Soutenance mémoire
Description du processus de la méthanisation
La méthanisation se déroule en quatre grandes étapes : une réaction d’hydrolyse des substrats en premier lieu, puis une réaction d’acidogenèse, suivie d’une réaction d’acétogenèse, enfin la réaction de méthanogenèse. Ces quatre phases du processus sont indissociables et forment la digestion anaérobie de la matière organique
Hydrolyse L’hydrolyse est la dépolymérisation par hydrolyse des longues chaînes de polyosides, lipides, protides, et scission en sucres simples, acides gras, peptides et acides aminés.
Acidogenèse L’acidogenèse est une première fermentation des produits issus de l’hydrolyse, avec une production d’une large gamme de molécules organiques (acide acétique, dihydrogène,dioxyde de carbone, des composés monocarbonés, des acides gras plus complexes que l’acide acétique) .
Acétogenèse L’acétogenèse ou formation d’acétate est une étape indispensable à la conversion complète d’un substrat complexe. Elle intervient après l’hydrolyse et la fermentation des polymères (lactate, éthanol, propionate, butyrate, valérate, acides gras à longue chaîne, composés aromatiques), et transforme les métabolites issus de celles-ci en précurseurs directs du méthane (acétate et un mélange gazeux H2 + CO2).
Méthanogenèse La méthanogenèse constitue la dernière étape de dégradation anaérobique de la matière organique. Les microorganismes qui réalisent cette étape sont des archaebactéries. Il existe deux groupes de bactéries méthanogènes, les hydrogénotrophes (qui utilisent H2 et CO2) et les acétoclastes (qui utilisent l’acide acétique). Dans les deux cas, elles vont réduire leur substrat en méthane. La composition moyenne du biogaz ainsi produit est un mélange de CH4 (environ 60%) et de CO2 (environ 40%) avec des traces de H2S, de NH3 et de H2 (DELFOSSE, 2011).
Paramètres physico-chimiques
Température La production de méthane est exploitable à partir de 15°C et elle augmente rapidement à 20°C (TOU et al., 2001). La méthanisation peut se développer dans trois plages thermiques distinctes : psychrophile (inférieure à 20°C), mésophile (20-45°C, optimum 35°C) et thermophile (45-60°C). La fermentation méthanique ne se développe plus ni en-dessous de 10°C, ni au dessus de 65°C (RAMAMPIHERIKA, 1997).
pH Il faut veiller à maintenir le pH dans une zone voisine de 7. Le pH optimal se situe entre 6,5 et 8,0. Si pour une raison indéterminée, le pH tombe au-dessous de 6,6, une inhibition significative de la méthanogénèse intervient (TOU et al., 2001).
Anaérobiose Si la phase préalable à la méthanogenèse peut se dérouler en présence d’air, la phase méthanogène ne peut se développer qu’en absence d’oxygène (TOU et al., 2001).
Humidité Comme pour toute activité biologique, la présence d’eau est indispensable. L’humidité minimale est de 60 à 70%. Dans tous les cas, l’humidité des déchets doit être suffisante pour que l’hydrolyse, première étape de la méthanisation, puisse se dérouler normalement. Si au contraire l’humidité est insuffisante, l’acidification se fait trop vite au détriment de la méthanisation. De ce fait, le substrat organique doit être très dilué : 85 à 90% d’eau avec 10 à 15% de matière sèche (TOU et al., 2001).
Facteurs nutritionnels Les exigences nutritionnelles des bactéries méthanogènes permettent de les distinguer de l’ensemble des autres bactéries. Globalement, leurs milieux de culture doivent avoir des teneurs en C, N et P dans la proportion 100 – 5 – 1 ou 100 – 4 – 1. Ces bactéries consomment à peu près 30 fois plus de carbone que d’azote, si bien qu’un rapport C/N compris entre 25 et 30 est optimum, il est donc recommandé d’utiliser les déjections des animaux domestiques et de la ferme, ainsi que les excréments humains qui ont un bon rapport C/N (TOU et al., 2001).
Agitation Une bonne agitation permet d’éviter la production de croûtes et la décantation de particules denses, elle facilite en particulier la dégazéification des boues en accélérant la coalescence des bulles produites à la surface du floc (TOU et al., 2001)
Utilisations et valorisations du biogaz
Le biogaz peut être utilisé comme source d’énergie pour des usages familiaux, agricoles ou même industriels. Il peut être utilisé soit directement comme combustible, soit comme source d’autres types d’énergie, mécanique ou électrique selon les besoins (MANOELY, 2011).
Cuisson L’utilisation du biogaz comme combustible pour la cuisson requiert des brûleurs spécialement conçus à cet effet, ou bien des brûleurs fonctionnant au propane et au butane mais adaptés, en jouant sur le diamètre du gicleur et sur l’entrée d’air.
Eclairage L’utilisation du biogaz pour l’éclairage nécessite des lampes à manchon avec une lumière douce. Le gaz qui brûle au bout d’un diffuseur sur lequel est appliqué un manchon, produit la chaleur nécessaire pour porter ce dernier à incandescence, et le faire rayonner.
Motorisation Le biogaz peut servir de carburant pour alimenter un moteur à poste fixe ou mobile. L’énergie mécanique produite par la combustion du biogaz dans un moteur peut être utilisée directement pour assurer la production d’énergie motrice ou pour faire tourner un générateur pour la production d’électricité. Le biogaz peut alimenter aussi bien les moteurs à compression (Diesel) qu’à allumage. Ce dernier est modifié, par l’utilisation d’un carburateur à gaz, pour fonctionner au biogaz
Points forts de la technologie
D’après les résultats constatés de cette étude, ce qui a constitué les points forts de cette technologie a été qu’elle pouvait être aux mains des paysans les plus défavorisés dans des endroits enclavés comme étant une alternative à l’exploitation des ressources forestières pour du combustible. MARCHAND (2012)a également affirmé que la production sur site isolé d’énergie est un problème technique pour l’homme et que le biogaz offre une réponse simple et indépendante des facteurs climatiques aléatoires tels l’intensité de la force du vent et la durée d’ensoleillement.En outre, les impacts sociaux, économiques, agronomiques et environnementaux du biogaz domestique sont positivement significatifs au niveau d’une communauté ou d’une région surtout quand celui-ci est diffusé à un très grand nombre de foyers. L’impact majeur de cette technologie est la diminution de la consommation des bénéficiaires en bois ou en charbon donc la réduction d’émissions de gaz à effet de serre. De part son projet biogaz en Chine, ID a rapporté que chaque biodigesteur permet de réduire ces émissions de 2 à 4tonnes équivalentes de CO2par an (www.id-ong.org/er, 2014).Les réductions d’émissions obtenues sont ensuite vendues sur le marché volontaire de la finance carbone après avoir été validées par le Gold Standard, organisme de vérification des crédits carbone échangés sur le marché volontaire. Grâce aux revenus de la vente desréductions d’émissions, ID peut assurer un suivi de qualité à long terme de son projet biogaz allant jusqu’à 21ans (www.id-ong.org/er, 2014). Ces ventes de crédits carbones ont donc générés des revenus permettant de réinvestir dans de nouveaux projets et de favoriser l’expansion de cette merveille technologique aux mains des paysans les plus défavorisés. Un des points forts du biogaz domestique s’avère la valorisation des déchets et effluents agricoles. Comme le milieu rural est une zone de production du secteur agricole, alors il possède en lui-même un grand gisement de matière organique valorisable en énergie sans compter que les activités agricoles sont les premiers responsables d’émissions de méthane. En effet, selon DESSUS (2008), le domaine agricole contribue pour 38% des émissions de méthane, sans compter les déchets ménagers, pour l’essentiel issus de ce secteur. Le reste provient surtout des fuites de gaz du système énergétique (grisou, gaz naturel), qui est du biogaz formé voilà des millions d’années. Enfin, le biogaz domestique permet une indépendance du consommateur pour son combustible de cuisine : l’utilisateur échappe au circuit commercial qui tend à le rendre dépendant des fournisseurs d’énergie traditionnels (MARCHAND, 2012).
CONCLUSION
En somme, le présent ouvrage nous a conduits à comprendre l’utilisation de bouses bovines pour la production de biogaz via des digesteurs familiaux. Ces digesteurs ont été implantés chez 18familles dans le District de Fort-Dauphin. De type dôme fixe, ils ont chacun une capacité de 10m3et sont chargés en mode continu. Le biogaz produit est utilisé pour la cuisson une à deux fois par jour à l’aide du réchaud et du cuiseur à riz ainsi que pour l’éclairage pendant 2 à 4heures/jour grâce à des lampes à manchon. La production de biogaz a pu être optimisée après avoir déterminé les paramètres tels que la quantité de bouses bovines à apporter, la qualité de la bouse bovine, la température du mélange eau et substrat au chargement, la fréquence de chargement et l’utilisation du liquide du rejet dans le mélange. Il a été déduit que 30 à 40kg de bouses bovines fraîches répondent aux besoins quotidiens du digesteur et que le chargement s’effectue tous les trois à quatre jours, vers midi tout en préservant une température plus ou moins élevée du mélange avec emploi du digestat liquide au mélange. L’étude a également permis de situer les différents impacts duprojet biogaz sur les ménages. Au niveau social, le biogaz procure une source de prestige et de fierté pour les familles bénéficiaires, et grâce à son usage, les femmes bénéficiaires épargnent jusqu’à deux heures par jour de corvées ménagères et retrouvent leur cuisine plus propre. La famille vit alors plus confortablement et trouve sa condition sanitaire s’améliorer.
Du point de vue économique, la construction et l’installation du système biogaz requièrent un lourd investissement mais grâce au projet, les familles bénéficiaires ne participent qu’à 25,38% des dépenses, apport qui s’avère toutefois encore très coûteux pour des ménages ruraux. Les ménages bénéficiant du biogaz voient diminuer de 260.200Ariary par an leurs dépenses sur l’achat de moyens d’éclairage et de combustibles destinés aux cuissons. Ils valorisent également leur gain de temps en d’autres activités génératrices de revenu améliorant ainsi leur condition de vie. Sur l’aspect agricole, il a été constaté que l’utilisation des digestats solides et liquides sur des cultures maraîchères augmentait considérablement les rendements de cultures. Et quant aux impacts écologiques, il y a d’une part la diminution des pollutions de l’eau, de l’air et du sol puis d’autre part, le renforcement de la lutte contre la déforestation. En outre, dans cette étude, il a été remarqué que les digestats pouvaient avoir d’autres finalités en sus de la fertilisation et plus particulièrement le digestat liquide, en tant que produit phytosanitaire et en tant que complément minéral pour le porc. Par ailleurs, une analyse SWOT du projet Biogaz a permis de dégager les forces et faiblesses du projet ainsi que les opportunités et les menaces qui lui entourent.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
LISTE DES ABREVIATIONS
GLOSSAIRES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES PHOTOS
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION
PARTIE I. ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1. Méthanisation
1.1. Description du processus de la méthanisation
1.2. Microbiologie de la digestion anaérobie
1.3. Résultats de la digestion
2. Biogaz
2.1. Paramètres physico-chimiques
2.2. Composition chimique du biogaz
2.3. Utilisations et valorisations du biogaz
3. Digesteurs
3.1. Digesteurs à cloche flottante
3.2. Digesteurs à dôme fixe
3.3. Digesteurs Borda
PARTIE II.MATERIELS ET METHODES
1. Présentation de la zone d’étude
2. Matériels
2.1. Matériaux, matériels et main d’œuvre
2.2. Moules et kits biogaz
2.3. Approvisionnements en fumier
2.4. Equipements de terrain
2.5. Outils de suivis
3. Méthodes
3.1. Travaux sur terrain
3.2. Méthodes d’enquêtes et d’observations
3.3. Traitement et analyse des données
PARTIE III. RESULTATS
1. Caractéristiques du biodigesteur familial
2. Production de biogaz et optimisation
2.1. Production de biogaz et performances des kits
2.2. Utilisation du biogaz au sein des familles bénéficiaires
2.3. Optimisation
3. Impacts du projet biogaz sur les conditions de vie des familles bénéficiaires
3.1. Impacts sociaux
3.2. Impacts économiques
3.3. Impacts agricoles
3.4. Impacts écologiques
4. Analyse SWOT du projet FAFAFI BIOGAZ de Fort-Dauphin .
PARTIE IV. DISCUSSIONS ET SUGGESTIONS
1. Optimisation de la production de biogaz
2. Risques et mesures préventives liés à l’usage du biogaz domestique
2.1. Face au méthane
2.2. Face aux excréments
3. Qualités et traitements des digestats
3.1. Valeur agronomique du digestat
3.2. Précautions pour le stockage du digestat
3.3. Précautions à l’épandage
3.4. Importance de la séparation de phase et de post traitement
4. Points forts et contraintes de la technologie
4.1. Points forts de la technologie
4.2. Limites ou contraintes
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES
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