FERMENTATION La présente invention est relative à des per¬ fectionnements apportés aux installations et aux pro¬ cédés de préparation des gaz combustibles, par fermen¬ tation. Elle est plus particulièrement relative à des fermentations mëthanigènes anaérobies ainsi qu'aux ins¬ tallations pour la mise en oeuvre de ces fermentations. Il est connu de préparer les gaz combustibles et notamment le méthane par fermentation anaérobie de mas¬ ses constituées par des déchets organiques agricoles, urbains ou même industriels s'ils contiennent suffisam¬ ment de matières organiques. Pour que la production des gaz soit ininterrompue et le prix de revient compétitif, généralement les méthodes de travail appliquées doivent être des méthodes de travail en continu. Un processus continu présente encore d'autres très grands avantages comme, par exemple, - réduction des temps morts néces- saires au nettoyage, au remplissage, à la vidange etc..., - diminution des volumes de l'ensemble de l'appa¬ reillage, - grande facilité de travail, - possibilité de mécanisation et d'automatisation des opérations, - aug¬ mentation du rendement dû à un meilleur choix des condi- tions opératoires.

De nombreuses installations de fermentation mé nigènes ont été décrites et ceci d'autant plus que le besoins accrus en énergie et la raréfaction des sourc d'énergie classique à base de pétrole poussent les Ch cheurs et les industriels à utiliser cette matière pr mière abondante et bon marché que constitue la biomass Ainsi :

- le Brevet Français n° 79 05662 décrit un procédé de préparation du méthane à partir des fumiers de vache par fermentation anaérobie, procédé qui se caractéri en ce que le substrat est introduit dans une premièr chambre de traitement préalable où il est porté à une température de l'ordre de 70°C, puis transporté une température d'environ 55-60°C dans ^" une deuxième chambre de traitement et mis en contact avec une cu ture de microorganismes ;

- le' Brevet Français n° 77 35966 décrit une installat comportant une batterie de trois cuves disposées le unes au-dessus des autres, la fermentation étant aérobie dans la première et anaérobie dans -les deux autres ;

- le Brevet Français n° 77 22386 décrit un procédé de production de méthane par fermentation anaérobie de déchets organiques dans une cuve de fermentation ét che et complètement remplie d'eau ;

- le Brevet Français h° 75 09057 décrit une installat de digestion des matières organiques par fermentati anaérobie, comportant une enceinte à deux compartim communiquant par leurs parties supérieures ; - le Brevet Allemand n° 2 535 756 décrit une installa tion de production du méthane qui consiste en une c cylindrique inclinée sur l'horizontale et munie d'u agitateur axial ;

- le Brevet Américain n° 4 022 665 décrit un procédé digestion anaérobie des déchets organiques pour la production de méthane, lequel procédé comporte deux

étapes distinctes, une première étape de production d'acides organiques de bas poids moléculaire, et une deuxième étape de transformation de ces composés en méthane. D'autres Brevets et publications encore concer¬ nent également la préparation du méthane par fermenta¬ tion anaérobie.

En effet, la digestion de déchets organiques dans un processus anaérobie est connue depuis des dizaines d'années. Un tel processus utilise des cultures micro¬ biennes mixtes et divers substrats. De très nombreux microorganismes sont capables de produire du méthane et ils sont présents universellement dans la nature (marais, fumier, rouissage du lin, décomposition de la matière organique dans le sol, dégradation de la cellulose, etc...). Toutefois, on n'a pas pu mettre encore au point une installation économiquement rentable, très robuste et facile à conduire et à mettre en oeuvre dans toutes les fermes, principaux fournisseurs de la matière pre- miêre telle que fumier, purin, paille, etc .. Les rai¬ sons en son _. fort simples, celles-là même qui expliquent, pourquoi les solutions préconisées dans les Brevets ci¬ tés ci-dessus ne sont pas non plus économiquement viables. Ce sont principalement les suivantes : Les installations de fermentation, et notamment les fermentations continues, connues jusqu'à présent opèrent en milieu aqueux, dilué. Ces fermentations sont à rapprocher des digestions et traitements des eaux d'egouts, dont la charge optimale se situe autour de 8 % de matière organique. Dans les installations de fermen¬ tation continue, un agitateur ou un dispositif analogue est nécessaire pour briser la croûte qui se forme à la surface libre, qui sert de surface de dégagement de gaz produits (le maintien de celle-ci est dangereux pour l'installation) . Le transfert des fluides et le brassage requièrent des pompes puissantes, consommatrices d'éner-

gie. La réaction globale étant en outre très peu exo¬ thermique, le réchauffage et le maintien de la tempéra ture nécessaire dans les zones de fermentation mézophi les ou thermophiles de la très grande masse d'eau pré- sente, consomment également beaucoup d'énergie. A titr d'exemple, on estime que le traitement d'une boue à 2 de matière fermentescible consomme à peu près toute la production de méthane qui sert à chauffer et à mainte¬ nir la température nécessaire au fonctionnement du di- gesteur. De plus, dans la plupart de ces installations continues, le-résidu de la fermentation lui-même est également trop aqueux pour une utilisation directe com engrais organique.

La présente invention s'est par conséquent donn pour but de fournir un procédé et une installation de préparation de gaz combustibles par fermentation anaér bie des déchets organiques, qui répondent mieux aux nécessités de la pratique que les procédés et les ins¬ tallations visant au même but antérieurement connus, n tamment en ce qu'ils permettent une très importante économie d'énergie (absence d'agitation et déroulement de la fermentation en milieu plus concentré) ; en ce qu'ils évitent la formation des "croûtes" à la surface très dangereuses surtout pour les fermentations métha- nigënes ; en ce qu'ils permettent un déroulement méca nisé et quasi automatique des opérations ; en ce qu'il sont d'un maniement très facile ; en ce qu'ils sont tr souples et permettent de traiter aussi bien des milieu solides avec des taux d'humidité variables, tels que fumiers, pailles, feuilles, fanes, ordures ιr.énagères, etc. que des milieux liquides, solutions et suspensi aqueuses de divers types, tels que purins, lisiers, ur nes, eaux-vannes, aussi bien d'une manière continue, q semi-continue ou même discontinue, et en ce qu'ils fou nissent d'une part, un résidu solide de ferr.entation très peu aqueux et facilement transportable et pouvant

servir d'engrais, et, d'autre part, un liquide clair sans suspension aucune, pratiquement non polluant, faci¬ lement rejetable dans les égouts et les rivières.

La présente invention a pour objet une installa- tion pour la préparation des gaz combustibles par fer¬ mentation anaérobie, caractérisée en ce qu'elle com¬ porte en combinaison : - au moins une cuve pour le traitement de solides ou de substrats très concentrés (présentant une teneur supérieure à 16 % de matières sè- ches) , ladite-cuve étant munie de cloisons perforées assurant un drainage sensiblement sur toute la hauteur de la cuve, maintenant les ^' solides et laissant circuler les liquides et les gaz ; - au moins une cuve pour le traitement de substrats dilués (dont la teneur en matiè- res sèches est inférieure à 10 %) équipée d'un serpentin de chauffage ; - un dispositif d'introduction de subs¬ trats solides ; - un appareil pour 1 ' introduction de substrats liquides ; - un dispositif de récolte de ré¬ sidu de fermentation provenant de la cuve ou des cuves de fermentation de substrat solide ; - des tubulures de liaison entre les cuves de fermentation de substrat solide et les cuves de fermentation de substrat liquide, lesdites tubulures reliant les cuves de fermentation à des niveaux différents ; - un tube collecteur des gaz produits par fermentation.

Conformément à 1 ' invention, le dispositif d'intro¬ duction de matières solides est pourvu d'un hachoir, d'un tube d'arrivée de jus de recirculation de la cuve de fer¬ mentation du substrat liquide et d'un organe d'entraîne- ment comportant une hélice d'entraînement ou analogue tel que pompe, agitateur, terminé ou non par un organe de répartition.

Suivant une modalité particulièrement avantageuse de ce mode de réalisation, les différents éléments for- mant le dispositif d'introduction des matières solides, sont disposés de façon à former deux joints hydrauli-

ques successifs antérieur et postérieur entre l'atmos phère extérieure et le volume interne de la cuve de fermentation du substrat solide .

Ce dispositif qui hache, fluidise et répartit venablement le substrat solide qui alimente la cuve d fermentation dudit substrat, permet non seulement d'a une composition et une granulométrie homogène et une biomasse qui descend facilement par gravité, mais per met également-d'obtenir un résidu de fermentation homo gène fournissant un engrais facile à utiliser.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'ob de l'invention, la cloison perforée dont est pourvue l cuve de fermentation• du substrat solide, a la forme d' panier présentant la forme de ladite cuve. Ce panier est placé à quelque distance de la pa roi de la cuve, juste pour laisser passer le -liquide et le gaz, les solides étant retenus à l'intérieur.

Suivant un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention, la cloison perforée dont est pourvue la cuve de fermentation du substrat solide, est dispo¬ sée de manière à séparer la cuve en plusieurs zones co tenant le substrat solide et plusieurs zones d'écoule¬ ment des liquides et des gaz.

Conformément à l'invention, le dispositif de récolte du résidu de fermentation provenant de la cuve de fermentation du substrat solide, se compose d'un je de grilles équipées d'un mécanisme d'arrachage du subs¬ trat fermenté facilement manoeuvrable, et d'une trémie d'évacuation pourvue d'un organe d'extraction consti- tuant un joint hydraulique d'isolement du volume inté¬ rieur de la cuve.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'objet de l'invention, le fermenteur d substrat solide est situé au-dessus de la cuve de fer- mentation du substrat liquide et/ou en solution afin permettre l'écoulement par gravité du jus provenant

du fermenteur supérieur vers le fermenteur inférieur.

Conformément à l'invention, le gaz produit dans les fermenteurs est récolté directement par les tubu¬ lures et conduites partant des fermenteurs, tandis qu'une certaine quantité de ce gaz passe, avant d'être récol¬ tée, à travers le joint hydraulique postérieur du dis¬ positif d'alimentation en substrat solide.

Cette -disposition, bien qu'elle contamine légère¬ ment en air -le méthane récolté, permet, par contre, de travailler dans une atmosphère parfaitement anaérobie. La présente invention a également pour objet un procédé de préparation des gaz combustibles, par fer¬ mentation anaérobie, caractérisé en ce que l'on charge à l'abri de l'air un substrat solide dans la cuve de fermentation du substrat solide déjà éventuellement par¬ ticulièrement remplie de substrat préalablement intro¬ duit par la même voie et en cours de fermentation, en ce que l'on hache éventuellement ledit substrat solide à l'aide d'un hachoir présent dans le dispositif d'alimen- tation, l'introduction étant, le cas échéant, facilitée par l'admission, dans le dispositif d'alimentation du jus de fermentation provenant d'une cuve de fermenta¬ tion des substrats liquides, en ce que les couches infé¬ rieures du substrat solide sont évacuées au fur et à me- sure à l'aide d'un dispositif de récolte de résidu de fermentation, la fréquence et les débits d'alimentation et d'évacuation étant coordonnés de manière à ce que le substrat séjourne dans la cuve de fermentation entre en¬ viron un et soixante jours, en ce que le jus liquide s'écoule dans la cuve de fermentation des substrats li¬ quides située généralement au-dessous de la cuve de fer¬ mentation du substrat solide, tandis que le gaz produit est récolté par l'intermédiaire de -tubulures prévues à cet effet et en ce que, d'autre part, le substrat liquide et/ou en solution, est chargé à l'abri de l'air dans une cuve de fermentation du substrat liquide, laquelle

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cuve est munie d'un serpentin pour le chauffage des liquides, de moyens de recirculation du jus vers la cuv de fermentation du substrat solide et de tubulures de récoltes du gaz produit.. Ainsi, chaque fois que l'on introduit une nouvel couche de substrat solide, on peut évacuer une couche d substrat digéré, le rythme et la durée de séjour étant fonction de la qualité du substrat de départ et de la qualité du substrat digéré, c'est-à-dire d'engrais, dési rée.

Le jus de recirculation provenant du digesteur liquide remplit plusieurs fonctions : - en s' écoulant de et à travers le substrat solide contenu dans la cuve à substrat solide qui constitue avec son système de cloi sons perforées, une sorte de percolateur, il se débarras des particules solides en suspension et ainsi on clari¬ fie le jus qu'il est ensuite possible de déverser sans inconvénient ; - d'autre part, étant réchauffé par suite de la présence d'un serpentin de chauffage dans la cuve à substrat liquide, il permet, si on le désire, de réchauffer et maintenir la biomasse présente dans la ou les cuves à substrat solide à la température désirée. La recirculation de ce jus permet encore :

- de contrôler l'acidité du milieu du fermenteur à subs- trat solide ;

- d'ajuster le degré d'humidité de la biomasse ;

- de disposer d'une sorte de "pied de cuve" permanent favorisant un démarrage rapide de la fermentation des matières nouvellement introduites. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre.

La présente invention vise plus particulièrement les procédés et les installations de production du gaz combustible conformes aux dispositions qui précèdent, ainsi que les moyens propres à la mise en oeuvre de ces

procédés et à la réalisation de ces installations, de même que les procédés d'ensemble et les chaînes de fabri¬ cation dans lesquels sont inclus les procédés et les installations conformes à la présente invention. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément-de description qui va suivre, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 3 représentent schématiquement l'ins¬ tallation .qui fait l'objet de la présente invention. II doit être bien entendu, toutefois, que l'ins¬ tallation décrite dans ce qui va suivre et représentée aux dessins, est donnée uniquement à titre d'illustra¬ tion de l'objet de l'invention, mais n'en constitue en aucune manière une limitation. L'installation conforme à la présente invention qui produit du méthane par fermentation anaérobie et est représentée schématiquement à la figure 1 comprend, non limitativement, une cuve cylindrique supérieure 1 au sommet de laquelle est placé l'organe de répartition 11 terminant le dispositif d'alimentation en substrat solide 5 (alimenté par exemple par le tapis roulant 20) . Le dispositif d'alimentation 5 est muni d'un hachoir 7. Ainsi, le substrat solide 3, avant de pénétrer dans la cuve 1, est haché en menus morceaux par le hachoir 7 ' et est arrosé par le jus provenant du fermenteur liquide 2 arrivant par la conduite 8. Le mélange obtenu est entraîné par un organe mobile équipé d'une hélice 24 mue par un moteur 9 tel que vis d'Archi ède, pompe ou analogue. Le panier perforé 4 maintient la biomasse solide 3, tandis que le jus s'écoule par gravité par la tuyauterie 16a, 16b, et que le gaz produit est récolté par l'intermédiaire des tuyauteries 12. Après la fermentation et le séjour plus ou moins long dans la cuve 1, le substrat solide 3 utilisé comme engrais est évacué de l'enceinte 1 par ouverture des grilles manoeu¬ vrables à fonctionnement mécanisé situées en bas de la

cuve 1. L'évacuation peut avoir lieu, par exemple, à l'aide de la trémie munie de la vis d'évacuation 15. La cuve de digestion du substrat liquide 2 se situe pa exemple au-dessous de la cuve 1 et reçoit par gravité le jus en provenance de la cuve 1. Elle est alimentée directement par l'intermédiaire de l'appareil 6 d'ali¬ mentation en substrat .liquide 19 et elle est munie d'u serpentin 13 à circulation d'eau chaude, par exemple, pour un réchauffage éventuel du substrat liquide 19. L jus épuisé (et clair) est envoyé par l'intermédiaire de la conduite 21 (qui peut se brancher sur la conduit 16b, en bas de la cuve 1), dans le réservoir -22.

La figure 2 représente en détail l'organe d'en¬ traînement du dispositif d'alimentation en substrat so lide 5. Le substrat haché et arrosé par le jus en pro¬ venance de la cuve 2 et arrivant par la conduite 8 (pl cée, ici, après le hachoir) est entraîné dans la cuve fermentation 1 à l'aide d'un introducteur 10 dont l'ax 25 est muni à sa partie .basse d'une hélice 24 d'entraî ment des matières. Cet axe tourne, mû par le moteur 9.

L'ensemble constitue un organe d'introduction forcée t que vis d'Archimède, pompe ou analogue. Il peut être muni également, à sa partie inférieure, d'une soucoupe 11 montée de telle sorte que son bord supérieur 27 soi plus haut de quelques .centimètres que le bas du tube d'alimentation 26 qui termine le corps de l'introducte 10 du dispositif d'alimentation. Ce dispositif d'ali¬ mentation est également relié par l'intermédiaire de la conduite 12, au réservoir de stockage du méthane. La figure 3 représente une autre variante d'une cuve de fermentation du substrat solide ; la cuve pré¬ sente la forme d'une enceinte sphérique 18 subdivisée en plusieurs parties à l'aide de cloisons perforées 17. L'ensemble de l'opération pourrait, par exemple se dérouler de la manière suivante : le tapis roulant

20 amène le fumier frais et le déverse dans le dispo¬ sitif d'alimentation 5. Le fumier est alors haché par le hachoir 7 et copieusement arrosé par le jus en pro¬ venance de la -cuve de fermentation du substrat liquide 2 et qui arrive par l'Intermédiaire de la conduite 8. Le jus est porté à 40°C environ au contact du serpentin à eau chaude 13 présent dans la cuve 2. Le hachoir 7 ainsi que la soucoupe de répartition 11 sont munis l'un et l'autre d'un joint d'eau qui constitue les joints hydrau- liques antérieur et postérieur dudit dispositif d'ali¬ mentation 5. De cette manière, il ne peut pas s'établir de communication directe entre l'intérieur de la cuve 1 et l'atmosphère extérieure ; l'important débit de jus chaud s'écoulant par' la conduite 8 contribue à l' intro- duction du fumier frais. Le fumier frais ainsi ensemencé et réchauffé se trouve étalé dans la partie haute de la partie supérieure de la cuve 1 qui joue le rôle d'un per¬ colateur. Grâce à la présence du panier perforé 4, on réalise l'égouttage en continu du substrat solide ainsi que l'échappement du gaz méthane. L'enveloppe extérieure de la cuve 1 est de préférence calorifugée. Grâce aux con¬ duites 16 (16a et 16b), le jus percolé est dirigé vers la cuve de fermentation du substrat liquide 2. Il s'y trouve mélangé, par exemple, à du purin frais introduit par l'appareil d'admission du substrat liquide 6, par l'intermédiaire d'un double siphon 23. Le serpentin de réchauffage 13 maintient la température constante (en¬ viron 40°C) . La pompe à recirculation du jus chaud 28 assure le retour pour l'ensemencement des matières fraî¬ ches introduites dans la cuve 1, ainsi que pour le ré¬ chauffage de la cuve 1. En branchant sur la conduite 16b une tubulure de trop-plein (non représentée sur le des¬ sin) , que l'on raccorde à la conduite 21 d'évacuation du jus épuisé, et en arrêtant la recirculation du jus chaud, la cuve 2 se remplit complètement et le jus épui¬ sé doit emprunter la conduite 21 et se déverser dans la

cuve à jus épuisé 22 ; ce processus assure le transfert automatique du trop-plein de jus circulant vers la cuve 22 à jus-épuisé. A la base de la cuve 1, le fumier épuisé est évacué par un dispositif de récolte constitué d'un jeu de grilles équipées d'un mécanisme d'arrachage 14 et de la vis 15. Les conduites à gaz 12 prélèvent le gaz brut produit par les deux cuves 1 et 2 pour le diriger vers le conditionnement et l'utilisa¬ tion. a marche de l'installation telle que -décrite, peut être entièrement automatique et ne nécessite que la régulation de la température du jus de recirculation dans la cuve 2 et du débit convenable de percolation.

Il résulte de la description qui précède que, qu que soient les modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application adoptés, l'on obtient des procédés et installations qui présentent par rapport aux procédés et aux installations visant au même but, antérieurement connus, des avantages importants, dont ^' certains ont été mentionnés dans ce qui précède, et notamment :

- l'avantage de pouvoir réaliser la fermentation de manière continue, automatique et avec un minimum de dépense énergétique ;

- l'avantage de pouvoir optimiser au maximum le trai- tement des substrats composites par la séparation des substrats concentrés et solides et des substrats dilués ;

- l'avantage d'aboutir à un résidu solide homogène du point de vue granulométrique, formant un engrais de qualité facilement transportable et un effluent liqui clair et non polluant ;

- l'avantage d'une très grande simplicité d'exploitati pouvant être réalisée "sur mesure" en fonction de la quantité et de la qualité des matières premières, sur les lieux d'exploitation.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in¬ vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent .d'être décrits de façon plus explicite dans ce qui précède ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre ni de la portée, de la présente invention.