comme les protéines, les graisses,

les polysaccharides (cellulose, amidon).

Ces polymères sont tout d’abord cassés en monomères, briques élémentaires de

la matière organique comme les acides aminés, les acides gras et les sucres

simples.

Les bactéries impliquées dans la phase d’hydrolyse sont abondantes dans la

nature mais elles ne constituent pas un groupe homogène.

Les bactéries hydrolytiques telles que les bactéries cellulolytiques, protéolytiques,

lipolytiques, peuvent être anaérobies stricts ou facultatifs et elles sont sensibles à

la variation du pH du milieu fermentaire. Ces bactéries sécrètent toutes les

enzymes utilisées pendant le métabolisme réactionnel de l’étape hydrolytique. Le

pH d’activité optimale de leurs enzymes se situe autour de 7,4.



Parmi ces bactéries il y a : Bacteroïdes sp, Ruminococcus sp, Clostridium

thermocellum.

C’est l’étape la plus longue et limitante du processus de biométhanisation.

Hydrolyse des glucides :

Les glucides simples sont faciles à digérer et à transformer par l’action des

bactéries hydrolytiques. Les glucides complexes sont difficiles à hydrolyser à

cause des liaisons osidiques. Cependant, les composés cellulosiques constituent

l’essentiel de la matière organique de fermentation méthanique.

Pour dégrader la cellulose, les bactéries excrètent essentiellement deux sortes

d’enzymes: l’endo-β-1,4glucanases et l’exo-β-1,4glucanases. Ces enzymes

dépolymérisent la cellulose et la transforment en glucose, cellobiose et dextrine.

Lorsque les produits d’hydrolyse de la cellulose s’accumulent, l’activité des

cellulases est inhibée à cause de la variation brusque du pH du milieu fermentaire.

Alors, pour un substrat riche en cellulose, l’étape hydrolytique constitue souvent le

premier facteur limitant de la fermentation méthanique. La cellulose peut être

protégée par la lignine, qui limite alors son accessibilité par les cellulases. Donc,

plus un substrat est riche en lignine, moins elle est biodégradable.

La faible performance des cellulases en anaérobiose et les températures

basses peuvent aussi affecter significativement l’étape hydrolytique.

Hydrolyse des protides :

Les protides sont des composés organiques portant des atomes d’azote.

Les protéines sont dégradées en peptides puis en acides aminés qui sont

essentiellement utilisés pour la synthèse cellulaire.

L’excédent d’aminoacides est métabolisé par désamination avec production

d’acides organiques, de CO2 et de NH3.



Hydrolyse des lipides :

Les composés lipidiques dans les bioréacteurs sont le plus souvent sous

forme de triglycérides. Sous l’action des lipases exocellulaires bactériennes, les

lipides sont hydrolysés en acides gras à longues chaînes et glycérol.

Les acides gras libérés par les lipases sont ainsi dégradés par voie acétogène

couplée à la production obligée d’hydrogène.

L’activité optimale des lipases se situe autour du pH neutre. En milieu acide,

l’activité lipolytique des bactéries anaérobies strictes ou facultatives disparaît.

II.1.2. Etape 2 : Acidogenèse

Lors de cette phase, les bactéries fermentaires transforment les matières

organiques simples (monomères) issues de l’étape hydrolytique en AGV (acétate,

propionate, butyrate…), en acides organiques (lactate, succinate…), en alcools

(méthanol, éthanol…), en gaz carbonique et hydrogène.

L’acidogénèse est une étape rapide.

Cette dégradation de la matière organique complexe est souvent une étape

freinant le processus global de biométhanisation, en particulier dans le cas de

déchets solides ou en suspension, difficilement hydrolysables.

Les bactéries impliquées dans l’acidogénèse sont les plus acidophiles des

microorganismes de la digestion anaérobie pouvant se développer jusqu’à pH 5.

Les bactéries acidogènes constituent des groupes physiologiques variés.

Elles sont généralement anaérobies strictes, surtout les genres Clostridium

mais elles peuvent être aéro-anaérobies facultatives pour certaines, comme les

Streptocoques et les Entérobactéries.

Ce sont, de loin, les organismes les plus connus et les plus facilement

isolables et identifiables en culture pure. Elles comprennent alors des formes en

bâtonnets, Gram négatives, mobiles, sporulées (Clostridium) ou non sporulées

(bifido-bacterium).



Les bactéries acidogènes appartiennent à des familles très différentes selon

les niches écologiques où elles ont été isolées. Ainsi, les bactéries de la famille

des entérobactéries sont dominantes dans les lisiers de porc, d’autres appartenant

aux genres Peptostreptococcus, Propionibacterium, Micrococcus et

Clostridium sont couramment isolées dans les digesteurs.

La majorité des recherches sur le métabolisme, la biochimie et la génétique

des bactéries ont été réalisées en utilisant cette classe de bactérie acidogène.

II.1.3. Etape 3 : Acétogenèse

Les bactéries acétogènes transforment les divers acides et autres

produits issus de l’étape précédente en précurseurs directs du méthane: acide

acétique CH3COOH, dioxyde de carbone CO2 et dihydrogène H2. Cependant,

l’acétate occupe une place importante dans la digestion anaérobique de la MO. Il

est produit principalement par la fermentation des sucres tels que le fructose ou le

glucose et aussi synthétisé à partir de l’hydrogène H2 et le dioxyde de carbone

CO2 par les bactéries homoacétogènes. D’ailleurs, il y a aussi de l’acétate qui est

synthétisé à partir des métabolites réduits (lactate, butyrate, propionate,

éthanol….) des étapes précédentes par les bactéries acétogènes dites

syntrophiques. Voici les réactions de transformation de l’acétate à partir de :

Ethanol: 2CH3-CH2OH + CO2 → CH4 + 2CH3COOH

Propionate: 4CH3-CH2-COOH + 2H2O → 3CH4 + CO2 + 4CH3-COOH

Butyrate: 2CH3-(CH2)2-COOH + 2H2O + CO2 → 4CH3-COOH + CH4

Toutes ces réactions permettent d’éviter une accumulation des AGV, lesquels à

des concentrations trop élevées, deviennent des inhibiteurs de la méthanogenèse.

Cette phase est réalisée par les bactéries acétogènes comme Pelobacter,

carbinolicus, Synthrophobacter wolinii, Synthrophomonas wolfei,

Clostridium thermoaceticum, Clostridium jormicoaceticum, Methanobacillus

omelianskii, Desulfovibrio ...



Le métabolisme de ces bactéries n'est cependant possible que si l'hydrogène (H2)

produit (y compris celui de l'acidogénèse) est éliminé au fur et à mesure.

Par contre, la pression partielle du milieu en hydrogène (H2) doit toujours être

comprise entre 10 -6 atm et 10-4 atm (10-6 atm. < Pression d'hydrogène < 10 - 4

atm) car il faut un minimum d'hydrogène pour réaliser la réduction du gaz

carbonique en méthane.

II.1.4. Etape 4 : Méthanogenèse

A cette dernière étape, l'hydrogène est normalement utilisé par les

bactéries méthanogènes hydrogénophiles (Methanobrevibacter et

Methanobacterium etc.) pour réduire le CO2 en CH4 tandis que l'acétate est

transformé par les bactéries méthanogènes acétoclastes (Methanosarcina,

Methanococcus, Methanosaetaetc.) en CH4.

La synthèse du méthane à partir de la réduction d’hydrogène et de gaz carbonique

est réalisée par la plupart des bactéries méthanogènes. Environ 30% du méthane

produit par un digesteur provient de cette réduction. Certaines espèces sont

incapables de réaliser cette réaction mais elles synthétisent du méthane à partir

de l’acétate. Dans les digesteurs ,70% du méthane produit proviennent de

l’acétate. Le formate est aussi un substrat important de la flore méthanogène.

Environ 50% des microorganismes producteurs de méthane peuvent l’utiliser pour

croître.

Voici les réactions de synthèse de méthane à partir de :

Hydrogène et gaz carbonique : CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

Acétate: CH3COOH → CH4 + CO2

Formiate: 2HCOOH → CH4 + CO2

4HCOOH + CO2 → CH4 + 4CO2 + 2H2O

Aussi d'autres voies intermédiaires de production de méthane se produisent

simultanément. Il faut rappeler que toutes les bactéries méthanogènes vivent en

milieu dépourvu strictement d'air et ont besoin d'une quantité spécifique d'azote.



La réduction du CO2 :

La réduction du CO2 par l’hydrogène H2 implique un formyle-

méthanofurane, un coenzyme M et un équipement enzymatique qui n’est pas

parfaitement élucidé.

La première étape de la réduction du CO2 est la formation du méthyle-coenzyme

M en présence d’ATP, de Mg2+ et d’hydrogène H2 avec le cobalamine (vitamine

B12). La réduction de ce complexe, catalysée par la méthyle-coenzyme M-

réductase, produit une molécule de méthane.

La figure suivante montre la réduction du CO2 en méthane CH4 :

Figure 1: La réduction du CO2 en CH4

Source : [7]

La décarboxylation de l’acétate :

Le méthane produit à partir de l’acétate provient exclusivement du

groupe méthyle. La décarboxylation de l’acétate en méthane fait intervenir la CO-

déshydrogénase, l’acétylcoenzyme A et le coenzyme M. La conversion de

l’acétate en méthane nécessite une faible pression partielle d’H2 et elle est

stimulée par la présence de CO2 dans le milieu fermentaire.

La réaction se résume ainsi :

CH3COOH CH4 + CO2



La figure suivante résume la fermentation méthanique :

Figure 2: Le processus de la fermentation méthanique

Acid

ogén

èse

Acet

ogen

èse

Mét

hano

genè

se

CH4 + CO2 (Biogaz)

digestat

Acétate CO2+ H2

Bactéries acétogènes

Bactéries méthanogènes

Hydrogénophiles

Bactéries méthanogènes Acétoclastes

70% 30%

75% Composés neutres :

Alcools, aldéhydes, glycérol

AGV : formiate, acétate… Acides organiques : lactate, succinate…

Bactéries fermentatives

MO insolubles

Bactéries hydrolytiques

Composés organiques

solubles

5% 20%

Hyd

roly

se



II.2. Les conditions nécessaires à la fermentation méthanique [4],

[7], [13], [14], [19]:

La production de biométhane exige un milieu anaérobiose, une certaine

concentration en ammoniac et un rapport C/N optimal. Elle exige aussi des

conditions particulières de température et de potentiel d'oxydoréduction, de pH et

une absence de substances inhibitrices.

II.2.1. Condition anaérobiose et potentiel d’oxydoréduction

L'anaérobiose est une condition sine qua non au développement, à la reproduction

et au métabolisme des bactéries méthanogènes. La production de méthane n'est

possible que dans un milieu strictement dépourvu d'oxygène.

La décomposition des matières organiques en présence d'oxygène produit par

contre du dioxyde de carbone ; il est donc primordial que le milieu de fermentation

des substrats soit à l'abri de l'air et de l'eau ou eau de pluie (fortement oxygéné),

car même de simples traces de dioxygène dans le milieu vont tuer les bactéries

méthanogènes.

Le potentiel d'oxydoréduction du milieu doit être de l'ordre de - 300 mV.

II.2.2. L'agitation des substrats dans le digesteur

L'agitation n'est pas nécessaire pour que la fermentation méthanique s'installe ;

néanmoins, elle permet d'homogénéiser les conditions du milieu et de maîtriser le

transfert des matières. Aussi elle évite la formation non contrôlée des volumes

morts et des court-circuits à l'intérieur du réacteur.

D'une part, elle optimise l'instauration et le réensemencement de la flore

microbienne anaérobie. D'autre part, elle assure une multiplication des contacts

entre le substrat à digérer et la flore microbienne fixée.

Elle évite les sédimentations incontrôlées responsables de la diminution du

volume utile du réacteur. Enfin, elle favorise les transferts thermiques, ioniques et

métaboliques ; en particulier elle facilite la dégazéification des boues en

accélérant la coalescence des bulles produites à la surface des agrégats de

matière organique et de micro-organismes.



Toutefois, l’agitation peut s'effectuer manuellement, par des équipements

mécaniques, ou hydrauliques ou encore par recirculation d'une partie du

biométhane. La photo suivante donne la vue à l’intérieure d’un digesteur muni d’un

agitateur :

Photo 1: Un agitateur

Source : [35]

II.2.3. La température des substrats dans le digesteur

La production biologique de méthane est optimale dans trois régimes de

température :

Haute température ou digestion thermophile : [45°C à 65°C] ;

Moyenne température ou digestion mésophile : [25°C à 45°C];

Température normale ou digestion psychrophile : [15°C à

25°C].

Si le climat est défavorable, les réacteurs peuvent nécessiter un chauffage.

L'apport de chaleur dans la cuve de fermentation est très important car elle va

contribuer à stimuler l'activité des micro-organismes, à stériliser le substrat

(destruction d'agents pathogènes nocifs), à améliorer la biodégradabilité des

matières organiques, donc à accélérer la fermentation méthanique et la production

de biométhane. Il est nécessaire de tenir compte des données météorologiques

de la région.



Le chauffage se réalise avec l'emploi d'un échangeur de chaleur externe

ou interne; par circulation d'eau chaude dans une jaquette périphérique, soit par

une paroi chauffante ou soit par un serpentin immergé dans le fermenteur ou toute

autre technique adéquate. En plus, la conservation de la chaleur au sein des

digesteurs requiert une isolation thermique convenable.

L'isolation permet de maintenir une température relativement stable parce qu'un

brusque changement de température supérieur à 3°C peut bloquer la production

de biométhane.

Les matériaux d'isolation peuvent être d'origine synthétique (polyuréthane

expansé, polystyrène expansé ou extrudé, etc.) ou d'origine naturelle (laine de

verre, laine de roche, terre, argile granulaire expansée, venniculite. etc.).

La digestion thermophile :

La haute température accélère la dégradation des matières organiques

par les microorganismes et conduit à la production de gros volumes de

biométhane. Dans ce cas, le temps de séjour des substrats est moins long, en

moyenne 3 à 6 jours et de ce fait la cuve de fermentation peut avoir un volume

réduit par rapport à d'autres types de cuves. Par contre, ce digesteur consomme

parfois beaucoup plus d'énergie pour maintenir la température de fonctionnement

requise et peut être plus sensible aux variations de températures. Mais Il n'en

reste pas moins qu'ils éliminent plus efficacement les organismes pathogènes.

La digestion mésophile :

Du fait que les systèmes mésophiles opèrent à des températures plus

basses, les microorganismes sont plus lents à dégrader les matières organiques,

ce qui se traduit par un temps de séjour en digesteur plus long: de 15 à 20 jours

ou plus. Par contre, les systèmes mésophiles semblent plus robustes par rapport

aux variations de températures.

La digestion psychrophile :

Ces systèmes sont très stables et faciles à gérer. Toutefois, ils sont

moins attrayants parce que le rendement net en termes de production de

biométhane et d'élimination des agents pathogènes semble moins grand que celui

des autres systèmes.



La figure ci-dessous montre l’influence de la température sur le temps de

rétention :

Figure 3: L'influence de la température sur le temps de rétention

Source : [36]

II.2.4. Le potentiel hydrogène :

Le milieu de fermentation méthanique exige un pH neutre ou légèrement

alcalin. Le pH idéal se situe entre 7 et 8,5. Cette plage favorise une croissance

optimum des microorganismes. Aussi, si le pouvoir tampon du milieu en

fermentation est insuffisant, il peut résulter une acidification du milieu par

accumulation d'acides gras volatils.

Cette acidification bloque la production de méthane. Pour un déroulement normal

du processus de fermentation, la concentration en acide volatil mesuré par l'acide

acétique doit être inférieure à 2000 ppm.

II.2.5. La teneur en matière sèche ou MS :

Les matières premières doivent renfermer au moins 10% de Matière Sèche

(M.S.), et cela est possible grâce à l'apport de matières organiques riches en

matières grasses (graisses végétales, tontes de pelouses, déchets végétaux,

etc.). L'apport de celles-ci va non seulement favoriser la production de méthane et

de surcroît réduire la teneur en soufre du biométhane.



II.2.6. Le rapport C/N des matières organiques :

Les matières premières doivent comporter des teneurs spécifiques en

carbone, en azote et en sels minéraux. Le rapport carbone/ azote (C/N) est un

paramètre très important et Il doit se maintenir au niveau optimum de 30/1; c'est-à-

dire 30 parties de carbone par partie d'azote, et il ne doit jamais être supérieur à

35/1.

Si le rapport C/N devient élevé, la production de biométhane se réduit à

cause du manque d’azote, aussi si ce rapport est trop bas, la quantité excessive

d'ammoniac peut devenir toxique à la survie des microorganismes anaérobies.

Ce rapport varie également selon le type de déchet organique (Annexe II).

Alors pour optimiser la production de biométhane, il est nécessaire que les

matières premières pauvres en carbone soient combinées avec les matières

riches en azote, et vice-versa afin de conserver un rapport C/N adéquat.

Quel que soit le type de déchet organique pris isolément, il n'est pas

capable de respecter tous les critères. C'est pour cette raison que pour optimiser

la production de biométhane, il serait intéressant de pratiquer une co-digestion

c'est-à-dire l'apport d'autres déchets organiques (tels que des déchets

domestiques, des déchets de jardin, du fumier de bovin, du fumier de cheval etc.

qui sont largement disponibles).

II.2.7. Taux de Charges en matières organiques

Il est important d'ajuster correctement la quantité de matières organiques

introduite dans le digesteur. S'il y a une surcharge du digesteur, il se produit très

rapidement une accumulation d'acides organiques qui inhibe la méthanogenèse,

alors la digestion se limite simplement à l'acidification des substrats. Le taux de

charge peut être calculé exactement et il dépend du débit volumique de l'influent,

de la charge initiale et du volume utile du digesteur.



II.2.8. Taux de dilution des matières premières dans l’eau :

Le mélange de produits organiques admis dans le digesteur doit être sous

forme pâteuse (boue) et homogène avec une concentration de 1 kg de matière

organique par litre d'eau (1 kg de M.O. / 1L d'eau), ou bien avec une teneur en

eau telle que le poids de l'eau représente 90% du poids des matières premières

solides. L'excès, ou le défaut d'eau sont également préjudiciables, car un excès

d'eau entraîne la chute de la production par unité de volume dans la cuve de

fermentation, à l'inverse un manque d'eau provoque l'accumulation d'acide

acétique, et peut freiner le processus de la biométhanisation.

II.2.9. Durée d'un cycle de production de biométhane :

Dans la réalité, les différentes étapes de la biométhanisation (hydrolyse,

acidogénèse, acetogenèse et méthanogenèse) peuvent se chevaucher et la durée

de chaque étape reste difficile à estimer par une analyse analytique, encore moins

le temps de séjour des matières dans le digesteur ou bien la durée d'un cycle de

transformation des matières organiques en biométhane. Toutefois, le temps de

séjour dépend du type de digesteur, du taux de biodégradabilité des matières

organiques, du procédé adopté (discontinu ou continu), de la température de

fonctionnement. Il dépend aussi des objectifs que l'on se donne, soit une

productivité maximale en méthane, soit une conversion complète du carbone

organique et stabilisation des boues digérées. Certaines données empiriques

indiquent les temps de séjour (durée d'un cycle) de biométhanisation :

A titre indicatif, la durée de mise en route d'un cycle mésophile (en

moyenne à 35°C) varie entre cinq et six semaines. Tout ce temps permet de

récupérer 80% du méthane potentiel. Dès sa mise en route, la méthanisation

continue aussi longtemps que les matières organiques sont chargées dans le

digesteur.

Néanmoins, ce cycle peut être considérablement raccourci soit en

pratiquant une pré-fermentation aérobie, soit en inoculant avec des boues

digérées, soit en utilisant un procédé continu ou en fonctionnant avec un digesteur



thermophile. Par ailleurs, il faut noter que pour un digesteur mésophile, l'on ne

peut pas descendre en dessous de 7 à 10 jours.

Egalement, la biométhanisation mésophile (25°C à 45°C) d'un lisier de

bovins contenant 10 % de matière sèche peut se réaliser en 20 jours.

Cependant, une biométhanisation thermophile (45°C à 65°C) nécessite

seulement 3 à 6 jours si la matière sèche est comprise entre 6 et 12%.

II.2.10. Emploi de levains ou inoculum (ensemencement) et

prétraitement des substrats :

La toute première mise en route d'un procédé de biométhanisation peut être

extrêmement longue (plusieurs semaines pour les digesteurs mésophiles, et plus

pour les digesteurs psychrophiles). Ce long temps de latence peut s'expliquer par

des taux de croissance très faibles des bactéries méthanogènes et qui de surcroît,

sont substituées par des bactéries fermentaires productrices de gaz carbonique,

d'hydrogène et d'acétates. Afin de réduire ce temps non productif, il s'avère

judicieux d'introduire des levains dans les matières organiques fraiches avant leur

admission dans le digesteur. Ces levains peuvent être du digestat collecté au

niveau de digesteurs déjà en activité.

Par ailleurs, pour améliorer la production de biométhane, un prétraitement

thermique des matières organiques avant l'admission dans le digesteur est utile.

Ce prétraitement permet d'augmenter la biodégradabilité des fractions résistantes

telles que les composés lignocellulosiques.

Les meilleurs résultats peuvent s'obtenir par chauffage d'une heure, à 130°C en

milieu acide (pH= 1) ou à 200°C en milieu alcalin (pH = 13).

Le premier cas entraine une solubilisation maximale de la cellulose libre ou liée; le

second cas entraine quant à lui une solubilisation maximale de la lignine.

Toutefois cette méthode peut nécessiter des dépenses énergétiques importantes

tant en produits chimiques qu'en chauffage.



II.2.11. L'élimination des substances inhibitrices à la

biométhanisation

L'absence de substances inhibitrices à la fermentation est de rigueur.

L'utilisation massive d'antibiotiques ou de certains oligo-éléments dans

l'alimentation animale n'est pas favorable à la synthèse du biométhane.

Egalement, l'excès de sels conduisant à une conductivité élevée ou la présence

de certains métaux lourds toxiques cause des dysfonctionnements dans le

processus de biométhanisation.

Par exemple, la présence de sulfate (SO42-) au-delà de la concentration

admissible dans le milieu peut modifier le flux du substrat disponible pour les

bactéries méthanogènes.

En effet, des bactéries sulfato-réducteurs peuvent oxyder une partie du substrat

(principalement par l'intermédiaire de l'hydrogène H2) en utilisant le sulfate (SO42-)

comme accepteur d'électrons, et dans une telle situation, le substrat est converti

en sulfure (S 2-) plutôt qu'en méthane, surtout si le pH du milieu est acide.

Egalement, l'azote ammoniacal (NH3) peut être quant à lui un facteur de

stimulation biochimique à faible concentration, mais devient gravement inhibiteur

de la méthanogénèse au-delà de 3g/L (rapport C/N). Même si certaines

expériences mettent en évidence une adaptation des micro-organismes jusqu'à 5

g/L d'azote ammoniacal et qu'il semble que ce soit la forme non ionisée qui soit

toxique. En somme, toutes ces substances doivent être totalement absentes, ou

diluées par addition d'eau.



Le tableau suivant donne la teneur des substances inhibitrices :

Tableau 4: la teneur des substances inhibitrices

Ion sulfate SO42- 5000 ppm

Ammoniac NH3 1500-3000 mg/L

Chlorure de sodium NaCl 40000 ppm

Cuivre Cu 100 mg/L

Chrome Cr 200 mg/L

Nickel Ni 200-500 mg/L

Cyanure CN- moins de 25 mg/L

ABS (détergent) 20-40 ppm

Sodium Na 3500-5500 mg/L

Potassium K 2500-4500 mg/L

Calcium Ca 2500-4500 mg/L

Magnésium Mg 1000-1500 mg/L

Source : [36]



Chapitre III : Les procédés de biométhanisation

Selon le mode de chargement et de déchargement du substrat, il y a:

Le procédé discontinu

Le procédé continu

III.1. Le procédé discontinu [1], [13], [19] :

Dans cette gamme, ils existent 2 principaux types de digesteur :

o Le réacteur Ducellier-Isman ;

o Le digesteur du CIEH ou «puits»;

Dans un procédé discontinu, le digesteur est chargé en une seule fois et vidé

lorsque la production de biogaz cesse, suite à l’épuisement des matières

organiques biodégradables. Ces systèmes conviennent bien pour traiter des

déchets solides, jusqu’à 15% de matière sèche totale, comme les fumiers, les

résidus agricoles ou les ordures ménagères.

Ce sont des digesteurs rustiques, qui ont l’avantage d’une grande simplicité

technique et dont le contenu n’est pas obligatoirement chauffé ni mélangé, mais

leur productivité en biogaz reste faible et variable au cours du temps.

Ci-dessous, la figure d’un digesteur type CIEH

Figure 4 : Le digesteur CIEH

Source : [36]



Dans les grandes installations, la production de biogaz est assurée par plusieurs

cuves en parallèle.

III.2. Le procédé continu [1], [13], [19]:

L’alimentation en substrat se fait sans interruption ou d’une manière

périodique. Dans ce cas, le substrat est introduit de manière continue, le volume

du milieu restant constant et la partie digérée étant évacuée au fur et à mesure de

l’introduction du substrat dans le digesteur. La production de gaz est régulière.

Il est destiné à des substrats de concentration en matière sèche inférieure à 10 %.

Il est préférable d’adopter ce procédé pour les déchets liquides comme les boues

de STEP.

Le temps de séjour optimal du substrat est de 10 jours dans la zone mésophile.

Ce système devra être contrôlé rigoureusement pour éviter la formation de croûte

et des poches acides.

III.3. Les autres procédés [13], [35]:

D’autres procédés ont vu le jour pendant le passage du discontinu au continu, tel

que :

Le système bi-étagé est établi en fonction des phases de la fermentation

méthanique. Le fermenteur est composé de deux étages, l’un fonctionnant

pour l’acidogenèse et l’autre pour la méthanogenèse (Annexe III);

Le fermenteur à écoulement en piston est composé d’entités isolées les

unes des autres. Chaque entité se comporte comme un réacteur

discontinu. Le fluide réactionnel subit une transformation continue le long

de son cheminement dans le réacteur. En d’autres termes, il existe un

gradient de concentration tout le long du réacteur (Annexe III);

Le fermenteur à filtre anaérobie est associé à un procédé consistant à

placer dans le fermenteur des supports solides pour la rétention des

microorganismes (Annexe III);



Le fermenteur à lit de boue expansée UASB associe un décanteur qui

récupère les microorganismes qui se sont agglomérés en flocons (Annexe

III).

III.4. Les biodigesteurs [24], [27], [34]:

Un biodigesteur est le réacteur où il y a lieu le processus de

biométhanisation.Le réacteur peut être en dur, en métal ou en plastique …

Pour les digesteurs continus ; ils sont munis de canaux d’entrée et de sortie du

substrat, d’un mélangeur mécanique ou recirculation d’une partie de gaz (si

nécessaire), d’un chauffage interne (par contact avec des faisceaux tubulaires),

d’un gazomètre qui sert à stocker le gaz (en tôle ou en plastique).

Ils existent plusieurs modèles de digesteurs selon le mode d’alimentation, la

nature du substrat, le climat, le budget …

III.4.1. Le modèle chinois ou dôme fixe (Annexe IV) :

Vulgarisé en Chine, il est constitué d’une partie inférieure cylindrique et

d’une partie supérieure sous forme de voûte sphérique ou hémisphérique pour le

stockage du gaz. Il est fait en béton ou en brique cuite induite : une durée de vie

assez longue ; le coût est modéré et le problème de corrosion est remédié.

Son installation est souterraine, ce qui est préférable pour les régions froides.

Le problème se situe au niveau du stockage du gaz qui tend à fissurer la paroi en

cas de surpression.

III.4.2. Le modèle indien ou cloche flottante (Annexe IV) :

L’installation est composée d’un digesteur cylindrique enterré fait en brique

recouverte de ciment, et d’un gazomètre mobile métallique ou en ferrociment ou

en plastique renforcé.

Le mouvement du gazomètre témoigne de l’existence de gaz et en fonction

de la consommation, ceci a pour avantage de briser les croûtes superficielles.

Le gazomètre n’est pas isolé thermiquement, la variation brusque de la

température risquerait d’inhiber la méthanisation.



III.4.3. Le digesteur hybride indo-chinois :

Le modèle associe les avantages des deux digesteurs précédents.

Le digesteur est un dôme fixe muni d’un gazomètre qui flotte sur une fosse

de compensation ou sur une fosse séparée ou sur un joint hydraulique au-dessus

du dôme. La surpression dans le réacteur est supprimée.

III.4.4. Le digesteur Plug-flow (Annexe V) :

C’est un digesteur à basse pression du fait de sa conception : un diamètre

de la fosse normalement large et assez profonde, couverte d’une membrane en

plastique ou en caoutchouc et quelque fois munie à la partie supérieure d’un

ballon souple en bâche plastifiée pour récupérer et stocker le gaz. La paroi est en

brique.

Parfois très volumineux (jusqu’en millier de mètre cube), et alimenté de

façon continue ou semi-continue, il digère des substrats solides à teneur en MS

élevée comme le substrat pailleux, les ordures ménagères, les déchets urbains…

Une ouverture hydraulique d’entrée et de sortie assez grande est construite

sous le réacteur. Sa durée de vie est relativement courte (10 ans maximum).

III.4.5. Le digesteur en ballon plastique :

Le réacteur est en plastique (PVC ou RMP, résistent aux UV) à moitié

enterré et cylindrique. Il convient bien aux substrats liquides et fonctionne en

continu, le gaz est stocké au-dessus ou dans un autre ballon plastique.

Le digesteur est sensible à la variation de la température, la détérioration du

plastique limite sa durée de vie.



Chapitre IV : Le tabac

IV.1. Etude botanique [11], [18], [32], [33]:

Le mot «tabac» désigne à la fois la plante cultivée pour ses feuilles et les

produits manufacturés issus de leur transformation. Le tabac, dont le genre

botanique, Nicotiana, fut nommé en 1735 par Linné, appartient à la famille des

Solanacées. C'est une plante rudérale (qui aime les décombres) originaire

d'Amérique du Sud. Le genre Nicotianacomporte une cinquantaine d'espèces, le

plus souvent annuelles, dont la taille va de 25 cm à 5 m de haut. Les tabacs

cultivés, hybrides issus de sélections, sont inconnus à l'état sauvage. Il en existe

deux espèces principales, Nicotiana tabacumet Nicotiana rustica.

Nicotiana tabacum, le tabac de Virginie, est une plante aux fleurs roses ou

rouges en forme de trompette dont la taille peut atteindre jusqu'à trois mètres. Les

feuilles, simples et entières, dont les plus grandes mesurent jusqu'à 50 cm de

long, contiennent plusieurs alcaloïdes dont le principal, la nicotine, est présente à

une concentration de 0,5 % à 5 % du poids sec.

Nicotiana rustica est utilisé pour extraire la nicotine de ses feuilles et ses

graines,fournissent de l'huile.

La classification botanique du tabac est :

Famille : Solanacée

Genre : Nicotiana

Espèces : Nicotiana tabacum et Nicotiana rustica

Nom Malgache : Paraky

Dans l’espèce Nicotiana tabacum, les plus cultivés sont : l’Orient, le

Kentucky,le Brun, la Virginie, le Burley, le Maryland, etc.

Le climat est le premier responsable de ces nombreuses espèces.



Les photos suivantes illustrent ces différentes espèces de tabac.

Photo 2 : Le tabac Virginie Photo 3 : Le tabac d’Orient

Photo 4 : Le tabac Kentucky

Photo 5 : Le tabac Burley Photo 6 : Le tabac Brun

Source : [8]



IV.2. Historique et origine du tabac [18], [32], [33]:

Le tabac a été utilisé par de nombreuses tribus amérindiennes, notamment

au cours de rituels religieux et sociaux, dès les premiers siècles de notre ère

comme en atteste la découverte de pipes et de représentations de dieux et de

prêtres fumant depuis près de 2 000 ans. Inconnu hors du continent américain

jusqu'en 1492, son usage gagna rapidement le monde entier à la suite de la

découverte de l'Amérique par Christophe Colomb.

Ce dernier rencontra des fumeurs de tabac lorsqu'il jeta l'ancre devant Cuba

et fit connaître le tabac en Espagne où il eut un grand succès notamment en

raison des propriétés médicinales qu'on lui prêtait. À partir de 1520, des

plantations furent établies d'abord aux Antilles puis en Espagne et au Portugal et,

vers 1530, en Afrique. En France, André Thévet décrivit en 1557 le petun, (nom

du tabac chez les Indiens du Brésil) et entreprit sa culture.

En 1558, l'ambassadeur de France au Portugal, Jean Nicot, envoya à

Catherine de Médicis des échantillons de tabac en poudre qu'elle utilisa pour

soigner ses enfants. La prise de tabac devint alors très à la mode à la cour de

France.

L'usage du tabac, fumé, prisé ou chiqué, gagna rapidement toute l'Europe

puis s'étendit vers l'Est.

La culture fut introduite en 1580 en Turquie et en Russie, en 1590 en Inde

et au Japon, en 1600 en Grèce, aux Philippines et en Indochine. Dès le milieu du

dix-septième siècle, le tabac était cultivé sur pratiquement toute la planète.

Malgré des tentatives de prohibition dans plusieurs pays, allant parfois

jusqu'à la peine de mort comme en Turquie au dix-septième siècle, son usage se

répandit dans le monde entier. Aussi, la plupart des états préférèrent rapidement

instituer des taxes ou se réserver l'exclusivité de son commerce.



IV.3. Le mode de culture [11], [18]:

La graine est semée en pépinière ou sur semis flottants au début du mois

de mars puis est transplantée en champ à la mi-mai. La plante atteint 1m 80 au

début de l’été lorsque commence la floraison. La fleur est coupée afin que les

feuilles se développent (une vingtaine par pied).

Les premières décolorations indiquent le moment de la récolte (juillet/août)

qui nécessite une main-d'œuvre nombreuse et attentive. Les feuilles de tabac sont

séchées pour être expédiées vers les industries de tabac.

Il faut au tabac un sol frais, léger, riche en potasse. Les terres lourdes

donnent des tabacs plus riches en nicotine mais moins frais que celui des terres

légères. Le tabac craint l’excès d’humidité.

IV.4.Le séchage de la feuille [8], [16], [19]:

Après la récolte, la feuille de tabac subit le séchage. Le séchage donne au tabac

son goût. Selon le mode de séchage, chaque tabac se différencie les uns des

autres.

Il y a quatre types de séchage :

le séchage au soleil pour le tabac d’Orient ;

le séchage à l’air chaud pour le type Virginie ;

le séchage à l’air pour les variétés Burley et Brun ;

le séchage au feu avec le Kentucky.

IV.4.1. Le séchage au soleil :

Les feuilles de tabac sont séchées dans des filets sous l'action du soleil.

Ce sont principalement des tabacs dits orientaux qui sont cultivés dans le bassin

méditerranéen qui bénéficient de cette technique. Après séchage, les feuilles sont

classées par grade.



Photo 7 : Le séchage au soleil

Source : [8]

IV.4.2. Le séchage à air naturel :

Aucune source d'énergie extérieure n'entre dans ce processus de

séchage…

Le séchage dure entre quatre et huit semaines en fonction des conditions

météorologiques et la manière dont le planteur parvient à gérer le taux d'humidité

à l'intérieur de son installation.

Photo 8 : Le séchage à l'air naturel

Source : [8]



IV.4.3. Le séchage à l’air chaud :

Ce procédé mit au point en 1823 aux États-Unis utilise une source

artificielle d'énergie pour déshydrater la feuille.

Le séchage à l'air chaud est un processus où le maintien clos ou non des

ouvertures vers l'extérieur permet de réguler l'hygrométrie et la température.

Cette opération permet également d'augmenter de manière assez sensible

le taux de sucre contenu dans le produit final, surtout du fructose et du glucose.

Photo 9: Le séchage à l'air chaud

Source : [8]

IV.4.4. Le séchage au feu :

Les feuilles de tabac sont suspendues à des lattes dans une pièce fermée.

Après une période de deux à six jours, elles peuvent commencer à être séchées à

la chaleur et à la fumée d'un feu de bois allumé sur le sol au sein d'un âtre ouvert.

Le séchage au feu permet au tabac de se charger des arômes dégagés par la

combustion du bois et fournit ainsi une gamme de tabacs noirs au goût très

prononcé (de créosote) et caractéristique.



Photo 10: Le séchage au feu

Source : [8]

IV.5. La composition chimique du tabac [8]:

La composition chimique et la couleur du tabac brut dépendent de l'espèce,

du climat, du sol, du mode de culture et surtout du degré de maturité des feuilles à

la récolte, de la méthode de séchage.

Une récolte des feuilles à très bonne maturité et un séchage rapide permettant

d'éviter la dégradation des composants chimiques de la cellule, donnent des

tabacs de couleur jaune clair à jaune doré, riches en sucres et en polyphénols - ce

sont par exemple, les tabacs type Virginie séchés par un courant d'air chaud et

les tabacs type Orient séchés au soleil .

Par contre, un séchage prolongé à l'air naturel provoque une lente biodégradation

des composés tels que les sucres, amidons, protéines, acides et bases

organiques et parallèlement la formation de pigments foncés résultant

principalement de la combinaison des polyphénols et des protéines. Ce procédé

conduit à des tabacs pauvres en sucres et présentant une couleur allant du brun

clair (tabacs type Burley et Maryland) au brun noir.



La composition chimique du tabac est donnée par le tableau ci-dessous :

Tableau 5: Composition chimique du tabac

Classes chimiques Nature

Polymères végétaux Cellulose, pectines, lignines

Hydrate de carbone Amidon, glucose, fructose, saccharose

Dérivés azotés Protéines; Acides aminés libres (PRO, ASP, GLU),

Alcaloïdes (nicotine, nornicotine,…) ; chlorophylle …

Acides carboxyliques Acides malique, citrique et oxaliques

Acides gras : C16, C18, C18=, C18==, C18===

Acides gras légers : Acétique, 3 Methylvalérique

Dérivés phénoliques Polyphénols : Acides chlorogéniques, Rutine

Stérols Cholestérol, Campestérol, Stigmastérol,

Sitostérol

Isoprènoïdes Caroténoïdes et composés dérivés, Solanesol,

Cembranoïdes, Labdanoïdes, Phytol, Néophytadiene

Cires Hydrocarbures aliphatiques : C22 - C32

Esters d’acides gras et d’alcools gras

Composés dérivés de la

réaction de Maillard

Glucosamine, Composés d’Amadori, Fructosazines,

Deoxyfructosazines, Mélanoïdines (pigments bruns),

Hétérocycles azotés, Hétérocycles oxygénés

Composés inorganiques Calcium, Potassium, Magnésium, Sodium, Nitrate,

Phosphate, Chlorure, Sulfate, Ammonium, Oligo-

éléments

Source : [8]



Suivant le type de tabac, il y a une variation de teneur en constituant. En

bas, le tableau montre ces variations.

Tableau 6: Variation de teneur en constituant selon le type de tabac

Type de tabac Teneur en nicotine

(%)

Teneur en sucre totaux (%)

Teneur en cendre

(%)

Virginie 0,5 - 4,0 5 – 30 9 - 17

Orients 0,3 - 2,0 3 – 20 11 - 18

Burley 0,8 - 5,0 0,05 - 0,6 16 - 24

Bruns 0,2 - 3,5 <0,1 18 - 30

Source : [8]



Chapitre V : La transformation industrielle du tabac : La

cigarette

Sur le plan mondial, la production de cigarette est la première destinée de

la transformation du tabac.

La formulation d’une cigarette est un art. Le procédé reste le même pour chaque

industrie mais la différence réside sur le type de mélange de tabac, la sauce,

l’arôme, le papier et le filtre.

Sur le plan industriel, les tabacs se présentent sous différentes formes :

o Les strips (parenchyme séparé des côtes) ;

o Les côtes ;

o Le tabac reconstitué (Annexe VI);

o Le tabac expansé ;

o Les feuilles entières.

V.1. La construction d’une cigarette [8], [17]:

Une cigarette est spécifiée par :

Un mélange tabac :

Composition

Sauces et Arômes

Procédés de fabrication

Un papier

Un filtre

Un format :

Longueur

Diamètre

Des consignes d’assemblage :

Poids de mélange



V.2. La structure des mélanges [8], [17]:

Dans un mélange, il y a deux sortes de tabac :

Les tabacs dits "de base" (de goût ou aromatiques)

Les tabacs dits "de remplissage" ou "courants"

Sur le marché, il y a deux types de structures de mélanges :

Le goût de cigarette blonde

Le goût de cigarette brun

V.2.1. La blonde :

Ils existent quatre types de blonde. Les caractéristiques des goûts de

cigarettes blondes sont réunies dans le tableau suivant.

Tableau 7: Les caractéristiques des goûts de cigarettes blondes

Goût Caractéristiques

Anglais composé à 100% de Virginie

Américain

• Equilibre entre Virginie et Burley

• Fort pourcentage de tabac reconstitué

• Faible part de tabacs d'Orient

Européen

• Dominante Virginie

• Davantage de tabacs d'Orient que le

goût américain

Orient 100 % tabacs d’orient

Source : [8]



V.2.2. Le brun :

La structure classique des mélanges bruns est comme suit :

tabacs bruns de 55 à 60 %

tabacs Kentucky de 0 à 10 %

tabacs d'Orient de 12 à 14 %

tabac reconstitué de 0 à 10%

côtes 15%

V.2.3. Les sauces :

Une sauce est un ensemble de diverses catégories d’additifs, en solution

dans de l’eau qui est appliquée sur des strips (tabac non haché).

Il est spécifique pour les différents éléments du mélange et en grande quantité.

Son rôle est d’améliorer la machinabilité du tabac, stabiliser l’humidité du tabac,

exalter et lier les arômes naturels du tabac, apporter des notes aromatiques de

base, et orienter le mélange dans la ligne de goût choisie.

Les ingrédients classiques sont : poudre de cacao ; sucres solides ; sucres

liquides : sirops (maïs, canne,…), miels ; poudre de réglisse et des humectants :

Propylène glycol, glycérol, sorbitol.

V.2.4. Les arômes :

Un arôme est un ensemble d’agents de saveur en solution dans de l’alcool

(ou du propylène glycol) qui est appliqué sur le scaferlati complet, en très faible

quantité.

Son rôle est de donner au mélange une finition aromatique, fixer l’univers

aromatique du produit.

Les ingrédients sont les matières premières aromatiques naturelles et/ou

des arômes de synthèse.



Ainsi, selon le type de mélange il y a :

Les mélanges peu ou pas saucés et aromatisés : mélanges

« bruns », mélanges «orient», mélanges «anglais» ;

Les mélanges saucés et aromatisés : mélanges «européens»,

mélanges «américains» ;

Les mélanges à dominante aromatisée : menthol.

Au final, la formulation d’une cigarette peut être schématisée comme l’exemple

suivante :

Figure 5 : La formulation de la cigarette

Source : [8]

V.3. Le papier [8]:

Le papier est fait avec du bois. Il donne à la cigarette un aspect visuel

puisqu’il enrobe le mélange de tabac formulé.

Ces propriétés sont :

Perméable à l’air : l’entrée de l’air est sur les perforations ;

Facile à brûler pour accélérer la combustion.



V.4. Le filtre [8]:

Un filtre est essentiellement un embout entre la colonne tabac et la bouche

du fumeur. Il modifie la fumée produite par la colonne tabac grâce à ses propriétés

de capturer les particules de la fumée (physique) et filtrer sélectivement les autres

particules comme le goudron (chimique).

Le matériau est fait d’acétate de cellulose et d’adjuvant sélectif comme le charbon

actif et/ou la sépiolite.

Son rôle est de modifier les effets de la ventilation.

V.5. Les déchets de tabac [8], [17]:

Les déchets sont les matières non utilisables pour le mélange. Ce sont les

côtes, les débris et les poussières de tabac.

Les côtes sont obtenues lors de la préparation des strips ; les débris sont

les nervures, les feuilles écartés du mélange. Les feuilles sont broyées puis

tamisés pour enlever les poussières du tabac.

Photo 11 : Déchets de tabac

Source : [8]

PARTIE II :

ETUDES

EXPERIMENTALES

ET

ETUDE DE

PREFAISABILITE



Chapitre VI : Etudes Expérimentales

Les déchets de tabac à traiter sont constitués de poussières ou poudres de

tabac.

Dans la fabrication de la cigarette, la feuille de tabac est la matière

première. Cette feuille est broyée dans un broyeur, il s’ensuit une opération de

séparation par tamisage. La feuille broyée est séparée de la poussière qui est

stockée dans l’entrepôt.

A l’œil nu, la granulométrie de la poussière est identique.

La photo suivante montre la poussière de tabac :

Photo 12 : la poussière de tabac

L’étude expérimentale consiste à faire des analyses physico-chimiques du

substrat, puis la digestion méthanique au laboratoire et enfin l’extension de l’étude

sur la potentialité de l’usine.

Les analyses physico-chimiques servent à connaitre la teneur en matières

sèches et l’humidité, la teneur en matières volatiles, le rapport C/N et le taux de

nicotine.

La digestion méthanique effectuée au laboratoire aura pour but de savoir la

productivité en biogaz du substrat.

Le dimensionnement du projet concerne l’estimation de la potentialité en

biogaz de la société.



VI.1. Analyse du substrat :

Tous les modes opératoires et les modes de calculs sont présentés dans

les annexes.

VI.1.1. Teneur en matières sèches MS et l’humidité

H (Annexe VII) :

Cela détermine le procédé de fermentation à choisir. Elle est obtenue à

partir de la mise en évaporation du substrat dans l’étuve à 105°C jusqu’à poids

constant.

La teneur en matière sèche obtenue est : MS= 95,65%.

L’humidité est : H = 100% − MS(%)

H = 4,35%

VI.1.2. Teneur en matières volatiles MV (Annexe VIII) :

Son obtention se fait par la mise au four de la MS pendant 24h à 550°C.

Il faut éviter de la confondre avec la teneur en MO parce que :

Des matières minérales et des sels minéraux peuvent se décomposer entre

105°C et 550°C

Une partie des MO peut ne pas se gazéifiés à 550°C mais vers 650°C à

700°C.

La teneur en matières volatiles est de : MV= 70,58%

VI.1.3. Rapport C/N :

Ceci doit être compris entre 20/1 et 30/1.La manque d’azote diminue la

production de biogaz si le rapport est élevé, il y a une accumulation de l’ammoniac

(inhibitrice) si le rapport est trop bas. Il est nécessaire de connaitre le taux de

carbone organique et le taux d’azote organique du substrat pour avoir ce rapport.



VI.1.3.1. Taux de carbone C (Annexe IX) :

La méthode utilisée est celle de Walkey et Black.

Le carbone est oxydé par un excès d’oxydant fort en milieu acide, l’excès sera

déterminé par titrage à l’aide d’une solution de sulfate ferreux.

La valeur ainsi obtenue est : %C = 51,2

VI.1.3.2 Taux d’azote N (Annexe X) :

La méthode de kjeldhal est employée pour la détermination du

taux d’azote.

Elle consiste à minéraliser l’azote organique suivi d’une distillation. L’azote est

transformé en ammoniaque par l’acide sulfurique concentré en présence d’un

catalyseur.

La valeur trouvée est : %N= 2,3

Le rapport C/N du substrat est : C/N=51,2/2,3

C/N= 22.3/1

C/N≈22/1

VI.1.4. Taux de nicotine (Annexe XI) :

La détermination de la teneur en nicotine a été effectuée puisque cette

molécule pourrait être comme inhibiteur de la fermentation. Cela est dû à sa

qualité d’insecticide et risque fort de perturber les flores microbiennes.

La méthode d’extraction est l’hydrodistillation de la solution fortement basique puis

décantation et addition du DCM.

Sa teneur en nicotine est 1,65 %.

Les résultats des analyses de déchets de tabac sont résumés dans le tableau ci-

dessous :



Tableau 8: Récapitulation des valeurs obtenues des analyses du substrat

Teneur en Valeur

MS (%) 95,65

Humidité X(%) 4,35

MV(%) 70,58

C/N 22/1

nicotine(%) 1,65

VI.2. La biodigestion du déchet de tabac :

La biodigestion du substrat a été fait au laboratoire du CNRIT pendant 30 jours.

VI.2.1. Les dispositifs expérimentaux :

Il est constitués par :

Trois (03) réacteurs en bouteille de verre de volume V= 3,5L noté R1, R2 et

R3, tous placé dans un bain thermostat ;

Trois(03) gazomètres, chaque réacteur est relié à son propre gazomètre ;

Des tuyaux en PVC reliant le réacteur au gazomètre et du gazomètre à la

cuvette remplie d’eau salée.

Le gazomètre est rempli avec de l’eau salée (le biogaz est insoluble) de

bas en haut.Sur le haut du gazomètre, le gaz est amené via le réacteur en

poussant la colonne d’eau (volume d’eau poussé = volume de gaz produit)

et une vanne en verre pour évacuer le gaz en cas de remplissage du

gazomètre, pour effectuer le test de brûlage ;

Une cuvette remplie d’eau salée pour piéger le gaz formé dans le

gazomètre ;

Un chauffe-eau pour assurer le chauffage du bain thermostat ;

Le substrat : déchets de tabac en poudre ;

Le ferment : bouse de vache qui constitue 10% en masse du substrat ;



Pour maintenir les trois réacteurs en anaérobiose, il est nécessaire

d’employer trois bouchons en caoutchouc muni d’un trou chacun pour

enfoncer le tuyau d’évacuation.

La photo suivante montre les dispositifs expérimentaux :

Photo 13 : Les dispositifs expérimentaux

VI.2.2. Les conditions expérimentales :

La fermentation est effectué en mésophile, la température est de 37°C ;

D’abord, pesage du substrat et du ferment ;

Puis, ajout d’eau tiède jusqu’à 2/3 du volume dans le réacteur (le reste sert

à stocker temporairement le gaz), ajout du substrat et du ferment ;

Et, fermeture du digesteur avec le bouchon ;

Ensuite, pré-fermentation d’une journée dans le réacteur ;

Enfin, le démarrage de la fermentation après la mise en marche du

thermostat ;



Tous les jours, une agitation du réacteur est effectuée, accompagnée d’une

lecture du volume sur le gazomètre. L’ouverture de la vanne supérieure

permet une remise à zéro du gazomètre pour éviter que le gaz formé ne

s’échappe vers la cuvette récupératrice d’eau salée via la partie inférieure

du gazomètre et permet aussi de brûler le gaz pour savoir sa qualité;

L’expérience s’arrête si on ne constate aucune variation notable de volume

de gaz.

VI.2.3. Les données expérimentales :

Pour mener l’expérience, trois hypothèses ont été établies en variant la

masse de substrat dans le réacteur.

Le tableau suivant récapitule les données expérimentales :

Tableau 9: Les trois hypothèses de fermentation

Formulations n°1 Formulations n°2 Formulations n°3

Masse du substrat (g) 200 400 600

Masse du ferment (g) 20 40 60

pH 7,4 7,6 7,8

Température (°C) 37 37 37

Réacteurs n° 1 2 3

Gazomètre n° 7 4 3

Date de fermentation 26-05-2012 à 26-

06-2012



VI.2.4. Les résultats :

La surface de base du gazomètre est de 136,78 cm2. La température moyenne

lors de la prise des résultats est de 20°C.

Le réacteur n°1 :

Le tableau suivant illustre les résultats de la formulation n°1.

Tableau 10: Les résultats de l'hypothèse n°1

Temps( j) hauteur[cm] Volume de gaz [cm3]

Volume cumulé de gaz[cm3]

1 1,1 150,458 150,458

2 4,6 629,188 779,646

3 7,1 971,138 1750,784

4 9,1 1244,698 2995,482

5 13,9 1901,242 4896,724

6 19,1 2612,498 7509,222

7 21,6 2954,448 10463,67

8 9,5 1299,41 11763,08

9 23,5 3214,33 14977,41

10 0,5 68,39 15045,8

11 1 136,78 15182,58

12 2,7 369,306 15551,886

13 4 547,12 16099,006

14 6 820,68 16919,686

15 5,5 752,29 15346,716

16 7,5 1025,85 16372,566

17 7,5 1025,85 16372,566

18 8 1094,24 17466,806

19 8 1094,24 17466,806

20 8 1094,24 17466,806

21 8 1094,24 17466,806

22 8 1094,24 17466,806

23 5,5 752,29 15620,276

24 5,5 752,29 15620,276

25 6 820,68 16440,956

26 6 820,68 16440,956

27 6 820,68 16440,956

28 6 820,68 16440,956

29 6 820,68 16440,956

30 6 820,68 16440,956



Les figures suivantes montrent l’évolution journalière et la production cumulée de

l’hypothèse n°1.

Figure 6 : Evolution de la production journalière n°1

Figure 7 : Le volume cumulé n°1



Le réacteur n°2 :

Les valeurs obtenues de la formulation n°2 sont récapitulés dans le tableau ci-

dessous :


Temps(j) hauteur[cm] Volume de gaz [cm3]


1 3 410,34 410,34

2 13,5 1836,53 2246,87

3 16,5 2735,6 4982,47

4 24,5 3351,11 8333,58

5 7,2 984,81 9318,39

6 19,4 2653,53 11971,92

7 20 2735,6 14707,52

8 21,5 2940,77 17648,29

9 14 1914,92 19563,21

10 20 2735,6 22298,81

11 2,4 328,27 22627,08

12 3,3 451,37 23078,45

13 3,9 533,44 23611,89

14 4,4 601,83 24213,72

15 6,4 875,39 25089,11

16 5,4 738,61 23475,11

17 5,4 738,61 23475,11

18 6,4 875,39 24350,5

19 10,9 1490,9 25841,4

20 18,9 2585,14 28426,54

21 0,5 68,39 28494,93

22 0,5 68,39 28494,93

23 2 273,56 28768,49

24 2 273,56 28768,49

25 2 273,56 28768,49

26 2 273,56 28768,49

27 2 273,56 28768,49

28 2 273,56 28768,49

29 2 273,56 28768,49

30 2 273,56 28768,49



Les figures ci-dessous illustrent les résultats de l’hypothèse n°2 :

Figure 8 : Evolution de la production n°2




Le réacteur n°3 :

Les résultats de la formulation n°3 sont donnés dans le tableau suivant :


Temps(j) hauteur[cm] Volume de gaz [cm3]


1 9,5 1299,41 1299,41

2 11 1504,58 2803,99

3 13 1778,14 4582,13

4 14 1914,92 6497,05

5 7,5 1025,85 7522,9

6 17,4 2379,972 9902,872

7 8,5 1162,63 11065,502

8 8,5 1162,63 12228,132

9 18,5 2530,43 14758,562

10 18,5 2530,43 17288,992

11 20,5 2803,99 20092,982

12 20,5 2803,99 22896,972

13 20,5 2803,99 25700,962

14 8,5 1162,63 26863,592

15 16 2188,48 29052,072

16 22 3009,16 32061,232

17 0,5 68,39 32129,622

18 1 136,78 32266,402

19 2 273,56 32539,962

20 2 273,56 32539,962

21 2 273,56 32539,962

22 2 273,56 32539,962

23 2 273,56 32539,962

24 2 273,56 32539,962

25 3 410,34 32950,302

26 7.5 1025,85 33976,152

27 12.5 1709,75 35685,902

28 13.5 1846,53 37532,432

29 13.5 1846,53 37532,432

30 13.5 1846,53 37532,432



Les figures ci-dessous illustrent les résultats de l’hypothèse n°3 :

Figure 10 : Evolution de la production n°3




La figure suivante résume les résultats obtenus lors de la biodigestion

anaérobique des déchets de tabac en poudre :

Figure 12 : Résultats après 30j de digestion

Interprétations des courbes :

La production de gaz commence rapidement après une journée de

digestion ;

Le temps de latence est presque nul ;

Pour la formulation n°1 : dès le 12ème jour, le substrat commence à

s’épuiser et il n’y aurait plus de variation notable de volume de gaz produit.

Ceci est dû à la faible masse de substrat introduit par au volume d’eau, le

taux de dilution est très faible (Cf page 25).L’hypothèse n°1 est exclue car

ceci n’aura aucun intérêt pour l’extension du projet, lors du test de brûlage,

le résultat est négatif ;

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 5 10 15 20 25 30 35

volu

me

cu

mu

lé e

n c

m3

durée en jour

Réacteur N°1 : Volume cumulé[cm3] Réacteur N°2 : Volume cumulé [cm3]

Réacteur N°3 : Volume cumulé [cm3]



L’hypothèse n°2 est intéressante au point de vu production mais à partir du

20ème jour, la production cesse. Cependant il donne un résultat de 29L/400g de substrat environ. Le test est

positif : flamme bleu sans fumé mais de forte odeur d’œuf pourri, traduisant

la présence probable de sulfure d’hydrogène ;

La proposition n°3 est concluante :

o production de gaz jusqu’au 28ème jour ;

o 37L/600g de substrat ;

o test positif : flamme bleu sans fumé, forte odeur d’œuf pourri ;

Le gaz obtenu brûle à partir du 10ème jour.

Le tableau suivant récapitule les résultats de la biodigestion des trois hypothèses.

Tableau 13: Le temps de rétention, la productivité et le test des trois

formulations

Temps de

rétention(j)

Productivité (L/xg

de substrat)

Test par brûlage

Formulation n°1 15 16,5L/200g -

Formulation n°2 20 29L/400g +

Formulation n°3 28 37L/600g +



Les photos suivantes montrent que le déchet donne bel et bien du biogaz.

Photo 14 : Test de brûlage :à gauche la formulation n°2 (30ème jour), à droite

la n°3 (30ème jour)

Le digestat, obtenu après 30 jours de fermentation, conserve tous les éléments

minéraux présents initialement dans le substrat. Seule la fraction hydrocarbonée

est transformée en biogaz. Une valorisation comme compost peut être envisagée.

Le rapport quantitatif résidu-substrat est en général de 0,4.



Chapitre VII : Etude de préfaisabilité

L’installation d’un biodigesteur traitant les déchets de tabac peut être

envisagée au sein même de la société X afin de renforcer la production d’énergie.

VII.1. La potentialité en substrat, en biogaz du site :

La potentialité du site varie tous les jours en fonction de la productivité de

l’usine, elle est de l’ordre de 400kg à 700kg de déchet.

Le tableau ci-dessous résume la potentialité en biogaz de l’usine.

Tableau 14 : La potentialité du site

Quantité de

déchets [T]/j

Quantité de

déchets[T]/an

Equivalence

en biogaz

[m3] /an

Equivalence

en électricité

[KWh]/an

0,4 146 8760 52560

0,5 182,5 10950 65700

0,6 219 13140 78840

0,7 255,5 15330 91980

Moyenne

annuelle

0,55 200,75 12045 77270

Les formules prises en compte sont :

600g de substrat donne 37 L de biogaz, riche à 60% de méthane ;

1Kg de substrat donne 60 L de biogaz, soit 60m3 de biogaz/T de substrat ;

1m3 est équivalent à 6 KWh.

VII.2. Le besoin énergétique de l’usine et la valorisation du biogaz:

L’usine est une grosse consommatrice d’énergie électrique puis que sa

consommation moyenne est de l’ordre de 11500 KWh/mois.

Ainsi, elle a besoin de 383,33 KWh pour faire tourner l’usine en une journée.

La valorisation du biogaz sera alors pour la production de l’électricité par

l’utilisation d’un groupe fonctionnant au biogaz ou d’un turbo-alternateur.



VII.3. Le choix du digesteur :

Le site de l’emplacement de notre digesteur est à Antsirabe. Ceci nous

laisse cependant perplexe sur la température en hiver. Donc, il faut un digesteur

qui offre une meilleure isolation et capable de digéré le substrat. Le choix se

tourne vers le type Chinois. En plus de sa résistance au froid, sa facilité de

construction, sans nécessité de brassage et l’investissement lié lui donnent des

avantages considérables.

VII.4. Les dimensions du digesteur :

La formule ci-après est utilisée pour dimensionner le digesteur :

V (m3) = débit du substrat journalier (T)* temps de rétention(j)

V = 0,55*27 où 0,55 est la quantité moyenne journalière de déchets de

tabac et 27 est le temps de rétention du substrat, ainsi on a :

V = 15 m3

Le débit journalier en substrat est de 0,55 T, la masse du fermant est de 0,055 T

et le volume d’eau est 9 m3.

Le digesteur renferme trois(03) parties : une chambre de chargement, la chambre

de fermentation et une chambre de déchargement (d’évacuation).

La chambre de fermentation se divise aussi en trois parties :

Le radier : c’est le fond de la chambre caractérisé par : son rayon r2 ; son

hauteur f2 et sa sur surface S2 ;

Le mur ou cœur de la chambre est défini par : le diamètre D, la hauteur H

et sa surface S ;

Le dôme, partie haute de la chambre sert de stockage au gaz formé de

rayon r1, de hauteur f1 et de surface S1.

Le volume de la chambre d’évacuation ou chambre d’expansion ou chambre à

pression hydraulique Ve est donné par la relation :

V = 4 Ve

Ve= V/4



Le tableau suivant récapitule les formules pour calculer tous les paramètres du

digesteur.

Tableau 15 : Les formules pour dimensionner le digesteur

Paramètres Symbole Formule Commentaires

Volume du digesteur V (Q+w)* T Q= quantité de substrat ;

W= quantité d’eau ; T= temps de rétention

Diamètre du digesteur D

Rayon du digesteur R R=D/2

Hauteur des murs H H=D/2.5 Des rapports optimaux pour équilibrer les trois

parties Hauteur du dôme f1 f1=D/5

Hauteur du radier f2 f2=D/8

Rayon de courbure du dôme r1

R2 + f12

2f1 Permettent de construire

le dôme et le radier Rayon de courbure du

radier r2

R2 + f22

2f2

Surface des murs Sm 2 πRH

Ces surfaces permettent de calculer le volume de

la maçonnerie (en multipliant par

l’épaisseur) à partir duquel on établit le devis

Surface du dôme S1 π (R2 + f1

2)

Surface du radier S2 π (R2 + f2

2)

Volume du mur Vm π R2 H

V = Vm + v1 + v2

= 0,447 D3

Volume du dôme V1 π x f1 (3R2 + f1

2)

6

Volume du radier V2 π x f2 (3R2 + f2

2)

6

Source : [5], [37]



Les valeurs trouvées sont réunis dans le tableau ci-après :

Tableau 16 : Les dimensions du digesteur

Paramètres Valeurs

V [m3] 15

D [m] 3,22

R [m] 1,62

H [m] 1,28

f1 [m] 0,64

f2 [m] 0,40

r1 [m] 2,17

r2 [m] 3,48

S1 [m2] 9,53

Sm [m2] 13,03

S2 [m2] 8,75

V1 [m3] 2,77

Vm [m3] 21,10

V2 [m3] 1,68

Ve [m3] 3,75

Les matériaux de construction nécessaire à la construction du digesteur sont :

Les briques ;

Le ciment ;

Le sable ;

Le galet ou gravillon ;

L’eau ;

Le fer à béton ;

Le bois

Le fil de fer pour l’armature ;



La figure suivante illustre le schéma du digesteur à utiliser :

Figure 13 : Schéma du digesteur choisi

Source : [37]



VII.5. Les éléments des installations de production [17]:

Les infrastructures de production de biogaz et d’énergie électrique sont

composées généralement : de digesteurs, de tuyauteries de conduites en PET,

d’un système anti-retour de flamme, d’un réservoir de stockage de gaz, d’un

générateur à biogaz et de divers accessoires.

VII.5.1. Digesteur

Le digesteur est l’élément principal composant les infrastructures de

production de biogaz parce qu’il est le siège des réactions biochimiques de

méthanisation. Les dimensions du digesteur sont fonction de la disponibilité en

substrats et des résultats de production visés.

VII.5.2. Tuyauteries en PET

Les conduites en tuyauteries de PET ont pour rôle principal d’acheminer le

gaz sur l’ensemble des installations. On utilise des tuyaux en polyéthylènes de

diamètre intérieur 2,5 cm pour connecter chaque partie des installations, afin

d’obtenir un fonctionnement conforme aux normes.

VII.5.3. Clapet anti-retour

Les clapets anti-retour sont des dispositifs à installer avec les conduites de

gaz afin de prévenir et éviter le retour des gaz, en particulier vers les réacteurs.

L’objectif en est d’assurer le bon fonctionnement de l’ensemble des infrastructures

et minimiser le risque d’accident dû à un éventuel retour de flamme par exemple.

On en installe sur la conduite de gaz juste après le gazomètre.

VII.5.4. Robinet tournant

Les robinets tournants sont installés sur les conduites de gaz en

tuyauteries. Ils servent à ouvrir et/ou à fermer selon les besoins la circulation des

gaz produits par méthanisation.



VII.5.5. Système d’épuration

L’utilisation du système d’épuration du biogaz est primordiale avant de

pouvoir procéder à sa conversion. Il existe diverses possibilités d’épuration selon

les choix. Dans le présent cas, on a opté le lavage à l’eau du biogaz brut à travers

un réservoir d’eau qui va solubiliser le CO2 et le H2S.

VII.5.6. Générateur électrique à biogaz / Centrale à biogaz

Il s’agit d’un groupe électrogène fonctionnant au biogaz. Le générateur

aspire le biogaz à partir de son réservoir avec un débit conforme à ses

caractéristiques. Le biogaz circule ensuite dans les tuyauteries de conduite,

traverse le système d’épuration et arrive dans le générateur. L’utilité d’un tel

générateur est primordiale pour la production électrique projetée.

Ci-après le schéma de principe qui donne quelques indications sur le

principe de fonctionnement des futures infrastructures.

P-4

V-2

P-6

V-5

Robinet à tournante

P-7

Conduites de gaz

Biodigesteurs Central à gaz

Prise à 3 conducteurs

Câbles électriques

InterrupteurClapet anti-retour

E-3

E-4

Réservoir de pétrole fermé pour

l’épuration

Figure 14 : Schéma des installations

Source : [17]

Générateur électrique



La photo ci-après montre un générateur électrique fonctionnant au biogaz :

Photo 15 : Le générateur fonctionnant au biogaz

Source : [35]

Ses caractéristiques sont développées en dessous.

Tableau 17 : Les caractéristiques du générateur

Poids brut 250 kg

Tension / fréquence 380 V / 50 Hz

Maximum de puissance de sortie 0,8 KW

Consommation de biogaz par kWh

d’électricité 0,40 m3

Prix arrivée au client Ar 4 000 000

Source : [35]

PARTIE III : ETUDES

ECONOMIQUES,

APPROCHE

ENVIRONNEMENTALE



Chapitre VIII : Etudes économiques [17]

L’étude économique consiste à connaitre :

L’investissement nécessaire à la production de biogaz et d’électricité ;

L’étude de rentabilité : Marge Brute d’Autofinancement (MBA), Valeur

Nette Actualisée (VNA), Taux de Rentabilité Interne (TRI), Indice de

Profitabilité (IP) et Durée de Récupération des Capitaux Investis

(DRCI).

L’évaluation financière de valorisation du déchet en biogaz et en

électricité.

VIII.1. Les critères de rentabilités :

VIII.1.1. Marge Brute d’Autofinancement (MBA)

La Marge Brute d’Autofinancement (MBA) représente le flux net dégagé par

l’exploitation d’un investissement et qui va permettre de rentabiliser les capitaux

investis.

Le calcul de ces flux dégagés, ou Marge Brute d’Autofinancement, est ainsi

fonction des éléments de l’exploitation : durée prévue, recettes envisagées,

charges estimées et amortissement des biens acquis.

VIII.1.2.Valeur Nette Actualisée (VNA)

La Valeur Nette Actualisée d’un investissement est la valeur actuelle, à une

date donnée et à un taux d’actualisation choisi, des flux de trésorerie annuels liés

à un projet, c’est-à-dire la somme des flux de trésorerie actualisés.

n = p

VNA = ΣMBA n (1 + t) – n

n = 1



VIII.1.3. Taux de Rentabilité Interne (TRI)

Le Taux de Rentabilité Interne (TRI) est la valeur du taux d’actualisation pour

laquelle le bénéfice actualisé est nul (M. TERNIER, 1968), ou un indice de

profitabilité égal à 1.

VIII.1.4. Indice de Profitabilité (Ip)

L’indice de profitabilité (Ip) d’un investissement est défini comme étant le

quotient de la somme des cash – flow (flux générés) actualisés par le montant du

capital investi (D Franck, 2010)

VIII.1.5. Durée de Récupération des Capitaux Investis (DRCI)

La Durée de Récupération des Capitaux Investis (DRCI) est définie

concrètement comme étant le temps nécessaire, comptabilisé à partir du début

des activités de production, pour que la somme investie pour la conception de

l’activité retourne au profit de l’investisseur à partir des bénéfices qu’elle génère.

VIII.2. Les éléments d’évaluation financière :

Afin d’avoir une bonne indication sur l’état financier du projet, il faut

connaître avec certitude la valeur de ses flux circulants et immobilisés. Il est

possible ensuite d’en déduire un bilan financier fiable, relatif à la performance

comptable du projet. Pour obtenir ces résultats, il faut comparer les emplois de

fonctionnement et les ressources résultant des activités.

n = p

0 = Σ MBA n (1 + i) – n - C

n = 1

n = p

Ip = ΣMBA n (1 + t) – n C

n = 1



VIII.2.1. Emplois débiteurs du projet

La valeur des flux monétaires débiteurs du projet est fonction de son

importance et celui des infrastructures de production, ensuite des objectifs

initialement visés et enfin du pourcentage d’accomplissement des prévisions. Ces

flux monétaires débiteurs sont représentés par les capitaux initialement investis et

les charges de fonctionnement.

VIII.2.2. Investissement ou Capitaux investis

Dans ce projet, le capital est investi à trois types d’affectations différentes,

achats des matériels et équipements, coût des études et assistance technique

ainsi que les frais d’installation des infrastructures.

VIII.2.3. Charges de l’exploitation

On a deux types de charges : les charges décaissées et les charges

calculées, ces dernières étant essentiellement représentées par les

amortissements des actifs immobilisés.

Charges décaissées

Les charges décaissées sont les frais déboursés nécessaires au

fonctionnement des activités d’exploitation des infrastructures : coûts d’acquisition

du déchet de la digestion, des bouses de vache, des eaux de digestion, ainsi que

les frais de main d’œuvre du personnel responsable du suivi et de l’entretien des

installations, y compris les impôts.

Charges Calculées

Les charges Calculées de l’exploitation correspondent aux dotations aux

amortissements résultant de la dépréciation de valeurs des actifs immobilisés.



VIII.2.4. Ressources du projet

Les flux monétaires créditeurs par contre sont représentés essentiellement

par les recettes globales réalisées, représentées par la valeur numéraire du

biogaz, des fertilisants organiques et l’énergie électrique.

Chiffre d’Affaire (CA)

o Valeur des biogaz produits

La valeur numéraire du biogaz correspond au prix du volume total (en m3)

de biogaz produit annuellement. Le prix d’une unité de volume de biogaz étant

évalué à Ar 2730. Il est déduit de l’équivalence énergétique de 1m3 de biogaz qui

est égale à 0,6L de gasoil.

o Valeur des fertilisants organiques

La valeur des fertilisants organiques correspond au prix total des fertilisants

produits annuellement. Le prix unitaire d’un kilogramme étant fixé à Ar 1000 pour

être concurrent par rapport aux autres engrais, en considérant sa composition

biochimique et le prix des fertilisants organiques en général sur le commerce.

o Valeur de l’énergie électrique

Pour une application débouchant carrément à une conversion énergétique,

l’énergie électrique vaut Ar 645 / kWh, selon le tarif de la JIRAMA (ANNEXE XIII).

VIII.2.5. Hypothèses de calcul

Les évaluations concernent les cinq premières années d’exercice, on

détermine le montant des flux monétaires et les indicateurs de rentabilité avec les

hypothèses suivantes :

- La valeur de l’impôt sur les bénéfices variable. Elle est de Ar 100 000

additionné à 15 °/OO du chiffre d’affaires ;

- Le taux de placement bancaire exigé étant actuellement de 18 % pour

une année ;



- Le personnel nécessaire pour faire fonctionner et entretenir les

installations correspond à deux employés, leur rémunération mensuelle augmente

de 10 % tous les 2 ans ;

- Le coût du déchet et la bouse de vache est estimé à Ar 50 / Kg, le tarif de

l’eau est Ar 360 le m3 ;

- Le cycle de fermentation en une année est de 14 ;

- La durée de vie du remboursement de l’emprunt est de 15 ans.

VIII.3. Etude économique de la production de biogaz et de

fertilisant [ANNEXE XIV] :

VIII.3.1. L’investissement lié au biodigesteur :

La construction du digesteur nécessite un investissement, ceci est élucidé

dans le tableau suivant.

Tableau 18 : L’investissement pour la construction du biodigesteur

Désignations Unité Quantités P.U [Ar] Total [Ar]

- Coffrage en bois 33 3 000 99 000

- fer pour armatures 15 18 000 270 000

- Fil de fer kg 2 2 500 5 000

- Briques cuites Epaisseur 0,11 m 4 950 60 297 000

- Clapet anti-retour 2 40 000 80 000

- Sikalite kg 20 14 950 299 000

- Tuyau PVC Ø21/25 mm de 10 m m 2 7 800 15 600

- Coudes 4 6 000 24 000

- Colles et adhésifs 2 6 200 12 400

- Robinet tournant 2 16 000 32 000

- Ciments Holcim sacs 30 20 000 600 000

- Sable m3 12 15 000 180 000

- Gravier m3 12 25 000 300 000

- Buse en béton Ø200mm m 2 40 000 80 000

- Préparation du sol

- Main d’œuvre

500 000

1 000 000

500 000

1 000 000

Total 2 294 000



VIII.3.2. Les charges d’exploitation :

Les charges d’exploitation de production de biogaz est donnée par le

tableau ci-dessous.

Tableau 19 : Charges d’exploitation du biogaz

Désignations Quantité par cycle Quantité

annuelle P.U (Ar) Total (Ar)

Déchet de tabac [kg] 14850 207 900 50 10 395 000

Bouses de vache [kg] 1485 20 790 50 1 039 500

Eau [m3] 243 3 402 360 1 224 720

Frais du personnel 2 24 200 000 2 400 000

Charges décaissées = 15 059 220

Amortissements

annuels

1 003 948

Charges calculées = 1 003 948

Total des Charges 14 055 272

VIII.3.3. Chiffre d’affaire

La valeur du chiffre d’affaire annuel de l’exploitation est l’équivalent en

numéraire des résultats des activités de production de biogaz et de fertilisants

organiques. Elle est détaillée dans le tableau en bas.

Tableau 20 : Détails du chiffre d'affaire de production de biogaz

Produits

Production annuelle

dans les CNTP

(en m3 et en kg)

P.U (Ar)

Total (en Ar)

Biogaz 12 045 m3 2 730 32 882 850

Fertilisants 91 476 kg 1000 9 147 600

CA = 42 030 450



VIII.3.4. Compte d’exploitation

Les détails d’un compte d’exploitation constituent donc des éléments

importants pour tous les calculs économiques et financiers en matière de

détermination de la rentabilité d’un projet d’investissement. Ils permettent de

déduire les valeurs annuelles de la Marge Brute d’autofinancement qui sont des

paramètres clés.

Le tableau suivant renseigne sur le compte d’exploitation de production de biogaz,

l’unité est l’Ariary Ar.

Tableau 21 : Compte d’exploitation des activités de production de biogaz

Désignations Année 1 Année 2 Année 3 Année 4 Année 5

Valeur du biogaz 32 882 850 32 882 850 32 882 850 32 882 850 32 882 850

Valeur des fertilisants 9 147 600 9 147 600 9 147 600 9 147 600 9 147 600

Valeur Ajoutée brute 42 030 450

42 030 450

42 030 450

42 030 450

42 030 450

Déchet de tabac 10 395 000 10 395 000 10 395 000 10 395 000 10 395 000

Bouse de vache 1 039 500 1 039 500 1 039 500 1 039 500 1 039 500

Eaux de digestion 1 224 720 1 224 720 1 224 720 1 224 720 1 224 720

Main d’œuvre 2 400 000 2 400 000 2 640 000 2 640 000 2 904 000

Charges décaissées 15 059 220 15 059 220 15 299 220 15 299 220 15 563 220

Amortissement 1 003 948 1 003 948 1 003 948 1 003 948 1 003 948

Charges calculées 1 003 948 1 003 948 1 003 948 1 003 948 1 003 948

Total des charges 14 055 272

14 055 272

14 295 272

14 295 272

14 559 272

Résultats Imposables 27 975 178 27 975 178 27 735 178 27 735 178 27 471 178

Impôts 730 457 730 457 730 457 730 457 730 457

Résultats nets 27 244 721 27 244 721 27 004 721 27 004 721 26 740 721

MBA 27 244 721

27 244 721

27 004 721

27 004 721

26 740 721

MBA cumulées 27 244 721 54 489 442 81 494 163 108 498 884 135 239 605



VIII.3.5. Mesure de rentabilité en fin de la 1ère année

La situation de rentabilité du projet varie évidement en fonction du temps. Ainsi, la

mesure de performance de rentabilité invoquée ici présent concerne le terme de la

première année de fonctionnement des activités. Cette mesure est basée sur les

différentes valeurs des indicateurs de rentabilité.

Les résultats de calculs des valeurs de ces indicateurs de rentabilité

figurent dans le tableau 20, il indique tous une intéressante possibilité de

faisabilité économique de ce projet.

Tableau 22: Indicateurs de rentabilité de production de biogaz

Indicateurs Valeur Interprétations / Significations

VNA Ar 27 244 721

Il s’agit d’une importante valeur pour le flux généré

TRI 93,84 % Ce taux dépasse 18 %, l’investissement est donc rentable.

Ip 1,64 Cette valeur est supérieure à 1, la rentabilité est donc

confirmée

DRCI 6mois L’investissement initial est récupéré au bout de 6 mois

environ



VIII.4. Etude économique pour la production d’électricité [ANNEXE

XIV]:

La conversion totale du biogaz en électricité accroît l’investissement initial

et réduit les gains financiers par rapport à son utilisation directe. Durant les deux

premières années, le taux de référence 18 % ne sera pas encore dépassé.

VIII.4.1. Les investissements :

Les investissements nécessaires à la production d’électricité et les chiffres

d’affaires sont réunis dans les tableaux suivants.

Tableau 23 : Les investissements liés au projet d’électrification

Tableau 24 : Détails du chiffre d'affaire de production d’électricité

Produits

Production annuelle

(en KWh et en kg)

P.U (Ar)

Total (Ar)

Electricité 77 270 645 49 839 150

Fertilisants 91 476 kg 1000 9 147 600

CA = 58 986 750

Désignations Prix

Investissement de production de Biogaz Ar 14 295 272

Matériels de conversion du biogaz en électricité Ar 4 000 000

TOTAL Ar 18 295 272



VIII.4.2. Le compte d’exploitation :

Le compte d’exploitation est élucidé dans le tableau ci-dessous.

Tableau 25 : Compte d'exploitation de conversion énergétique

Désignations Année 1 Année 2 Année 3 Année 4 Année 5

Valeur de l’électricité 49 839 150 49 839 150 49 839 150 49 839 150 49 839 150

Valeur des fertilisants 9 147 600 9 147 600 9 147 600 9 147 600 9 147 600

Valeur Ajoutée brute 58 986 750

58 986 750

58 986 750

58 986 750

58 986 750

Charges pour biogaz

et générateur

18 055 272 18 055 272 18295272

18295272

18 559 272

Amortissement

générateur

266 666 266 666 266 666 266 666 266 666

Total des charges 18 321 938

18 321 938

18 561 938

18 561 938

18 825 938

Résultats Imposables 40664812

40664812

40424812

40424812

40160812

Impôts 884 802

884 802

884 802

884 802

884 802

MBA 39 780 010

39 780 010

39 540 010

39 540 010

39 276 010

MBA cumulées 39 780 010

79 560 020

119 100

030

158 640

040

197 916

050



VIII.4.3. Mesure de rentabilité en fin de la 3ème année :

Le tableau suivant indique la rentabilité du projet de production d’électricité.

Tableau 26 : Indicateurs de rentabilité en fin de la 3ème année

Indicateurs Valeur Interprétations / Significations

VNA Ar 131 100 030 C’est une valeur très prometteuse

TRI 91,8 % L’investissement est rentable

Ip 4,3 La rentabilité de l’investissement est confirmée

DRCI 3 ans 6 mois et 10

jours

La production d’électricité devient rentable après trois

années d’investissement.



Chapitre IX : Approche environnementale

La construction et l’exploitation d’une installation de production de biogaz

sont intéressantes sur le plan environnemental.

Madagascar ne produit pas encore des énergies fossiles telles que le gaz

naturel, le pétrole et le charbon alors que l’énergie électrique du pays reste encore

dépendante de ces combustibles. De plus, leur combustion rejette des émissions

dommageables pour l’environnement, comme le CO2.

La production d’électricité et de chaleur grâce au biogaz permet de

contribuer à la protection de l’environnement. En effet, le CO2 qui est émis lors de

la production de biogaz ne s’ajoute pas aux émissions déjà existantes.

La combustion des carburants fossiles (essence, diesel, kérosène, gaz,…)

disperse chaque année plus de 3 milliards de tonnes de CO2 dans l’atmosphère.

L’utilisation du biogaz comme carburant (biométhane) permet de supprimer les

rejets de fumées dans l’atmosphère et de réduire considérablement la pollution

sonore. Avec le biométhane, les composés les plus nuisibles pour l’environnement

(particules, hydrocarbures non méthaniques) sont absents.

Par exemple, le fait d’utiliser du biométhane pour alimenter des centrales

thermiques entraîne une réduction de 95% des particules émises, 99% de

composés soufrés et 70% des oxydes d’azote par rapport au bus diesel.

La biométhanisation permet de diminuer la charge en carbone des déchets

végétaux. Une fois digérés, les déchets sont moins nocifs pour l’environnement, le

risque d’une pollution organique est diminué.

De plus la fermentation diminue le pourcentage de matière sèche ce qui permet

de diminuer l’épandage de cette matière.

CONCLUSION



La société X S.A présente deux gros problèmes : l’un porte sur la logistique

de déchets de tabac issus de la production de la cigarette à partir de feuille de

tabac, et l’autre concerne la consommation d’électricité vis-à-vis de la JIRAMA

dont on connaît la qualité de service.

Une hypothèse a été mise en évidence : produire du biogaz à partir des

déchets de tabac et ensuite produire de l’électricité.

Des analyses de caractérisation des déchets de tabac ont été effectuées.

En fait, le substrat présente un rapport C/N =22/1, un taux de MS=95,65% et un

MV= 70,58% et un teneur en nicotine à 1,65%.

Des tests de biodigestion ont été conduits au CNRIT pendant 30j, et ont abouti à

l’obtention de biogaz. Trois hypothèses ont été formulés, et l’hypothèse n°3 a été

jugée satisfaisante : 37L de biogaz/600g de déchets. Ainsi 1kg de substrat peut

produire 60 L de biogaz. Pour valoriser les déchets, il est nécessaire de construire

un biodigesteur de 15m3 pour une production de 33m3/j et 198 KWh/j.

L’investissement pour avoir le biogaz est d’Ar 14 295 272 et Ar 18 295 272

si on veut une valorisation en électricité. Le TRI respectif est de 93,8% et 91,8%

pendant une durée de vie du projet de 15 ans.

Madagascar possède d’énormes ressources en biomasse qui restent mal

exploitées. La valorisation de ces ressources en biogaz doit être vulgarisée pour

résoudre le problème énergétique du pays.

La biométhanisation a un double effet positif sur l'environnement, en amont

en tant que traitement des déchets et effluents organiques, en aval pour réduire le

risque climatique global.

Dans l’avenir, il est indispensable de faire une étude de co-digestion

puisque les déchets seuls ne parviendront jamais à résoudre le problème.

Le co-substrat peut être les STEP, déchets d’abattoirs ou les substrats faciles à

trouvés et gratuites.



REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES :

[1] : AFME : « La méthanisation des déjections animales », Paris, 23p, 1984 ;

[2] : Arnauld ALAIN : « Biotechnologie ».Technique et documentation, Edition

LAVOISIER, Paris 1982 ;

[3] : BELAICHI J.P : « Aspects fondamentaux de la fermentation de la cellulose :

influence de la granulométrie du substrat (2ème colloque international de

technologie, Lomé 1981). Valorisation énergétique des végétaux et des sous-

produits animaux dans les zones rurales africaines » ;

[4] : BILLAUD V., VARAGNAT F. : « La fermentation méthanique », Paris :

GRET, Dossier A, 71p, 1983 ;

[5] : BUGNICOURT J. : « Manuel du biogaz chinois », Paris : GRET, 125p,

1981 ;

[6] : BUNICOURT M. : « Dictionnaire de microbiologie générale », Paris : Ellipses,

1995 ;

[7] : DEMEYER A., JACOB F., JAY M., MENGUY G., PERRIER J. :

« La conversion bioénergétique du rayonnement solaire et les biotechnologies »,

LAVOISIER Technique et Documentation, 1982 ;

[8] : Dr XAVIER Cahours: « Technologie du tabac et de la cigarette », 2011 ;

[9] : Ernest W.Haltiner : « Biogaz 1982 » (Journée d’information du biogaz du 7

Octobre 1982 à Moudon). EST/UTS, Service Technique et Calcul, ASMFA, Zurich

1982 ;

[10] : Fréderic ROBER : « Les ressources énergétiques de notre planète ».

Edition DANGLES, St Jean de Braye, 1984 ;

[11] : GAUDY M. : « Manuel d’Agriculture Tropicale », La Maison Rustique, 2ème

édition, 1965 ;

[12] : Helmut MUCHE et HARALD Zimmermann : « Epuration du biogaz ». Une

publication de Gate à la GTZ, Vieweg et Sohn ESCHBORN, 1984 ;



[13] : LAGRANGE B. : « Biométhane : principes, techniques, utilisations », Aix-

en-Provence : EDISUD, Tome 2, 245p, 1979 ;

[14] : LARPENT J.P, LARPENT-GOURGAUD M. : « Mémento technique de

microbiologie », Paris : LAVOISIER Technique et Documentation, Tome 3, 1039p;

[15] : LEDUC B. : « L’utilisation du biogaz dans les brûleurs et les moteurs à

combustion interne ». Ecole Post-Universitaire de Développement et l’Université

de Madagascar ; Antananarivo 25 Mai- 5 Juin 1987, 3ème session biogaz. Institut

de Mécanique Appliquée. Université Libre de Bruxelles ;

[16] : MAEP UPDR – OCEAN CONSULTANT : « La filière tabac », juillet 2004 ;

[17] : MANOELY Hérvé : « Etude de faisabilité technico-économique de

production de biogaz et de fertilisant organique par méthanisation de fiente de

caille », Mémoire d’Ingénieur ESSA- Département IAA ; Octobre 2001 ;

[18] : PAUL Hubert : « Le tabac », Mars 1970.

[19] : PETIT Jacques : « Le compost : Théories et Pratiques », 3ème édition,

Mandeville, Québec, Edition: L’oiseau moqueur;

[20] : PREVOT A. : « Biosynthèse bactérienne du méthane et des pétroles pour

l’an 2000 », Paris : MALOINE, 103p, 1977;

[21] : RABEARISOA Tokiniaina : « Contribution à l’étude de valorisation

énergétique des sous-produits de l’exploitation du palmier à huile à Mellville

TAMATAVE ».Mémoire d’Ingénieur ESPA - Département Génie Chimique, 2005 ;

[22] : RAMAHERINJATOVO Simon et RAJERISON Tiana : « Contribution à la

valorisation de la laterite », Mémoire d’Ingénieur ESPA- Département Génie

Chimique 1987 ;

[23] : RANAIVOSOLOARIMALALA Alain et ANDRIANTAHIANA Ratefy

(Consultants nationaux) : « Rapport final : projet TCP/MAG/6652(T) : Technique

de production de biogaz ». FAO Juillet 1988 ;



[24] : RANDRIAMBOLOLONA Sabin : « Approches méthodologiques et

technologiques pour la diffusion et la vulgarisation de la technique de biogaz à

Madagascar ». Thèse de Doctorat ESPA – Département Génie Chimique, 2004 ;

[25] : RAVONINJATOVO Achille O. et RABEMANANTSOA Jean

R. : « Contribution à l’étude et à la conception de quelques appareils d’utilisations

du biogaz », Mémoire d’Ingénieur ESPA- Département Génie Chimique, 1988 ;

[26] : RAVONINJATOVO Achille O. et RANDRIAMBOLOLONA

Sabin : « Contribution à la valorisation énergétique, agricole et technique de la

jacinthe d’eau ». Mémoire de DEA- Département Génie Chimique, 1999;

[27]: SOURENE: « Energy as a tool for sustainable development for Africa »;

[28]: THRESSA C., STADTMAN, BARKER H.A.: « The origin of methane in the

acetate and methanol fermentation by Methanosarcina », Division of Plant

Biochemistry, University of California Berkley, 1950;

[29] : Uri MARCHAIM : « Les procédes de production pour le developpement de

technologies durables », Bulletin des services agricoles de la FAO, Rôme1995 ;

[30]: ZEIKUS J.G: « The biology of methanogenic bacteria. Bacteriological

reviews», 1977;



REFERENCES WEBOGRAPHIQUES:

[31]: http://www.wikipédia.fr/biogaz (15 mars 2012)

[32]:file://F:/8tabac.htm(15 mars 2012)

[33]:file://F:/8his-tab.htm(15 mars 2012)

[34] :file://F:/A%20-%20Description%20du%20digesteur%20chinois.htm (18 juin

2012)

[35] :file://méthanisation et production d’électricité/PDF (18 juin 2012)

[36] : file://Tazié Guy Maxime : « Etude technique d’une unité de biométhanisation

destinée à l’électrification rurale » /PDF (18 juin 2012)

[37] : file://Théoneste NKURUNZIZA : « Grandes lignes d’une formation en

technologie du biogaz »/ppt (18 juin 2012)

ANNEXES

Page a- 1 -

ANNEXE I : Sources de biomasse

Végétaux

canne à sucre, herbes, pailles

asséchées, déchets céréaliers (riz,

maïs ...)

Déchets d'origine animale Lisier de bétail (vache, cheval. boeuf,

mouton, porc…), fiente de volailles,

déchets d'abattoir (caillot de sang, rejet

de viande), déchets de pêche, fourrure et

laine

Déchets d'origine humaine Matières fécales, urine, ordures

domestiques, déchets papiers

Sous-produits agricoles et effluents

industriels

Huiles végétales, bagasse, rejets des

cultures de thé, déchets des industries de

tabac, déchets des usines agro-

alimentaires, Rejets (coton) des industries

textiles, boues des usines sucrières et

des stations d'épuration

Sous-produits forestiers Feuilles mortes, branches, écorces

Déchets aquatiques Algues marines, jacinthes, herbes

marines

Page a- 2 -

ANNEXE II : RAPPORT C/N DES

DIVERS DECHETS

Urine 0,8

Jus d'écoulement du fumier 1,9 - 3,1

Déchets d'abattoir mélangés 2

Sang 2

Matières fécales humaines 5 – 10

Matières végétales vertes 7

Humus, terre noire 10

Compost de fumier après 8 mois de fermentation 10

Gazon 10

Fientes de volailles 10

Déjections d'animaux domestiques 15

Compost de fumier mûr, 4 mois, sans adjonction

de terre

15

Fumier de ferme après 3 mois de stockage 15

Fanes de légumineuses 15

Luzerne 16 – 20

Fumier frais pauvre en paille 20

Déchets de cuisine 10-25

Fanes de pommes de terre 25

Compost urbain 34

Aiguilles de pin 30

Fumier de ferme frais avec apport de paille

abondant

30

Tourbe noire 30

Feuilles d'arbre (à la chute) 20-60

Déchets vers de plantes 20-60

Tourbe blonde 50

Paille de céréales 50 – 150

Paille d'avoine 50

Paille de seigle 65

Page a- 3 -

Ecorce 100-150

Paille de blé 150

Papier 150

Sciure de bois décomposée 200

Sciure de bois feuillus (jeunes feuilles)

(moyenne)

150 – 500

Calcul du rapport C/N d'un mélange :

Rm = Rapport C/N du mélange

R1 = Rapport C/N du composant

1 R2 = Rapport C/N du composant 2

n1 = Quantité du

composant1

n2 = Quantité du composant 2

Rm =

n1 * R1 + n2 * R2

n1 + n2

Page a- 4 -

Exemple 1 :

On mélange 2 brouettes de Gazon (C/N = 10) avec 1 brouette de branches broyées

(C/N = 70):

Le rapport C/N obtenu est de 30.

Bon pour le compost mais le est-il assez riche en matériaux structurant

Exemple 2:

On mélange 1 brouette de déjection de lapin (C/N = 15) avec 1 brouette de paille

(C/N = 65):

Le rapport C/N obtenu est de 40.

Un peu trop riche en Carbone mais le mélange est bien structuré...

Vous rajouterez des déchets azotés (par exemple : restes de salade) qui

compenseront le manque d'azote.

Rm =

2 * 10 + 1 * 70

=

90

3 3

Rm =

1 * 15 + 1 * 65

=

80

2 2

Page a- 5 -

ANNEXE III : Les autres procédés de

fermentation

Page a- 6 -

ANNEXE IV: types de digesteur

Digesteur type Chinois

Digesteur type Indien

Page a- 7 -

ANNEXE V : digesteur plug-flow

Page a- 8 -

ANNEXE VI : le tabac reconstitue

Page a- 9 -

ANNEXE VII : La teneur en eau h et de

la matière sèche

1. Définition :

La teneur en eau est la quantité d’eau perdue par la substance lorsqu’on

l’amène en équilibre vrai avec une pression de vapeur d ‘eau nulle dans des

conditions telles que des réactions de perturbations éventuelles soient évitées.

La méthode utilisée est celui de GUILBOT.

2. Méthode :

Cinq grammes d’échantillon sont introduits dans la capsule préalablement

séchée et pesée en étalant en une couche d’épaisseur uniforme.

Le tout est soumis à une dessiccation à l’étuve isotherme à 105°C.

Après refroidissement dans le dessiccateur, à gel de silice, la capsule est pesée,

la dessiccation se poursuit jusqu'à l’obtention d’une masse constante.

3. Mode de calcul :

La teneur en eau (H%), exprimée en grammes pour cent grammes

d’échantillon est donnée par la relation :

M0 : masse en gramme de la capsule vide

M1 : masse en gramme de la capsule, avec prise d’essai avant séchage

M2 : masse en gramme de la capsule, avec prise d’essai après séchage

La teneur en matières sèches est MS est donnée par la formule :

Page a- 10 -

ANNEXE VIII : détermination de la

matière volatile mv

1. Définition :

La matière volatile représente la partie organique de la matière sèche.

2. Principe :

La fraction organique du substrat se gazéifie (sous-forme de CO2) sous l’effet

de la calcination.

3. Méthode :

La MS est mise en calcination à 550°C pendant 24h. La perte poids

enregistrée donne la valeur de la MV.

4. Mode de calcul :

La formule utilisée est :

Cd : c’est la teneur en cendre

Page a- 11 -

ANNEXE IX : détermination du carbone

organique

1. Principe :

Les carbones organiques sont oxydés par un excès d’une solution de bichromate

de potassium en milieu acide. L’excès sera ensuite déterminé à l’aide d’une

solution de sulfate ferreux. Les réactions correspondantes seront les suivantes :

C(org) C++ CO2 + 4 e-

Cr2O72- + 14H++ 6 e- 2Cr3+ + 7H2O

Fe2+ Fe3++ e-

2. Réactifs :

Bichromate de potassium 1N : Dissoudre 49,04 g de K2Cr2O7 dans une fiole

jaugée de 1L avec de l’eau distillé et compléter le volume jusqu’au trait de

jauge.

Acide sulfurique concentré : 20 ml par échantillon.

Sulfate ferreux 0,5 N : Dissoudre 140g de sulfate ferreux (FeSO4, 7H20)

dans une fiole jaugée de 1L avec de l’eau distillé. Ajouter 15mL de H2SO4

concentré le volume à 1L avec de l’eau distillée.

Complexe ferreux-ortho-phénantroline 0,025 M : dissoudre 1,485 g d’ortho-

phénantroline monohydraté C12H8N2, H20 et 0,695 g de FeSO4, 7H2O dans

de l’eau distillé et compléter le volume à 100ml.

3. Procédure :

Peser à peu près 0,5 g de substrat et noter le poids exact. Le transférer

dans un erlenmeyer de 250mL.

Ajouter 10mL de bichromate de potassium 1N et faire tournoyer

l’erlenmeyer pour faire disperser le substrat dans la solution.

Ajouter rapidement 20mL de H2SO4 concentré. Tournoyer l’erlenmeyer puis

agiter vigoureusement pendant 1mn.

Laisser reposer pendant 30mm. Ajouter 200 ml d’eau distillée. Ajouter 4

gouttes d’ortho-phénantroline et titrer la solution avec FeSO4 0,5N.

La fin de la réaction s’observe par le virage d’une coloration verte intense

au rouge violacé.

Page a- 12 -

Faire un essai à blanc dans les mêmes conditions.

4. Calcul :

Avec : Ox : bichromate de potassium

Red : sulfate ferreux

Le taux de la matière organique étant obtenu par la formule simplifié suivante :

Page a- 13 -

ANNEXE X : Détermination de l’azote

total selon Kjeldahl

Principe :

On chauffe la substance avec de l'acide sulfurique concentré qui, à l'ébullition,

détruit les matières organiques azotées. Le carbone et l'hydrogène se dégagent à

l'état de C02 et H20, l'azote transformé en ammoniaque est fixé par l'acide

sulfurique à l'état de (NH4)2SO4. Le K2SO4 permet d'élever la température

d'ébullition de H2S04 jusqu'à 430°C. CuS04 sert de catalyseur. NH3 est ensuite

déplacé par une solution d'hydroxyde de sodium, entraîné à la vapeur et fixé à

l'état de borate, lequel est dosé par une solution titrée d'acide sulfurique.

Réactifs :

Indicateur mixte : dissoudre 0.0495 g de vert de bromocrésol et

0.033 g de rouge de méthyle 5 H dans 50 ml d'éthanol.

Solution d'acide borique à 2% : Dans une fiole jaugée de 2 L, dissoudre 40

g de H3BO3 dans 1800 ml d'eau distillée. Ajouter ensuite 40 ml de la

solution de l'indicateur mixte. Mélanger et ajuster le volume avec de l'eau

distillée jusqu'au trait de la jauge.

Mode opératoire :

Minéralisation de l'azote organique.

Dans un tube de digestion, introduire 0,1g de produit broyé à 0.5 mm de

diamètre,

Catalyseur de minéralisation et 10 ml d'acide sulfurique concentré.

Placez le tout dans un bloc de digestion à 430 °C pendant 30 minutes

Après refroidissement, transvaser le contenu du tube de digestion dans

une fiole de 50 ml. Ajuster au trait de la jauge avec de l'eau distillée.

Page a- 14 -

Distillation de l'azote

Dans l'appareil à distillation, introduire 10 ml de la prise d'essai et 10 ml de

la solution de soude.

Recueillir le distillât dans un erlenmeyer de 125 ml contenant 20 ml de la

solution d'acide borique à 2%.

Effectuer le dosage avec la solution d'acide sulfurique à 0,01N.

Un témoin est préparé dans les mêmes conditions.

Page a- 15 -

Expression des résultats :

Soient :

Va : le volume de la solution d'acide sulfurique versé pour l'échantillon

N : sa normalité

Vo : le volume de la solution d'acide sulfurique versé pour le témoin

La quantité d'acide pour neutraliser la solution sera : V = Va - Vo

L'équivalence de l'azote Kjeldahl dans la prise d'essai est égale à : N x V

Soit dans la solution à analyser : N.V.50/10

Comme la masse d'un milliéquivalent d'azote étant 14 mg, la quantité d'azote

dans 1 g de déchet sera : (N.V.50/10) x 14 x 10-3 g

Dans 100 g de déchet, la quantité de N Kjeldahl sera :

N = (N x V x 50 / 10) x 14xl0 -3xl00g .

Comme N = 0.01 N, alors : N% = V x 0.07

Page a- 16 -

ANNEXE XI : Détermination du taux de

nicotine

1. Précautions :

En raison de l’extrême toxicité de la nicotine : toutes mesures de sécurité devront

prises. Le travail sera effectué en permanence sous une hotte en bon état de

marche, en portant des gants, une blouse, des lunettes de protection et un

masque à gaz.

2. Mode d’extraction de la nicotine par entrainement à la vapeur d’eau :

Le montage à effectuer :

Prendre un ballon de 250mL, ajouter 5g de tabac puis verser 50mL

d’une solution aqueuse de NaOH à 30% de lessive;

Placer le ballon sur un chauffe ballon, raccorder au ballon une

colonne vigreux, puis terminer le montage ;

Vérifier que la réfrigérante marche bien, démarrer le chauffage. La

distillation est terminée après 3h de temps ;

Le distillat est de couleur jaune et en une seule phase parce que la

nicotine est soluble dans l’eau ;

Page a- 17 -

Verser le distillat dans une ampoule à décanter et la nicotine est

extraite par trois (03) portions successives de 20mL de DCM.

La phase organique se colore en jaune tandis que la phase aqueuse

devient incolore. La nicotine est passé dans le solvant organique ;

Les phases organiques sont rassemblées, séchées sur NaSO4 puis

filtrées ;

Le filtrat est ensuite concentré sous vide à l’évaporateur rotatif ;

Peser un petit flacon et tarer la balance de précision, ajouter la

nicotine puis lire la valeur.

Page a- 18 -

ANNEXE XII: La construction du

biodigesteur

1. Piquetage : pour déterminer le centre du digesteur

2. Creusement

3. Coulage du béton du radier

4. Elévation des murs et fixation du tuyau d’entrée

5. Construction du dôme

6. Construction du bassin de sortie

7. Crépissage interne de l’ensemble : 2 couches de 2cm

d’épaisseur chacune

8. Crépissage externe du dôme

9. Lissage interne avec le lait de ciment : 7 couches

10. Fabrication des couvercles

11. Fixation des couvercles et test d’étanchéité

Page a- 19 -

ANNEXE XIII : Tarifs du prix de

l’électricité de la JIRAMA

Catégorie Eléments tarifaires Unité

Tarifs

Zone 1 Zone 2 Zone

3

HA

UTE

TE

N S

ION

(HT)

Tarif HT

LONGUE

UTILISATION

Prime fixe

Energie

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar

31 000

125

142 000

Tarif HT

HORAIRE

Prime fixe

Prix énergie

POINTE

Prix énergie JOUR

Prix Energie NUIT

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar /kWh

Ar

Ar

31 000

405

90

47

161 250

MO

YE

NN

E T

EN

SIO

N (M

T)

MT

Indu

strie

lles

Tarif MT

LONGUE

UTILISATION

Prime fixe

Prix énergie

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar

30 520

140

125 000

20 000

300

125

000

16 500

495

125

000

Tarif MT

COURTE

UTILISATION

Prime fixe

Prix énergie

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar

30 520

190

125 000

20 000

327

125

000

16 500

520

125

000

Tarif MT

HORAIRE

Prime fixe

Prix énergie

POINTE

Prix énergie JOUR

Prix Energie NUIT

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar

24 500

410

90

70

145 000

20 000

480

295

240

145

000

16 500

620

480

450

145

000

MT

Aut

res

Tarif MT

LONGUE

UTILISATION

Prime fixe

Prix énergie

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar

30 520

215

125 000

20 000

400

125

16 500

590

125

Page a- 20 -

000 000

Tarif MT

COURTE

UTILISATION

Prime fixe

Prix énergie

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar

30 520

235

125 000

20 000

403

125

000

16 500

610

125

000

Tarif MT

HORAIRE

Prime fixe

Prix énergie

POINTE

Prix énergie JOUR

Prix Energie NUIT

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar

27 500

475

160

100

145 000

20 000

480

354

345

145

000

16 500

620

550

530

145

000

BA

SS

E TE

NS

ION

(BT)

Tarif BT

GENERAL

Autres

Prime fixe

Prix énergie

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar

2 975

236

7 700

2 560

405

7 700

1 540

547

7 700

Tarif BT

GENERAL

Résidentiels

Prime fixe

Prix

énergie<130kWh

Prix

énergie>130kWh

Redevance

Ar/kW

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar

2 710

205

276

6 450

1 740

368

410

6 450

1 275

490

550

6 450

Tarif BT Eco

Non

Résidentiels

Ps < 3 kW

Prix énergie<25kWh

Prix énergie>25kWh

Redevance

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar

151

645

778

151

720

778

151

773

778

Tarif BT Eco

Résidentiels

Ps < 3 kW

Prix énergie<25kWh

Prix énergie>25kWh

Redevance

Ar/kWh

Ar/kWh

Ar

141

620

778

141

689

778

141

737

778

Page a- 21 -

ANNEXE XIV : Détails des calculs

financiers

Hypothèse de calcul

- La capacité du digesteur à dôme fixe est 15 m3.

-Le temps de rétention hydraulique est de 27 jours (1 cycle), ce qui

correspondrait à une possibilité de réalisation de 14 cycles en une année

Immobilisation

La valeur de l’investissement initial, nécessaire à l’installation des

infrastructures de production de biogaz est Ar 2 294 000.

Fonds débiteurs

A. Substrats : déchet de tabac

Prix unitaire = Ar 50 le kg

Besoins : 14 850 Kg par cycle

Besoins annuels totaux pour 14 cycles = 207 900kg

B. Ferments bouse de vaches


Besoins : 1485 kg par cycle

Besoins annuels totaux pour 14 cycles = 20 790 kg

Prix total = Ar 10 395 000


Page a- 22 -

C. Milieu réactionnel : eau de la JIRAMA

Prix unitaire = Ar 360 le m3

Besoins : 243 m3 par cycle

Besoins annuels totaux pour en 14 cycles = 3 402 m3

D. Main d’œuvre (Deux personnes sont nécessaires pour le suivi et

l’entretien)

Prix unitaire = Ar 100 000 / mois la 1ère année (augmente de 15 % tous

les 2 ans)

E. Amortissements

L’investissement initial est de 14 055 272

Pour une durée de vie de 15 ans, l’amortissement annuel est d’Ar

1 003 948

F. Impôts

Pour une activité agricole, la valeur de l’IBS est égale à Ar 100 000

additionnée à 15 °/oo du chiffre d’affaire. La valeur annuelle de l’IBS est

donc Ar 258 628.


Prix total = Ar 2 400 000 pour la 1ère année

Valeur total des charges = Ar 14 055 272 / an

Amortissement = 1 003 948 / an

Page a- 23 -

Fonds créditeurs

A. Fertilisants


Production annuelle pour les 14 cycles de fermentation = 91 476 kg

B. Biogaz

Prix unitaire = Ar 2 730 le m3

Production expérimentale 37 L en 27 jours pour un réacteur de 3,5 litres

Pour un réacteur de 15 m3, la production annuelle est 12 045 m3.

La recette en biogaz est Ar 32 882 850

Mesure de performance de rentabilité

A. Taux de rentabilité interne

Le Taux de Rentabilité Interne (TRI) est la valeur du taux

d’actualisation pour laquelle le bénéfice actualisé est nul.

Valeur totale des fertilisants = Ar 9 147 600

Total des Recettes (biogaz + fertilisants) = Ar 42 030 45

n = p

0 = Σ MBA j (1 + i) – n - C

n = 1

Page a- 24 -

D’après nos calculs, l’investissement initial de l’exploitation est Ar

14 055 272.

La définition du TRI indique un bénéfice nulle (B = 0)

- 14 055 272+ 27 244 721 / (1+i) = 0

14 055 272(1+i) = 27 244 721

14 055 272.i = 27 244 721 – 14 055 272.

14 055 272.i = 13 189 449 i = 0,938 ou i % = 93.8 %

Le taux de rentabilité est donc de 99,8 %

B. Indice de profitabilité

L’indice de profitabilité (Ip) d’un investissement est défini comme étant le

quotient de la somme des cashs – flows (flux générés) actualisés par le

montant du capital investi.

Ip = 27 244 721 / (1 + 0,18) /14 055 272 Ip = 1,64

C. Durée de récupération des capitaux investis

Le cumule de la marge brute d’autofinancement atteint la valeur

Ar 27 244 721 ducapital investi après environ 6 mois de fonctionnement

des activités de production.

Mesure de performance de rentabilité dans la conversion en électricité :

A. Valeur Actuelle Nette (VAN)

n = p

Ip = ΣMBA n (1 + t) – n C

n = 1

Page a- 25 -

La valeur nette actuelle à la fin de la troisième année d’exercice est

Ar 119 100 030.

B. Taux de rentabilité interne (TRI)

Le capital initialement investi de Ar 18 561 938 génère un flux net positif

d’une valeur Ar 119 100 030 de à la fin de la troisième année de

fonctionnement des activités d’exploitation.

La définition du TRI indique un bénéfice nulle (B = 0)

- 18 561 938 + 119 100 030 / (1+i) 3 = 0

- 18 561 938= - 119 100 030 / (1+i) 3

(1+i) 3 =119 100 030 / 18 561 938

(1+i) 3 = 7.06

(1+i) = 1.91 i = 0,91 ou i % = 91 %

Le taux de rentabilité est donc de 91 % à partir de la troisième année

de fonctionnement

C. Indice de profitabilité (Ip)

Ip =119 100 030 / (1 + 0,18)3 /18 561 938 Ip = 4.3

D. Durée de Récupération du Capital investi (DRCI)

Le capital initialement investi sera récupéré au bout de 3 ans environ de

fonctionnement des activités de production lorsque toutes les prévisions se

déroulent convenablement.

Page a- 26 -

ANNEXE XV : ADAPTATION MOTEUR

DIESEL AU BIOGAZ

Conception du mélangeur (air/biogaz):

Le mélangeur permet :

• d’avoir un mélange homogène (air + biogaz) dans les cylindres,

• d’avoir un même ratio (air/biogaz) dans chaque cylindre.

Le mélangeur (air/biogaz) est installé entre le filtre à air et l'admission d'air du

moteur

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS .................................................................................................. i SOMMAIRE .............................................................................................................. iii GLOSSAIRE ............................................................................................................. iv LISTE DES ACRONYMES ET ABREVIATIONS ................................................ v LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................... vii LISTE DES FIGURES : ......................................................................................... ix LISTE DES PHOTOS .............................................................................................. x LISTE DES ANNEXES : ........................................................................................ xi

INTRODUCTION ....................................................................................................... 1

PARTIE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES

CHAPITRE I : LE BIOGAZ ............................................................................................ 5

I.1. HISTORIQUE ...................................................................................................... 5

I.2. DÉFINITION ......................................................................................................... 6

I.3. LA COMPOSITION DU BIOGAZ ET SES CARACTÉRISTIQUES ....................... 6

I.4. EQUIVALENCE DU BIOGAZ AVEC LES AUTRES COMBUSTIBLES ............... 9

I.5. LES UTILISATIONS DU BIOGAZ ........................................................................ 9

I.5.1. La production de chaleur................................................................. 10 I.5.2. Le biogaz carburant : ...................................................................... 10 I.5.3. La production d’électricité : ............................................................. 10 I.5.4. Autres utilisations : .......................................................................... 11 I.5.5. Le digestat : .................................................................................... 11

I.6. EPURATION DU BIOGAZ .................................................................................. 12

I.6.1. La biofiltration : ................................................................................ 12 I.6.2. L’adsorption : .................................................................................. 12 I.6.3. L’absorption : .................................................................................. 12 I.6.4. L’épuration par circulation du biométhane sur une masse de limaille de fer : ........................................................................................................... 13 I.6.5. La cryo-condensation : .................................................................... 14 I.6.6. La séparation membranaire : .......................................................... 14

I.6.7. La condensation le long de la conduite : ......................................... 14 CHAPITRE II : LE PROCESSUS MICROBIOLOGIQUE DE LA

BIOMÉTHANISATION .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

II.1. MÉTABOLISME DE FERMENTATION MÉTHANIQUE .................................... 15

II.1.1. Etape 1 : Hydrolyse ........................................................................ 15 II.1.2. Etape 2 : Acidogenèse ................................................................... 17

II.1.3. Etape 3 : Acétogenèse ................................................................... 18 II.1.4. Etape 4 : Méthanogenèse .............................................................. 19

II.2. LES CONDITIONS NÉCESSAIRES À LA FERMENTATION MÉTHANIQUE ... 22

II.2.1. Condition anaérobiose et potentiel d’oxydoréduction ..................... 22 II.2.2. L'agitation des substrats dans le digesteur .................................... 22 II.2.3. La température des substrats dans le digesteur ............................ 23 II.2.4. Le potentiel hydrogène :................................................................. 25 II.2.5. La teneur en matière sèche ou MS : .............................................. 25 II.2.6. Le rapport C/N des matières organiques : ..................................... 26 II.2.7. Taux de Charges en matières organiques ..................................... 26 II.2.8. Taux de dilution des matières premières dans l’eau : .................... 27 II.2.9. Durée d'un cycle de production de biométhane : ........................... 27 II.2.10. Emploi de levains ou inoculum (ensemencement) et prétraitement des substrats : .......................................................................................... 28 II.2.11. L'élimination des substances inhibitrices à la biométhanisation ... 29

CHAPITRE II I - LES PROCÉDÉS DE BIOMÉTHANISATION : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

III.1. LE PROCÉDÉ DISCONTINU ........................................................................... 31

III.2. LE PROCÉDÉ CONTINU ................................................................................. 32

III.3. LES AUTRES PROCÉDÉS ............................................................................. 32

III.4. LES BIODIGESTEURS ................................................................................... 33

III.4.1. Le modèle chinois ou dôme fixe .................................................... 33 III.4.2. Le modèle indien ou cloche flottante ............................................. 33 III.4.3. Le digesteur hybride indo-chinois : ............................................... 34 III.4.4. Le digesteur Plug-flow................................................................... 34 III.4.5. Le digesteur en ballon plastique : ................................................. 34

CHAPITRE IV : LE TABAC ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

IV.1. ETUDE BOTANIQUE ...................................................................................... 35

IV.2. HISTORIQUE ET ORIGINE DU TABAC ......................................................... 37

IV.3. LE MODE DE CULTURE ................................................................................ 38

IV.4. LE SÉCHAGE DE LA FEUILLE ...................................................................... 38

IV.4.1. Le séchage au soleil : ................................................................... 38

IV.4.2. Le séchage à air naturel : ............................................................. 39

IV.4.3. Le séchage à l’air chaud : ............................................................. 40

IV.4.4. Le séchage au feu : ...................................................................... 40

IV.5. LA COMPOSITION CHIMIQUE DU TABAC ................................................... 41

CHAPITRE V : LA TRANSFORMATION INDUSTRIELLE DU TABAC : LA

CIGARETTE .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

V.1. LA CONSTRUCTION D’UNE CIGARETTE ...................................................... 44

V.2. LA STRUCTURE DES MÉLANGES ................................................................ 45

V.2.1. La blonde : ..................................................................................... 45

V.2.2. Le brun : ........................................................................................ 46

V.2.3. Les sauces : .................................................................................. 46

V.2.4. Les arômes : .................................................................................. 46

V.3. LE PAPIER ...................................................................................................... 47

V.4. LE FILTRE ....................................................................................................... 48

V.5. LES DÉCHETS DE TABAC ............................................................................. 48

PARTIE II : ETUDES EXPERIMENTALES ET ETUDE DE

PREFAISABILITE

CHAPITRE VI : ETUDES EXPÉRIMENTALES .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

VI.1. ANALYSE DU SUBSTRAT : ........................................................................... 51

VI.1.1. Teneur en matières sèches MS et l’humidité H ........................... 51

VI.1.2. Teneur en matières volatiles MV .................................................. 51

VI.1.3. Rapport C/N : ................................................................................ 51

VI.1.3.1. Taux de carbone C .................................................................... 52

VI.1.3.2 Taux d’azote N .......................................................................... 52

VI.1.4. Taux de nicotine .......................................................................... 52

VI.2. LA BIODIGESTION DU DÉCHET DE TABAC :............................................... 53

VI.2.1. Les dispositifs expérimentaux : ..................................................... 53

VI.2.2. Les conditions expérimentales : ................................................... 54

VI.2.3. Les données expérimentales : ...................................................... 55

VI.2.4. Les résultats : ............................................................................... 56

CHAPITRE VII - ETUDE DE PREFAISABILITE: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

VII.1. LA POTENTIALITÉ EN SUBSTRAT, EN BIOGAZ DU SITE : ........................ 65

VII.2. LE BESOIN ÉNERGÉTIQUE DE L’USINE ET LA VALORISATION DU BIOGAZ:

................................................................................................................................. 65

VII.3. LE CHOIX DU DIGESTEUR : ......................................................................... 66

VII.4. LES DIMENSIONS DU DIGESTEUR : ............................................................ 66

VII.5. LES ÉLÉMENTS DES INSTALLATIONS DE PRODUCTION ........................ 71

VII.5.1. Digesteur ..................................................................................... 71

VII.5.2. Tuyauteries en PET ..................................................................... 71

VII.5.3. Clapet anti-retour ......................................................................... 71

VII.5.4. Robinet tournant .......................................................................... 71

VII.5.5. Système d’épuration .................................................................... 72

VII.5.6. Générateur électrique à biogaz / Centrale à biogaz .................... 72

PARTIE III : ETUDES ECONOMIQUES, APPROCHE

ENVIRONNEMENTALE

CHAPITRE VIII : ETUDES ÉCONOMIQUES .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

VIII.1. LES CRITÈRES DE RENTABILITÉS : .......................................................... 75

VIII.1.1. Marge Brute d’Autofinancement (MBA) ...................................... 75

VIII.1.2.Valeur Nette Actualisée (VNA) .................................................... 75

VIII.1.3. Taux de Rentabilité Interne (TRI) ............................................... 76

VIII.1.4. Indice de Profitabilité (Ip) ............................................................ 76

VIII.1.5. Durée de Récupération des Capitaux Investis (DRCI) ............... 76

VIII.2. LES ÉLÉMENTS D’ÉVALUATION FINANCIÈRE : ........................................ 76

VIII.2.1. Emplois débiteurs du projet ........................................................ 77

VIII.2.2. Investissement ou Capitaux investis ........................................... 77

VIII.2.3. Charges de l’exploitation ............................................................ 77

VIII.2.4. Ressources du projet .................................................................. 78

VIII.2.5. Hypothèses de calcul.................................................................. 78

VIII.3. ETUDE ÉCONOMIQUE DE LA PRODUCTION DE BIOGAZ ET DE

FERTILISANT ......................................................................................................... 79

VIII.3.1. L’investissement lié au biodigesteur : ......................................... 79

VIII.3.2. Les charges d’exploitation : ........................................................ 80

VIII.3.3. Chiffre d’affaire ........................................................................... 80 VIII.3.4. Compte d’exploitation ................................................................. 81

VIII.3.5. Mesure de rentabilité en fin de la 1ère année ............................. 82

VIII.4. ETUDE ÉCONOMIQUE POUR LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ ........... 83

VIII.4.1. Les investissements : ................................................................. 83

VIII.4.2. Le compte d’exploitation : ........................................................... 84

VIII.4.3. Mesure de rentabilité en fin de la 3ème année : ......................... 85

CHAPITRE IX : APPROCHE ENVIRONNEMENTALE .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

CONCLUSION ........................................................................................................................ 87

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES : ...................................................... 89

REFERENCES WEBOGRAPHIQUES : ........................................................ 92

ANNEXES

TABLE DES MATIERES

AUTEUR : RANDRIANAIVOARIMALA Mahery Arnaud

TITRE DU MEMOIRE : « CONTRIBUTION A LA VALORISATION DE DECHETS DE TABAC EN BIOGAZ »

NOMBRE DE PAGES : 87

NOMBRE DE TABLEAUX : 26

NOMBRE DE FIGURES : 14

NOMBRE DE PHOTOS : 15

RESUME :

L’étude a été orientée sur la caractérisation du déchet de tabac afin d’évaluer sa productivité en biogaz. Les déchets de tabac constituent un substrat pour la production de biogaz.

Le substrat contient 95,65% de MS ; 70,58% de MO ; un rapport C/N= 22/1. La nicotine est à 1,65%.

La mise en fermentation anaérobique des déchets, effectuée à l’échelle laboratoire en mode discontinu, a procuré un résultat concluant : 37L de biogaz/600g de substrat pendant 3Oj.

Les conditions de fermentation sont : température à 37°C, pH= 7,8 et un apport en levain de 10% en masse (bouse de vache).

MOTS-CLES : biogaz, déchet de tabac, biodigesteur, fermentation méthanique, méthane.

TITTLE: « Contribution to the valorization of the waste of tobacco to biogas »

SUMMARY:

The study was directed towards the characterization of the waste of tobacco in order to evaluate its biogas productivity. The waste of tobacco constitutes a substrate for the production of biogas.

The substrate contains 95.65% of SM, 70.58% of OM, a report C/N= 22/1. Nicotine is 1.65%. The setting in anaerobic fermentation of waste, carried out on laboratory scale in batch mode, got a conclusive result: 37L of biogas /600g of substrate during 3O days.

The conditions of fermentation are: temperature 37°C, pH= 7.8 and one leaven contribution of 10% in mass (dung of cow)

KEY WORDS: biomethanation, waste tobacco, methane, biogas.

ENCADREUR : Docteur RAHARIJAONA Tovo Robin

ADRESSE DE L’AUTEUR : Lot VR 21 MAHAZOARIVO 101

Tél:0343966613-0337277802

Couriel:[email protected]

UNIVERSITE D’ANTANANARIVObiblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/randrianaivoarimalala... · 2013. 7. 30. · DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE . Présenté par: RANDRIANAIVOARIMALALA Mahery

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