~~~~ p@J) JJD/KG EPUBLIQUE DU SENEGAL D...
~~~~ p@J)
JJD/KG
EPUBLIQUE DU SENEGAL
D E L E G A T I O N G E N E R A L E
PR 1/4A TURE
A LA RECHERCHE S&IENTIFIQUE ET TECHT4Jf-'11JE
t
B 1 c - G A Z
PRODUCTION DE METHANE PAR FERMENTA JION
ANAEROBIE DE LA BIOMASSE
(~OMPOSTAGE ET PRO~UCTICIN OWERGIE)
Albert DiQne FAYE
Rapport de stage cncadr6 par J.J. DREVON
tiivision de Biochimie microbiologis des sols
INSTITUT SENEGALAIS DE RECHERCHE.$ AGRICOLES
IL s. R, fi.)
.
.
AVANT PROPOS
Les études réalisées au CNRA de Bambey sur la fertilité
des sols des regions Centre Nard et Centre du SenOgal, mettent en
évidence l'importance de la fumure organique.
Mais les ressources en matiéres organiques restituables
aux sols sont limitées * et de plus difficilement disponibles dans
leur état actuel pour constituer une fumure organique ; les pailles
brutes de mil sont difficiles à enfouir et des quantités importantes
de fumier sont dispersées dans des parcours incultes.
Diverses particularités limitent de plus l'emploi comme
funure de ces matiéres organiques disponibles : les pailles brutes
se d6composent lentement,- leur d4composition mobilise des quantités
importantes d'azote du sol au dépens de la plante, elle lib8re des
acides phytotoxiques ; quant au fumier brut, trés riche en graines,
son application au sol multiplie le développement des mauvaises herbes.
Ainsi il apparaft important d’ameliorer le conditionnement
des matières organiques avant qu'elles soient retournées au sol et
d'intensifier leur utilisation dans des circuits de transformation
puis de restitution aux sols qui valorisent le travail suppl&mantairo
engendré.
Dans ce contexte, la fermentation onaaroblo m&thanag&ne
présente trois avantages :
Production d’énergie en zone rurale (le bio-gaz)
utilisable sous’forme carlorifique,
lumineuse, mecanique o u electrique
(par substitution à l'essence dans des moteurs à poste fixe). On peut
espérer jusqu'à 300 m 3 de bio-gaz par tonne de matière sèche et par mois,
s
* *‘
, t,
Mode de compostage de la matière organique, avec pertes
c
limitees d'azoté gazeux.
. . _"
Intensification de l'association agriculture-elcuaqe,
l a fermentation’de l a rnatiore o r g a n i q u e apros qu'elle a i t t r a n s i t e
dans l'animal, valorisant d’autant plus la collecte des pailles et
donc une utilisation accrue des pailles pour l'alimentation du bétail.
-z+ “Eléments pour une étude des apports de mati&rc organique aux sols
dans la bassin aLachidier du Sénégalil ISRA/CNRA/Bambey Rondo.
P L A N
Pagoe
INTRODUCTION
1
1
- QU'E$T-CE QUE LA PRODUCTION DE BIO-GAZ ?
2
1. Définition
2
2. Les facteurs ecologiques de la production
*
3
de bio-gaz
r”.
II -
LES DIFFERENTS TYPES DE FERMENTEURS
."*a) ”
1, Le système continü.
2. Le systéme discontinu
3. Le modèle chinois
III - EXPERIMENTATION AVEC UN FERPIENTEUR DE LABORATOIRE
13
1, Description du matériel
13
2, La matiere organique et 8on conditionnement
13
a) La phase aerobie
1s
b) La phase anaérobie
'r6
3, Le bio-gaz
16
a) Influence de la tempgrature
17
b) Influence du pH du milieu
17
c) Purification et analyse du mdlange gazeux
18
4, Evolution de la matière organique au cours de
la fermentation
20
5. Conclusions de 1 ‘exp6rimentation
25
ANNEXES
1
- Méthodes d’analyse chimique de la matière orga-
nique
26
II
- Tableaux et courbes de production de bio-gaz
28
f
h
ITI ”
Le fermenteur de Ndioakh-Fiesel installé par
Ii . .
35
CARITAS
_
c
,
IV ”
Liste des Instituts et pcrsonnalit6z-3 ayant une
37
expérience dans la production de Bio-gaz
BIBLIOGRAPHIE
40
1.
INTRODUCTION
On sait à la suite de nombreuses exp6riences realisées dans
differents pays, depuis de nombreuses années parfois, qu'il est possible
de récuperer de 1'6nergie sous forme d'un melange gazeux contenant 50 $
de méthane environ, à partir de matiéres organiques cellulosiques, à
L
-0?
condition de les fermenter en absence d'oxygène. C'est le principe de
’ L
la production de bio-gaz.
a
L'objectif d'une première manipulation est de savoir, s’il
.
est possible de produire du méthane biologique à partir du fumier dispo-
nible dans les exploitations agricoles sénégalaises. Il s’agira donc
au cours de cette Premiere manipulation de définir les conditions prati-
ques de la production de methane biologiqueen~stema ci.kcontin~En @articulior
il.fc?ut!~~uor~tcmpscapréfermentation aérobio
après lequel la production
de methane est possible quand on passe en conditions anabro&ios, in
effet si le temps est trop court, il y a acidification du milieu en
début de fermentation anadrobique et les bactéries méthanogènes sont
inhibees. Au terme de ce premier essai, nous aurons également une premiere
évaluation des quantites de gaz qu'il est possible de produire avec du
fumier de ferme, et de la qualité du compust résiduel apres la fermenta-
tion.
Dans cette Premiere manipulation une mesure journalière de
la production de gaz dans chaque fermentour permettra d’établir la
courbe de production de gaz en fonction du temps.
Différents parametres du milieu seront egalement suivis :
le pH, la température, l’état d'humidité, le rapport C/N. L'analyse
du gaz sera faite à différentes périodes du cycle de production. Paral-
lblement, on testera en pot la capacit4 germinative des graines conte-
nues dans le fumier à 1’Qtat initial, après la prgfermentation abrobia
et après la fermentation anaerobie?.
Avant d’exposer 10s resultats do cet essai, nous presontons
les principes do l a fermentation methanogene , puis quelques differoilts
types du fcrmontcurs.
2.
1 - QU'EÇT-CE 4UE LA PRODUCTIOM DE BIO-GAZ ?
l*/- Définition
Le complexe de matibre organique est converti en simples
produits gazeux qu'on appelle bio-gaz, compos0s de m8thane CH4, de gaz
carbonique ainsi que d'autres gaz à 1’Btat de traces et la fermentation
.-z
mixte (digestion en anoérobiose) peut Btre considérde comme une méthode
de dégradation de la matihre organique. La formule théorique de la
décomposition de la cellule est la suivante :
* *
-
!
!
! n (CGH5010 ) + n (H20 )
3n CH4 t 3n CO2 t 4,5n calori8s
i
!
!
Le travail s’opère en deux temps : la liquefaction puis la
gazeification qui se fait par deux voies diffdrentes. Le premier groupe
de bactkies productrices d’acide est responsable de la transformation
des composés organiques complexés en compos6s organiques plus simples
(acides acétique, propionique, butyrique) qui deviennent une source de
nourriture pour un second groupe de bact6ries : Les batturias mdthaniques.
matière
liquafaction
Acides gras
gazoification.002 +icH4i6,
organique
*-.
(CH3COOH)
1
,z
I
v-----+
i
i
I
!
CO2 t 2H2
I.
I
9k La liquefaction :
Les sucres sont hydrolys6s et transformds en acide gras,
;C6 HI005 + H20
3
!
(CH3 COOH )
!
!
!
I
. . .
!
!
, 1
!
acide acétique.
I
.-
* La qazeification :
2 voies diffgrentes
l"/ L'acide formé se décompose en gaz carbonique et en m8thane
!
!
! CH3COOH t 2H20
.2 CH4 + 2co2 ;
!
.
20/ Le gaz carbonique et l'hydrogone pr8sents se recombinent dans
lc milieu.
!
!
!
2CO2 + 4H2
‘2 CH4 !
!
!
3 .
Le principal agent responsable de la décomposition méthanique
est le clostridium perfringens. C'est l'hote commun de l'intestin de
l'homme et de beaucoup d'animaux. Il pousse bien à 2Z"c, sa température
optimum de croissance est de 37Oc. A 50°c sa croissance n'est pas encore
inhibée (Dioctionnaire des bactéries pathoggnes).
On considgre néanmoins
que la production de bio-gaz met en jeu un nombre élevé d'espaces bacté-
riennes.
20/- Les facteurs écoloqiques de la production de Bio-qaz.
.
La production de biogaz dépend de nombreux facteurs : la
composition de la matiGre organique et l'État physicochimique du milieu
z .,
ambiant. 0~ sait que les populations bacteriennes sont très sensibles
L
à toute variation de l’état du milieu , qui ontraine nécessairement une
baisse de la production. Aussi la population bacterienne doit @tre
conservée dans des conditions optimales constantes pour mieux assurer
leur reproduction.
Les principaux facteurs de ia multiplication bactérienne sont :
a) le PH du milieu qui fait l'objet de nombreuses discus-
sions. La plupart des avis inulinent cependant pour un pH legerement
a l c a l i n c o m p r i s e n t r e 7 e t 7,5. Certainas stations admettent des chiffres
compris entre 6,8 et 7,2, ceci en raison des fluctuations périodiques
de l'eau qui entre dans les digesters. Au laboratoire on constate que
le cfuQWum p e r f i n g e r s
cesse de sporuler l o r s q u e l e p H e s t i n f é r i e u r
61 6,5 e t s u p é r i e u r à 7,b. Lorsque le pH atteint 8,4 sa croissance
s’arréte. Notons que le pH du milieu évolue de lui meme suivant les
étapes de la digestion. Au début il est acide surtout pendant la phase
où le milieu lib&re une grande quantit6 d’acides volatiles. Ensuite il
devient alcalin et favorable à la croissance des bactéries du second
groupe.
b) l'agitation du milieu n'est pas toujours nécessaires,
Son but est d'augmenter l~endements de gaz journellement produit par
mètre cube de dligester.
Elle est bénéfique pour 2 raisons.:
* E l l e libhre las bulles de gaz emprisonnées dans la masse
et permet aux batteries un meilleur contact avec le
substrat nutritif
* Elle homogeiniso la population bactérienne dans l’en-
*
semble de la fosse, dvitant ainsi une surconcentration
dans les endroits où le milieu est le plus favorable.
C) L a temperature est très importante car c’est d’elle que
dependent deux facteurs :
- -
* La rapidité du développement bactérien et par conséquent
le volume de gaz produit par mètre cube de afigcstion
e t p a r j o u r .
++ L a selection d u t y p e d e batteries ( s o i t thermophilc,
s o i t m e s o p h i l e ) q u i v o n t opQrer l a d i g e s t i o n , L a tempG-
r a t u r e d o i t &trc a u s s i s t a b l e q u e p o s s i b l e p o u r emoQchor
la pertubation du développement bactérien. En-dossous
de 37Oc, u n e b a i s s e d e t e m p é r a t u r e d e IOC se traduit
par une chute du rendement, Ses valeurs limites sont 5Oc
e t 60°c. A 10°c la digestion dure 40 jours et produit
e n v i r o n l a m@me quantite d e g a z q u ’ u n e d i g e s t i o n e n
3 0 j o u r s a 41°c,
4.
A 54Oc, il est passible d'obtenir 600 m3/T.M.S. de gaz en opu~ont avoc
des déchets à haute teneur en gucose". Dans ce cas, la digestion semble
@tre operée par des ferments thermophiles d>un type différent de ceux
qui agissent Pour la production de gaz de fumier à 30 - 40°c.
d) La nourriture des bactdrics, le substrat est le facteur
10 plus important ot CY..JSsi l a principolo sarvitudo clu systhmc,
Toutes li2s six scmainus ; il tnut vicitir las digestcure .iJt ril-
iwittrc; uni nouvùllü chargu oc fumier si la tomperâture o&t 33OC, dans lo
cas du sys%bmti ~~iscoritinu I quant au syst&mo ccntinu, Si ojliqti
ii un '
nPport rGguf.ikr dans lu temps.
Plusieurs auteurs ont reporté sur la quantite de biogaz produit
à partir de différentes matières organiques. On note que les matieres
premiéres de sources similaires produisent des quantites differentes de
gaz par suite des caractéristiques de la matière solide ou des conditions
diopEration.
On a observé qu'une matiere organique provenant d'une plan-
te jeune produit moins de bio-gaz que celle provenant d’une vieille plante.
Cette différence serait dOe à la densité de la cellulose contenue dans
la matiere première. La production diffère aussi selon le rapport carbo-
ne/azote.
* L'influence du rapport C N sur laproduction :
Le rapport C/N dans la matiere organique est important pour
la production de mgthane. En effet l’azote est utilisé par incorporation
dans la structure cellulaire. Si les mitrates presents sont insuffisants
pour permettre la multiplication des bactéries, la production du méthane
décroftra ou merne cessera. En somme si le rapport C/N est elevé, le
proccssus est limite Par la digostion hs’hitrates. Par contre s’il est
bas, l'ammoniac se forme en quantités assez large et la reproduction
bactérienne est inhibée. On considgre qu’il est nécessaire de maintenir
le rapport C/N aux alentours de 30 pour avoir l'optimum de digestion.
Tableau 1 : COMPARAISON DES 7; D'AZOTE ET DU RAPPORT C/N CONTENU DANS
DIFFERENTES MATIERES PREMIERES (Recycling agriculture1 Waste
in China - chap. 4)
Matiere première
$ d’azote
C/N
- Urine :
15 - 18 $
098
1
- fumier de mouton :
3,8 $
- fumier de cheval :
2,3 S
25
e
c
- fumier de boeuf :
1,7 g
18
- debris végétaux :
2,15 $
14
Tableau ,2 : PRODUCTION DE BIO-GAZ PAR KG DE flATIERE PREMIERE SECHE
l/- Source CRDI "Bis-gaz technology in the world trialBI
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
MATIERE I&re
!
!
N 'T*
w
!
!
c ;it
,m3/kg MiS, i
.
.
1
, *-2"lr----rrllr-~-r-.t "a.----"---". I
I
m--"---"-w-. II---"--"--.1 -"-".--I-m--. 1
!
!
!
!
!Feces
!
-
! -
!
40,55 ;1,38 à 1,921
,Fumier de vache
.
Il
!
16)
30,l
;
1,071
!
!
!
de cheval
!
2,3
;5
!
!
57,5
;
2,00;
II
!
de parc
398
1)
!
!
20
76,O
;
!
2,641
de mouton ,
3,8
22
!
2,89!
11
!
!
83,6
i
!
de volaille
;
6,5
!
15
!
90,o
!
3,121
,Paille d'avoine
;
1,O
.
!
48
!
TO,4
!
1,75;
;Paille de blé
!
093
138
38,4
!
!
!
1933I
;Foin
490
12
!
!
!
48,0
!
1,671
; Graminh p r i a r i a l e
24
19
!
45,6
!
1,64;
ILuzerne
;2,4 -3,0
.
; 16-20
!
:60
!
:2,07;
!Algues
199
!
7y
36,1
!
!
!
1,25;
!Papier
!
-
! -
!
40,6
!
1,41;
!
!
?
!
!
!
!
!
!
!
!
!
20/- Source : NAS "Méthane gdnbration fram human, animal and
a g r i c u l t u r a l wastes”.
!
!
!
!
!
1
!
!
!
!
!
MATIERE I&re
!
N
!
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!
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!
,i:r3/kg
N,S . ,
.
!---" ----oœ----" ------ ja -----------! --N-l--" -'-!--"'""-'- T --------- "'!
!Feces
!
!
!
!
c,33
!
!Fumier de bovin
!
1,7
0
18
!
!0,23 h 0,50!
! $1
de boeufs
!
-
!
!
!LX,86 b IJI!
1 "
de porc
I
! -
!
!0,49 B 1,02!
0 "
de moutons !
;,n
!
!
!0,37 21 0,6 1
! "
de volaille ! 6,3
!
!
!0,46 à 0,56?
! Fourrage
!
!
i
!0,5
!
!Algues
!
!
!
!0,32
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
II - LES DIFFERENTS TYPES OE FERMENTEUR :
A l'heure actuelle , plusieurs modèles de formonteurs sont:
en cours d'experimcntation.
Cependant les plus courants sont :
- le systemne continu
- le modale chinois
s
- le systeme discontinu.
?/- Le systeme continu :
Il trouve son application surtout en Inde. Il suppse un ap-
port quotidien de petite quantit0 de fumier mis en solution dans l'eau.
Le liquide est versé dans une tuyauterie aboutissant au bas du liquide
en fermentant dans le digesteur tandis qu'un Zeme tuyau d'évacuation
vide le fermenteur simultanément d'une mbmo quantite de substrat ferment?'
Ce système permet un fonctionnement sans obligation d’ouverture des
couvercles pour assurer l'alimentation des bactéries. La production de
gaz se faisant "sans B coup", le rendement est maximum.
-* Description : L’appareil comprend trois parties (cf Schéma p. 7 )
- l e reservoir d e melange
- le fermenteur proprement dit
- et la cuve de décantation.
* Avantaqes :
- la production est stable tout au long de l'année ;
- le rendement de gaz par mètre cube ds digester est plus
Qlevé que dans les autres méthodes.
- I l n’est pas nécessaire de lacher d a n s l’atmosphére l e s g a z
obtenus en debut de fermentation parce qu'il n'y a pas besoin d’attendre
l ’ a p p a r i t i o n du second groupa d e b a c t é r i e G chaque; ~pprovisionn~n~ï~t,
noUVCw contrairamcnt au aystBmti discontinu.
Cependant la servitude imposeo est plus grande puisqu'il
>
faut chaque jour assurer l'alimentation des digostours.
* Rendement de l'installation : (m3 de garfm3 de cuve/jour)
*.
n
Il est difficile de porter un jugement valable sur les chif-
fres avances par suite du manque de precision accompagnant les affirma-
tions de certains auteurs. Cependant, on estime qu'on peut obtenir 1 m3
de gaz pour 3 m3 de digesteur. D’autres avances im3 de gaz pour lm3 de
digcsteurs. A Idiofa (Zaïre) le rendement espere est de l’ordre 90 76.
Par contre MANN du mont des CATS parle? d'un rondement de lClO$, tandis
que BOSSHOF avance la chiffre de 120 5. Au Mont Cats, alors que la
température variait de 3Oc a 7Oc la production de méthane biologique est
restée d'une régularité remarquable. Le chauffage obten,u ü cinq reprises
a consomme 136 m3 de gaz pour 2124 m3 dégage soit 6,5 2 de la production
totale.
Ces chiffres rendent compte de la diversitd des opinions
émises sur le rendement des installations en continu.
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-
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A
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2,3 R dc k*rt
ioc -
10 ou de targïi
X rltervrir de mbluw
II izw&rttur o* rcraantrrr
III Ccva de dbcantctton
DIGESTEURS A AtlblE!ITATION CONTINU~E
(cf. p* rn)
d'apr& fiche GRET T.56
DIGESTEUR A ALIMENTATION DISCONTINUE
(P.43
d'aprës GRET, fiche T.55
b) Le ays tT3rx discontinu
Y
.--I
La mise en charge des matières 61 decomposer se fait de manière
périodique. Chaque digester est vid4 et realimenté lorsque la quantite
de gaz journellement produit par m3 de digester n’est plus rentable.
Cette methode de travail assure une production de gaz assez stable que
lorsque l’ensemble do l’installation dispose d’une séria de digesteurs.
* Descr,iption :
De mdmo que dans le systéme continu, il y a deux parties qui
_.
peuvent 9tre distinctes : le géo6ratour ou fermenteur et 10 gazomètre
II
(ou cloche gazometrique).
- Lc générateur : CI.est une cuva on ciment enterree à une
faible profondeur. La matierc organique est constituée essentiellement
de fumier que l’on humecte avec de l’eau. Il est fermé par un couvercle
métallique qui communique avec le gazomètre 21 l’aide d’untuyau soud6 on
son dossus. Une barre de fermeture est posée sur lc couvercle pour
empecher qu'il saute lorsquo la pression des gaz produit est trop grande,
A la base du générateur, au niveau de sol est soude un tube de vicjangc
( c f Schema p . 9)
- Le qazomètre : C'est une cuve contenant de l'eau et sur
laquelle est renversée une cloche pouvant naviguer librement entre les
parois interieur du gazomètre. Quand il y a du gaz, la cloche remonte
jusqu’a un niveau proportionnel au volume de gaz produit.
++ Avantaqcs et inconvénients :
En travaillant à une température de 33Oc, la digestion ~‘opèro
en 6 semaines, on est donc tranquille pendant 6 semaines. Mais :
- la production YO fait par “a coup” puisqu’elle ost
stopprlc à chaque ouverture de la fosse.
- Les premiers jours, lo necessaire prefermentation aero-
bique consomme une partie de la ressource sans produire de bio-gaz ;
- Elle oblige & construire dos fosses plus volumineuses
par suite d’un moins bon rendement do gaz par m3 de digestcr.
1
% Rendements :
, ’
Les rendements possibles sont de l’ordre do 61,5 $. Ce chiffra
s’aligne également sur des prévisions du Nont dos Csts
où les moines
espéraiont obtenir 50 m3/j de gaz pour 96 m3 de digcster.
c) Le modèle chinois
+$ Le diqesteur :
Le digestcur de type chinois est une fosse de trois metres de
profondeur. La portion du fermontour contenant la mati&re organique
s’étend de la base jusqu’h une hauteur de 2m. La partie qui récupbre
lc gaz est construitedo sorte qu'on arrivant au niveau du sol, elle
est réduite à 60 cm de diamètre. (cf. Schémas p. ‘Ii-12).
10.
* La fermentation :
La fermentation anaerobio
de la matièro organique est
meilleure si la fumuro contient de 7 & 9 $ do matieres solides. Les
matières utilisables fermentées dans un digesteur contiennent les mbmos
pourcentages de solide et aflos sont diluées par la m&me quantité d'eau.
Uno dilution insuffisante cntraine la viscosité du milieu et les bactéries
peuvent Btre inhibées.
.
Le pH et l'amoniac toxique peuvent aussi Otre critiques à une dilution
-”
insuffisante. En chine, des combinaisons de matieres premières sont
apportees dans la dilution, essentiellement un melange de 20 $ de matière
I.
organiques, 30 $ d’excreta humains et 50 $ d'eau.
* La temperature.
A l'aide d'un thermomètre, chaque jour, on relève la température,
Les micro-organismes qui participent à la production de méthane ont une
activite optimale vers 30°c. A dessous de cette température la production
de gaz diminue.
Tableau 3,
RELATION ENTRE PRODUCTION DE GAZ ET TEMPERATURE
Température
!
Production de gaz
!
!
(en cm3/jour)
!
!
!
!
29 - 31 oc
!
0,55 cm3
0
!
!
!
!
24 - 26 Oc
!
0,21 cm3
!
!
16 - 20 oc
!
0,iO cm3
!
!
!
!
12 - 15 oc
Cl,07 cm3
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
Lorsque la température diminue, la production de gaz diminue.
++ Avantaqes,
- Il peut etre fait en ciment ontibromnnt
- La température reste constante, ce qui cntraine une produc-
tion constante,
- Les dimensions sont variables et le digesteur peut Btre im-
planté dans n’importe quelle zone rurale.
* L'utilisation du qaz :
. Interet économique :
Le gaz qui provient de la fermentation est similairo au gaz
naturel, il contient essentiellement 60 a 70 $ de méthane, 30 h 35 $
de dioxyde de carbone, un faible pourcentage d’hydrogbne et de nitrate
et quelques traces de sulfates d’hydrogène li2S. Ce gaz a une valeur
calorifique de 5000 KCaf/m3. Une capacité do 10 1-113 de fumier cngendre
5 m3 de gaz/jour. Bien aménagée la méthanisation est suffisants paur
a n r t v r i r ?OC. hnsni n.q ri*ttrtR fami 11~ n h i nni RP mn nnmhtt4t.i hl o nnttr 1 h rtii s i nn
Mat&e fraiche
kw&a humains et animaux+
d&ris V&&aux )
Ombre de fermentatian
~ïSP~SlTiON
-
6ENERAlE DU FERMENTEUR D’ORIGINE CHINOISE
Tuyau ck r?ic upéFrPtmn du gaz
Bouche dent& de fa
_,” matière fraicha:
- - Chambre da fwmentrrtian ---’ .. i
‘7- .. . -.._<, . .._ _
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8wche de vidange
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Intérêt fertilisant :
Les offluents sont utilisés directement comme engrais.
Ils sont aussi utilises pour faire des acides humiques fertilisants,
et dans les eaux d’irrigation.
Tableau 4.
CDMPARAISON DES ELEMENTS CONTENUS DANS LES BOUES ET LES
EFFLUENTS APRES LA FERMENTATION ANAEROBIE.
1 Nx
650 PPM
500
ivw
/
!
] px
40
”
15
‘I
!
1
K.
1
9400
"
!
2000
"
1
1
1
III " EXPERIMENTATION AVEC UN FERMENTEUR DE LABORATOIRE :
'!) Descrption du matériel :
Il est analogue au système discontinu et se compose de 2 parties
distinctes : le fermenteur et le gazomètre.
1) Le fermenteur : Il se compose de 2 parties : la cuve et la cloche.
( c f . f i g . p, 1 4 )
* La cuve : Elle est en P.V.&. opaque-gris de 40 cm de hauteur et 25,5cm
dewre soit un volume de 20.417,80 cm3, Le fond est systématique-
ment ferm8 par une plaque soudee à la base en ses extrémitës. Un syphon
de 0,7 cm de diamètre soud8 à la base permet de communiquer avec l’int6-
rieur, Elle est remplie de fumier jusqu'à 5 cm des bords supGrieurs,
soit à un volume de 17 865, 60 cm3. On apporte de l'eau jusqu*& ce que
le niveau affleure le niveau superieur du fumier dans la cuve,
* La cloche : Elle est aussi en P.V.C. opaque-gris de 29 cm de hauteur,
24,5 cm de diametre soit un volume de 13.462 cm3. L'une de ses bases est
fernee par une plaque en plGxi.glass fortement aoudee en ses eNtremitEs.
Un tube en matière plastique de 0,7 cm de diametre, soudé sur le verrepo>
. ’
mtit ds c :;;i:iui-S$uer avec 1 ‘interieur. Il sert a la recupération du gaz, Ce
tube est ferme par un bouchon demontablc en matière plastique. Il est
ensuite pincé 21 son milieu par une paire de pince pour Qviter une fuite
.
Qventuelle du gaz produit pendant la phase anaérobique.
2) La matière orqanique et son conditionnement :
C’est une poudrette brute rGcoltee dans une stabulation sous
deux boeufs
cvdc litiera,
constituée des rebua de tiges de sorgho qui
entrent dans l'alimentation des boeufs(avec un complément riche en éner-
gie azotée), La litiere est
finement broyée par le piétinement des ani-
maux. On y prelève 4,50 kg de matiere sèche que l’on met dans chaque
Fermenteur. On analyse un échantillon de cette poudrette pour connaftre
les pourcentages de carbone total, d’azote et d’acides humiques a l'état
initial. De meme, on cherchera le pourcentage dchumiditd et le pH de
la matière organique initiale. On en ducluit le rapport C/M. On reprendra
ces analyses à la fin de la préfermentation et de la fermentation anaéro-
bie.
On dose le carbone et les acides humiques par la méthode de Anne
modifiee et l'azute par la mdthode de KJe~nd~h:,(cf, Anne I)
‘ube en
Tableau 5,
ANALYSE DE LA MATIERE ORGANIQUE A 1'ETAT INITIAL
“1
1 Acides !
< élfxà i c.
;
c
!
!
'!
,
!humiquesj N .
7 ,!
!
!
.
I
PJ *
!
PH.
f
Humidite.
i
7
.
of
/J
1
32,90 !
1,44 !
1,658 !
19,84
1
8,3
1
23,Ol
.
1
!
!
1
1
!
, L,a phase d’aerobiose :
Après le remplissaqe des cuves avec le fumier et addition de
12.L;itroG d'z~au, las formontours s o n t laisa8s qn aéwbiocw c'est ? df.re
k l ’ a i r l i b r e . Grke au syphon on détermine à chaque instant le niveEJ
ce l’eau, On prend chaque jour la température du “ferment” qui varie sntrc.
30 et 33Oc. Au bout de 3 à 4 jours, on constate que le compost a rempli
Le fermenteur jusqu’à la limite superheure B la suite d'un gonflemen', de
la matikre organique. De marne 1 ‘eau introduite pour 1 'humectation res’u
au fond de la cuve, alors que le fumier tend à flotter sur le niveau
d'eau. Disposant de 5 fermenteurs expérimentaux de petite taille, nors
zestons 5 durges diffÉrentes de préfermentation aerobio. On sait quo
hi cette période est très courte, la production de méthane est bloque2
Far'l'acidification du milieu, En effet la fermentation méthanogene o;t
un ensemble de reactions chimiques successives realisé par des bactér,cs
différentes.
Une première phase est une hydrolyse des polymères organiques. Cette
rsaction est acidifiante. Une deuxiome phase est la production de meti-ano
sJit directement 21 partir de ces mol6 cules simples (monomQres 0rganiqLes)
sçit par combinaison du CO2 et de l’hydrogéne du milieu, p3r les bactu-
ries méthanog&nes.
Si la Premiere phase est plus rapide que la seconde, l’acidi-
fication du milieu qui s”cn suit inhibe les baztérics mé’chanogenes, et
il n’y a pas production de méthane. Par contre, si la période de prefer-
mentation aérobie est
trop longue, la production de méthane à partir
de la bio-masse est reduite. Aussi, nous decidons de fermer les cuwes
(mise en anaérobiose) respectivement aux dates suivantes apr&s le rem-
plissage de matière organique et d'eau :
61
!
!
1 Traitement
! DurQe de préfermentation aérabit
I
!
~-~~“--~-l”l”r”~-“- -1-“-~-“4”---“1-“1”“-~---““~----’
1
!
!
1
I
!
5 jours
1
!
i
a
1
!
!
II
10 jours
III
1
15 jours
!
i
!
IV
20 jours
V
30 jours
A p r e s l a durQc q u e n o u s avons choisioen aerobiose, l e s
f e r m e n t e u r s s o n t m i s d a n s d e s c o n d i t i o n s d’anaerobiose. L e melange
compost plus e a u c o n t e n u d a n s l a c u v e r e t r o u v e s o n n i v e a u i n i t i a l ,
c’est-&-dire 5 c m d e s b o r d s s u p é r i e u r s . A l ’ a i d e d ’ u n thcrmometrc
i n t r o d u i t d a n s l e syphon, o n raleve chaque jour la temperature. De
m&me on prendra las m e s u r e s cies p o u r c e n t a g e s d e c a r b o n e , d ’ a c i d e s
humiques, d’humidite, d’azote et du pH avant la fermeture de chaque
d i g e s t e r .
Tableau 6 : ANALYSE DE LA MATIERE ORGANIQUE EN FIN DE PREFERMEN-
TATION
!
!
!
!
9
!C $
,Acides
!
!
N
; humiques ,
!
C
-n-
! p Ii
i Etat
-!!
!
; d’ humiditg f
!
.
.
!
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I
i
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I
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!
! 1
I
29,21
! U,70 $
! 1,14 p
! 26,24
!
9’6
i
24,1; $ I
!
f
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!
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!
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! 28,91
! 2,952 $!
1,2D$
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25 q cf
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I
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IV
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29,02
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9,6
i
23,o 5
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I
1
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!
!
!
i
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!
!
I
!
!
!
! v
! 24,60
i23,60
! 1,24 7;
! 19,84
!
Y,5
! 27,f3 $ I
!
.?
!
!
!
!
!
!
La p h a s e a n a é r o b i e
Dans cette premi&rs manipulation, compte tenu de 1 ‘Gquipe-
m e n t d o n t n o u s d i s p o s o n s ( l a c l o c h e p l o n g e d i r e c t e m e n t d a n s l e m i l i e u
d e c u l t u r e p o u r eviter la pénetration d e l’air et non dans un joint
hydraulique) noue a p p o r t o n s u n c?Xcbs d’eau q u i a s s u r e u n e b o n n e oir-
c u l a t i o n d e l a c l o c h e l e l o n g d e s p a r o i s d e l a c u v e , e t auoun risquo
d e desséchement d a n s l ’ e s p a c e e n t r e l e s d e u x c y l i n d r e s . Une nesurc
journaliere d e la production de gaz dans chaque Ccrrncnteur p e r m e t t r a
d’tftablir l a c o u r b e d e p r o d u c t i o n d e b i o - g a z e n f o n c t i o n du temps.
3 ) L e bio-qaz :
R u b o u t d e 2 4 h e u r e s , l a c l o c h e d u fermonteur SC soulI:ve s o u s
l a p r e s s i o n exerc6c p a r l e g a z p r o d u i t . A l ’ a i d e d ’ u n tubo e n ati’errc!
.‘.
n o u s r e l i o n s l a cloche d u f o r m e n t e u r 5 c e l l e d u g a z o m è t r e p a r l e s
t u b e s e n PlasCques q u i comimuniq c e n t a v e c l’intkricur d u gazometro
d’une part et de la cuve d’autre part. Nous appuyons d’une muin sur
l a c l o c h e d u f e r m e n t e u r . E n p r e s s a n t , n o u s c h a s s o n s d a n s l e gazonetre.
L e g a z p r o d u i t s i l a p r o d u c t i o n e s t f a i b l e , l a p r e s s i o n d u qaz chass6
clans le gazom&trc est insuffisante ~~&r-#&-l~&$:; ;;c; p~u:~~~~s-X-, Elle
s’applique sur la masse d’eau contenue dans l e g a z o m h t r o e t uni: p a r t i e
de l ’ e a u e s t d o n c ciéplacée
B l ’ e x t é r i e u r c é d a n t s a p l a c e a u g a z . F, l’aido
d ’ u n e p i p e t t e , o n recueille cstte e a u e t o n l a m e s u r e , I l s ’ e n s u i t q u e
l e v o l u m e d’eau deplacG e s t p r o p o r t i o n n e l a u v o l u m e d e g a z p r o d u i t ,
-s E n e f f e t , d a n s le m a t é r i e l u t i l i s é , l ’ e s p a c e e n t r e l a cuve e t l a
c l o c h e e s t tres r é d u i t , L a force d e frotemcnt elev6o l e l o n g dos p a -
r o i s , exige u n e prossion f o r t e à L’inSriour d e l a cloche p o u r l a
ddplacor.
Le gaz est selon une autre méthode recueilli dans une
bouteille
graduée. La bouteille est remplie d'eau jusqu'au bord
supt5riouc. Elle est cnsuite renverséo dans un seau plein d'eau
ot maintenue par deux pinces qui l’enserre. On glisse le tube de
la cloche ? ltinttiricur de la bouteille pleine d'eau et renversee,
On presse sur la cloche et le gaz est chasse cians ia bouteille, En
raison de sa faible densité Par rapport à celle de l'eau, il vient
se placer au fond do la-bouteille en deplaçant un volume d'eau égal
h son volume. Aussi le volume de gaz produit par chaque fermenteur
est donnée directement par la graduation
de la bouteille. Ce volu-
me est sensiblement 6gal au volume d'eau deplace pendant la recupe-
ration du gaz dans le gazomètre,
Ce procéde de collecte du gaz nous permet do connaître le volume de
gaz obtenu chaque jour & 3.a température normale et à Za pression at-
mosphérique,
a) L'influence de la température :
Cette cxperience 6tant réalisee pendant l ’ h i v e r n a g e , pe-
riodc chaude et pluvieux, il est necessaire d e r a p p e l e r l’influwn~o
de la tempdrature en fonction du temps. Elle est d'autant plus im-
portante que deux facteurs dépondont d'elle.
1) La rapidité du dgvcloppcment des bactéries et par conséquent 10
volume de gaz produit par fermenteur.
2) La sdlection du type de bactéries qui vont opercr la digestion,
La température moyenne que nous avons enregistréo est de
33OC. C e t t e t e m p e r a t u r e varis de 29OC (pluie) FI 37OC. C e t t e tempe-
rature est relevée chaque jour à 12h 30, La moyenne de la production
do gaz est obtenu 3. 33OC. Cette production ost minimale à 27OC et
atteint son maximum B 35OC. Au dol& de 3TcC le volume de gaz produit
a tondancn & diminuer, Toute variation de tempe rature cntraine nécas-
saircment une variation de la production de gaz (cf. Tab. Annexe II).
b) L'influence du pH du milieu-*
A l'état initial, le pH du fumier est de 8,3. AprBs la
formcntation co pH reste basique mais dopend d e l a duree d e l a pra-
fermentation. On pense que le pH a un effet sur la production de gaz.
La production journalière maximalo est prelcveo d'un fermonteur qui
3 un pH égalo
C: 8 et d o n t l a durea d e p r e f e r m o n t a t i o n e s t d o d i x
jours.
Par contre cette production est minimum a un pH de 9,6 et
7,7 respoctivemcnt pour une d u r é e d o prefermentation da 5 j o u r s et
15 jours.
++ Los pH observés dans las differcnts fermonteurs sont tros wariablos.
Le manquo de repetitions ne nous pormct pas d’dtudior une relation
éventuollo antre p H e t d u r é e d e l a prefornentation.
Tableau '7 : pH du milieu dans les différents fermonteurs
!!
Fumier à !Après la prdf~rm~ntction &robie
i
!
!l'etat
!
!initial
i I (5)~II(10j~III(l5j~IV(2Oj
.
!
!
!
--Ï
!
t
I
!
i
1
!pH : !
8,3
; 9,s f 8
! 7,7
! 9,6 i 9,5 1
!
!
!
!
1
!
!
I
I
!
I
!
!
1
1
!
I
I
!
c) Purification et analyse du méla
*--
On sait Que le bio-gaz est un composé de méthane, de CO2 et
d'autres gaz il l'État dc trace. Dans cette manipulation, nous nous
proposons de scparcr le CH4 du CE. Pour se faire nous avons adopte
la methodo de fixation du CO2 par le Ca (0H)Z.
&IUS remplissons une bouteille graduée de dihydroxydo de
calcium de normalit 1.A l'aida d'uno seringue de 100 ml, nous pré-
levans un Echantillon du melange gazeuao CH4, La bouteille est ren-
verseo dans un seau pleind'eau. On injecta le gaz dans la bouteille
contenant la solution de Ca (OH)2, Le CO2 est fixé dans la solution
alors Que le rngthanc libre reste place au fond de la bouteille.
It 2
I CO + Ca (OH)2 )
CaC03 f H20,
Le volume occupe par le gaz aprbs reéquilibrage à la pres-
sion atmospheriQue nous permet de calculer 10 pourcentage de méthane
ot de CO2 contenu dans lu mélange gazeux. Ce gaz contient 76 $ de mé-
thane et 24 $ de gaz carbonique, Cependant ce pourcentage varie avec
les fermenteurs. Il varie do 69 $ B 83 '$ de méthane,
Pour masuror le volume de CH4 à la pression atmosphérique
aprtss précipitation du gaz carbonique, on procede B l'équilibre de
la pression (cf. fig. pl9). Pour ccl& on ajtiotc le niveau d'eau à la
pression atmospherique dans le flacon a l'aide de la seringue. Elle
est romplic d'eau puis or: cnlbvo completcmont le piston de façon Que
la surface ùe l'eau contenue dans la seringue soit soumise & la pres-
sion atmospheriQuo. On constate alors Quo l'eau de la saringue couic
goutte ,i goutte par l'aiguille. On reprend le mdme systbmc on faisant
couler l'eau de la seringue dans un flacon contenu lobio-gag, La vi.>!-
d'écoulement do l'eau ust plus rapide. A l'~Quilibrc l'eau do la SY-
rit-que se vide goutta A goutte. A partir de cc moment on arroto. Si,
on laisse continuer 21 goutter, il arrivera un moment où la L;cringuc
ne gouttera plus du fait quo la pression du gaz contenu dans la bou-
teille tend & devenir supgrieuro $1 celle de la pression atmosph6riqua.
Niveau de production du bio-qaz :
Cotte étude de synthèse se propose d'analyser les resultats
que nous avons obtonus en fonction du systbme dc fermentation uCilisG
et des conditions d'environnemeat comme la tomperaturc, l'humidité,
le pH du milieu.
,-
De cette analyse il ressort que le système discontinu
B un rendement moyen , parfois mi9me faible. Compte tenu des durées
de préfermentation a6robi.e.
que nous nous sommes imposées, il sen-
ble qu'une prefermentation de dix jours est meilleure. Elle perme;
d'obtenir un rendement de 552 ml par jour et par fcrmcnteur soit
128,372 ml/jour/kg de matière organique à une température moyenne
de 33OC. Pour une préfermentation de 30 jours, ce rendement passe
B 48,372 ml/j/kg de matiere organique sèohe à une température de
34OC. A cette mt?me tempdrature,
il est de 30, 465 ml/j/kg de matiire
organique sèche pour une durée de préfermentation de 15 jours.
Qn note de grandes variations dans la production de méthane
selon les fermentours de préfermentation aérabique.
Tableau 8 : Moyenne des productions journali&res de Bio-gaz
!
!
1
1
,Durée de pré- i
!
Moyenne des
;Floyenne de productio!::
; fermentation
! ternpgratures
;en mil par jour et par;
!
!
; ati robie
!
.
!
;kg d o matibro organi-j
!
!
!
;qua sache.
.
!
!
1
.
!
!
!
11
! 5
jours
i
33OC
i 36,512 ml/j/kg K.S. !
!
!
.
.
!
!-- !
I
.
1
i
! II
1 10
jours
f
33*c
!128,372
Ii
II
!
!
!
.
!
!
! -'-!
!
!
!
! 111 ! 1s
jours
i
34oc
! 30,465
rl
ri
!
!
!
!
!
!- !
i
!
!
! IV
! 20
jours
i
35oc
!
!
.
! -!
1.
!
!
! v
! 30
34OC
! 48 ml
Il
If
!
!
!
jours
i
!
!
Les courbes de productions sont .irreguli&res (cf. fi9. p.2 et
annexe II). Pour une préfermentation de 5 jours, la proàuction da bio-
gaz a atteint son maximum au bout de 3 jours. Do mQme le maximum est
atteint entre le 3e jour et le 5 jour après 10 mise en condition
d’ana8robiose pour une préfermentation a6robique 15 jours, 20 jours
e t 3 0 j o u r s . Cependant pour une préfermentation de 10 jours, la maxi-
mum de production est atteint entre le Ile et le 12e jour. Alors quo
l&, minifnum est atteint entre le Te et le te jour et entre 1s 29e (2t
: I
le 300 jour.
4) Evolution de la matigre orqanique au cours ds la ferrtiGntatioc
La fermentation mgthanique peut etro ur:::~iG*e Cû3inE”‘une
combustion lonte", En effet l'examen de la matikrc organique 2 ,i;ozi;~S
qu'il y a une baisse notable du poids sec de la matiGre oryaniquz ini-
t i a l e . E n fin de chaque fermentation anaérobique, nous mesurons 10
poids humida et nous cherchons 1s pourcentage f..11humidit6 du compost.
On cn déduit le poids de matibre organique sùche restant Oans le for-
menteur.
Soit Cle taux d'humidité , pH le poids humide de la mntiére
et PS son poids sec.
on sait que C = pH - PS
PS
PS x C = pH - PS
1 PH = PS + PS x c
= PS (1 + c)
r--T-----
?-i.oL;LCAU 9 : FER-TE DE MATIERE Ol~fXFdI4UE PENDANT LE COMPOSTAGE
. .
I
l
’ -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
,?oids de K.O.S. ini<Poids de 1q.O.S;Poids de M.O.S; Pourcentage
1
itia3.e
ienfin dtexp.
;disparu/cmpost i des pertes. i
6
?
I
!
?
? ?
?
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4,300 kg
!
3,720 kg
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l<g
!
13 ,5 $
!
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!
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4,300 kg
1 3,629
l<g
!
0,670 kg
!
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i
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.
!
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!
I
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4,300 kg
!
3,290 kg
!
1,009 kg
!
23,5
j:
i
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!
1
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1
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4,300 kg
i
3,574 kg
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0,725 kg
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10,y
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i
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.
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4,300 kg
2,9968 kg !
1,303 kg
30,3 ;$
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I _
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1
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!
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I
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i
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1
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!
!
!
1 1x1 ! 27,06 ;; ! 28,07 7;
! 20,3 r;r; !
!
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26,79 ! Y,3
!
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!
!
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23
Les pertes de matiore organique sont faibles au cours de
ce procossus de compostage. Elles sont au terme des 2 phases aéro
bic
e t anabrobis, d e
l'ordre de 15 $ l o r s q u e l a dure, d e prefcr-
mentation est de moins de 15 jours et passent 5 20 et 30 $ pour des
durées d e 75 ot 3 0 j o u r s . A l o r s q u e d a n s u n c o m p o s t a g e adrobio
e i-1
cofnpostibr8 o u e n t a s , on observe des pertes de l’ordre de 50 $.
Ces pertes sont le resultat d'un processus d’hydrolyse des
polyméres organiquesau cours de la fermentation, et cie volatilisation
des molécules simples produites, acide organiques volatiles, gaz car-
bonique, mé thano, ammoniac.. .
Si nous suivons l’evolution de la teneur en carbono 1.10 la
matigre o r g a n i q u e dans le formenteur II où ia production do mwthane
fut la plus e10vv0, les pertes en carbone ont etti; de 12 $ pendant la
phase a6 ro bic
(dureo d o 1 0 j o u r s ) , Pendant la phase anaGrobie
elles ont 6te de l’ordre do II 3 dont nous savons que 66 ;i environ
ont 6té réouper6.s sous forme do méthane pur.
Ces psrtes 3n azote sont importantes au cours des f-ermen-
tations a6 f~bics,
Elles sont baucoup plus faibles penoant la phase
anaQ ro bis.
Finalement la teneur on azote est de 1,17 j:; dans la ma-
tibre o r g a n i q u e Br-f f i n de compostage anaerobiqua c o n t r e 1,66 7; &
l’dtat initial
P o u r 1 kg de M.0. initia&, 2G,84 y d'azote ont et6
perdus au C~V~~
des deux é t a p e s d u c o m p o s t a g e mbthanoghne, soit 40 $
do la quantite cjlazoto initiale.
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moins
i m p o r t a n t e s que
les p e r t e s e h carbone, et le rapport C/N d e l a matiere o r g a n i q u e e s t
p l u s é l e v é apres c o f n p o s t a g e . Il reste toutefois bas, puisque dans le
fermenteur XI, il est de 21,91, alors qu’on considere qu'un rapport
voisin de 30 ost optimum pour l'evolution ultérieure de la matiisre
organique dans le sol,
D'aprLs les anolysos dc carbonEj SOUS forma d'acides humiques
par rapport au carbone total, la fermentation anaérobie
mg thanogtine
serait un processus tras actif d’humification d e l a matiero o r g a n i q u e .
En effet, ce rappdrt qui passe de 1,44 $ ü L193 $ pendant la phase
aérobi .:u
dans le fermenteur II, est de 19,92 $ au tcrmo de la fer-
mentation anaerobie.
On obtiendrait ainsi, k la vue de ces promiors
résultats, u n e matioro o r g a n i q u e qui restitike au sol, i’enrichit en
polymercs organiques stables qui. s’intégrcnt dans 10 complexe absor-
bant argilo-iiurni4uo.
Ca matiere organique initiale contient uil nombre Bleve do
graines qui germeront dans les champs fumés. Or, CH serait la, un cbs-
tacle h l'utilisation dos fumiers de forme p a r l e s a g r i c u l t e u r s stinti-.
galais. U n CXpUri,il2IltêCi(-,n u n pot a 6te rSalisBa, q u i v i s e & &ter~,~i-
n e r s i le cornpostügo
diminue
lü p o u v o i r gcrmina-tif des g r a i n e s
contenues dans la mati?!re organique ïnitiaio. Dans clos pots dc 6 kg
de spl, on ajoute ILI :g !Je matiero orCJai;iqUZ dont o n veut cstilqur 1-a
tzrïeur en g r a i n e s ( s a u l e s ios graines I: gerini:iation annucllu seront
reperties, c e l l e s avec (Jormancc n’apparaitront pas) o t YOC rilg d’angrcjTs
14.7.7. On realise un temoin sans matiere organiquu,
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Cette cxpérimc!ttati.on confirme la teneur hlavtio du fumier
on graines. Ella
constitue une première indication sur l'effet po-
sitif du compostago, mais 1~s conditions de lvvhe semblent avoir étg
mauvaises dans les pots avec les composts , puisquo 1s nombre dc grai-
nes germées est inftiriaur au Gmoin sans matigre organique,
2 5
5) Conclu,sion
La fermentation ana8rolk.e
methanogène, à la vue de ces
premiers rBeuZtats exp4rimontaux, est un- modb particuli8rement in-
tbressant de compostage des matieres organiques. En effet, elle permet
dz produire en milieu rural un vecteur énergétique utilisable pour la
cuisson des aliments, la &fri$rati.on,
l'éclairage et l'alimentation
de moteurs à explosion 3 poste fixe. OC plus wtte fermentation serait
un mode remarquablement actif d'humification des matières organiques,
au cours duquel les pertes en carbone et en azote sont moins álnv6es
que lors d'une fermentation &robiquc.
Toutefois, les productions de gaz dans cette experimcntation
sont très faibles par rapport 3 colles gQnQralomont citOes dans la
littérature : 0,123 2/kg ri,S/j contre 5 h 10 .L/kg kl,S/j. On paut son-
ger h plusiaurs raisons :
- le pH cjleu8 du miJ.ieu, voisin de 9,6
- le fribie Qtat dthumidit6 de La matftirc organique dans
notre oxperimontation
- le rapport C/I;J bas de la matihre organique initiala
- la petitc taille de notre materic comparea h la grossi&-
rete de la matitire prem ibre maigre qu'il s'agisse d'un mat6rï.w. broyU,
Cn.l.u.i.-J.t3 ~;,jpii.~L;~ .,1x plus, ~(JE: Fk.31E LjUa[7titB d@ fJio{nasse 81’; ~~rfli~&-&&r-i
Par aiLleurs,
la production de gaz apparait trbs variable
et la matiorc ocganiquc trks heterogone dans un fermenteur disconti-
nu, obligeant B multiplier les répétitions dans une exp6rimcntation
ultérieure,
CoLle-ci devrait viser deux abjectifs imm6diat.s :
- la r8alisation d'un modQle fiable: c!3 furfiitiritour o n l a -
boratoire, applique % l'expérimentation parallkla.au
s;iivi d'un fermenteur de vraio grandeur.
- La conception d'une unité de production ndaptee aux con-
ditions rurales sént:galaises,
s'inspirant ries différents
modélcs existants et tenant compte des contraintes et res-
sources spgcifiques de la zone Sahelo soudanienno.
ANNEXE 1 - PIETHDDES D'ANALYSE CHIMIQUE DE LA IVATIERE ORGANIQUE
* Extraction et dosarIe du ~Carbone : métho<e Anne modir"iEo.
Protpcolo :
- Broyer finement le compost
- Pesor 700 mg de compost
.
II-
- Metitré: dans un ballon de 100 ml.
” “I
- Ajouter 3 9 de bicarbonate de potasium
- Ajouter 20 ml d'eau distillée pour dissoudre lo bicarbonate
- chaufPar (no pas laisser trop bouillir)
- Ajouter 30 ml d'h'2504 (goutte à goutte)
- Laissur au ropos pondant 30 mn au moins
- transvaser dans un ftiol de 100 ml
- Ajouter de J.'eau de rinçage pour rajuster
- Laisser refroidir psndant 15 mn
- En prélcver 10 ml, les mettre dans un bechers dc 800 ml et
diluer jusqu'& 200 avec de l'eau distill0o.
- Ajoutcr 1 ml d'h2.504 et 1,5 g do fluorure de sodium, plus
4 gouttes do diphcnyl amine.
- titrer au sol do XOHR B 0,2 N.
faire un tampon dans des conditions idwtiquos
surveiller la d6coloration, lc! virago se faisant du violet
au vert-clair.
S+ Dosaqe de l'azote :
Procole :
- Poser 400 mg do compost quti l'on mot dans un matras
- Ajouter premieramont 2 pincUes de catalyseurs “DE DUMAZEHT"
- Ajouter cnsuitc 10 ml d'tQSO4
- Faire un témoin distillé on mcttant 10 ml d'HZÇO4 dons un
matras plus 2 pincées de "DLMAZERT"
- Chauffer pondant 3h en agitant do temps on temps
- Transvaser dans dos fuols ot laisser refroidir
- Prelever 40 ml et mottre dans un ballon
- Ajoutor 150 ü 200 ml d'HZ0 distillbe plus 10 ml de Na0t-l
chauffer à 80°C
.- Dos béchots de 100 ml remplis jusyu'h 40 ml dtIQS04 sor-
vent à recueillir l'amociac degag
- Arr&tor le chauffage quand le nivoau attont SO ml
- A l'aide du metrohm, effectuer lu dosaga avec une solution
de soude à raison de 1 g de Na pour 11 d'eau distilleo.
27
* Extrac,tion ot dosaqe. dos acidos humiques :
Protocole, suivi :
- Peser 5 g de compost et mettra dans un ballon
- Ajoutor 100 ml du pyrophosphatc de sodium fd/'lO
.
- La suspension est agitde de façon intcrmitante pendant
15 heuros
- Agiter du nouveau et centrifuger 21 3 000 t/rnn pondant 30mn
- APrBs filtrage , prG).ovar 50 ml de la solution ct ajouter
5 ml d'H2504 ; agiter ct laisser au repos pendant une nuit
- Au bout do 24 hourcs, il y a séparation des différents
61Emcnts
- Ccntrifugur 3. nouvcuu b 3000 t/Nn pondant 15 mn
- PrGparer una s o l u t i o n rJ’HZSO4 0,i N, Aprbs cutto conti-
fugation, la partio claire de la solution sera vid6c. Cc
sont les acides fulviques.
On recuoillo 12 partie rostantG
qui est soluble. Ajoutat le H2SCl4 0,1 N, Centrifuger & nou-
veau le residu. On Obti@nt les acides humiques. Transvaser
dans un fuol dc 106 ml Cr façon a ne rien perdre et rajus-
ter lc niveau av@c da ia soudG N/lCl.
- PrSlewcr IO ml do la solution à l'aido d'uns pîpetta et
3.0s mcttro dans un ERLEMEYER puis chauffer à une tompdra-
turc: du 70°C, (temps limito pour no provoquer l'oxydation 1.
I l ïestcra, aprbs évaporation un residu sec dans 10
ERLEUMEYR.
Proc6dcr U l'oxydation dans Los conditions suivantes :
++ ajoutar 10 m?. dY la so:Utioi-t k;1 1212 07 ;i 2 7;
* ;o;tner 3 Bbullit ion sur une plaqua chauffante de 160 & 130°C pc?ndant
.
-X laisser refroidir c3t rinçur l'tintonoirc
* doser le k2 cl207 &i 2 ;; non r6dui.t p a r lc s o l dti NIHR 0,2 1J
* faire un tcmpon dans les m&mos conditions [r?n faisant Gvaporer 10 ml
dc solution k2 ~1207.
TML’ ,EAU DE PRODUCTION ïJE GAZ PAR JOUR
ANNEXE II
'ermenteur
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1,44 $
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28,07 5
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22,26 $
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- 5 ji
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29,21 $
23,68 $
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2a,91 $
!
25,63 yii
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!
;CARBONE
32,90 $
i III-15 j I
28,76 $
!
!
27,06 $
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23,oz 6
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24 91 a'
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3
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24,60 $
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3 3
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fNombro do ja& (fin dc lap& (fin da la PeP/
PJ a t u r -!
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1
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AZOTE
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. 1
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1,14 $-o f 1,047 7: -0 i
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1.
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10 jours !, .
1,2@
>;
I 1,174
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1
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1,658 $ i III 15 jours )
1,18 $+
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IV 20 jours i
1,23 $
1,195$
i
---.
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1
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1 v
30 jours !
1,u
--~]---~-U-*
$
t $
1,178
1
-m-.*
i
--i
:
!
!
RAPPORT
1 I
5 jours I
25,62
22,77
!
!
i
1
--!
!
-,
! II
10 jours :
22,55
1
21,91
!
p--m
!
4
i
!-
i
1
1
!
1 III 15 jours 1
24,37
t
26,?9
1
!
!
1
1
-
!
!
!
1 TV 20 juurs f
23,574
20,93
i
!
!
f
!
!
1
i
I - - - - - - - - I - - - !
19,839
15,75
!
) v 30 jours !1
1
!
Renarqqo : On note uno baisse du carbons et db l’azote au cours (lu
temps, ainsi f.~u*una buisse du rapport 5.
.
N
3 5
ANNEXE III - LE FERMENTEUR DE NDIOUKH ir FISSEL AU SENEGAL
En 1978, un fermenteur: a et6 YhstallB par l'organisme
CARITAS dans le village de Ndioukh-Fissel, arrondissement de
Thiadiaye.
Il s'agit d’un systemc à a l i m e n t a t i o n c o n t i n u d e t y p e
indien. La cuve et les différentes fossea sont an béton, tandis
, -
que la cloche est mBta11ique.
L e s t u y a u x d e d i s t r i b u t i o n d u gaz
s o n t e n P.V.C.
4, .
La matiére I è r e u t i l i s e s e s t constituBe d e f u m i e r e s s e n -
t i e l l e m e n t b o v i n , e t d e feces humains en provenance de la latrine
voisine dont la cuve du fermcnteur constitue la fosse septique.
L’approvisionnement devrait etre r&gulier et s i p o s s i b l e q u o t i d i e n .
Mais l e s a g r i c u l t e u r s o n t b e a u c o u p d e difficultéb il: r a s s e m b l e r l a
rnatière Ière animale car ils n'ont pas d'étables pzI 1es animaux sont
parques ou stabul6s.
A i n s i i l s d o i v e n t rUcup6rer Le f u m i e r s u r les
emplacements de parcago ou dans les paturages, ce qui constitue un
l o u r d t r a v a i l , D e f a i t , a u c u n n o u v e l appkovionnement nIa é t é realise
d e p u i s l a misc en route de l'installation en juin*.11 ápparait alors
q u ’ u n e t e l l e i n s t a l l a t i o n d e v r a i t s ’ a c c o m p a g n e r d’un m o d e specifiquo
d'habitat des animaux dtélevags qui permette de r6colter fc fumier
a v e c l e m o i n s d e t r a v a i l possible e t d a n s u n Qtat d6ja f i n d e con-
d i t i o n n o m c n t . E n effet, c e t y p e d e fcrmentour n ’ a u t o r i s e p a s l ’ u t i -
lisation dté18mcnts g r o s s i e r s ( 1 0 c m d e longeur environ}, tandis
q u e l e melange avec l’eau d a n s l a f o s s e d e prefarmontation aerobie
est d'autant plus d i f f i c i l e q u e 1s s u b s t r a t e s t p l u s g r o s s i e r ,
L a p r o d u c t i o n d o gaz a demarre q u i n z e j o u r s apros la fcr-
metura d e l a CUVQ. Ella e s t sup6rioure aux besoins, s i b i e n q u e l a
c l o c h e s’est l a r g e m e n t dlovee a u p o i n t q u e l e s a g r i c u l t e u r s l’ont
c h a r g e d e p o i d s p o u r e m p o c h e r q u ’ e l l e n e dbpassc l e s l i m i t e s d e
d8placcmonts indiquees. En affot il Gtait pravu une utilisation
p a r 8 carres, mzis s e u l u n c a r r e actuolioment c o n s o m m e lc gai;. Il
n’y a p a s d e camp-tour d a n s l ’ i n s t a l l a t i o n q u i p e r m e t t r a i t d’estimer
l a q u a n t i t é d o g a z p r o d u i t e .
Un tuyau en P,V.C amène le gaz ü un réchaud installé dans
un carra p o u r l a c u i s s o n d e s a l i m e n t s , tandis qu’un autre tuyau le
c o n d u i t à une lampa & gaz installeo d a n s u n e a u t r e c a s e . P o u r u n e
s e u l e f a m i l l e cotte u t i l i s a t i o n d u g a z e s t n a t t e m o n t infericuro a
l a p r o d u c t i o n d e l ’ i n s t a l l a t i o n d o n t l a c u v e a u n v o l u m e d e 1 5 m 3 .
-x- C e f a i t s e r a i t d0 e s s e n t i e l l e m e n t & u n exces d e t r a v a i l p e n d a n t
l’hivernage , q u i n e l a i s s e p a s a s s e z d e t e m p s a u x a g r i c u l t e u r s
p o u r stoccuper de l’approvisionnement du digesteur.
-1 u
i- c’ *-
I
l
f7
ANNEXE IV - INSTITUTS ET PERSONNALITES AYANT UNE EXPERIENCE D.‘L\\T
LA PRODUCTION DE BXO-GAZ
ALLEMAGNE
- hudwigrasse Building Enginoer. Hoffnungstrasse 33
UUCO BRE::LN - R.F.A.
.c
AUSTRALIE
- John GOULTHARD Cnambourne South. FAKENHAM VICTORIA
Australie
CAMEROUN
- Claude MARTI - Institut polytechnique du Cameroun
YAOUNDE
CAMA i? . .
- L. VAN OEMBERG - C.P. LENTZ Division of Bialogicç.
Sciences. fJationa1 Rosearch Council of Canada, OT-AWA
ONTARIO - Canada.
- C.R.D.1 ( C e n t r e d e rucherche pour 10 développemon'
international).
Box 8500 OTTAUA - 6 0 quecn Stneet
OTTAWA - Canada KlG.3HY.
CHI-E
- Research institute of agricultural sciences of Ji;-lgsu
P r o v i n c e . NAN3ING - Ropublique populaire de Chine,
ETATS-UN1.S
- GOLUEKE-O%ALD - University of Berkeley - CALIFORTIA
- P.R. DUGAN - Departmentof microbialogy - Thc Ohio
State University COLUMBUS - OHIO 43 2/s U.S.A.
- M.P. BRYANT - Department of Dairy Science - Unive.$.ty
of Illinois - URBANA - ILLINOIS 61801. U.S.A.
- NEW Alchemy Instituto. P.O. Box 432. Mouds Hole
MASSACHUSSETS 02543 - U.S.A.
- R.A. STOUT - Agricultural Engineering Departmcnt -
Michigan State University - E:&st Lansing - MICHIGAN
4i;y2L+ I iJ*S*/J,
FRANCE-ZELTER- INRA (Institut National de la Recherche Agronomique'
laboratoire d’acologic microbienne C.N.R.Z. 3OUY E!:
JOSAS 78 350
- G.R,E.T (Groupe de Rechcrcho
et d'Echangcs Techniques)
.
. .
34 rue Dumont d'Unvilla 75116 PARIS
- I.T.C.F (Institut Technique des Cultures Fourraghras)
-
91720 BOIGNEUVILLE
-1
.
- 1.R.C.H.A (Institut de Rechercha do Chimie Appliqusa)
16 rue J. Césairo 75012 PARIS
- I.R.A.T. 42 avenue de la hello gabriella NOGENT SUR
MARNE
- il. COZOT SAINT MAURICE SUR PESSARO - 45700 MONTARGIS
- M. CHEVALIER - La grande Givibrc en Javenars, 35300
FOUGERES
- M, CHAPUIS - Le moulin Maurt. 88200 XERTIGNY
- A. LE BRUSLI - Pouldergat 29100 DOUA1
IZ
1 SM A id - 6 Avenue JOFFRE 94100 SAINT MAUR DES FOSSES.
? ? ? ? ?
38
HAUTE-VOLTA
- B, LIDON - M. NACRO - C.1,E.H (Comite Interafricain
d'études Hydrauliques) B.P. 369 OUAGADOUGOU
- T. DIA0 - Catholic Relief service - OUAGADOUGOU
INDE
- R.B. SINGH - Gobar gaz resaarch station - ACitmal
ETAWAH
- G.D. MINON - Agriculture Science Centre - Kastubagnom
INDORE (M.P)
- A, SINGH - Intensive arca dcvalopment scheme - Vikas
Samiti Sevapuri (U.P.)
- K.N. REDDY - K.S. JAGADISH. ASTRA Project. Indien
Inetitutc af Science EANGALORE 560.012.
- PATEL - K.V,T.C - 3 irla road ville parle BOMBAY
400 056
3APDN
- s.01 - Y. MATSUI - M. IIZUKA - T. YAMAMOTO - Faculty
of Science - Osaka city Univorsity - Sugimoto-cho-
Sumiyoshi-Ku OSAKA 558
PAKISTAN
- M.J. MEHAR - Appropriate Technology Qevelopmcnt Or a-
nisation - 1-B, 47th Streot - F. 711 (P.0 Box 1306 3
ISLAMABAD
PAPOUASIS-NOUVELLE GUINEE
- G.L. CHAN - Environmental Health - University of Papua
New GUINEA
PAYS-BAS
- J, DEWAHRT - Central Instituto for Nutrition and food
Research T.N.0 P.0, BOX 360 - 3700 1.3. ZEIST
NETHERLANDS
ROYAUME UNI - 1,T.D.G. (Intormcdiate Technology Development Group)
9 King street LONDO?J id.G.2.
- D.L. PYLE - Department of Chcmical Engineering and
Chomical Tcchnoloqy - Impcrial Colluge - Prince
Cousort road LONDON 9rJ7 ZBY
- P.D. DUNN - Dapartmcnt of Engineering - Thc Univcrsity
of Rcading - Whito Knights - READING. RG6 ZAY
- Scottinh Marine Bioloqical Association
Dunstaffragc.
Marine Resaarch
Laborator
P.O. Box 3. Oban ARGYLL PA 344 AD -
(Scotland 'i
- P.N. HOBSCIN Rowett Rcsearch Instituts. Bucksburn
ABERDEEN (Scotland)
- G, ADER, Adcr and Associatos Ltd. P.O. Box 63.
Gainsford HOU~~ \\Je~t Wickom Kent.
- 0. STAFFORD. The Industry Centre Univarsity of Cardiff
CARDIFF UALES
39
RWAMDA
- C.E.A.E.R. - Departanont de physique - Université
National3 du Ruanda RUTARE
SENEGAL
- Philip LANGLEY ENDA B,P. 3370 DAKAR
- CARI;AS km 11 route de RufisquE THIAROYE
- P.D, CHUNG - Division Joint Courmission of Rural.
Reconstruction 37 F\\lan Hai road - TAYSEI 107
ZAIRE
- F. PLUN - B.P. 854 BUKAVU KIVU
- L. HOLLAND - Manager family forms P.0. Rd 285 LUSAKA.
40
6IBLIDGRAPHIE
- RAN BUX SINCH
- 1971 "Bio-gas plants", Gobar gas research station
Ajitmal Etaruah (U.P) INDE
- A. BARNETT - Lb PYLE - S.K. SUBRAMANIAN - 19'78 "Bio-Qas Technology
in the third world - a multidisciplinary roview"
C.R.D.I. (International Davelopment Research
Centre) BOX 8500 OTTAWA CANADA KIG 3HP
- N,A,S,
- 1977 "Msthane generation From Human, animal and
agricultural wastes II NAS (National Academy of
Sciences) 2101 Constitution avenue Washington
D.C. 20418 U.S.A.
- DUCELIER-ISMAN - 1952 - “Le gaz de fumier - Derniéres techniques
de production et d’utilisation”. La diffusion
nouvelle du livre.
- NEW ALCHEMY INSTITUTE - "Méthane digosters for fuel gas and fortie--
lizers” p.0, Box 432 - Wood Hole Massachussets
02583 U.S.A.
- 3.L. FRY
- 1974 “Practical building of methane powur plants
for rural energy independance" ed. D.A. KNOX.
Andover - Hampshire U.K.
- M&G. Mac. GARRY - 3. STAINFORTH "Compost, Fertilizer and biogas
production From human and farm wastos in tho
people republic of China". C.R.D.I. Box 8500
OTTAWA - CANADA KIG 3H9
- 8. LIDON - P. MORANT - M. MACRO - 1978 "Expérimentation des moyens
de production de compost enrichi et d'enorgie en
milieu rural. C.1.E.H (Comit6 interafricain .!. -_-
d'etudes hydrauliques) B.P. 369 Ouagadougou
HAUTE-VOLTA
- HUU-BANG DAO
- 1974 “Production ot utilisations de gaz de fu-
mier” CNEEMA B.1, no 200
- F.A.O.
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agriculture”
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UNEP/FAO - Seminar on Residue utilization Mana-
gamont OC Agricultural and agro-industrial
wastcr.
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tion. Ronouvelabilite et nouveaux usages de la
biomasso". Cahier d'ecodévclooaomont no 9. CIRED
Maisen des sciences de l'homme' 54 Bld Raspail.
PARIS '75.014
- C.R. PRASAD - R.K. PRASAD A.K.W. REDDY - 1976 "Gaz plants pros-
pects - problcms and tasks" Economical and po-
l i t i c a l weekly n o 32 ?976. BOMBAV - INDE.
41
- H.R. SRINIVASAN -“Gobar gas schomo” Khadi and village industries
c o m m i s s i o n 3 i r l a r o a d - vil0 parla (Wsst) Bombay
400056 INDE
- Mh ISMAN
- 1974 "Les problBmes de l'dnergio - Energie solaire
et gaz de funier*I Sc.iences ot t8Bh-niqiros no 10
- M, BLANC - M. PERRARD - 1957 '*Une installation modèlca pour la pro-
duction do gaz do fumier B l’abbaye du Mont des
Cats”, La technique aqricole nD 112
- M. LUCAS
- 1977 "L'utilisation dos 80~s produits agricolostl
Tracteur8 ot machines asricoles juin 77
- H. BICHAT
- 7975 "Aperçus sur la valorisation 6nerg8tique dos
sous produits agricoles tropicaux" CNEEMA
- 'Ramassage, manutsntion et valorisation des r6sidue de r6colte1*
Salon international de la machine agricole SItiA
1977,- 24 rue du port 92 91 Neuilly/%ine Franca
- C. FREEMAN -.L, PYLE - “MB thano, gonoration by anaerobic fermenta-
t i o n : an annotated bibliography” 1,T.O.G. 9 King
strset. London WC 2 E 8HN U.K.
- M. ALMASSI - P.D. DUNN - 1974 "Ceneration of méthane from farm
waste material8" - MBthano colloquim - fmperial
collogo - 1974 - Londres.
- 3, de WAART - M1.M.. Uri:!. DER .MOST - W. KNOL 1976 '*Production of onergy
and non offensivoly smalling sludge from liquid
pig manure" Sth Intornational fermentation sympo-
sium Borlin 1976
a L, VAN DEN BERG - C.P. LENTZ - 1977 "Food procossing waste troatmr?nt
by anaorobic digestion" Industrial conference at
purduc university - Lafayette Indiana - U.S.A.
- V.H. VAREL - H.R. ISAACSON - M.P. BRYANT - 1977 "Thormophylic
méthane production from cattle wasto".
and Environmuntal Mi.crobioloqy 1977 pp.
r.A,W. KHAN
- "Anaerobic degradation of cellulose by mixed
culture“. Canadian ,iournal of Microbioloqy23 p.p
1700 ” 1705.
APPROPRIATE TECHNOLDGY DEVELOPMENT ORGANIZATION, "Gobargas an al-
tornato uay of handling the village fuol problem :
1.B Stroot 47th F.7/1. Islamabad PAKISTAN.
1
JJD/KG
EPUBLIQUE DU SENEGAL
D E L E G A T I O N G E N E R A L E
PR 1/4A TURE
A LA RECHERCHE S&IENTIFIQUE ET TECHT4Jf-'11JE
t
B 1 c - G A Z
PRODUCTION DE METHANE PAR FERMENTA JION
ANAEROBIE DE LA BIOMASSE
(~OMPOSTAGE ET PRO~UCTICIN OWERGIE)
Albert DiQne FAYE
Rapport de stage cncadr6 par J.J. DREVON
tiivision de Biochimie microbiologis des sols
INSTITUT SENEGALAIS DE RECHERCHE.$ AGRICOLES
IL s. R, fi.)
.
.
AVANT PROPOS
Les études réalisées au CNRA de Bambey sur la fertilité
des sols des regions Centre Nard et Centre du SenOgal, mettent en
évidence l'importance de la fumure organique.
Mais les ressources en matiéres organiques restituables
aux sols sont limitées * et de plus difficilement disponibles dans
leur état actuel pour constituer une fumure organique ; les pailles
brutes de mil sont difficiles à enfouir et des quantités importantes
de fumier sont dispersées dans des parcours incultes.
Diverses particularités limitent de plus l'emploi comme
funure de ces matiéres organiques disponibles : les pailles brutes
se d6composent lentement,- leur d4composition mobilise des quantités
importantes d'azote du sol au dépens de la plante, elle lib8re des
acides phytotoxiques ; quant au fumier brut, trés riche en graines,
son application au sol multiplie le développement des mauvaises herbes.
Ainsi il apparaft important d’ameliorer le conditionnement
des matières organiques avant qu'elles soient retournées au sol et
d'intensifier leur utilisation dans des circuits de transformation
puis de restitution aux sols qui valorisent le travail suppl&mantairo
engendré.
Dans ce contexte, la fermentation onaaroblo m&thanag&ne
présente trois avantages :
Production d’énergie en zone rurale (le bio-gaz)
utilisable sous’forme carlorifique,
lumineuse, mecanique o u electrique
(par substitution à l'essence dans des moteurs à poste fixe). On peut
espérer jusqu'à 300 m 3 de bio-gaz par tonne de matière sèche et par mois,
s
* *‘
, t,
Mode de compostage de la matière organique, avec pertes
c
limitees d'azoté gazeux.
. . _"
Intensification de l'association agriculture-elcuaqe,
l a fermentation’de l a rnatiore o r g a n i q u e apros qu'elle a i t t r a n s i t e
dans l'animal, valorisant d’autant plus la collecte des pailles et
donc une utilisation accrue des pailles pour l'alimentation du bétail.
-z+ “Eléments pour une étude des apports de mati&rc organique aux sols
dans la bassin aLachidier du Sénégalil ISRA/CNRA/Bambey Rondo.
P L A N
Pagoe
INTRODUCTION
1
1
- QU'E$T-CE QUE LA PRODUCTION DE BIO-GAZ ?
2
1. Définition
2
2. Les facteurs ecologiques de la production
*
3
de bio-gaz
r”.
II -
LES DIFFERENTS TYPES DE FERMENTEURS
."*a) ”
1, Le système continü.
2. Le systéme discontinu
3. Le modèle chinois
III - EXPERIMENTATION AVEC UN FERPIENTEUR DE LABORATOIRE
13
1, Description du matériel
13
2, La matiere organique et 8on conditionnement
13
a) La phase aerobie
1s
b) La phase anaérobie
'r6
3, Le bio-gaz
16
a) Influence de la tempgrature
17
b) Influence du pH du milieu
17
c) Purification et analyse du mdlange gazeux
18
4, Evolution de la matière organique au cours de
la fermentation
20
5. Conclusions de 1 ‘exp6rimentation
25
ANNEXES
1
- Méthodes d’analyse chimique de la matière orga-
nique
26
II
- Tableaux et courbes de production de bio-gaz
28
f
h
ITI ”
Le fermenteur de Ndioakh-Fiesel installé par
Ii . .
35
CARITAS
_
c
,
IV ”
Liste des Instituts et pcrsonnalit6z-3 ayant une
37
expérience dans la production de Bio-gaz
BIBLIOGRAPHIE
40
1.
INTRODUCTION
On sait à la suite de nombreuses exp6riences realisées dans
differents pays, depuis de nombreuses années parfois, qu'il est possible
de récuperer de 1'6nergie sous forme d'un melange gazeux contenant 50 $
de méthane environ, à partir de matiéres organiques cellulosiques, à
L
-0?
condition de les fermenter en absence d'oxygène. C'est le principe de
’ L
la production de bio-gaz.
a
L'objectif d'une première manipulation est de savoir, s’il
.
est possible de produire du méthane biologique à partir du fumier dispo-
nible dans les exploitations agricoles sénégalaises. Il s’agira donc
au cours de cette Premiere manipulation de définir les conditions prati-
ques de la production de methane biologiqueen~stema ci.kcontin~En @articulior
il.fc?ut!~~uor~tcmpscapréfermentation aérobio
après lequel la production
de methane est possible quand on passe en conditions anabro&ios, in
effet si le temps est trop court, il y a acidification du milieu en
début de fermentation anadrobique et les bactéries méthanogènes sont
inhibees. Au terme de ce premier essai, nous aurons également une premiere
évaluation des quantites de gaz qu'il est possible de produire avec du
fumier de ferme, et de la qualité du compust résiduel apres la fermenta-
tion.
Dans cette Premiere manipulation une mesure journalière de
la production de gaz dans chaque fermentour permettra d’établir la
courbe de production de gaz en fonction du temps.
Différents parametres du milieu seront egalement suivis :
le pH, la température, l’état d'humidité, le rapport C/N. L'analyse
du gaz sera faite à différentes périodes du cycle de production. Paral-
lblement, on testera en pot la capacit4 germinative des graines conte-
nues dans le fumier à 1’Qtat initial, après la prgfermentation abrobia
et après la fermentation anaerobie?.
Avant d’exposer 10s resultats do cet essai, nous presontons
les principes do l a fermentation methanogene , puis quelques differoilts
types du fcrmontcurs.
2.
1 - QU'EÇT-CE 4UE LA PRODUCTIOM DE BIO-GAZ ?
l*/- Définition
Le complexe de matibre organique est converti en simples
produits gazeux qu'on appelle bio-gaz, compos0s de m8thane CH4, de gaz
carbonique ainsi que d'autres gaz à 1’Btat de traces et la fermentation
.-z
mixte (digestion en anoérobiose) peut Btre considérde comme une méthode
de dégradation de la matihre organique. La formule théorique de la
décomposition de la cellule est la suivante :
* *
-
!
!
! n (CGH5010 ) + n (H20 )
3n CH4 t 3n CO2 t 4,5n calori8s
i
!
!
Le travail s’opère en deux temps : la liquefaction puis la
gazeification qui se fait par deux voies diffdrentes. Le premier groupe
de bactkies productrices d’acide est responsable de la transformation
des composés organiques complexés en compos6s organiques plus simples
(acides acétique, propionique, butyrique) qui deviennent une source de
nourriture pour un second groupe de bact6ries : Les batturias mdthaniques.
matière
liquafaction
Acides gras
gazoification.002 +icH4i6,
organique
*-.
(CH3COOH)
1
,z
I
v-----+
i
i
I
!
CO2 t 2H2
I.
I
9k La liquefaction :
Les sucres sont hydrolys6s et transformds en acide gras,
;C6 HI005 + H20
3
!
(CH3 COOH )
!
!
!
I
. . .
!
!
, 1
!
acide acétique.
I
.-
* La qazeification :
2 voies diffgrentes
l"/ L'acide formé se décompose en gaz carbonique et en m8thane
!
!
! CH3COOH t 2H20
.2 CH4 + 2co2 ;
!
.
20/ Le gaz carbonique et l'hydrogone pr8sents se recombinent dans
lc milieu.
!
!
!
2CO2 + 4H2
‘2 CH4 !
!
!
3 .
Le principal agent responsable de la décomposition méthanique
est le clostridium perfringens. C'est l'hote commun de l'intestin de
l'homme et de beaucoup d'animaux. Il pousse bien à 2Z"c, sa température
optimum de croissance est de 37Oc. A 50°c sa croissance n'est pas encore
inhibée (Dioctionnaire des bactéries pathoggnes).
On considgre néanmoins
que la production de bio-gaz met en jeu un nombre élevé d'espaces bacté-
riennes.
20/- Les facteurs écoloqiques de la production de Bio-qaz.
.
La production de biogaz dépend de nombreux facteurs : la
composition de la matiGre organique et l'État physicochimique du milieu
z .,
ambiant. 0~ sait que les populations bacteriennes sont très sensibles
L
à toute variation de l’état du milieu , qui ontraine nécessairement une
baisse de la production. Aussi la population bacterienne doit @tre
conservée dans des conditions optimales constantes pour mieux assurer
leur reproduction.
Les principaux facteurs de ia multiplication bactérienne sont :
a) le PH du milieu qui fait l'objet de nombreuses discus-
sions. La plupart des avis inulinent cependant pour un pH legerement
a l c a l i n c o m p r i s e n t r e 7 e t 7,5. Certainas stations admettent des chiffres
compris entre 6,8 et 7,2, ceci en raison des fluctuations périodiques
de l'eau qui entre dans les digesters. Au laboratoire on constate que
le cfuQWum p e r f i n g e r s
cesse de sporuler l o r s q u e l e p H e s t i n f é r i e u r
61 6,5 e t s u p é r i e u r à 7,b. Lorsque le pH atteint 8,4 sa croissance
s’arréte. Notons que le pH du milieu évolue de lui meme suivant les
étapes de la digestion. Au début il est acide surtout pendant la phase
où le milieu lib&re une grande quantit6 d’acides volatiles. Ensuite il
devient alcalin et favorable à la croissance des bactéries du second
groupe.
b) l'agitation du milieu n'est pas toujours nécessaires,
Son but est d'augmenter l~endements de gaz journellement produit par
mètre cube de dligester.
Elle est bénéfique pour 2 raisons.:
* E l l e libhre las bulles de gaz emprisonnées dans la masse
et permet aux batteries un meilleur contact avec le
substrat nutritif
* Elle homogeiniso la population bactérienne dans l’en-
*
semble de la fosse, dvitant ainsi une surconcentration
dans les endroits où le milieu est le plus favorable.
C) L a temperature est très importante car c’est d’elle que
dependent deux facteurs :
- -
* La rapidité du développement bactérien et par conséquent
le volume de gaz produit par mètre cube de afigcstion
e t p a r j o u r .
++ L a selection d u t y p e d e batteries ( s o i t thermophilc,
s o i t m e s o p h i l e ) q u i v o n t opQrer l a d i g e s t i o n , L a tempG-
r a t u r e d o i t &trc a u s s i s t a b l e q u e p o s s i b l e p o u r emoQchor
la pertubation du développement bactérien. En-dossous
de 37Oc, u n e b a i s s e d e t e m p é r a t u r e d e IOC se traduit
par une chute du rendement, Ses valeurs limites sont 5Oc
e t 60°c. A 10°c la digestion dure 40 jours et produit
e n v i r o n l a m@me quantite d e g a z q u ’ u n e d i g e s t i o n e n
3 0 j o u r s a 41°c,
4.
A 54Oc, il est passible d'obtenir 600 m3/T.M.S. de gaz en opu~ont avoc
des déchets à haute teneur en gucose". Dans ce cas, la digestion semble
@tre operée par des ferments thermophiles d>un type différent de ceux
qui agissent Pour la production de gaz de fumier à 30 - 40°c.
d) La nourriture des bactdrics, le substrat est le facteur
10 plus important ot CY..JSsi l a principolo sarvitudo clu systhmc,
Toutes li2s six scmainus ; il tnut vicitir las digestcure .iJt ril-
iwittrc; uni nouvùllü chargu oc fumier si la tomperâture o&t 33OC, dans lo
cas du sys%bmti ~~iscoritinu I quant au syst&mo ccntinu, Si ojliqti
ii un '
nPport rGguf.ikr dans lu temps.
Plusieurs auteurs ont reporté sur la quantite de biogaz produit
à partir de différentes matières organiques. On note que les matieres
premiéres de sources similaires produisent des quantites differentes de
gaz par suite des caractéristiques de la matière solide ou des conditions
diopEration.
On a observé qu'une matiere organique provenant d'une plan-
te jeune produit moins de bio-gaz que celle provenant d’une vieille plante.
Cette différence serait dOe à la densité de la cellulose contenue dans
la matiere première. La production diffère aussi selon le rapport carbo-
ne/azote.
* L'influence du rapport C N sur laproduction :
Le rapport C/N dans la matiere organique est important pour
la production de mgthane. En effet l’azote est utilisé par incorporation
dans la structure cellulaire. Si les mitrates presents sont insuffisants
pour permettre la multiplication des bactéries, la production du méthane
décroftra ou merne cessera. En somme si le rapport C/N est elevé, le
proccssus est limite Par la digostion hs’hitrates. Par contre s’il est
bas, l'ammoniac se forme en quantités assez large et la reproduction
bactérienne est inhibée. On considgre qu’il est nécessaire de maintenir
le rapport C/N aux alentours de 30 pour avoir l'optimum de digestion.
Tableau 1 : COMPARAISON DES 7; D'AZOTE ET DU RAPPORT C/N CONTENU DANS
DIFFERENTES MATIERES PREMIERES (Recycling agriculture1 Waste
in China - chap. 4)
Matiere première
$ d’azote
C/N
- Urine :
15 - 18 $
098
1
- fumier de mouton :
3,8 $
- fumier de cheval :
2,3 S
25
e
c
- fumier de boeuf :
1,7 g
18
- debris végétaux :
2,15 $
14
Tableau ,2 : PRODUCTION DE BIO-GAZ PAR KG DE flATIERE PREMIERE SECHE
l/- Source CRDI "Bis-gaz technology in the world trialBI
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
MATIERE I&re
!
!
N 'T*
w
!
!
c ;it
,m3/kg MiS, i
.
.
1
, *-2"lr----rrllr-~-r-.t "a.----"---". I
I
m--"---"-w-. II---"--"--.1 -"-".--I-m--. 1
!
!
!
!
!Feces
!
-
! -
!
40,55 ;1,38 à 1,921
,Fumier de vache
.
Il
!
16)
30,l
;
1,071
!
!
!
de cheval
!
2,3
;5
!
!
57,5
;
2,00;
II
!
de parc
398
1)
!
!
20
76,O
;
!
2,641
de mouton ,
3,8
22
!
2,89!
11
!
!
83,6
i
!
de volaille
;
6,5
!
15
!
90,o
!
3,121
,Paille d'avoine
;
1,O
.
!
48
!
TO,4
!
1,75;
;Paille de blé
!
093
138
38,4
!
!
!
1933I
;Foin
490
12
!
!
!
48,0
!
1,671
; Graminh p r i a r i a l e
24
19
!
45,6
!
1,64;
ILuzerne
;2,4 -3,0
.
; 16-20
!
:60
!
:2,07;
!Algues
199
!
7y
36,1
!
!
!
1,25;
!Papier
!
-
! -
!
40,6
!
1,41;
!
!
?
!
!
!
!
!
!
!
!
!
20/- Source : NAS "Méthane gdnbration fram human, animal and
a g r i c u l t u r a l wastes”.
!
!
!
!
!
1
!
!
!
!
!
MATIERE I&re
!
N
!
!
!
UN
!
,i:r3/kg
N,S . ,
.
!---" ----oœ----" ------ ja -----------! --N-l--" -'-!--"'""-'- T --------- "'!
!Feces
!
!
!
!
c,33
!
!Fumier de bovin
!
1,7
0
18
!
!0,23 h 0,50!
! $1
de boeufs
!
-
!
!
!LX,86 b IJI!
1 "
de porc
I
! -
!
!0,49 B 1,02!
0 "
de moutons !
;,n
!
!
!0,37 21 0,6 1
! "
de volaille ! 6,3
!
!
!0,46 à 0,56?
! Fourrage
!
!
i
!0,5
!
!Algues
!
!
!
!0,32
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
II - LES DIFFERENTS TYPES OE FERMENTEUR :
A l'heure actuelle , plusieurs modèles de formonteurs sont:
en cours d'experimcntation.
Cependant les plus courants sont :
- le systemne continu
- le modale chinois
s
- le systeme discontinu.
?/- Le systeme continu :
Il trouve son application surtout en Inde. Il suppse un ap-
port quotidien de petite quantit0 de fumier mis en solution dans l'eau.
Le liquide est versé dans une tuyauterie aboutissant au bas du liquide
en fermentant dans le digesteur tandis qu'un Zeme tuyau d'évacuation
vide le fermenteur simultanément d'une mbmo quantite de substrat ferment?'
Ce système permet un fonctionnement sans obligation d’ouverture des
couvercles pour assurer l'alimentation des bactéries. La production de
gaz se faisant "sans B coup", le rendement est maximum.
-* Description : L’appareil comprend trois parties (cf Schéma p. 7 )
- l e reservoir d e melange
- le fermenteur proprement dit
- et la cuve de décantation.
* Avantaqes :
- la production est stable tout au long de l'année ;
- le rendement de gaz par mètre cube ds digester est plus
Qlevé que dans les autres méthodes.
- I l n’est pas nécessaire de lacher d a n s l’atmosphére l e s g a z
obtenus en debut de fermentation parce qu'il n'y a pas besoin d’attendre
l ’ a p p a r i t i o n du second groupa d e b a c t é r i e G chaque; ~pprovisionn~n~ï~t,
noUVCw contrairamcnt au aystBmti discontinu.
Cependant la servitude imposeo est plus grande puisqu'il
>
faut chaque jour assurer l'alimentation des digostours.
* Rendement de l'installation : (m3 de garfm3 de cuve/jour)
*.
n
Il est difficile de porter un jugement valable sur les chif-
fres avances par suite du manque de precision accompagnant les affirma-
tions de certains auteurs. Cependant, on estime qu'on peut obtenir 1 m3
de gaz pour 3 m3 de digesteur. D’autres avances im3 de gaz pour lm3 de
digcsteurs. A Idiofa (Zaïre) le rendement espere est de l’ordre 90 76.
Par contre MANN du mont des CATS parle? d'un rondement de lClO$, tandis
que BOSSHOF avance la chiffre de 120 5. Au Mont Cats, alors que la
température variait de 3Oc a 7Oc la production de méthane biologique est
restée d'une régularité remarquable. Le chauffage obten,u ü cinq reprises
a consomme 136 m3 de gaz pour 2124 m3 dégage soit 6,5 2 de la production
totale.
Ces chiffres rendent compte de la diversitd des opinions
émises sur le rendement des installations en continu.
#
,“.C...
clock (gbzodtre)
f
*
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1120 m de haut
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-
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- -tuyau d’cV&uatipr
-4
10 aa de di&Q%
r -7.
-
-
A
tubsrat
Ul-
'mente
2,3 R dc k*rt
ioc -
10 ou de targïi
X rltervrir de mbluw
II izw&rttur o* rcraantrrr
III Ccva de dbcantctton
DIGESTEURS A AtlblE!ITATION CONTINU~E
(cf. p* rn)
d'apr& fiche GRET T.56
DIGESTEUR A ALIMENTATION DISCONTINUE
(P.43
d'aprës GRET, fiche T.55
b) Le ays tT3rx discontinu
Y
.--I
La mise en charge des matières 61 decomposer se fait de manière
périodique. Chaque digester est vid4 et realimenté lorsque la quantite
de gaz journellement produit par m3 de digester n’est plus rentable.
Cette methode de travail assure une production de gaz assez stable que
lorsque l’ensemble do l’installation dispose d’une séria de digesteurs.
* Descr,iption :
De mdmo que dans le systéme continu, il y a deux parties qui
_.
peuvent 9tre distinctes : le géo6ratour ou fermenteur et 10 gazomètre
II
(ou cloche gazometrique).
- Lc générateur : CI.est une cuva on ciment enterree à une
faible profondeur. La matierc organique est constituée essentiellement
de fumier que l’on humecte avec de l’eau. Il est fermé par un couvercle
métallique qui communique avec le gazomètre 21 l’aide d’untuyau soud6 on
son dossus. Une barre de fermeture est posée sur lc couvercle pour
empecher qu'il saute lorsquo la pression des gaz produit est trop grande,
A la base du générateur, au niveau de sol est soude un tube de vicjangc
( c f Schema p . 9)
- Le qazomètre : C'est une cuve contenant de l'eau et sur
laquelle est renversée une cloche pouvant naviguer librement entre les
parois interieur du gazomètre. Quand il y a du gaz, la cloche remonte
jusqu’a un niveau proportionnel au volume de gaz produit.
++ Avantaqcs et inconvénients :
En travaillant à une température de 33Oc, la digestion ~‘opèro
en 6 semaines, on est donc tranquille pendant 6 semaines. Mais :
- la production YO fait par “a coup” puisqu’elle ost
stopprlc à chaque ouverture de la fosse.
- Les premiers jours, lo necessaire prefermentation aero-
bique consomme une partie de la ressource sans produire de bio-gaz ;
- Elle oblige & construire dos fosses plus volumineuses
par suite d’un moins bon rendement do gaz par m3 de digestcr.
1
% Rendements :
, ’
Les rendements possibles sont de l’ordre do 61,5 $. Ce chiffra
s’aligne également sur des prévisions du Nont dos Csts
où les moines
espéraiont obtenir 50 m3/j de gaz pour 96 m3 de digcster.
c) Le modèle chinois
+$ Le diqesteur :
Le digestcur de type chinois est une fosse de trois metres de
profondeur. La portion du fermontour contenant la mati&re organique
s’étend de la base jusqu’h une hauteur de 2m. La partie qui récupbre
lc gaz est construitedo sorte qu'on arrivant au niveau du sol, elle
est réduite à 60 cm de diamètre. (cf. Schémas p. ‘Ii-12).
10.
* La fermentation :
La fermentation anaerobio
de la matièro organique est
meilleure si la fumuro contient de 7 & 9 $ do matieres solides. Les
matières utilisables fermentées dans un digesteur contiennent les mbmos
pourcentages de solide et aflos sont diluées par la m&me quantité d'eau.
Uno dilution insuffisante cntraine la viscosité du milieu et les bactéries
peuvent Btre inhibées.
.
Le pH et l'amoniac toxique peuvent aussi Otre critiques à une dilution
-”
insuffisante. En chine, des combinaisons de matieres premières sont
apportees dans la dilution, essentiellement un melange de 20 $ de matière
I.
organiques, 30 $ d’excreta humains et 50 $ d'eau.
* La temperature.
A l'aide d'un thermomètre, chaque jour, on relève la température,
Les micro-organismes qui participent à la production de méthane ont une
activite optimale vers 30°c. A dessous de cette température la production
de gaz diminue.
Tableau 3,
RELATION ENTRE PRODUCTION DE GAZ ET TEMPERATURE
Température
!
Production de gaz
!
!
(en cm3/jour)
!
!
!
!
29 - 31 oc
!
0,55 cm3
0
!
!
!
!
24 - 26 Oc
!
0,21 cm3
!
!
16 - 20 oc
!
0,iO cm3
!
!
!
!
12 - 15 oc
Cl,07 cm3
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
Lorsque la température diminue, la production de gaz diminue.
++ Avantaqes,
- Il peut etre fait en ciment ontibromnnt
- La température reste constante, ce qui cntraine une produc-
tion constante,
- Les dimensions sont variables et le digesteur peut Btre im-
planté dans n’importe quelle zone rurale.
* L'utilisation du qaz :
. Interet économique :
Le gaz qui provient de la fermentation est similairo au gaz
naturel, il contient essentiellement 60 a 70 $ de méthane, 30 h 35 $
de dioxyde de carbone, un faible pourcentage d’hydrogbne et de nitrate
et quelques traces de sulfates d’hydrogène li2S. Ce gaz a une valeur
calorifique de 5000 KCaf/m3. Une capacité do 10 1-113 de fumier cngendre
5 m3 de gaz/jour. Bien aménagée la méthanisation est suffisants paur
a n r t v r i r ?OC. hnsni n.q ri*ttrtR fami 11~ n h i nni RP mn nnmhtt4t.i hl o nnttr 1 h rtii s i nn
Mat&e fraiche
kw&a humains et animaux+
d&ris V&&aux )
Ombre de fermentatian
~ïSP~SlTiON
-
6ENERAlE DU FERMENTEUR D’ORIGINE CHINOISE
Tuyau ck r?ic upéFrPtmn du gaz
Bouche dent& de fa
_,” matière fraicha:
- - Chambre da fwmentrrtian ---’ .. i
‘7- .. . -.._<, . .._ _
_-...
, . .--, _...
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8wche de vidange
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-
-
-
IC
YI
-
-
-._
_.,-.
--
-,...-
-
-
_-.
.
Intérêt fertilisant :
Les offluents sont utilisés directement comme engrais.
Ils sont aussi utilises pour faire des acides humiques fertilisants,
et dans les eaux d’irrigation.
Tableau 4.
CDMPARAISON DES ELEMENTS CONTENUS DANS LES BOUES ET LES
EFFLUENTS APRES LA FERMENTATION ANAEROBIE.
1 Nx
650 PPM
500
ivw
/
!
] px
40
”
15
‘I
!
1
K.
1
9400
"
!
2000
"
1
1
1
III " EXPERIMENTATION AVEC UN FERMENTEUR DE LABORATOIRE :
'!) Descrption du matériel :
Il est analogue au système discontinu et se compose de 2 parties
distinctes : le fermenteur et le gazomètre.
1) Le fermenteur : Il se compose de 2 parties : la cuve et la cloche.
( c f . f i g . p, 1 4 )
* La cuve : Elle est en P.V.&. opaque-gris de 40 cm de hauteur et 25,5cm
dewre soit un volume de 20.417,80 cm3, Le fond est systématique-
ment ferm8 par une plaque soudee à la base en ses extrémitës. Un syphon
de 0,7 cm de diamètre soud8 à la base permet de communiquer avec l’int6-
rieur, Elle est remplie de fumier jusqu'à 5 cm des bords supGrieurs,
soit à un volume de 17 865, 60 cm3. On apporte de l'eau jusqu*& ce que
le niveau affleure le niveau superieur du fumier dans la cuve,
* La cloche : Elle est aussi en P.V.C. opaque-gris de 29 cm de hauteur,
24,5 cm de diametre soit un volume de 13.462 cm3. L'une de ses bases est
fernee par une plaque en plGxi.glass fortement aoudee en ses eNtremitEs.
Un tube en matière plastique de 0,7 cm de diametre, soudé sur le verrepo>
. ’
mtit ds c :;;i:iui-S$uer avec 1 ‘interieur. Il sert a la recupération du gaz, Ce
tube est ferme par un bouchon demontablc en matière plastique. Il est
ensuite pincé 21 son milieu par une paire de pince pour Qviter une fuite
.
Qventuelle du gaz produit pendant la phase anaérobique.
2) La matière orqanique et son conditionnement :
C’est une poudrette brute rGcoltee dans une stabulation sous
deux boeufs
cvdc litiera,
constituée des rebua de tiges de sorgho qui
entrent dans l'alimentation des boeufs(avec un complément riche en éner-
gie azotée), La litiere est
finement broyée par le piétinement des ani-
maux. On y prelève 4,50 kg de matiere sèche que l’on met dans chaque
Fermenteur. On analyse un échantillon de cette poudrette pour connaftre
les pourcentages de carbone total, d’azote et d’acides humiques a l'état
initial. De meme, on cherchera le pourcentage dchumiditd et le pH de
la matière organique initiale. On en ducluit le rapport C/M. On reprendra
ces analyses à la fin de la préfermentation et de la fermentation anaéro-
bie.
On dose le carbone et les acides humiques par la méthode de Anne
modifiee et l'azute par la mdthode de KJe~nd~h:,(cf, Anne I)
‘ube en
Tableau 5,
ANALYSE DE LA MATIERE ORGANIQUE A 1'ETAT INITIAL
“1
1 Acides !
< élfxà i c.
;
c
!
!
'!
,
!humiquesj N .
7 ,!
!
!
.
I
PJ *
!
PH.
f
Humidite.
i
7
.
of
/J
1
32,90 !
1,44 !
1,658 !
19,84
1
8,3
1
23,Ol
.
1
!
!
1
1
!
, L,a phase d’aerobiose :
Après le remplissaqe des cuves avec le fumier et addition de
12.L;itroG d'z~au, las formontours s o n t laisa8s qn aéwbiocw c'est ? df.re
k l ’ a i r l i b r e . Grke au syphon on détermine à chaque instant le niveEJ
ce l’eau, On prend chaque jour la température du “ferment” qui varie sntrc.
30 et 33Oc. Au bout de 3 à 4 jours, on constate que le compost a rempli
Le fermenteur jusqu’à la limite superheure B la suite d'un gonflemen', de
la matikre organique. De marne 1 ‘eau introduite pour 1 'humectation res’u
au fond de la cuve, alors que le fumier tend à flotter sur le niveau
d'eau. Disposant de 5 fermenteurs expérimentaux de petite taille, nors
zestons 5 durges diffÉrentes de préfermentation aerobio. On sait quo
hi cette période est très courte, la production de méthane est bloque2
Far'l'acidification du milieu, En effet la fermentation méthanogene o;t
un ensemble de reactions chimiques successives realisé par des bactér,cs
différentes.
Une première phase est une hydrolyse des polymères organiques. Cette
rsaction est acidifiante. Une deuxiome phase est la production de meti-ano
sJit directement 21 partir de ces mol6 cules simples (monomQres 0rganiqLes)
sçit par combinaison du CO2 et de l’hydrogéne du milieu, p3r les bactu-
ries méthanog&nes.
Si la Premiere phase est plus rapide que la seconde, l’acidi-
fication du milieu qui s”cn suit inhibe les baztérics mé’chanogenes, et
il n’y a pas production de méthane. Par contre, si la période de prefer-
mentation aérobie est
trop longue, la production de méthane à partir
de la bio-masse est reduite. Aussi, nous decidons de fermer les cuwes
(mise en anaérobiose) respectivement aux dates suivantes apr&s le rem-
plissage de matière organique et d'eau :
61
!
!
1 Traitement
! DurQe de préfermentation aérabit
I
!
~-~~“--~-l”l”r”~-“- -1-“-~-“4”---“1-“1”“-~---““~----’
1
!
!
1
I
!
5 jours
1
!
i
a
1
!
!
II
10 jours
III
1
15 jours
!
i
!
IV
20 jours
V
30 jours
A p r e s l a durQc q u e n o u s avons choisioen aerobiose, l e s
f e r m e n t e u r s s o n t m i s d a n s d e s c o n d i t i o n s d’anaerobiose. L e melange
compost plus e a u c o n t e n u d a n s l a c u v e r e t r o u v e s o n n i v e a u i n i t i a l ,
c’est-&-dire 5 c m d e s b o r d s s u p é r i e u r s . A l ’ a i d e d ’ u n thcrmometrc
i n t r o d u i t d a n s l e syphon, o n raleve chaque jour la temperature. De
m&me on prendra las m e s u r e s cies p o u r c e n t a g e s d e c a r b o n e , d ’ a c i d e s
humiques, d’humidite, d’azote et du pH avant la fermeture de chaque
d i g e s t e r .
Tableau 6 : ANALYSE DE LA MATIERE ORGANIQUE EN FIN DE PREFERMEN-
TATION
!
!
!
!
9
!C $
,Acides
!
!
N
; humiques ,
!
C
-n-
! p Ii
i Etat
-!!
!
; d’ humiditg f
!
.
.
!
!
I
i
!
I
!
!
! 1
I
29,21
! U,70 $
! 1,14 p
! 26,24
!
9’6
i
24,1; $ I
!
f
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
! II
! 28,91
! 2,952 $!
1,2D$
!22,57
I
8
i
25 q cf
>
/3
i
!
!
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!
I
-*
!
!
!
!
!
!
1
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I I I
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2S,76
! 4,468 g ! 1,18 $
! 24,37
!
7,7
i
II.?,5/L,
i
!
i:--
t
.--.1
!
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1-
!
!
I
! !
!
!
IV
)
29,02
,W,IKI , ;G ! 1,231 7: f . 23,57
!
9,6
i
23,o 5
;
!
I
1
-.
!
!
!
!
i
!
!
!
I
!
!
!
! v
! 24,60
i23,60
! 1,24 7;
! 19,84
!
Y,5
! 27,f3 $ I
!
.?
!
!
!
!
!
!
La p h a s e a n a é r o b i e
Dans cette premi&rs manipulation, compte tenu de 1 ‘Gquipe-
m e n t d o n t n o u s d i s p o s o n s ( l a c l o c h e p l o n g e d i r e c t e m e n t d a n s l e m i l i e u
d e c u l t u r e p o u r eviter la pénetration d e l’air et non dans un joint
hydraulique) noue a p p o r t o n s u n c?Xcbs d’eau q u i a s s u r e u n e b o n n e oir-
c u l a t i o n d e l a c l o c h e l e l o n g d e s p a r o i s d e l a c u v e , e t auoun risquo
d e desséchement d a n s l ’ e s p a c e e n t r e l e s d e u x c y l i n d r e s . Une nesurc
journaliere d e la production de gaz dans chaque Ccrrncnteur p e r m e t t r a
d’tftablir l a c o u r b e d e p r o d u c t i o n d e b i o - g a z e n f o n c t i o n du temps.
3 ) L e bio-qaz :
R u b o u t d e 2 4 h e u r e s , l a c l o c h e d u fermonteur SC soulI:ve s o u s
l a p r e s s i o n exerc6c p a r l e g a z p r o d u i t . A l ’ a i d e d ’ u n tubo e n ati’errc!
.‘.
n o u s r e l i o n s l a cloche d u f o r m e n t e u r 5 c e l l e d u g a z o m è t r e p a r l e s
t u b e s e n PlasCques q u i comimuniq c e n t a v e c l’intkricur d u gazometro
d’une part et de la cuve d’autre part. Nous appuyons d’une muin sur
l a c l o c h e d u f e r m e n t e u r . E n p r e s s a n t , n o u s c h a s s o n s d a n s l e gazonetre.
L e g a z p r o d u i t s i l a p r o d u c t i o n e s t f a i b l e , l a p r e s s i o n d u qaz chass6
clans le gazom&trc est insuffisante ~~&r-#&-l~&$:; ;;c; p~u:~~~~s-X-, Elle
s’applique sur la masse d’eau contenue dans l e g a z o m h t r o e t uni: p a r t i e
de l ’ e a u e s t d o n c ciéplacée
B l ’ e x t é r i e u r c é d a n t s a p l a c e a u g a z . F, l’aido
d ’ u n e p i p e t t e , o n recueille cstte e a u e t o n l a m e s u r e , I l s ’ e n s u i t q u e
l e v o l u m e d’eau deplacG e s t p r o p o r t i o n n e l a u v o l u m e d e g a z p r o d u i t ,
-s E n e f f e t , d a n s le m a t é r i e l u t i l i s é , l ’ e s p a c e e n t r e l a cuve e t l a
c l o c h e e s t tres r é d u i t , L a force d e frotemcnt elev6o l e l o n g dos p a -
r o i s , exige u n e prossion f o r t e à L’inSriour d e l a cloche p o u r l a
ddplacor.
Le gaz est selon une autre méthode recueilli dans une
bouteille
graduée. La bouteille est remplie d'eau jusqu'au bord
supt5riouc. Elle est cnsuite renverséo dans un seau plein d'eau
ot maintenue par deux pinces qui l’enserre. On glisse le tube de
la cloche ? ltinttiricur de la bouteille pleine d'eau et renversee,
On presse sur la cloche et le gaz est chasse cians ia bouteille, En
raison de sa faible densité Par rapport à celle de l'eau, il vient
se placer au fond do la-bouteille en deplaçant un volume d'eau égal
h son volume. Aussi le volume de gaz produit par chaque fermenteur
est donnée directement par la graduation
de la bouteille. Ce volu-
me est sensiblement 6gal au volume d'eau deplace pendant la recupe-
ration du gaz dans le gazomètre,
Ce procéde de collecte du gaz nous permet do connaître le volume de
gaz obtenu chaque jour & 3.a température normale et à Za pression at-
mosphérique,
a) L'influence de la température :
Cette cxperience 6tant réalisee pendant l ’ h i v e r n a g e , pe-
riodc chaude et pluvieux, il est necessaire d e r a p p e l e r l’influwn~o
de la tempdrature en fonction du temps. Elle est d'autant plus im-
portante que deux facteurs dépondont d'elle.
1) La rapidité du dgvcloppcment des bactéries et par conséquent 10
volume de gaz produit par fermenteur.
2) La sdlection du type de bactéries qui vont opercr la digestion,
La température moyenne que nous avons enregistréo est de
33OC. C e t t e t e m p e r a t u r e varis de 29OC (pluie) FI 37OC. C e t t e tempe-
rature est relevée chaque jour à 12h 30, La moyenne de la production
do gaz est obtenu 3. 33OC. Cette production ost minimale à 27OC et
atteint son maximum B 35OC. Au dol& de 3TcC le volume de gaz produit
a tondancn & diminuer, Toute variation de tempe rature cntraine nécas-
saircment une variation de la production de gaz (cf. Tab. Annexe II).
b) L'influence du pH du milieu-*
A l'état initial, le pH du fumier est de 8,3. AprBs la
formcntation co pH reste basique mais dopend d e l a duree d e l a pra-
fermentation. On pense que le pH a un effet sur la production de gaz.
La production journalière maximalo est prelcveo d'un fermonteur qui
3 un pH égalo
C: 8 et d o n t l a durea d e p r e f e r m o n t a t i o n e s t d o d i x
jours.
Par contre cette production est minimum a un pH de 9,6 et
7,7 respoctivemcnt pour une d u r é e d o prefermentation da 5 j o u r s et
15 jours.
++ Los pH observés dans las differcnts fermonteurs sont tros wariablos.
Le manquo de repetitions ne nous pormct pas d’dtudior une relation
éventuollo antre p H e t d u r é e d e l a prefornentation.
Tableau '7 : pH du milieu dans les différents fermonteurs
!!
Fumier à !Après la prdf~rm~ntction &robie
i
!
!l'etat
!
!initial
i I (5)~II(10j~III(l5j~IV(2Oj
.
!
!
!
--Ï
!
t
I
!
i
1
!pH : !
8,3
; 9,s f 8
! 7,7
! 9,6 i 9,5 1
!
!
!
!
1
!
!
I
I
!
I
!
!
1
1
!
I
I
!
c) Purification et analyse du méla
*--
On sait Que le bio-gaz est un composé de méthane, de CO2 et
d'autres gaz il l'État dc trace. Dans cette manipulation, nous nous
proposons de scparcr le CH4 du CE. Pour se faire nous avons adopte
la methodo de fixation du CO2 par le Ca (0H)Z.
&IUS remplissons une bouteille graduée de dihydroxydo de
calcium de normalit 1.A l'aida d'uno seringue de 100 ml, nous pré-
levans un Echantillon du melange gazeuao CH4, La bouteille est ren-
verseo dans un seau pleind'eau. On injecta le gaz dans la bouteille
contenant la solution de Ca (OH)2, Le CO2 est fixé dans la solution
alors Que le rngthanc libre reste place au fond de la bouteille.
It 2
I CO + Ca (OH)2 )
CaC03 f H20,
Le volume occupe par le gaz aprbs reéquilibrage à la pres-
sion atmospheriQue nous permet de calculer 10 pourcentage de méthane
ot de CO2 contenu dans lu mélange gazeux. Ce gaz contient 76 $ de mé-
thane et 24 $ de gaz carbonique, Cependant ce pourcentage varie avec
les fermenteurs. Il varie do 69 $ B 83 '$ de méthane,
Pour masuror le volume de CH4 à la pression atmosphérique
aprtss précipitation du gaz carbonique, on procede B l'équilibre de
la pression (cf. fig. pl9). Pour ccl& on ajtiotc le niveau d'eau à la
pression atmospherique dans le flacon a l'aide de la seringue. Elle
est romplic d'eau puis or: cnlbvo completcmont le piston de façon Que
la surface ùe l'eau contenue dans la seringue soit soumise & la pres-
sion atmospheriQuo. On constate alors Quo l'eau de la saringue couic
goutte ,i goutte par l'aiguille. On reprend le mdme systbmc on faisant
couler l'eau de la seringue dans un flacon contenu lobio-gag, La vi.>!-
d'écoulement do l'eau ust plus rapide. A l'~Quilibrc l'eau do la SY-
rit-que se vide goutta A goutte. A partir de cc moment on arroto. Si,
on laisse continuer 21 goutter, il arrivera un moment où la L;cringuc
ne gouttera plus du fait quo la pression du gaz contenu dans la bou-
teille tend & devenir supgrieuro $1 celle de la pression atmosph6riqua.
Niveau de production du bio-qaz :
Cotte étude de synthèse se propose d'analyser les resultats
que nous avons obtonus en fonction du systbme dc fermentation uCilisG
et des conditions d'environnemeat comme la tomperaturc, l'humidité,
le pH du milieu.
,-
De cette analyse il ressort que le système discontinu
B un rendement moyen , parfois mi9me faible. Compte tenu des durées
de préfermentation a6robi.e.
que nous nous sommes imposées, il sen-
ble qu'une prefermentation de dix jours est meilleure. Elle perme;
d'obtenir un rendement de 552 ml par jour et par fcrmcnteur soit
128,372 ml/jour/kg de matière organique à une température moyenne
de 33OC. Pour une préfermentation de 30 jours, ce rendement passe
B 48,372 ml/j/kg de matiere organique sèohe à une température de
34OC. A cette mt?me tempdrature,
il est de 30, 465 ml/j/kg de matiire
organique sèche pour une durée de préfermentation de 15 jours.
Qn note de grandes variations dans la production de méthane
selon les fermentours de préfermentation aérabique.
Tableau 8 : Moyenne des productions journali&res de Bio-gaz
!
!
1
1
,Durée de pré- i
!
Moyenne des
;Floyenne de productio!::
; fermentation
! ternpgratures
;en mil par jour et par;
!
!
; ati robie
!
.
!
;kg d o matibro organi-j
!
!
!
;qua sache.
.
!
!
1
.
!
!
!
11
! 5
jours
i
33OC
i 36,512 ml/j/kg K.S. !
!
!
.
.
!
!-- !
I
.
1
i
! II
1 10
jours
f
33*c
!128,372
Ii
II
!
!
!
.
!
!
! -'-!
!
!
!
! 111 ! 1s
jours
i
34oc
! 30,465
rl
ri
!
!
!
!
!
!- !
i
!
!
! IV
! 20
jours
i
35oc
!
!
.
! -!
1.
!
!
! v
! 30
34OC
! 48 ml
Il
If
!
!
!
jours
i
!
!
Les courbes de productions sont .irreguli&res (cf. fi9. p.2 et
annexe II). Pour une préfermentation de 5 jours, la proàuction da bio-
gaz a atteint son maximum au bout de 3 jours. Do mQme le maximum est
atteint entre le 3e jour et le 5 jour après 10 mise en condition
d’ana8robiose pour une préfermentation a6robique 15 jours, 20 jours
e t 3 0 j o u r s . Cependant pour une préfermentation de 10 jours, la maxi-
mum de production est atteint entre le Ile et le 12e jour. Alors quo
l&, minifnum est atteint entre le Te et le te jour et entre 1s 29e (2t
: I
le 300 jour.
4) Evolution de la matigre orqanique au cours ds la ferrtiGntatioc
La fermentation mgthanique peut etro ur:::~iG*e Cû3inE”‘une
combustion lonte", En effet l'examen de la matikrc organique 2 ,i;ozi;~S
qu'il y a une baisse notable du poids sec de la matiGre oryaniquz ini-
t i a l e . E n fin de chaque fermentation anaérobique, nous mesurons 10
poids humida et nous cherchons 1s pourcentage f..11humidit6 du compost.
On cn déduit le poids de matibre organique sùche restant Oans le for-
menteur.
Soit Cle taux d'humidité , pH le poids humide de la mntiére
et PS son poids sec.
on sait que C = pH - PS
PS
PS x C = pH - PS
1 PH = PS + PS x c
= PS (1 + c)
r--T-----
?-i.oL;LCAU 9 : FER-TE DE MATIERE Ol~fXFdI4UE PENDANT LE COMPOSTAGE
. .
I
l
’ -
-
-
-
-
-
-
-
-
-
,?oids de K.O.S. ini<Poids de 1q.O.S;Poids de M.O.S; Pourcentage
1
itia3.e
ienfin dtexp.
;disparu/cmpost i des pertes. i
6
?
I
!
?
? ?
?
? ? ?
?
4,300 kg
!
3,720 kg
!
0,579
l<g
!
13 ,5 $
!
!
!
!
!
!
!
!- 0
!
!
!
1
!II !
4,300 kg
1 3,629
l<g
!
0,670 kg
!
154
$Y;
i
!
?
.
!
!
! -!-
!’
!
!
I
! III !
4,300 kg
!
3,290 kg
!
1,009 kg
!
23,5
j:
i
!
!
1
!
!
!
!
‘-----!
!
1
.
-y
!
!IV
!
4,300 kg
i
3,574 kg
!
0,725 kg
!
10,y
y;
i
!
!
!
!
,
.
!
!
!
-!
I
I
!v
!
4,300 kg
2,9968 kg !
1,303 kg
30,3 ;$
!
!
!
i
!
f
!
- - -
!
!! üciilus
!
1
!
c $
!
!
!
,hunii4ues !
N $
j Hurniditu ,.
!
!
1
!
!
i
!-
!-
!
!
!
11
,1 23,68 5 ! 29,15 $ ! 1,047 $ ! 22,77 ! 9.6
! 30,G $ !
!
.
!
!
!
!
I _
!
'----j-
!
-!
!-
!
!
1
!
! II
! 25,63 ;; ! 19,93 7; ! 1,170 $ !
21,31
! Y.4
! 23,5 $ !
!
!
!
!
!
I
!
i
!
!
!
1
.
!
!
!
1 1x1 ! 27,06 ;; ! 28,07 7;
! 20,3 r;r; !
!
!
l
26,79 ! Y,3
!
!Vi
!
!
!
!
!
! IV
f 24,g1 i-5 ! 22,26 ;; ! 1,011 55 !
20,93 !
Y,7
i 1y,5 y; i
!
!
!
!
!
.
5
!- !
!
!
!
!
!
!
23
Les pertes de matiore organique sont faibles au cours de
ce procossus de compostage. Elles sont au terme des 2 phases aéro
bic
e t anabrobis, d e
l'ordre de 15 $ l o r s q u e l a dure, d e prefcr-
mentation est de moins de 15 jours et passent 5 20 et 30 $ pour des
durées d e 75 ot 3 0 j o u r s . A l o r s q u e d a n s u n c o m p o s t a g e adrobio
e i-1
cofnpostibr8 o u e n t a s , on observe des pertes de l’ordre de 50 $.
Ces pertes sont le resultat d'un processus d’hydrolyse des
polyméres organiquesau cours de la fermentation, et cie volatilisation
des molécules simples produites, acide organiques volatiles, gaz car-
bonique, mé thano, ammoniac.. .
Si nous suivons l’evolution de la teneur en carbono 1.10 la
matigre o r g a n i q u e dans le formenteur II où ia production do mwthane
fut la plus e10vv0, les pertes en carbone ont etti; de 12 $ pendant la
phase a6 ro bic
(dureo d o 1 0 j o u r s ) , Pendant la phase anaGrobie
elles ont 6te de l’ordre do II 3 dont nous savons que 66 ;i environ
ont 6té réouper6.s sous forme do méthane pur.
Ces psrtes 3n azote sont importantes au cours des f-ermen-
tations a6 f~bics,
Elles sont baucoup plus faibles penoant la phase
anaQ ro bis.
Finalement la teneur on azote est de 1,17 j:; dans la ma-
tibre o r g a n i q u e Br-f f i n de compostage anaerobiqua c o n t r e 1,66 7; &
l’dtat initial
P o u r 1 kg de M.0. initia&, 2G,84 y d'azote ont et6
perdus au C~V~~
des deux é t a p e s d u c o m p o s t a g e mbthanoghne, soit 40 $
do la quantite cjlazoto initiale.
Los
p”‘Les
r;n
azo ta
s (-J 7; JC
moins
i m p o r t a n t e s que
les p e r t e s e h carbone, et le rapport C/N d e l a matiere o r g a n i q u e e s t
p l u s é l e v é apres c o f n p o s t a g e . Il reste toutefois bas, puisque dans le
fermenteur XI, il est de 21,91, alors qu’on considere qu'un rapport
voisin de 30 ost optimum pour l'evolution ultérieure de la matiisre
organique dans le sol,
D'aprLs les anolysos dc carbonEj SOUS forma d'acides humiques
par rapport au carbone total, la fermentation anaérobie
mg thanogtine
serait un processus tras actif d’humification d e l a matiero o r g a n i q u e .
En effet, ce rappdrt qui passe de 1,44 $ ü L193 $ pendant la phase
aérobi .:u
dans le fermenteur II, est de 19,92 $ au tcrmo de la fer-
mentation anaerobie.
On obtiendrait ainsi, k la vue de ces promiors
résultats, u n e matioro o r g a n i q u e qui restitike au sol, i’enrichit en
polymercs organiques stables qui. s’intégrcnt dans 10 complexe absor-
bant argilo-iiurni4uo.
Ca matiere organique initiale contient uil nombre Bleve do
graines qui germeront dans les champs fumés. Or, CH serait la, un cbs-
tacle h l'utilisation dos fumiers de forme p a r l e s a g r i c u l t e u r s stinti-.
galais. U n CXpUri,il2IltêCi(-,n u n pot a 6te rSalisBa, q u i v i s e & &ter~,~i-
n e r s i le cornpostügo
diminue
lü p o u v o i r gcrmina-tif des g r a i n e s
contenues dans la mati?!re organique ïnitiaio. Dans clos pots dc 6 kg
de spl, on ajoute ILI :g !Je matiero orCJai;iqUZ dont o n veut cstilqur 1-a
tzrïeur en g r a i n e s ( s a u l e s ios graines I: gerini:iation annucllu seront
reperties, c e l l e s avec (Jormancc n’apparaitront pas) o t YOC rilg d’angrcjTs
14.7.7. On realise un temoin sans matiere organiquu,
2 4
c--
!
-7
f
!
Fermentsur
!
! I
! II
1 III ; IV ; v ;
J
1 Témoin sans matière
i 2,4
;2,4; 2,4f2,4
;2,4j
i organiqu?
!
!
i
!
!
! --!
!
!
+- i1
! MatiQre organique ini- !
!
!
i tialo (78 g)
I 616
, 6,4 ! G,4 ;
.
6,4 ; 6,4 f
.
i
!
!
!
!
!
t
I
I
1-n
L
-1
i filatikrc organique après; ü
:
:
?
! prbFerm~ntati.on
! 1,33 I 2,33; 5,O
?
10
!
!
!
!
!
1
1
!
!
!
!
!
1.
!
!
!
!
I----I-
!
!
! ?ïati&r2 fJrsa:iiqU@ apf&s!
!
I
! Cermcntatisn onaC~robi- I
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on graines. Ella
constitue une première indication sur l'effet po-
sitif du compostago, mais 1~s conditions de lvvhe semblent avoir étg
mauvaises dans les pots avec les composts , puisquo 1s nombre dc grai-
nes germées est inftiriaur au Gmoin sans matigre organique,
2 5
5) Conclu,sion
La fermentation ana8rolk.e
methanogène, à la vue de ces
premiers rBeuZtats exp4rimontaux, est un- modb particuli8rement in-
tbressant de compostage des matieres organiques. En effet, elle permet
dz produire en milieu rural un vecteur énergétique utilisable pour la
cuisson des aliments, la &fri$rati.on,
l'éclairage et l'alimentation
de moteurs à explosion 3 poste fixe. OC plus wtte fermentation serait
un mode remarquablement actif d'humification des matières organiques,
au cours duquel les pertes en carbone et en azote sont moins álnv6es
que lors d'une fermentation &robiquc.
Toutefois, les productions de gaz dans cette experimcntation
sont très faibles par rapport 3 colles gQnQralomont citOes dans la
littérature : 0,123 2/kg ri,S/j contre 5 h 10 .L/kg kl,S/j. On paut son-
ger h plusiaurs raisons :
- le pH cjleu8 du miJ.ieu, voisin de 9,6
- le fribie Qtat dthumidit6 de La matftirc organique dans
notre oxperimontation
- le rapport C/I;J bas de la matihre organique initiala
- la petitc taille de notre materic comparea h la grossi&-
rete de la matitire prem ibre maigre qu'il s'agisse d'un mat6rï.w. broyU,
Cn.l.u.i.-J.t3 ~;,jpii.~L;~ .,1x plus, ~(JE: Fk.31E LjUa[7titB d@ fJio{nasse 81’; ~~rfli~&-&&r-i
Par aiLleurs,
la production de gaz apparait trbs variable
et la matiorc ocganiquc trks heterogone dans un fermenteur disconti-
nu, obligeant B multiplier les répétitions dans une exp6rimcntation
ultérieure,
CoLle-ci devrait viser deux abjectifs imm6diat.s :
- la r8alisation d'un modQle fiable: c!3 furfiitiritour o n l a -
boratoire, applique % l'expérimentation parallkla.au
s;iivi d'un fermenteur de vraio grandeur.
- La conception d'une unité de production ndaptee aux con-
ditions rurales sént:galaises,
s'inspirant ries différents
modélcs existants et tenant compte des contraintes et res-
sources spgcifiques de la zone Sahelo soudanienno.
ANNEXE 1 - PIETHDDES D'ANALYSE CHIMIQUE DE LA IVATIERE ORGANIQUE
* Extraction et dosarIe du ~Carbone : métho<e Anne modir"iEo.
Protpcolo :
- Broyer finement le compost
- Pesor 700 mg de compost
.
II-
- Metitré: dans un ballon de 100 ml.
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- Ajouter 3 9 de bicarbonate de potasium
- Ajouter 20 ml d'eau distillée pour dissoudre lo bicarbonate
- chaufPar (no pas laisser trop bouillir)
- Ajouter 30 ml d'h'2504 (goutte à goutte)
- Laissur au ropos pondant 30 mn au moins
- transvaser dans un ftiol de 100 ml
- Ajouter de J.'eau de rinçage pour rajuster
- Laisser refroidir psndant 15 mn
- En prélcver 10 ml, les mettre dans un bechers dc 800 ml et
diluer jusqu'& 200 avec de l'eau distill0o.
- Ajoutcr 1 ml d'h2.504 et 1,5 g do fluorure de sodium, plus
4 gouttes do diphcnyl amine.
- titrer au sol do XOHR B 0,2 N.
faire un tampon dans des conditions idwtiquos
surveiller la d6coloration, lc! virago se faisant du violet
au vert-clair.
S+ Dosaqe de l'azote :
Procole :
- Poser 400 mg do compost quti l'on mot dans un matras
- Ajouter premieramont 2 pincUes de catalyseurs “DE DUMAZEHT"
- Ajouter cnsuitc 10 ml d'tQSO4
- Faire un témoin distillé on mcttant 10 ml d'HZÇO4 dons un
matras plus 2 pincées de "DLMAZERT"
- Chauffer pondant 3h en agitant do temps on temps
- Transvaser dans dos fuols ot laisser refroidir
- Prelever 40 ml et mottre dans un ballon
- Ajoutor 150 ü 200 ml d'HZ0 distillbe plus 10 ml de Na0t-l
chauffer à 80°C
.- Dos béchots de 100 ml remplis jusyu'h 40 ml dtIQS04 sor-
vent à recueillir l'amociac degag
- Arr&tor le chauffage quand le nivoau attont SO ml
- A l'aide du metrohm, effectuer lu dosaga avec une solution
de soude à raison de 1 g de Na pour 11 d'eau distilleo.
27
* Extrac,tion ot dosaqe. dos acidos humiques :
Protocole, suivi :
- Peser 5 g de compost et mettra dans un ballon
- Ajoutor 100 ml du pyrophosphatc de sodium fd/'lO
.
- La suspension est agitde de façon intcrmitante pendant
15 heuros
- Agiter du nouveau et centrifuger 21 3 000 t/rnn pondant 30mn
- APrBs filtrage , prG).ovar 50 ml de la solution ct ajouter
5 ml d'H2504 ; agiter ct laisser au repos pendant une nuit
- Au bout do 24 hourcs, il y a séparation des différents
61Emcnts
- Ccntrifugur 3. nouvcuu b 3000 t/Nn pondant 15 mn
- PrGparer una s o l u t i o n rJ’HZSO4 0,i N, Aprbs cutto conti-
fugation, la partio claire de la solution sera vid6c. Cc
sont les acides fulviques.
On recuoillo 12 partie rostantG
qui est soluble. Ajoutat le H2SCl4 0,1 N, Centrifuger & nou-
veau le residu. On Obti@nt les acides humiques. Transvaser
dans un fuol dc 106 ml Cr façon a ne rien perdre et rajus-
ter lc niveau av@c da ia soudG N/lCl.
- PrSlewcr IO ml do la solution à l'aido d'uns pîpetta et
3.0s mcttro dans un ERLEMEYER puis chauffer à une tompdra-
turc: du 70°C, (temps limito pour no provoquer l'oxydation 1.
I l ïestcra, aprbs évaporation un residu sec dans 10
ERLEUMEYR.
Proc6dcr U l'oxydation dans Los conditions suivantes :
++ ajoutar 10 m?. dY la so:Utioi-t k;1 1212 07 ;i 2 7;
* ;o;tner 3 Bbullit ion sur une plaqua chauffante de 160 & 130°C pc?ndant
.
-X laisser refroidir c3t rinçur l'tintonoirc
* doser le k2 cl207 &i 2 ;; non r6dui.t p a r lc s o l dti NIHR 0,2 1J
* faire un tcmpon dans les m&mos conditions [r?n faisant Gvaporer 10 ml
dc solution k2 ~1207.
TML’ ,EAU DE PRODUCTION ïJE GAZ PAR JOUR
ANNEXE II
'ermenteur
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temps, ainsi f.~u*una buisse du rapport 5.
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N
3 5
ANNEXE III - LE FERMENTEUR DE NDIOUKH ir FISSEL AU SENEGAL
En 1978, un fermenteur: a et6 YhstallB par l'organisme
CARITAS dans le village de Ndioukh-Fissel, arrondissement de
Thiadiaye.
Il s'agit d’un systemc à a l i m e n t a t i o n c o n t i n u d e t y p e
indien. La cuve et les différentes fossea sont an béton, tandis
, -
que la cloche est mBta11ique.
L e s t u y a u x d e d i s t r i b u t i o n d u gaz
s o n t e n P.V.C.
4, .
La matiére I è r e u t i l i s e s e s t constituBe d e f u m i e r e s s e n -
t i e l l e m e n t b o v i n , e t d e feces humains en provenance de la latrine
voisine dont la cuve du fermcnteur constitue la fosse septique.
L’approvisionnement devrait etre r&gulier et s i p o s s i b l e q u o t i d i e n .
Mais l e s a g r i c u l t e u r s o n t b e a u c o u p d e difficultéb il: r a s s e m b l e r l a
rnatière Ière animale car ils n'ont pas d'étables pzI 1es animaux sont
parques ou stabul6s.
A i n s i i l s d o i v e n t rUcup6rer Le f u m i e r s u r les
emplacements de parcago ou dans les paturages, ce qui constitue un
l o u r d t r a v a i l , D e f a i t , a u c u n n o u v e l appkovionnement nIa é t é realise
d e p u i s l a misc en route de l'installation en juin*.11 ápparait alors
q u ’ u n e t e l l e i n s t a l l a t i o n d e v r a i t s ’ a c c o m p a g n e r d’un m o d e specifiquo
d'habitat des animaux dtélevags qui permette de r6colter fc fumier
a v e c l e m o i n s d e t r a v a i l possible e t d a n s u n Qtat d6ja f i n d e con-
d i t i o n n o m c n t . E n effet, c e t y p e d e fcrmentour n ’ a u t o r i s e p a s l ’ u t i -
lisation dté18mcnts g r o s s i e r s ( 1 0 c m d e longeur environ}, tandis
q u e l e melange avec l’eau d a n s l a f o s s e d e prefarmontation aerobie
est d'autant plus d i f f i c i l e q u e 1s s u b s t r a t e s t p l u s g r o s s i e r ,
L a p r o d u c t i o n d o gaz a demarre q u i n z e j o u r s apros la fcr-
metura d e l a CUVQ. Ella e s t sup6rioure aux besoins, s i b i e n q u e l a
c l o c h e s’est l a r g e m e n t dlovee a u p o i n t q u e l e s a g r i c u l t e u r s l’ont
c h a r g e d e p o i d s p o u r e m p o c h e r q u ’ e l l e n e dbpassc l e s l i m i t e s d e
d8placcmonts indiquees. En affot il Gtait pravu une utilisation
p a r 8 carres, mzis s e u l u n c a r r e actuolioment c o n s o m m e lc gai;. Il
n’y a p a s d e camp-tour d a n s l ’ i n s t a l l a t i o n q u i p e r m e t t r a i t d’estimer
l a q u a n t i t é d o g a z p r o d u i t e .
Un tuyau en P,V.C amène le gaz ü un réchaud installé dans
un carra p o u r l a c u i s s o n d e s a l i m e n t s , tandis qu’un autre tuyau le
c o n d u i t à une lampa & gaz installeo d a n s u n e a u t r e c a s e . P o u r u n e
s e u l e f a m i l l e cotte u t i l i s a t i o n d u g a z e s t n a t t e m o n t infericuro a
l a p r o d u c t i o n d e l ’ i n s t a l l a t i o n d o n t l a c u v e a u n v o l u m e d e 1 5 m 3 .
-x- C e f a i t s e r a i t d0 e s s e n t i e l l e m e n t & u n exces d e t r a v a i l p e n d a n t
l’hivernage , q u i n e l a i s s e p a s a s s e z d e t e m p s a u x a g r i c u l t e u r s
p o u r stoccuper de l’approvisionnement du digesteur.
-1 u
i- c’ *-
I
l
f7
ANNEXE IV - INSTITUTS ET PERSONNALITES AYANT UNE EXPERIENCE D.‘L\\T
LA PRODUCTION DE BXO-GAZ
ALLEMAGNE
- hudwigrasse Building Enginoer. Hoffnungstrasse 33
UUCO BRE::LN - R.F.A.
.c
AUSTRALIE
- John GOULTHARD Cnambourne South. FAKENHAM VICTORIA
Australie
CAMEROUN
- Claude MARTI - Institut polytechnique du Cameroun
YAOUNDE
CAMA i? . .
- L. VAN OEMBERG - C.P. LENTZ Division of Bialogicç.
Sciences. fJationa1 Rosearch Council of Canada, OT-AWA
ONTARIO - Canada.
- C.R.D.1 ( C e n t r e d e rucherche pour 10 développemon'
international).
Box 8500 OTTAUA - 6 0 quecn Stneet
OTTAWA - Canada KlG.3HY.
CHI-E
- Research institute of agricultural sciences of Ji;-lgsu
P r o v i n c e . NAN3ING - Ropublique populaire de Chine,
ETATS-UN1.S
- GOLUEKE-O%ALD - University of Berkeley - CALIFORTIA
- P.R. DUGAN - Departmentof microbialogy - Thc Ohio
State University COLUMBUS - OHIO 43 2/s U.S.A.
- M.P. BRYANT - Department of Dairy Science - Unive.$.ty
of Illinois - URBANA - ILLINOIS 61801. U.S.A.
- NEW Alchemy Instituto. P.O. Box 432. Mouds Hole
MASSACHUSSETS 02543 - U.S.A.
- R.A. STOUT - Agricultural Engineering Departmcnt -
Michigan State University - E:&st Lansing - MICHIGAN
4i;y2L+ I iJ*S*/J,
FRANCE-ZELTER- INRA (Institut National de la Recherche Agronomique'
laboratoire d’acologic microbienne C.N.R.Z. 3OUY E!:
JOSAS 78 350
- G.R,E.T (Groupe de Rechcrcho
et d'Echangcs Techniques)
.
. .
34 rue Dumont d'Unvilla 75116 PARIS
- I.T.C.F (Institut Technique des Cultures Fourraghras)
-
91720 BOIGNEUVILLE
-1
.
- 1.R.C.H.A (Institut de Rechercha do Chimie Appliqusa)
16 rue J. Césairo 75012 PARIS
- I.R.A.T. 42 avenue de la hello gabriella NOGENT SUR
MARNE
- il. COZOT SAINT MAURICE SUR PESSARO - 45700 MONTARGIS
- M. CHEVALIER - La grande Givibrc en Javenars, 35300
FOUGERES
- M, CHAPUIS - Le moulin Maurt. 88200 XERTIGNY
- A. LE BRUSLI - Pouldergat 29100 DOUA1
IZ
1 SM A id - 6 Avenue JOFFRE 94100 SAINT MAUR DES FOSSES.
? ? ? ? ?
38
HAUTE-VOLTA
- B, LIDON - M. NACRO - C.1,E.H (Comite Interafricain
d'études Hydrauliques) B.P. 369 OUAGADOUGOU
- T. DIA0 - Catholic Relief service - OUAGADOUGOU
INDE
- R.B. SINGH - Gobar gaz resaarch station - ACitmal
ETAWAH
- G.D. MINON - Agriculture Science Centre - Kastubagnom
INDORE (M.P)
- A, SINGH - Intensive arca dcvalopment scheme - Vikas
Samiti Sevapuri (U.P.)
- K.N. REDDY - K.S. JAGADISH. ASTRA Project. Indien
Inetitutc af Science EANGALORE 560.012.
- PATEL - K.V,T.C - 3 irla road ville parle BOMBAY
400 056
3APDN
- s.01 - Y. MATSUI - M. IIZUKA - T. YAMAMOTO - Faculty
of Science - Osaka city Univorsity - Sugimoto-cho-
Sumiyoshi-Ku OSAKA 558
PAKISTAN
- M.J. MEHAR - Appropriate Technology Qevelopmcnt Or a-
nisation - 1-B, 47th Streot - F. 711 (P.0 Box 1306 3
ISLAMABAD
PAPOUASIS-NOUVELLE GUINEE
- G.L. CHAN - Environmental Health - University of Papua
New GUINEA
PAYS-BAS
- J, DEWAHRT - Central Instituto for Nutrition and food
Research T.N.0 P.0, BOX 360 - 3700 1.3. ZEIST
NETHERLANDS
ROYAUME UNI - 1,T.D.G. (Intormcdiate Technology Development Group)
9 King street LONDO?J id.G.2.
- D.L. PYLE - Department of Chcmical Engineering and
Chomical Tcchnoloqy - Impcrial Colluge - Prince
Cousort road LONDON 9rJ7 ZBY
- P.D. DUNN - Dapartmcnt of Engineering - Thc Univcrsity
of Rcading - Whito Knights - READING. RG6 ZAY
- Scottinh Marine Bioloqical Association
Dunstaffragc.
Marine Resaarch
Laborator
P.O. Box 3. Oban ARGYLL PA 344 AD -
(Scotland 'i
- P.N. HOBSCIN Rowett Rcsearch Instituts. Bucksburn
ABERDEEN (Scotland)
- G, ADER, Adcr and Associatos Ltd. P.O. Box 63.
Gainsford HOU~~ \\Je~t Wickom Kent.
- 0. STAFFORD. The Industry Centre Univarsity of Cardiff
CARDIFF UALES
39
RWAMDA
- C.E.A.E.R. - Departanont de physique - Université
National3 du Ruanda RUTARE
SENEGAL
- Philip LANGLEY ENDA B,P. 3370 DAKAR
- CARI;AS km 11 route de RufisquE THIAROYE
- P.D, CHUNG - Division Joint Courmission of Rural.
Reconstruction 37 F\\lan Hai road - TAYSEI 107
ZAIRE
- F. PLUN - B.P. 854 BUKAVU KIVU
- L. HOLLAND - Manager family forms P.0. Rd 285 LUSAKA.
40
6IBLIDGRAPHIE
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Ajitmal Etaruah (U.P) INDE
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d'etudes hydrauliques) B.P. 369 Ouagadougou
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PARIS '75.014
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c o m m i s s i o n 3 i r l a r o a d - vil0 parla (Wsst) Bombay
400056 INDE
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Tracteur8 ot machines asricoles juin 77
- H. BICHAT
- 7975 "Aperçus sur la valorisation 6nerg8tique dos
sous produits agricoles tropicaux" CNEEMA
- 'Ramassage, manutsntion et valorisation des r6sidue de r6colte1*
Salon international de la machine agricole SItiA
1977,- 24 rue du port 92 91 Neuilly/%ine Franca
- C. FREEMAN -.L, PYLE - “MB thano, gonoration by anaerobic fermenta-
t i o n : an annotated bibliography” 1,T.O.G. 9 King
strset. London WC 2 E 8HN U.K.
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and non offensivoly smalling sludge from liquid
pig manure" Sth Intornational fermentation sympo-
sium Borlin 1976
a L, VAN DEN BERG - C.P. LENTZ - 1977 "Food procossing waste troatmr?nt
by anaorobic digestion" Industrial conference at
purduc university - Lafayette Indiana - U.S.A.
- V.H. VAREL - H.R. ISAACSON - M.P. BRYANT - 1977 "Thormophylic
méthane production from cattle wasto".
and Environmuntal Mi.crobioloqy 1977 pp.
r.A,W. KHAN
- "Anaerobic degradation of cellulose by mixed
culture“. Canadian ,iournal of Microbioloqy23 p.p
1700 ” 1705.
APPROPRIATE TECHNOLDGY DEVELOPMENT ORGANIZATION, "Gobargas an al-
tornato uay of handling the village fuol problem :
1.B Stroot 47th F.7/1. Islamabad PAKISTAN.
1