BIOCONVERSION ANAEROBIE

DOMAINE TECHNIQUE

Cette invention concerne un appareil de réception et de conditionnement de déchets organiques fonctionnant par bioconversion anaérobie, ainsi qu'un procédé de traitement d'un flux de déchets organiques dans cet appareil .

L'application principale de l'invention est le traitement des déchets organiques issu des métiers de l'alimentation, comme la transformation et la distribution artisanale ou industrielle des denrées périssables, et en particulier les déchets de la restauration. C'est sous ce dernier angle que l'invention sera décrite mais la technologie est mul t iprodui t s et d'autres applications sont également possibles.

ARRIERE PLAN DE L ' INVENTION Autrefois, les restes alimentaires étaient le plus naturellement valorisés dans l'alimentation animale.

Puis, devant leur contamination progressive par des résidus d'emballage et de produits chimiques d'entretien, cette forme traditionnelle de recyclage a cédé la place à des pratiques de mise en décharge ou de destruction par incinération beaucoup plus onéreuses, sur lesquelles on tente actuellement de revenir, en raison de leur impact énergétique et environnemental par trop négatifs.

De plus, les nuisances historiquement générées par les décharges et la nature industrielle des installations d'incinération ont conduit à leur éloignement des centres urbains, avec pour corollaire le développement de réseaux de collecte des déchets toujours plus coûteux.

Conséquences de cette situation, on observe une tendance à l'allongement du stockage intermédiaire des déchets alimentaires pour en espacer les levées, au prix de risques sanitaires accrus. Il se pourrait également, sous la pression économique croissante du coût des levées, qu'une fraction également croissante des déchets alimentaires urbains finit dans les égouts par l'intermédiaire des WC. Les réponses imaginées jusqu'ici pour contenir le risque sanitaire engendré par les déchets alimentaires entre les levées sont respectivement la réfrigération ou la stérilisation partielle avec des produits chimiques; c'est-à-dire le ralentissement temporaire et coûteux de l'activité biologique non contrôlée des poubelles, pour pouvoir les conserver sans trop de nuisances entre les tournées de ramassage .

Il n'y a donc actuellement aucune solution de proximité pour le traitement biologique et la valorisation énergétique à la source des déchets putrescibles des métiers de l'alimentation sur le marché, lequel ne propose que des palliatifs visant à en différer les nuisances le temps de les repousser plus loin.

EXPOSE DE L ' INVENTION

La présente invention constitue donc une alternative à la pratique actuelle du tout mélange des déchets, par soustraction à la source de leur fraction organique encore non contaminée et son traitement local et immédiat dans un digesteur spécialement conçu.

Un digesteur qui ne s'apparente pas à une installation comme il en existe par exemple dans les campagnes d'Inde ou de Chine, mais constitue pour la première fois une machine, qui se fabrique en séries, se livre, s'installe, se raccorde et se met en service à l'instar des autres équipements professionnels. Une première vision du produit a été décrite et revendiquée dans le brevet US6,059,972, ainsi que dans WO96/02469.

À la différence de celle-ci, la présente invention porte sur une approche fonctionnelle et une conception constructive entièrement repensées par rapport à l'efficacité, au coût, à l'intégration et à la maintenance de la technologie, pour répondre aux conditions les plus contraignantes, à commencer par celles de la restauration. En outre, la nouvelle réalisation présente un bilan énergétique nettement amélioré, résultant de la simplification et de la relocalisation de ses organes, notamment de motorisation qui fonctionnent désormais dans l'enceinte isolée du digesteur, à la température thermostatisée de celui-ci, ainsi que par l'introduction d'un dispositif de récupération de la chaleur sur l'effluent, aux fins de préchauffer les matières entrantes. Après l'hygiène, la seconde contrainte rencontrée dans les établissements de restauration est l'exiguïté des locaux de travail, quand ce n'est pas leur localisation même par rapport à l'espace réservé à la clientèle.

Les caractéristiques de la présente invention répondent pleinement à cette problématique :

Une première caractéristique de l'invention est la définition donnée à l'organe de conditionnement des déchets, dont les qualités dimensionnelles et ergonomiques permettent l'intégration aux plans de travails des cuisines des petits établissements et dans les offices pour les plus grands.

Dans un premier cas, le digesteur est relié au broyeur par une tuyauterie de transport des déchets unique et, dans un second cas, par une double tuyauterie se raccordant aux systèmes classiques et souvent préexistants de broyage et de transport des déchets en suspension liquide au moyen d'un circuit partiellement fermé.

Une seconde caractéristique de 1 ' invention tient en ce que le digesteur peut être simultanément relié à un ou plusieurs postes de production de déchets et possède la capacité de les gérer en parallèle

Une troisième caractéristique de 1 ' invention tiens en ce que le digesteur peut se localiser à plusieurs dizaines de mètres du ou des broyeurs, à l'intérieur ou à l'extérieur de bâtiments, sur le sol ou sous le sol dans une chambre appropriée, par exemple sous des places de parking dans les environnements urbains saturés.

Une quatrième caractéristique de l'invention est une conception de la machine et de ses périphériques en fonction de leur maintenance en clientèle, qui permet de procéder à toutes les opérations utiles dans un temps minimum, sans risque pour la biologie active et sans perturbation pour l'utilisateur, même en plein service .

Enfin, la somme des réponses apportées par l'invention fait qu'elle constitue une véritable alternative au système des poubelles de déchets organiques et à sa cohorte d'inconvénients économico- sanitaires, tout en prenant moins de place sur les lieux de travail. D'autres aspects de l'invention sont exposés dans les revendications.

L'invention propose alors un appareil de réception et de traitement par bioconversion anaérobie de déchets organiques comportant une cuve fermée qui est le siège de la bioconversion, pourvue en sa partie supérieure d'une cloche gazométrique de stockage et de pressurisation du biogaz produit, autour de laquelle les organes externes de l'appareil sont répartis sur une nacelle qui constitue également le support d'une carrosserie de l'appareil;

Selon l'invention la cuve forme une enceinte principale contenant une enceinte secondaire interne et centrale appelée jabot, dont la configuration interne et les raccordements peuvent-être adaptés pour répondre aux conditions de digestion (plusieurs modes de digestion, notamment monophasique en infiniment mélangé et diphasique à biomasse fixée), l'appareil étant configuré pour opérer dans deux modes opératoires :

-dans le premier mode, le niveau de l'enceinte principale est stable et celui du jabot variable pour recevoir et stocker le substrat préparé avec les déchets organiques à traiter, avant dosage dans l'enceinte principale pour en alimenter la bioconversion;

- dans le second mode, c'est le niveau de l'enceinte principale qui varie en fonction de son alimentation en substrat et le niveau du jabot qui est stabilisé au-dessus d'éléments de support et de concentration de la biomasse active logés en son sein .

Dans un premier cas, le jabot forme un sous-ensemble avec un bloc de circulation et de distribution sur lequel il est fixé et avec un séparateur de phases liquide-solide qui le surmonte, et ledit sous-ensemble constitue à la fois le support et le palier de rotation d'un agitateur mécanique du milieu fermentatif contenu dans le compartiment principal de la cuve, entraîné par la cloche gazométrique, laquelle est centrée et entraînée en rotation par un dispositif de motorisation porté soit par le bras d'une potence télescopique qui la surmonte, soit par une couronne d'entraînement.

Dans un second cas, le jabot est relié avec un bloc de circulation et de distribution qui se trouve à l'extérieur de la cuve porté par la nacelle, tout en constituant également le support et le palier de rotation de l'agitateur mécanique avec un séparateur de phases liquide-solide qui le surmonte.

De préférence, la cloche gazométrique, possède deux compartiments concentriques séparés par une paroi annulaire, dont celui qui est à l'extérieur surmonte le compartiment principal de la cuve et celui qui est au centre surmonte le jabot, de telle manière que, lorsque l'on provoque une dépressurisation de l'appareil, la cloche gazométrique vient s'appliquer sur un joint d'étanchéité disposé sur le pourtour du séparateur de phases qui surmonte le jabot et les isole de l'enceinte principale de la cuve de manière étanche.

Dans cette exécution, la partie supérieure du compartiment central de la cloche gazométrique est constituée par un portillon dont l'ouverture, après déconnexion du système d ' entraînement lorsqu'il est porté par le bras de la potence et pivotement de celle- ci, donne accès aux organes internes du jabot sans rompre le confinement de l'enceinte principale de la cuve ni perturber le processus biologique anaérobie en œuvre dans celui-ci.

Selon cette exécution, la partie supérieure du compartiment périphérique de la cloche gazométrique comporte, de part et d'autre de sa paroi, un double jeu de fourreaux disposés symétriquement et constituant respectivement les parties femelles d'un crabot d' entraînement de la cloche par l'équipage mobile de la potence, d'un côté et, de l'autre, la partie femelle de 1 ' entraînement de l'agitateur du compartiment de digestion.

Le point d'application des bras d ' entraînement du dôme en rotation et de ceux de l'agitateur entraîné par celui-ci sont, par exemple, situés à la même hauteur, de manière à permettre le débattement vertical de la cloche gazométrique sans créer un couple parasite qui tendrait à freiner son libre jeu.

La potence télescopique peut être agencé pour permettre l'extraction totale de la cloche gazométrique de son joint hydraulique, son pivotement et sa dépose, permettant ainsi d'accéder à la totalité des organes internes de la cuve.

De manière générale, dans un premier cas le bloc de distribution et de circulation possède un carter compartimenté raccordé aux circuits du substrat circulant, à l'intérieur duquel sont logés une pompe volumétrique ainsi qu'un distributeur multivoies, par exemple à quatre voies et quatre positions, lui-même commandé par un indexeur qui peut-être interne ou externe au bloc de distribution et de circulation, ainsi qu'à la cuve elle-même ; et dans un second cas, le bloc de distribution et de circulation est disposé sur la partie nacelle de l'appareil qui surmonte la cuve et raccordé au jabot par les corps creux constitutifs de son berceau, et/ou par des tuyauteries passant à l'intérieur de ces derniers.

Ledit distributeur multivoies peut comporter un cœur réalisé sous la forme d'une cartouche amovible comprenant un boisseau tournant, qui peut être sphérique, ses sièges, paliers et joints statiques utiles, de manière à pouvoir se positionner et se raccorder simultanément par simple enficheage dans son logement.

S'agissant du distributeur à multivoies a quatre positions :

- dans une première position (PI) le distributeur établit directement le circuit de transfert du substrat depuis le broyeur jusqu'au corps de jabot, en passant par la conduite;

- la seconde position (P2) du distributeur établit, par la première chambre du carter, un circuit de brassage du substrat par recirculation de celui-ci entre l'entrée de la pompe située au fond du jabot et sa surface libre ;

- la troisième position (P3) du distributeur établit, par la seconde chambre du carter, un circuit entre le corps de jabot et la cuve, pour son alimentation permanente et assurer des fonctions d'homogénéisation et/ou d ' épaississement du substrat par débordement d'un compartiment dans l'autre, avec ou sans activation du séparateur de phases;

- la quatrième position (P4) du distributeur établit directement un circuit de transfert du substrat entre le corps de jabot et l'extérieur de l'appareil, par la conduite.

Dans cette exécution, le carter est compartimenté par deux cloisons concentriques définissant avec celui-ci trois chambres, reliant respectivement :

a) le corps de jabot à lui-même pour permettre son brassage par recirculation du substrat,

b) le corps de jabot à la cuve pour son alimentation, et c) le séparateur de phases à l'exutoire des fractions liquides séparées . La troisième chambre du carter constitue un tronçon du circuit d'évacuation gravitaire des fractions liquides issues du séparateur de phase .

Le jabot est de préférence composé d'un corps central de forme cylindrique à double parois, surmonté d'un séparateur de phases amovible équipé de grilles hydrasives interchangeables depuis le portillon de la cloche gazométrique .

Des canaux aménagés dans la double paroi du corps de jabot permettent respectivement l'évacuation gravitaire du liquide surnageant filtré par le séparateur de phases qui le surmonte et, en sens inverse, la recirculation du contenu du jabot sur lui-même en circuit fermé, par les orifices ménagés dans la partie supérieure de sa paroi interne, immédiatement sous le séparateur.

Ledit corps de jabot se raccorde et se fixe de manière amovible sur le carter du bloc de distribution et de circulation qui lui sert d'embase et coopère avec ce dernier pour loger et fixer la pompe ainsi que ses périphériques de distribution.

Le fond du corps de jabot peut être constitué par la flasque de fixation de la pompe centrale et ses ouïes d'alimentation, accessible ou interchangeable comme ses périphériques de distribution, depuis le portillon de la cloche gazométrique.

Dans ce cas, le corps du jabot constitue l'essentiel ou la totalité du palier de l'agitateur mécanique du compartiment de digestion, entraîné en rotation par la cloche gazométrique.

Encore selon cette exécution, le séparateur de phases se fixe de manière amovible sur la partie supérieure du corps du séparateur de phases et dont la couronne constitue à la fois le déversoir du milieu fermentatif sur sa grille hydrasive et le siège sur lequel le pourtour du compartiment central de la cloche gazométrique vient s'appliquer pour soustraire temporairement le contenu du jabot aux conditions de la digestion.

De plus, ledit séparateur coopère avec le corps du jabot pour loger et verrouiller l'agitateur mécanique du compartiment de digestion dans sa position de service.

Ledit séparateur coopère de la même manière avec le corps du jabot pour loger et verrouiller un sous-ensemble optionnel également amovible composé d'un agitateur mécanique et d'une zone de biomasse fixée, encapsulée dans un ou plusieurs dispos iti f ( s ) filtrant (s) .

Enfin, le couple formé par l'agitateur et la zone de biomasse fixée constitue un sous-ensemble substituable en tout temps à un simple agitateur et ce couple constitue un organe préinnoculable et évolutif de la zone de digestion, que l'on peut y introduire après ventilation de cette dernière et dépose de la cloche gazométrique au moyen de la potence .

Lorsque ladite pompe est située à l'intérieur du sous- ensemble jabot, elle peut être entraînée depuis l'extérieur de la cuve par l'intermédiaire d'un axe tournant associé à un joint hydraulique porté par le couvercle du portillon, ou depuis l'intérieur par un moteur intégré dans le sous-ensemble jabot.

Dans un premier cas, la pompe est entraînée soit par un moteur porté par la potence soit par 1 ' intermédiaire de la couronne .

Dans un second cas, la pompe, une cartouche amovible du distributeur multivoies et son indexeur constituent un sous-ensemble qui s ' auto-connecte automatiquement à son énergie motrice au moment de la mise en place, et inversement, depuis l'intérieur du jabot.

Un dispositif de brassage interne du jabot, constitué par une ou plusieurs pales est rattaché à la seconde extrémité de l'axe traversant du moteur de la pompe .

Dans une première variante de l'appareil, la cuve est réalisée d'un seul tenant et porte la totalité des organes externes de la machine sur une nacelle rapportée qui occupe le pourtour du joint hydraulique et constitue avec lui la tête de l'appareil.

Dans une seconde variante la cuve est réalisée en deux parties séparables, dont la partie inférieure peut être implantée dans le sol, et dont la partie supérieure, constituée par un couvercle équipé de la même nacelle, est démontable.

Dans une troisième variante, la partie de l'appareil, constituée par un joint hydraulique de la cloche gazométrique, est amovible et constitue elle-même la nacelle qui regroupe les organes externes de l'appareil sous une carrosserie. L'appareil selon l'invention peut être connecté à un ou plusieurs périphériques comportant chacun un broyeur assurant un même degré de réduction granulométrique aux matières introduites dans le j abot .

Selon une forme d'exécution, la source de motorisation des organes du digesteur est constitué par un circuit d'huile sous pression générée par un groupe hydraulique qui fonctionne sous l'isolation thermique de l'appareil, à sa température de fonctionnement et contribue de cette manière à son chauffage. Les organes desservis par cette énergie sont respectivement : la pompe centrale, l'indexeur, la cloche gazométrique, le vérin de la potence télescopique et un petit agrégat de mise en haute pression de l'eau nécessaire à 1 ' autonettoyage interne séquentiel de certains endroits de l'appareil.

La nacelle, porteuse de ses organes externes et positionnée autour de l'orifice supérieur de la cuve peut constituer, avec ses éléments de carrosserie, un sous-ensemble constructivement distinct, conçu pour s'adapter aux différentes variantes constructives de la cuve et aux conditions de service rencontrées. Dans ce cas, lesdits éléments de carrosserie coïncident avec un compartiment interne des organes de la nacelle, dont ils constituent individuellement les moyens d'accès, comportant quatre compartiments dont :

- le premier compartiment, gère les conditions de rétention du biogaz produit ainsi que son traitement jusqu'au compteur de consommation et loge respectivement :

• un réservoir tampon d'eau, avec dispositif centralisé pour le maintien du niveau de la garde hydraulique et optionnellement de la cloche gazométrique à leur valeur de consigne, ainsi que celles des systèmes siphoides réglables d'extraction des effluents liquides provenant du séparateur de phases et optionnellement de la cartouche de biomasse fixée ;

• des capteurs et sécurités utiles ;

• un filtre à hydrogène sulfuré ;

• un séparateur d ' eau ;

· un dispositif de ventilation du compartiment et des moyens de sécurité appropriés aux conditions d'implantation du digesteur. Le second compartiment loge le dispositif d' autoconsommation du biogaz par le digesteur et/ou de son transfert vers un consommateur externe, comprenant :

• une chaudière pour la consommation du biogaz produit par le digesteur ;

• un compteur de consommation;

• une vanne ou cartouche thermostatique de régulation de la température interne du digesteur ;

• un circulateur interne ;

· un dispositif de dérivation de la chaleur et/ou du biogaz en excès vers un consommateur externe au digesteur ; (Valorisation)

• un dispositif de sécurité et d'alarme qui dérive le biogaz vers un exutoire approprié et sans danger en cas de panne de la chaudière, mini torchère ou autre ; et

· des organes d'évacuation des gaz brûlés et de ventilation du compartiment, ainsi que les détecteurs de sécurité appropriés.

Le troisième compartiment loge le groupe hydraulique et le système de potence télescopique, dont tous les composants de régulation du fluide hydraulique circulé et les capteurs permettant de mesurer les forces de résistance opposées par le milieu fermentatif aux mouvements qui lui sont imprimés.

Le quatrième compartiment regroupe la partie électrique du digesteur dans deux coffrets distincts :

• le coffret électrique courant fort, qui loge le bornier de raccordement du digesteur au réseau électrique, les fusibles et les relais de démarrage du groupe hydraulique, des circulateurs et autres périphériques mono ou triphasés ;

• le coffret électrique courant faible; raccordant l'automate programmable à tous ses périphériques de mesure, de commande et de télétransmission ; et

• une interface de contrôle de fonctionnement avec affichage alphanumérique, alarmes et moyens de connexion informatique pour la maintenance . De préférence, le premier compartiment concentre en plus, l'ensemble des raccordements du digesteur à son environnement, par l'intermédiaire d'une gaine technique enterrée et préinstallée avec son embase, qui récolte et évacue en outre les eaux de ruissellement de process en excès et de lavage issues de la maintenance.

Le fonctionnement automatique de l'appareil et ses périphériques, ainsi que sa télésurveillance, sont, de préférence, assurés par un automate programmable, soit directement soit par l'intermédiaire de moyens de contrôle des périphériques, par exemple des broyeurs. Ledit automate est agencé pour assurer la comptabilité totale des flux de matières et de fluides circulés à l'intérieur de l'appareil ou échangés par celui-ci avec son environnement, ainsi que la surveillance et la régulation des paramètres susceptibles d'interférer avec son fonctionnement. De plus, ladite comptabilisation inclut le comptage de la consommation en eau de chacun des broyeurs raccordés au digesteur, en relation avec les quantités de déchets respectivement introduites par ces derniers, de manière à en contrôler le taux de dilution.

L'on peut contrôler l'appareil par l'assujettissement de l'automate des broyeurs à celui du digesteur pour la régulation des fonctions qui pourraient interférer avec son fonctionnement, à l'exemple de la dilution des matières entrantes.

L'appareil peut comporter une cuve tampon pour transitoirement stocker les quantités de déchets broyés excédant momentanément la capacité de prise en charge du digesteur dont le niveau est détecté par celui-ci et le contenu progressivement pris en charge .

L'invention concerne aussi un procédé de mise en œuvre de l'appareil, dans ledit premier mode de fonctionnement, dénommé « infiniment mélangé », où un substrat à traiter est introduit dans le jabot où il est tout d'abord brassé par recirculation sur lui-même avec la pompe et/ou homogénéisé par la pale de son agitateur mécanique ; ensuite, pompe en marche, le distributeur se positionne pour il y a une séquence d'alimentation du compartiment de digestion depuis le jabot où le dosage est mesuré par exemple par le nombre de tours de pompe, puis le distributeur se repositionne en mode brassage du jabot. Ensuite, l'alimentation de l'enceinte principale fait monter le niveau de celui-ci et provoque un débordement du substrat par-dessus le déversoir du séparateur de phases, qui va filtrer la fraction liquide surnageante et reconduire les matières non digérées dans le jabot, où elles se mélangeront avec les matières en cours de brassage .

Avec l'arrêt de la pompe, le brassage interne du jabot s'interrompt au profit d'une séquence de brassage du contenu de l'enceinte principale par son agitateur, à la fois pour répartir la charge d'alimentation dans tout le milieu fermentatif et en homogénéiser le contenu, suivie d'un temps de repos jusqu'au cycle suivant; et de cycle en cycle, au fil des heures, le jabot se vide pour laisser la place à de nouveaux déchets en provenance du ou des broyeur(s) installés sur les postes de production.

Suivant la composition du substrat, des purges plus ou moins fréquentes seront effectuées pour éviter une sédimentation de résidus lourds au fond de la cuve et l'accumulation d'indésirables légers, qui ont tendance à s'accumuler dans la zone des matières flottantes ; ou le cas échéant, leur purge sera provoquée par débordement des matières flottantes dans le jabot, suivi de sa vidange consécutive par la position P3 du distributeur. L'invention concerne aussi un procédé de mise en œuvre de l'appareil selon ledit second mode de fonctionnement, dénommé « à biomasse fixée », où un substrat à traiter obtenu après broyage, dilution et complémentation éventuelle des déchets est introduit dans le l'enceinte principale de la cuve où se déroule une première étape biochimique d'hydrolyse avec une importante liquéfaction de la matière organique, cette première étape étant accélérée par le brassage et la température établie dans le digesteur en fonction de la méthanogénèse ; la phase liquide est ensuite filtrée sur une grille hydrasive qui surmonte le jabot, tandis que la fraction refusée, inerte ou encore non hydrolysée, est retournée dans le compartiment principal de la cuve ou extraite du digesteur après essorage par un dispositif mécanique. Ensuite, ladite phase liquide ainsi obtenue constitue le substrat de la biomasse méthanogène fixée et concentrée sur les éléments de garnissage contenus dans le jabot, qu'elle recouvre en permanence et à travers laquelle elle est recirculée par un circuit indépendant, selon des régimes différents dont certains ont pour fonction de purger le garnissage de la biomasse en excès qui sans cela finirait par colmater le système ; et le processus est régulé selon le rendement de la biomasse fixée et concentrée dans le jabot, dont l'alimentation est dosée indépendamment des variations pouvant survenir au niveau des matières entrantes .

D'autres aspects de l'invention sont exposés dans la description qui suit et dans les dessins.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

On va décrire ci-après, à titre d'exemple, deux formes d'exécution principales du digesteur, relié à deux organes de conditionnement différents, quelques variantes constructives , ainsi qu'un mode de mise en œuvre du procédé. On se réfère pour cela aux dessins annexés dont :

Figure 1A : vue schématique en coupes partielles du digesteur en situation de service, dans une exécution de base ;

Figure 1B montre des détails A et B et coupes AA et BB.

Figure 2 : vue schématique en coupe partielle du digesteur en situation de maintenance, dans une variante d'exécution où il est directement implanté dans le sol, à l'extérieur et où il comprend une zone optionnelle de biomasse fixée.

Figure 3 : schéma de principe représentant le digesteur en relation avec ses périphériques.

Figure 4: bloc de broyage destiné à fonctionner dans une cuisine de restaurant.

Figure 5 : bloc de broyage destiné à fonctionner sur une chaîne de préparation industrielle.

Figure 6 : comporte plusieurs vues d'une seconde forme d' exécution .

Figure 7 : comporte trois vues supplémentaires de la seconde forme d'exécution.

DESCRIPTION DE L ' INVENTION

La description porte sur les éléments principaux du digesteur et de son périphérique principal de conditionnement des déchets entrants, dans deux variantes constructives non exhaustives.

L'exemple choisi illustre une installation qui conviendrait aux besoins d'établissements de restauration classique à partir d'une capacité d'environ cent repas jour, générant quotidiennement environ 25 kg de déchets organiques entre la préparation des repas et les restes de ces derniers. Réduits en suspension liquide pour former quelque 50 litres de substrat, ces déchets nécessiteront un volume utile de cuve de 500 litres pour leur traitement en 10 jours dans un digesteur de type thermophile fonctionnant en régime quasi continu, ainsi qu'il en est question ici. Le volume d'un tel digesteur, inclut un espace raisonnable pour le gaz, ne devrait pas dépasser deux fois celui d'un chauffe-eau de même volume utile et fournir, à partir du biogaz produit, jusqu'au double de l'eau chaude nécessaire au nettoyage de la vaisselle du restaurant.

Sur cette base indicative d'environ 10L de cuverie par repas, on voit que la taille d'un digesteur dédié au traitement in- situ des déchets de restaurants est intrinsèquement en adéquation avec la taille des équipements qui caractérisent les établissements concernés.

Les principaux sous-ensembles du digesteur sont constitués par une cuve 1 à l'intérieur de laquelle un jabot 2, est fixé sur un bloc de distribution 3. Une cloche gazométrique 4, coopérant à la fois avec la cuve et le jabot, referme le digesteur de manière étanche tout en accumulant le biogaz à sa pression d'utilisation. Une potence télescopique et pivotante 5 génère et centre la rotation des organes tournant du digesteur et, une nacelle 6 concentre les organes externes de la machine autour du dispositif gazométrique dans des compartiments qui constituent également la carrosserie de sa partie supérieure (Fig.l et Fig.2).

Les sous-ensembles périphériques du digesteur sont les blocs de broyage 7a et 7b, tels que définis pour fonctionner sous la supervision de l'automate du digesteur et les différentes cuves de rétention, 8.1 à 8.n, pouvant être justifiées par la nature du bilan des déchets à traiter, l'intérêt de disposer de cosubstrats, etc.. (Fig.3, Fig.4 et Fig.5).

La cuve 1 porte la totalité du digesteur. Elle est chauffée, isolée thermiquement sur toute sa surface et repose, selon les cas, directement sur le sol, ou sur une embase de "préinstallation" concentrant et rationalisant toutes ses connexions, aux fins d'en faciliter l'installation, l'échange éventuel et éviter les ponts thermiques.

Dans la variante de la Fig.l, la cuve se raccorde aux circuits des déchets et cosubstrats entrants ainsi qu'aux conduites d'évacuation par sa partie inférieure. Dans la variante de la Fig.2, ces raccordements sont portés par la partie supérieure de la cuve, formant couvercle, afin de pouvoir en loger la partie inférieure dans le sol et/ou pouvoir réaliser le digesteur à partir d'une plus grande variété de cuves, en formes et en matériaux.

Pour répondre à tous ses cas d'implantation, la cuve possède un système de piètement standard qui se complète avec une partie amovible adaptée à sa destination ; (Fig.l et Fig.2).

Le j abot 2 , reçoit les déchets entrants et limite le niveau du substrat dans la cuve.

Sa partie supérieure est constituée par un séparateur de phases permettant l'extraction du liquide surnageant et le retour de la fraction non liquéfiée dans le jabot, par débordement, avec les matières entrantes.

Sa partie inférieure est constituée par la flasque de fixation de la pompe, qui comprend ses orifices d'alimentation. Selon les variantes constructives, ladite flasque portera toute la pompe ou sa seule lanterne (Support de palier) lorsque celle-ci est actionnée par un axe, depuis l'extérieur.

La partie centrale du jabot est constituée d'une double paroi à l'intérieur de laquelle des canaux permettent l'évacuation gravitaire du surnageant filtré et, dans l'autre sens, une fonction de recyclage du contenu du jabot sur lui-même par la pompe : Fig.l, détail A et coupe A-A .

Le jabot 2 est fixé de manière amovible sur le bloc de distribution et de circulation, qui lui sert d'embase. Fig.l, détail B.

Le bloc de distribution et de circulation 3, est un sous- ensemble fixe ou amovible rattaché, selon l'option considérée, à la base, fig.l, ou à la partie formant couvercle de la cuve, Fig.2, par ses tuyauteries de raccordement avec l'extérieur.

Il est composé d'un corps de distributeur multivoies surmonté d'un carter compartimenté qui permet la circulation des fractions circulées du substrat et loge la pompe volumétrique centrale. Ledit carter est fermé par une platine de raccordement qui fixe conjointement la pompe volumétrique et le jabot. Le bloc de distribution et de circulation gère la totalité des flux de substrats, entrant, sortant et recirculés à l'intérieur du digesteur. Selon les variantes c on s t ruc t i ve s , la pompe, le distributeur multivoies et son actionneur constituent un unique sous- ensemble amovible qui s ' auto-connecte automatiquement au moment de la mise en place et inversement. (Non représenté)

Dans l'exemple représenté, le nombre des tuyauteries raccordées au corps du distributeur est de trois, certaine (s) à double parois et le nombre de voies gérées par le distributeur est de quatre (Fig.l, détail B, coupe B-B) .

La cloche gazométrique 4 possède deux compartiments concentriques.

Le compartiment extérieur est doublement relié à un palier d' entraînement fixé sur la potence qui le surmonte et à un agitateur mécanique immergé dans la zone de digestion, par un dispositif de crabots coulissants lui permettant d'entraîner l'agitateur sans entraver son débattement axial . Son étanchéité avec la cuve est assurée par un joint hydraulique qui la protège contre toute surpression ou dépression accidentelle.

Le compartiment central de ladite cloche gazométrique possède la double propriété de s'appliquer de manière étanche au gaz sur le pourtour de l'orifice du jabot lorsque l'on dépressurise le digesteur, et de permettre ensuite d'accéder à tous les organes internes du jabot et du bloc de distribution, par un portillon qui le referme, dont le centre est constitué par un second joint hydraulique, assurant celui-ci 1 'étanchéité du passage de l'arbre d ' entraînement de la pompe, dans la variante où celle-ci est actionnée depuis l'extérieur.

En service : (Fig.l, détail A)

La cloche gazométrique comprime le biogaz à sa pression d'utilisation, permettant ainsi de le consommer quasiment au fur et à mesure de sa production,

elle entraîne l'agitateur mécanique du compartiment de digestion à travers la zone des matières flottantes, empêchant celles-ci de s'agglomérer pour former une croûte qui pourrait sans cela durcir et mettre le digesteur en danger.

- Son ou ses joint (s) hydraulique (s) protège (nt) le bioréacteur contre toute surpression ou dépression accidentelle.

En maintenance : (Fig.2) La cloche gazométrique, après dépressurisation, repose sur le pourtour du séparateur de phases qui constitue la partie supérieure du jabot, confinant ainsi la biomasse active dans la zone de digestion, comprise entre la paroi extérieure du jabot et la cuve, permettant ainsi d'accéder aux organes internes accessibles depuis le jabot sans perturber le fonctionnement biologique du digesteur,

en cas de besoin, son enlèvement total reste possible avec les précautions d'usage, permettant ainsi d'accéder à la totalité des organes internes du digesteur.

La potence télescopique et pivotante 5.1, est le support de toute la chaîne cinématique des organes internes du digesteur actionnés depuis le dessus de celui-ci :

la partie télescopique est constituée par la tige d'un vérin vertical actionné par un agrégat hydraulique rattaché à la partie supérieure de la cuve.

la potence proprement dite est fixée au bout de cette tige et porte les moyens d ' entraînement en rotation de l'agitateur du compartiment de digestion par l'intermédiaire de la cloche gazométrique .

Dans le cas d'un entraînement de la pompe depuis l'extérieur du digesteur elle comporte les moyens d'entraînement, en rotations concentriques, de l'agitateur et de l'axe de la pompe.

En service :

elle positionne les moyens d'entraînement des organes tournants du digesteur, aux vitesses et dans les sens désirés,

elle participe de la mesure des forces réactives opposées par le milieu aux mouvements qui lui sont appliqués par l'agitateur immergé dans la zone de digestion et, le cas échéant, par la pompe centrale .

En maintenance :

elle est déconnectée de la cloche gazométrique et, le cas échéant, de la pompe. Une fois relevée et pivotée, elle donne libre accès au portillon central de la cloche gazométrique. en cas de maintenance lourde, elle pourra soulever et déposer la cloche gazométrique complète pour donner accès facilement à tous les organes internes du digesteur. elle peut porter des outils de nettoyage sous pression, d'extraction ou de remontage des organes internes du digesteur.

La nacelle 6, est un sous-ensemble qui concentre les organes externes du digesteur et ses moyens de raccordement aux énergies, dans toutes ses variantes.

Disposée sur le dessus du digesteur, elle est constituée de compartiments prééquipés associés à des capots, pour former ensemble une carrosserie lui permettant de fonctionner à l'extérieur comme à l'intérieur, protégé des interventions non autorisées.

La configuration de ces compartiments et de leurs moyens d'accès sont fonction des cas d'implantation des digesteurs .

Fonctionnement Les flux de substrat dans la machine sont totalement gérés par le bloc de distribution et de circulation, lui-même piloté par l'automate programmable du digesteur, dont les séquences du programme commandent successivement le positionnement du distributeur, la mise en marche dans un sens ou dans l'autre de la pompe volumétrique, à des vitesses et pour des durées ou nombres de tours choisis, ainsi que des temps de pause influencés par divers paramètres.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE La cuve 1, dans toutes ses variantes, porte la totalité des organes du digesteur et repose elle-même, selon les cas, directement sur le sol, ou sur une embase de préinstallation concentrant et rationalisant toutes ses connexions, aux fins d'en faciliter l'installation, l'échange éventuel et éviter les ponts thermiques.

L'embase peut par exemple prendre la forme d'une chambre implantée et raccordée dans le sol, selon la Fig.2.

Pour répondre à tous ces cas d'implantation, la cuve possède un système de piètement standard 1.4, qui se complète avec une partie amovible adaptée à sa destination.

Dans sa variante illustrée par la Fig.l, la cuve 1 se raccorde au(x) circuit (s) des déchets entrants et effluents sortants dans sa partie inférieure, par les tuyauteries de raccordement et de fixation à la cuve du bloc de circulation 3 qui constitue également l'embase du jabot. Dans ce mode d'exécution, la cuve est réalisée d'un seul tenant et la totalité de ses organes internes introduits à travers l'orifice disposé dans sa partie supérieure, que ferme la cloche gazométrique 4.

Dans sa variante illustrée par la Fig.2, le digesteur est réalisé en deux parties, toutes ses connexions étant rapportées à sa partie supérieure 1.1, formant couvercle, pour permettre, par exemple, son implantation dans le sol sans besoin d'accès pour la maintenance et/ou faciliter sa réalisation à partir de cuves 1.2 de natures et de formes variées.

Dans le premier cas, la cuve 1 possède un double manteau 1.3 assurant conjointement son propre chauffage et le réchauffage des matières entrantes.

Dans le second cas, le réchauffage des matières entrantes est rattaché à la partie 1.1 formant couvercle de ladite cuve.

Dans tous les cas, la cuve possède un fond conique, pour concentrer les sédiments en un point où ils peuvent-être facilement extraits, par l'orifice de vidange 1.16, qui peut éventuellement prendre la forme d'une canule d'aspiration mise en œuvre depuis la nacelle.

Dans tous les cas également, qu'elle soit amovible ou pas, c'est la partie supérieure de la cuve qui porte les organes externes du digesteur, rassemblés dans la nacelle 6 raccordée aux énergies, compartimentée, isolée et carrossée de manière à lui permettre de fonctionner à l'extérieur comme à l'intérieur.

Le jabot 2 est composé d'un corps central 2.1 surmonté d'un séparateur de phases amovible 2.2. Il est fixé sur le carter 3.1 du bloc de distribution et de circulation 3 qui lui sert d'embase.

Le corps central 2.1 du jabot se présente comme une enceinte de forme cylindrique à double parois, entre lesquelles des canaux 2.11 et 2.12 permettent respectivement l'évacuation gravitaire du liquide surnageant filtré par le séparateur de phases 2.2 et, en sens inverse, de repomper le contenu du jabot sur lui-même en circuit fermé, par les orifices 2.13 ménagés dans la partie supérieure de sa paroi interne, immédiatement sous le séparateur 2.2.

Dans sa partie supérieure, le jabot loge et fixe le corps du séparateur de phases 2.2, dont la couronne 2.21 constitue à la fois le déversoir du milieu fermentatif sur sa grille hydrasive 2.22 et le siège sur lequel le pourtour du compartiment central de la cloche gazométrique vient s'appliquer, avec l'effet de soustraire temporairement le contenu du jabot aux conditions de la digestion.

Dans sa partie inférieure, le corps central 2.1 du jabot se rattache de manière amovible au carter 3.1 du bloc de distribution et de circulation 3, de manière à raccorder les conduits respectifs des flux circulants entre les deux éléments et à fixer la pompe volumétrique 3.3 dont la lucarne ou le moteur dans son carter 3.31 en constitue partiellement le fond.

Selon la première variante constructive considérée, le jabot est traversé par l'axe d' entraînement 3.32 de ladite pompe, qui constitue également le support de plusieurs fonctions et accessoires, tels que des pales 3.33 contribuant au brassage de son contenu et des buses d ' autonettoyage par projection d'eau chaude ou de vapeur sous haute pression.

Entraîné par un palier motorisé externe 5.4 porté par la potence 5.1, l'axe 3.31 traverse la cloche gazométrique de manière étanche, par l'intermédiaire d'un joint hydraulique 4.21 localisé sur le portillon 4.2 de son compartiment central.

Selon la seconde variante constructive, la pompe, le distributeur multivoies et son actionneur constituent un unique sous- ensemble amovible qui s ' auto-connecte automatiquement au moment de la mise en place, et inversement. Par cette conception, la révision complète de tous les organes de distribution et de circulation interne du substrat dans le digesteur est assurée par le simple échange dudit sous-ensemble, sans incidence pour le fonctionnement de sa biologie interne.

Selon la même variante, le dispositif de brassage interne du jabot, constitué par une ou plusieurs pales, est rattaché, selon une exécution préférée, à la seconde extrémité de l'axe du moteur hydraulique de la pompe, et les organes d ' autonettoyage du jabot portés et alimentés depuis la cloche gazométrique.

Le corps 2.1 du jabot constitue l'essentiel du palier de l'agitateur mécanique 2.3 du compartiment de digestion, entraîné en rotation par la cloche gazométrique 4. Optionnellement , il est également le support d'une zone de biomasse fixée, encapsulée dans un ou plusieurs dispositif ( s ) filtrant (s) 2.4, permettant à la fois d'accumuler de la biomasse active utile à la digestion et d'assurer un post-traitement poussé de l'effluent qui doit passer à travers cette zone avant son évacuation.

Dans une variante d'exécution préférée, illustrée par la Fig .2 , la zone de biomasse fixée 2.4 est emprisonnée dans une cartouche formant un sous-ensemble amovible et interchangeable avec l'agitateur mécanique 2.3, la raison étant que ledit sous-ensemble constitue une partie préinnoculable pour accélérer le démarrage ou le redémarrage du digesteur et potentiellement évolutive, qui pourra ainsi bénéficier du développement permanent des supports de biomasse (taille, forme, états de surfaces structurés et/ou nanostructurés des matériaux des éléments de garnissage) et que, dans certains cas de figures, la coopération dynamique de l'agitateur peut être envisagée pour garantir ou améliorer le fonctionnement de la biomasse fixée, par exemple pour en contrecarrer mécaniquement la tendance à l'auto- colmatage.

Ladite cartouche 3.21 de biomasse fixée se raccorde à la tuyauterie à double paroi 1.15 du bloc de distribution par l'orifice 1.16, de manière à ce que l'effluent liquide épuré qui en ressort converge parallèlement à la fraction liquide issue du séparateur de phase 2.2, vers un même dispositif de régulation de débit et de niveau 6.12, logé dans le compartiment 6.1 de la nacelle 6.

Le bloc de distribution et de circulation 3 est un sous- ensemble composé du carter compartimenté 3.1 raccordé aux circuits des déchets et substrats circulants, à l'intérieur duquel sont logés la pompe volumétrique 3.3 ainsi qu'un distributeur, ici à quatre voies et quatre positions, 3.2, lui-même commandé par un indexeur 3.4 qui, selon les variantes constructives considérées, peut-être interne ou externe au bloc de circulation, ainsi qu'à la cuve elle-même.

Le cœur du distributeur à quatre voies est préférentiellement réalisé, là aussi, sous la forme d'une cartouche amovible 3.21 pouvant s'extraire avec ou séparément de la pompe et de 1 ' indexeur selon les cas mentionnés. Ladite cartouche 3.21 comprend le boisseau tournant, qui peut être sphérique, ses sièges, paliers et joints statiques utiles. Dès lors qu'elle concentre toutes les pièces d'usure du mécanisme, son simple remplacement équivaut la révision totale du distributeur.

Au surplus, le carter 3.1 du bloc de circulation 3 est le siège et le support de plusieurs fonctions et/ou accessoires spécifiques, dont un dispositif de répartition radiale 3.6 des charges d'alimentation dans le compartiment de digestion de la cuve 1, et un dispositif 3.5 de recirculation du biogaz en tant que moyen d'agitation du milieu fermentatif, raccordé à l'orifice 1.17 de la double paroi de la tuyauterie 1.14.

Dans la présente conception :

la lucarne ou, en variante, le carter 3.31 de la pompe, loge le palier de son arbre à cardan et fixe son stator 3.34. L'une et l'autre exécution comportent une partie en forme de flasque qui constitue le fond du jabot et comporte les orificesd' admission du substrat .

Ladite partie en forme de flasque comporte les moyens de fixation rapide du sous-ensemble constitué autour de la pompe et, dans le cas cité en variante, les connexions de son moteur.

Une fois la cloche gazométrique 4 affaissée et la zone de biomasse active ainsi isolée, la totalité de la chaîne cinématique du digesteur devient accessible pour la maintenance, avec la possibilité de s'aider de la potence télescopique 5.1 pour en extraire les organes amovibles et au besoin, laver l'intérieur du jabot sous haute pression, avec évacuation directe des résidus et eaux de lavage à l'égout ou dans une cuve de rétention appropriée.

Fonctionnement du distributeur

la première position d'indexage PI du distributeur 3.2 établit le circuit de transfert du substrat entre le broyeur et le jabot par la conduite 1.11

la seconde position d'indexage P2 du distributeur 3.2 établit le circuit d'homogénéisation du substrat par recirculation sur lui-même en passant par l'orifice 1.12 du distributeur 3.2 conduisant aux orifices 2.13 de la double paroi du jabot 2, la troisième position d'indexage P3 du distributeur 3.2 établit, par le conduit 1.13 desservant la chambre 3.13 de mélange et de répartition du substrat dans le compartiment de digestion depuis le jabot. La même position d'indexage permet également, en jouant principalement sur le sens de rotation de la pompe et les niveaux relatifs du compartiment de digestion et du jabot, d'établir des circuits d'homogénéisation du milieu fermentatif par recirculation sur lui-même, avec débordement de celui-ci depuis le jabot et la possibilité d'en corriger la siccité, à l'aide du séparateur de phases 2.2.

en service, par la conduite 1.14, la quatrième position d'indexage P4 du distributeur établit, dans un sens, un circuit d'introduction dosée de cosubstrat (s) depuis le réservoir 8.2 dans le jabot et, dans l'autre sens, un circuit de stockage transitoire de déchets broyés momentanément en excès dans la cuve tampon 8.1. Elle permet aussi d'alimenter une seconde cuve de digestion fonctionnant en esclave de la première.

- en maintenance, la position P3 du distributeur permet de purger occasionnellement le contenu du jabot vers l'extérieur de la machine, par exemple si l'on constate une accumulation de résidus indégradables dans cette dernière.

La cloche gazométrique 4 est composée de deux parties, 4.1 et 4.2 divisant celle-ci en deux volumes annulaires et concentriques par une paroi cylindrique rattachée à la partie 4.1 de même diamètre que le déversoir du séparateur de phases 2.2 qui surmonte le jabot, de sorte que lorsque ladite cloche n'est plus soulevée par la pression du gaz, elle retombe et isole le jabot du compartiment de digestion en s 'appliquant de manière étanche sur le joint 2.23 qui court sur le pourtour du séparateur de phases 2.2.

Le compartiment extérieur 4.1 de la cloche comporte un joint hydraulique 4.11 sur sa périphérie, qui permet son débattement étanche au gaz en hauteur et en rotation. Ledit compartiment comporte également la partie femelle 4.12 du crabot 5.31 d' entraînement de la cloche par l'équipage mobile 5.3 de la potence 5, d'un côté et, de l'autre, la partie femelle 4.13 du fourreau d ' entraînement de l'agitateur 2.3 du compartiment de digestion.

La cloche gazométrique est centrée à la fois par l'équipage mobile 5.3 qui 1 'entraine, par l'agitateur 2.3 et, au besoin, par trois patins ou roulettes équidistants guidés par la paroi du joint hydraulique 4.11.

Le compartiment central 4.2 de la cloche est agencé en portillon amovible qui comporte en son centre, dans l'une des versions constructives au-moins, le joint hydraulique 4.21, permettant le passage et la rotation étanche au gaz de l'axe d' entraînement 3.32 de la pompe volumétrique 3.3 situé au fond du j abot 2.

Ainsi : 1 ' étanchéité de la cloche gazométrique est assurée vers l'extérieur par un ou deux joints hydrauliques 4.11 et 4.21, dont les niveaux de garde sont réglés pour garantir cette étanchéité à la pression de service du biogaz,

- en cas d'écart accidentel de pression dans le bioréacteur, la cloche gazométrique remplit également la fonction de soupape de sécurité .

de par sa rotation, la cloche gazométrique entraîne également l'agitateur mécanique 2.3 du compartiment de digestion, assurant au passage le balayage permanent de la zone des matières flottantes,

de par son débattement vertical, elle permet très simplement de transmettre une indication continue de la production et de la consommation du biogaz .

Le bloc hydraulique 5, articulé autour de la potence télescopique et pivotante 5.1, est à la fois la centrale d'énergie et le support de toute la chaîne cinématique des organes internes du digesteur. Dans la variante illustrée ici, l'unique moteur électrique est immergé dans le réservoir d'huile du groupe hydraulique 5.2, respectivement pour son silence et la récupération de sa chaleur de fonctionnement, au profit du chauffage du digesteur. Situé à l'intérieur de l'enceinte isolée et thermostatisée de la machine le bloc hydraulique échappe aux conditions météorologiques extérieures.

Selon les variantes constructives, il peut-être rapporté ou intégré à la cuve, ou encore, rattaché à la nacelle 6.

La chaîne cinématique du digesteur est actionnée depuis le dessus de celui-ci :

la partie télescopique de la potence est constituée par la tige d'un vérin hydraulique 5.11 intégré au groupe hydraulique 5.2, - la potence 5.1 est fixée au bout de cette tige et porte, selon la variante constructive considérée, un seul ou deux paliers moteurs et concentriques 5.41 et 5.42, respectivement de l'axe d ' entraînement de la pompe, au centre et, à l'extérieur, du crabot d' entraînement 5.31 de la cloche gazométrique, laquelle entraîne à son tour l'agitateur mécanique du compartiment de digestion, symétriquement par le même moyen.

en position basse, de service, la potence et son équipage mobile guident la rotation de la pompe et de la cloche gazométrique, dans les deux sens et aux vitesses désirées. En outre, elle comporte les moyens et capteurs nécessaires à la mesure conjointe des paramètres d'exploitation et de sécurité tels que les vitesses et les sens de rotation en relation avec les couples réactifs opposés par le milieu travaillé.

en position haute, de maintenance, la potence est déconnectée et dégage le portillon 4.2, d'accès, au compartiment central de la cloche gazométrique .

Accessoirement, elle pourra porter des outillages de nettoyage sous pression du jabot, et/ou d'extraction des organes amovibles accessibles par celui-ci.

Accessoirement toujours, en cas de maintenance lourde, qui nécessite de déconfiner ou vider la zone de digestion de la machine, elle pourra soulever, pivoter et déposer la cloche gazométrique 4, de même que tous les organes internes du digesteur sur un support de circonstance, par exemple un chariot de maintenance .

La nacelle 6, porte tous les organes externes du digesteur qui ne sont pas directement rattachés à la cuve et confine les autres. Elle est constituée de compartiments étanches ou non, arrangés autour du dispositifde la cloche gazométrique pour former, une carrosserie à l'épreuve des intempéries et/ou de toute intervention non autorisée. Selon les variantes d'exécution de la machine et de ses conditions de service, la nacelle sera porteuse de carrosseries différentes, dont seul un exemple est ici représenté.

La nacelle 6 est une zone adaptative du digesteur à son environnement comme à ses conditions de service. Il s'agit d'un sous- ensemble constructivement indépendant, qui peut se décliner sur toutes les variantes de cuves .

Le compartiment 6.1 gère les conditions de rétention du biogaz produit et son traitement jusqu'au compteur de consommation. Pour cela, il loge :

un réservoir tampon d'eau 6.11, avec dispositif centralisé de maintien du niveau des gardes hydrauliques de la cloche gazométrique à leur valeur de consigne, ainsi que de régulation

6.12, des systèmes siphoides réglable d'extraction des effluents liquides provenant du séparateur de phases 2.2 et de la cartouche de biomasse fixée 2.31, dont l'exutoire sera dépendant de ses possibilités de valorisation locale. le filtre à hydrogène sulfuré, le séparateur d'eau les capteurs utiles et autres fonctions de circuits rassemblés dans un sous- compartiment ventilé 6.13.

des moyens de sécurité adaptés aux conditions d'implantation du digesteur.

Le même compartiment concentre en plus, dans la variante de la Fig.2, l'ensemble des raccordements du digesteur à son environnement, par une gaine technique enterrée et préinstallée avec son embase 1.5, qui récolte et évacue en outre les eaux de ruissellement, de procédé en excès et de lavage issues de la maintenance .

Le compartiment 6.2, gère l'utilisation et/ou l'exportation du biogaz depuis le compteur de consommation. Pour cela, il loge : le dispositif d ' autoconsommation du biogaz par le digesteur, comprenant le compteur de consommation, la chaudière. Le circulateur et la vanne ou la cartouche thermostatique de son circuit de chauffage,

un dispositif de dérivation de la chaleur et/ou du biogaz en excès vers un consommateur externe au digesteur, (Valorisation) - un dispositif de sécurité et d'alarme qui dérive le biogaz vers un exutoire approprié et sans danger en cas de panne de la chaudière, mini torchère ou autre,

les organes de ventilation du compartiment et d'évacuation des gaz brûlés, ainsi que les détecteurs de sécurité appropriés, notamment de sa température interne.

Le compartiment 6.3 loge le groupe hydraulique 5.2 qui assure la production, la distribution et la régulation différenciée de l'énergie hydraulique respectivement utilisée pour la motorisation du bloc de distribution et de circulation 3, la mise en rotation de la cloche gazométrique 4, le fonctionnement de la potence télescopique 5.1 et la mise en pression de l'eau d'alimentation des dispositifs de nettoyage et d' autonettoyage de la machine.

La chaleur dissipée par son fonctionnement est récupérée pour le chauffage du digesteur.

Le compartiment 6.4 regroupe toute la partie électrique du digesteur dans deux coffrets distincts : le coffret électrique courant fort, 6.41 loge le bornier de raccordement du digesteur au réseau électrique, les fusibles et les relais de démarrage du groupe hydraulique, des circulateurs et autres périphériques mono ou triphasés .

- le coffret électrique courant faible, 6.42 raccordant l'automate programmable à tous ses périphériques de mesure, de commande et de télétransmission,

une interface de contrôle de fonctionnement avec affichage alphanumérique, alarmes et moyens de connexion informatique pour la maintenance.

VARIANTE CONSTRUCTIVE

Dans cette variante constructive, (Fig.2), justifiée par la possibilité de s'affranchir de la géométrie de la cuve, et/ou de la nécessité de procéder à des interventions de maintenance dans sa partie inférieure, notamment lorsque celle-ci peut-être avantageusement escamotée dans le sol, ladite cuve est réalisée avec la totalité de ses connexions rapportées à sa partie supérieure et, dans la variante proposée ici, réalisée en deux parties facilement séparables afin de pouvoir aller, le cas échéant, jusqu'à procéder à l'échange rapide de la partie supérieure sans devoir vider le contenu de la cuve .

Dans ce cas :

le réchauffage des matières entrantes n'est plus associé à la partie inférieure 1.2 de la cuve proprement-dite, mais à sa partie supérieure 1.1 formant couvercle.

Le bloc de distribution et de circulation 3 est toujours porté par ses tuyauteries d'alimentation mais celle-ci sont désormais rattachées à la partie couvercle 1.1 de la cuve,

- Le fond de la partie inférieure 1.2 la cuve 1 reste conique où incliné pour concentrer les sédiments et la purge de ces derniers interviendra par l'orifice de vidange 1.18, gravitairement ou par pompage suivant les variantes d'exécution et les cas d'implantation.

- En dessous d'une certaine taille du digesteur, la partie formant couvercle de la cuve sera facilement amovible et pourra être déposée d'un bloc avec un minimum de perturbation pour le milieu fermentatif, par des opérateurs formés et suivant une procédure respectant toutes les conditions de sécurité.

Il sera également possible de remplacer tout le digesteur avec la même facilité, et, le cas échéant, de lui substituer une machine déjà en marche, par exemple à l'aide d'un camion équipé d'une grue, à l'exemple d'un porte conteneur standard équipé d ' une grue .

Seconde Forme d'Exécution

La figure 6 décrit une forme d'exécution qui représente une variante du dispositif d'entraînement en rotation du de la cloche gazométrique 4 et son intégration avec la partie nacelle 6 du digesteur, pour former conjointement un sous-ensemble constructif distinct et amovible en tant que tel, à l'instar du jabot 2.

La figure 7 illustre cette partition originale du digesteur en trois sous-ensembles fonctionnels distincts et de sa conception générale en tant que machine destinée à être produite en séries industrielles. Ceci à contrario des exécutions conteneurisées d'installations que l'on peut trouver actuellement.

Dans la présente forme d'exécution, ce que l'on peut appeler la tête amovible 5.4 du digesteur repose sur l'extrémité des tubulures 3.72 constitutives de la partie supérieure du berceau 3.7 du jabot 2 qui constitue à la fois un élément mécaniquement porteur et celui de la transition entre les espaces confinés et extérieurs de la machine.

Contrairement à la variante illustrée par la Fig.2, où la cuve possède un couvercle boulonné le long d'un joint périphérique disposé sur son pourtour, la présente forme d'exécution dissocie la fixation des parties pouvant se séparer de leur zone d' étanchéité .

Ici, la fonction mécanique de maintien de l' étanchéité est assurée par les points d'appuis et de fixation de la tête 5.4 du digesteur, constitué par l'intégration de ses parties joint hydraulique et nacelle.

Ainsi que représenté dans les Fig . 6 et 7, le dispositif d' entraînement de l'équipage mobile du digesteur est constitué d'une couronne 5.41 associée à une poulie 5.42 dont le chemin de roulement suit le sommet du joint hydraulique à l'extérieur. Dans cette variante constructive, l'économie de la potence est faite au profit de l'accessibilité aux organes internes de la machine, par le portillon 4.2 de la cloche gazométrique pour accéder à l'intérieur du jabot 2, ou, après démontage de la couronne d' entraînement 5.41, accéder à la cuve 1 elle-même après extraction du j abot 2.

Le jabot 2 se connecte à son berceau et donc au reste de la machine par simple enficheage dans la platine 3.71 de son berceau, où il se fixe, ici par des vis accessibles depuis l'intérieur de son compartiment central, une fois la grille hydrasive retirée.

Les différents compartiments du jabot 2 se connectent individuellement aux organes externes du digesteur par les conduits constitutifs de son berceau 3.74, de même que le dispositif d'agitation du compartiment principal de la cuve 1 (par recirculation du biogaz) et les capteurs et sondes utiles.

La platine du berceau connecte également le compartiment central du jabot 2 à un exutoire permettant sa vidange directe ou par l'intermédiaire d'un organe interne, (non représenté)- disposé entre de berceau et le fond de la cuve - ou externe, de séparation des indésirables non dégradables et de recyclage de la partie liquide dans le digesteur.

Ces connexions étant prévues dans l'axe de la cuve 1 en cas ce place disponible sous celle-ci ou, perpendiculairement dans le cas contraire, ceci par des tuyauteries concentriques, respectivement raccordées à la cuve 1, (tuyau externe) et au jabot 2 (Tuyau interne au premier) .

Périphériques

La présente invention vise à offrir pour la première fois, une véritable alternative à l'usage des poubelles et à leurs inconvénients sur les lieux de transformation des denrées ou produits alimentaires .

La condition pour y parvenir est de fournir au personnel d'exploitation le moyen de se débarrasser immédiatement des déchets organiques, au fur et à mesure de leur production, aussi facilement qu'il pourrait les jeter dans la poubelle, les nuisances en moins.

Ce moyen a été trouvé par la liaison intelligente du digesteur à un ou plusieurs blocs de broyage hygiéniques, très peu bruyants et automatisés qui s'intègrent directement aux postes de travail ou dans leur immédiate proximité.

Le bloc de broyage des déchets 7, constitue donc le point d'entrée des matières à traiter et se trouve idéalement sur les lieux mêmes de leur production.

À partir d'une certaine quantité à traiter, on trouve des broyeurs qui font assez bien l'affaire, généralement utilisés dans des systèmes où les déchets sont collectés et broyés en phase liquide, puis transportés par tuyauterie jusqu'au local des poubelles où ils seront essorés, la fraction liquide retournant au circuit presque fermé de transport de ces déchets et où la partie pulpée, neutralisée avec un bactéricide pour éviter son départ spontané en compostage à l'intérieur desdites poubelles, est éliminée par la voirie .

Pour les quantités à traiter inférieures, on retombe dans la gamme des broyeurs d'évier, généralement interdits par la loi en raison de l'importance de la charge organique qu'ils déversent dans les égouts et de leur consommation élevée en eau potable.

Dans la présente invention, suivant une approche spécifique à la biométhanisation, la quantité d'eau allouée au procédé est déterminée en fonction de la siccité recherchée du substrat à l'entrée du digesteur, avec pour conséquence la nécessité d'en gérer la consommation dès le niveau du broyage.

Cette approche spécifique, incluant l'étape du broyage dans la comptabilisation totale des besoins en eau, crée un lien fonctionnel supplémentaire et permanent entre le digesteur et son ou ses broyeur (s), indépendamment de la distance qui les sépare.

À l'échelle du restaurant pris comme exemple pour illustrer l'invention, cette approche débouche non seulement sur l'avantage déjà évoqué de pouvoir délocaliser le digesteur par rapport au lieu de production des déchets, mais également sur la possibilité d'intégrer directement le ou les organes de broyage au(x) plan(s) de travail concerné (s), de sortes que le passage des déchets par une quelconque poubelle soit inutile et immédiatement perçu comme tel.

Pour satisfaire à ces conditions tout en respectant celles d'une hygiène et d'une sécurité d'usage parfaites, les blocs de broyages sont dotés de moyens d'automatisation propres pour certaines fonctions, par exemple de sécurité ou d ' autonettoyage, mais qui fonctionnent de manière asservie à l'automate du digesteur pour celles qui pourraient interférer avec son fonctionnement, à l'exemple de la dilution des matières entrantes.

Nous décrivons ci-après deux variantes 7a et 7b de ces blocs de broyage, tous deux conçus pour s ' intégrer à un plan de travail, le premier dans le contexte d'un restaurant, qui s'ouvre par une porte basculante, à l'instar d'un four ou d'un lave-vaisselle, le second dans un environnement industriel, où le travail à la chaîne impose une prise en charge ininterrompue des déchets.

Il va de soi que le principe décrit est susceptible de s'appliquer à un large éventail de situations et que de nombreuses variantes peuvent en être extrapolées sans sortir du cadre de la présente invention.

La Fig.4 constitue une représentation schématique du bloc de broyage 7a dans sa position de service, où l'on voit que la partie basculante 7.1 est composée du panneau de porte qui comprend les commandes utiles 7.2, dont le boitier électronique de commande 7.21,1a trémie 7.3 et le broyeur 7.4.

Dans ce cas particulier, la porte basculante 7.1 entraine la trémie 7.3, au fond de laquelle l'orifice du broyeur 7.5 est positionné, suivant une inclinaison permettant une vidange totale de la trémie à l'intérieur celui-ci à la fin du cycle de broyage.

Le broyeur utilisé ici est un produit éprouvé du marché, parfois appelé désintégrateur en raison de son principe de fonctionnement, qui associe un stator en forme de couronne dentée sur sa périphérie à un rotor également denté, dont la coopération avec le stator cumule l'effet de broyage à celui de pompe, qui aspire les déchets contre la zone de broyage à l'amont et en refoule les résidus dans une tuyauterie d'évacuation à l'aval.

Généralement conçu pour fonctionner on-line le broyeur est utilisé ici de manière différente pour préparer des charges de substrat en circuit fermé avec la trémie, en passant par la tuyauterie 7.6 qui le relie à l'exutoire 7.7.

Ces charges sont ensuite pompées en une fois dans le jabot 2 du digesteur, selon un cycle automatisé qui restitue la trémie du bloc de broyage vide et rincée, par l'intermédiaire de buses 7.81 disposées dans un caisson 7.8 qui coiffe celle-ci durant le cycle de broyage et en aspire les émanations lorsqu'elle est ouverte, par un orifice 7.82. Pour assurer ces fonction de confinement des projections de matières générées durant la phase de broyage et de lavage de la trémie au moyen des buses mentionnées, ainsi que d'aspiration des émanations, dans la présente exécution, le caisson 7.8 est fixé sur son châssis 7.7 par un axe 7.83 qui lui permet un léger débattement, contrôlé par un actionneur 7.13 également ancré sur le châssis 7.7, qui ancre également le dispositif d ' actionnement 7.14 de la porte du bloc de broyage, ici à vérins (s) .

Par ce dispositif, le caisson se soulève de quelques mm au moment du déverrouillage de la porte 7.1, ce qui ménage le joint 7.31 de la trémie 7.3 au moment de l'ouverture, d'une part, et d'autre part, crée l'espace nécessaire à une légère aspiration de l'air ambiant, destinée à entraîner les émanations de la trémie lorsque celle-ci contient des déchets. Selon le lieu de service de l'appareil, cette fonction sera assurée par un dispositif spécifique du bloc de broyage ou par connexion à la ventilation générale du bâtiment . Lorsque le cycle de broyage est demandé, le même dispositif applique le caisson sur la trémie au moment du verrouillage de la porte et assure ainsi le déroulement du cycle dans un confinement total. Le caisson 7.8 contient également les organes de mise en pression 7.84 et de réchauffage 7.85 de l'eau de lavage de la trémie.

Dans la présente exécution, le sous-ensemble formé de la trémie 7.3 et du broyeur 7.4 est articulé sur deux branches latérales coaxiales 7.61 et 7.62 de la tuyauterie 7.6, montées de manière traversante sur deux paliers 7.63 rattachés à un châssis suspendu et coulissant 7.7 sur des rails 7.91 portés par le châssis 7.9 du meuble qui loge et carrosse le bloc de broyage proprement dit.

Les extrémités des tuyauteries 7.61 et 7.62 sont raccordées de manière étanche et tournante à deux clapets 7.71 et 7.72, solidaires du châssis 7.7, respectivement raccordés de manière enfichable à deux tuyauteries 7.92 et 7.93 conduisant au digesteur pour l'une et à 1 ' égout pour l'autre. Ces dernières sont équipées de robinets d'arrêt 7.94 et 7.95, portés par le châssis 7.9, que l'on peut fermer depuis le devant du broyeur.

En cas de maintenance, le sous-ensemble amovible globalement formé de la trémie 7.3, du broyeur 7.4, du châssis 7.7 et du caisson 7.8 peut être tout d'abord isolé, déverrouillé et retiré de son logement, pour subir une intervention sur place ou être remplacé, en quelques minutes. Un tiroir 7.96 placé sous le dispositif enfichable permet de récupérer proprement la fraction liquide qui s'écoule obligatoirement au moment de la déconnexion des tuyauteries.

Dans la plupart des cas, ce sont des objets indésirables qui sont la cause des pannes de broyeurs dans le domaine de la restauration; généralement des couverts.

Lorsque cela arrive, l'objet, qui se trouve généralement coincé dans la bouche du broyeur sous la pile des déchets, n'est accessible qu'après vidange de la trémie.

Dans la présente conception, pour simplifier ce genre d'opération, lorsqu'elle se produit en début de processus, où les déchets sont encore à l'état solide ou pâteux, un portillon 7.11 a été aménagé dans la porte 7.1, exactement en face de la bouche du broyeur, afin de pouvoir accéder à l'objet indésirable, voire débloquer le rotor dudit broyeur sans vider totalement la trémie.

En situation de service normal, la porte de l'appareil peut indifféremment rester ouverte ou fermée et sa trémie contenir temporairement des déchets, dont les émanations seront aspirées.

Les mouvements de la porte du bloc de broyage sont assistés par son dispositif d ' actionnement , de sortes que l'opérateur se limite à en commander l'ouverture ou la fermeture, par différents moyens, (Bouton, pédale, détecteur de proximité, voix ...) qui constituent autant d'options. La porte du bloc de broyage de même que son portillon sont pourvus de dispositifs de verrouillage 7.12 qui n'autorisent le démarrage d'un quelconque cycle qu'après avoir été activés .

Le bloc de broyage fonctionne sous le contrôle de l'automate du digesteur qui, dans certaines circonstances peut, selon les options périphériques installées, en interdire l'usage ou dériver le flux des déchets broyés vers un réservoir tampon 8.1, permanent ou de circonstance. Un indicatif lumineux signale le dérangement.

Fonctionnement du périphérique

Pour accéder à ses fonctions, la porte 7.1 du bloc de broyage doit-être fermée et son portillon 7.11 correctement en place. Lorsque l'évacuation des déchets est demandée, la porte et son portillon se verrouillent au moyen d ' actionneurs électriques 7.12 en même temps que le caisson 7.8 s'applique sur le joint 7.31 de la trémie 7.3

Une petite quantité d'eau est dosée par certaines buses pour assurer l'amorçage du broyeur et celui-ci est lancé pour une durée programmée. Les déchets sont aspirés depuis la trémie 7.3 dans le broyeur 7.4 pour y retourner en circuit fermé par les tuyauteries 7.6, jusqu'à former une "soupe" homogène aisément pompable.

Ensuite, le clapet 7.71 du circuit de transfert des matières broyées vers le digesteur s'ouvre, permettant à la pompe de celui-ci d'aspirer et comptabiliser le contenu de la trémie, jusqu'au désamorçage du broyeur. A ce moment, une seconde quantité d'eau bouillante est injectée sous faible débit mais haute pression par les buses 7.81, dans la trémie du broyeur, avec pour fonction de la laver. Cette eau est ensuite à nouveau aspirée dans la tuyauterie menant au digesteur, avec pour effet de la nettoyer également au passage. Puis le clapet 7.71 se referme et le bloc de broyage se retrouve prêt à l'usage.

À intervalles appropriés, des cycles de désinfection admettant un détergent sont intercalés entre les cycles d'alimentation du digesteur. Lorsque qu'ils ont été programmés pour s'enchaîner, le verrouillage automatique de la porte du bloc de conditionnement est prolongé d'autant, le cycle de désinfection choisi démarre, avec cette différence avec l'alimentation du digesteur que l'évacuation se fera cette fois en direction de l'égout, par le clapet 7.72.

Variante et extension constructive

L'exemple de bloc de broyage 7a décrit montre la capacité d'intégration de l'invention dans l'environnement d'une cuisine de restaurant, à l'égal d'une friteuse, c'est-à-dire en prenant au maximum la place d'une petite poubelle.

Dans l'environnement industriel agroalimentaire, qui impose des conditions de fonctionnement quasi permanentes à ce type d'équipement, la présente conception trouve également sa place dans une chaîne de préparation.

Pour l'illustrer, la fig.5 représente une configuration 7b associant deux sous-ensembles composés d'un broyeur, sa trémie et le caisson qui la surmonte, dont la mise en œuvre est alternée, de manière à pouvoir alimenter le digesteur sans interrompre le flux du travail, d'une part et, d'autre-part, où le processus de désinfection des plans de travail peut-être combiné avec celui des broyeurs.

Dans cette variante, la porte 7.1 de la première variante est remplacée par un cadre de sécurité et de propreté 8.1, qui garantit le verrouillage du système dans chacune de ses positions de travail en venant s'appliquer sur le joint de la trémie qui reçoit les déchets. Ce faisant il empêche que des déchets puissent s'infiltrer dans le châssis 8.2.

Optionnellement , ledit cadre 8.1 peut comporter un dispositif de sécurité qui interdit le mouvement de basculement des deux trémies accolées 8.3, chacune équipée de leur broyeur 8.4, sous l'effet de son dispositif d' actionnement 8.5.

Ceci mis à part, le principe du fonctionnement reste le même, on retrouve les caissons 7.8 les tuyauteries 7.6, 7.92, 7.93 les clapets 7.71 et 7.72 du circuit de transfert des matières broyées vers le digesteur et des eaux de lavage vers l'égout, respectivement, ou encore les robinets d'arrêt 7.94 et 7.95, et tous les dispositifs et composants usuels communs aux deux équipements, mentionnés ou non tel que les boîtiers de raccordement et de commande, électrique et électronique.

Il va de soit que les broyeurs/périphériques décrits en se référant aux Figures 3 à 5 peuvent être utilisés avantageusement avec l'appareil de la Figure 1 ou 2 ; cependant ils peuvent aussi être utilisés avec d'autres types d'appareils de réception et de traitement par bioconversion anaérobie de déchets organiques comportant une cuve fermée .

PROCÉDÉ GÉNÉRAL

Au niveau du digesteur, le substrat introduit dans le jabot est tout d'abord brassé sur lui-même par la pompe et la pale de son agitateur mécanique. Ensuite, pompe en marche, le distributeur se positionne pour une séquence d'alimentation du compartiment de digestion depuis le jabot où le dosage est mesuré par le nombre de tours de pompe. Puis le distributeur se repositionne en mode brassage du j abot .

L'alimentation du compartiment de digestion a fait monter le niveau de celui-ci et provoqué un débordement du substrat pardessus le déversoir du séparateur de phases, qui va filtrer la fraction liquide surnageante et reconduire les matières non digérées dans le jabot, où elles se mélangeront avec les matières en cours de brassage .

Le brassage interne du jabot s'interrompt ensuite pour laisser la place à une séquence de brassage du compartiment de digestion par son agitateur, à la fois pour répartir la charge d'alimentation dans tout le milieu fermentatif et en homogénéiser le contenu, suivie d'un temps de repos jusqu'au prochain cycle.

De cycle en cycle, au fil des heures, le jabot se vide pour laisser la place à de nouveaux déchets en provenance du ou des broyeur(s) installés sur les postes de production.

Suivant la composition du substrat, des purges plus ou moins fréquentes seront nécessaires pour éviter une sédimentation de résidus lourds au fond de la cuve et l'accumulation très improbable d'indésirables légers, qui ont tendance à s'accumuler dans la zone des matières flottantes. Le cas échéant, leur élimination sera provoquée par débordement des matières flottantes dans le jabot et la vidange consécutive de celui-ci par la position P3 du distributeur.