Effluent Manioc V2 [PDF]

Zitiervorschau

Institut National Houphouët Boigny

Centre d’Excellence Africain en Valorisation de déchets

Cycle : Master en Ingénierie de la valorisation de déchets en produits à haute valeur ajoutée THEME :

VALORISATION DES EFFLUENTS DE MANIOC

Présenté par : DJAHA AMANI Sandrine Noelle HOUNKPATIN GBAGUIDI Peace Marjolaine Setcheton KOUAKOUA BAFOUKA Gemsy KOUASSI KONAN Hermann Henoc TRA BI Emmanuel Désiré Enseignant : Dr. KAKOU Ernest Académique : 2022-2023

INTRODUCTION...........................................................................................................................2 I.

GENERALITES.......................................................................................................................2 1.

Origine du manioc................................................................................................................2

3.

Utilisation.............................................................................................................................4

4.

Méthanisation.......................................................................................................................4

5.

Biodigesteur..........................................................................................................................4

6.

Biogaz...................................................................................................................................5

7.

Effluent.................................................................................................................................5

8.

Digestat.................................................................................................................................5

II.

VALORISATION DES EFFLUENTS DE MANIOC EN BIOGAZ...................................5 1. Principe de la méthanisation....................................................................................................5 2. Bactéries de la méthanisation...................................................................................................7 3 Réactions chimiques.................................................................................................................8 4 Valorisation du digestat............................................................................................................8 3. Dimensionnement du Biodigesteur..........................................................................................8

III.

ANALYSE FINANCIERE.................................................................................................11

CONCLUSION..............................................................................................................................15 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES.......................................................................................16

p. 1

INTRODUCTION L’Afrique a besoin d’avoir davantage accès à des sources d’énergies propres et renouvelables. Sa lourde dépendance envers les carburants fossiles, le bois de chauffe et le charbon de bois limite fortement son potentiel de développement économique et social, et va jusqu’à affecter sa survie. Alors que les besoins en énergie du continent continuent de croître très rapidement sous la pression des facteurs démographiques et de l’urbanisation, ses ressources sont de plus en plus à la traîne. Le monde s’actualise en cherchant des alternatives pour pallier au manque d’énergie que pourrait susciter un jour les énergies fossiles. L’Afrique dans sa dépendance de ceux-ci s’engage au fur et à mesure à passer aux énergies renouvelables pour lutter contre les problèmes liés à l’environnement. Alors que les besoins en énergie du continent continuent de croitre très rapidement sous la pression des facteurs démographiques et de l’urbanisation, ses ressources sont de plus en plus mal utilisées pour palier à la transition vers les énergies renouvelables. Ces énergies viendront palier le souci d’éviter l’épuisement de nos énergies non renouvelable notamment par la production d’énergie tel que le biogaz, etc. I.

GENERALITES 1. Origine du manioc

Le manioc est une plante originaire de l’Amérique latine. Il a été introduit en Côte d’Ivoire par les populations immigrantes AKAN venant du sud du Ghana notamment les Abouré et les Aladjan. Il est la deuxième culture vivrière après l’igname. Sa production dont la plus grande partie se trouve dans la moitié sud du pays couvre environ 80% du territoire national. Le manioc constitue à la fois une culture de subsistance et une culture de rente pour les producteurs. Le manioc est une plante de la zone tropicale humide. Il s’adapte facilement à la plupart des conditions de climat et de sol à l’exception des climats des zones tempérées européennes très froides et des zones désertiques du sahel par exemple. Mais comme pour toutes les plantes cultivées, ses rendements seront très variables selon que les conditions de climat et de sol lui seront favorables ou défavorables.

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2. Composition nutritionnelle Le manioc est composé en grande partie (valeur pour 100 g) de : Tableau 1: Composition nutritionnelle du manioc Désignation

Quantité

Calories

159

Lipides

0,3 g

Acides gras saturés

0,1 g

Acides gras poly-insaturés

0g

Acides gras mono-insaturés

0,1 g

Cholestérol

0 mg

Sodium

14 mg

Potassium

271 mg

Glucides

38 g

Fibres alimentaires

1,8 g

Sucres

1,7 g

Protéines

1,4 g

Vitamine A

13 IU

Calcium

16 mg

Vitamine D

0 IU

Vitamine B12

0 µg

Vitamine C

20,6 mg

p. 3

Fer

0,3 mg

Vitamine B6

0,1 mg

Magnésium

21 mg

Eau

60 mg

3. Utilisation Le manioc contribue à l’alimentation humaine et animale. Il est également utilisé dans les industries (textiles, papier, etc.). Il est très prisé par les populations africaines car c’est une plante dont les feuilles et les racines sont fortement utilisées pour l’alimentation humaine. Les animaux mangent les feuilles, l’écorce des tiges, la peau séchée des racines (épluchures) et la chair séchée (cossette). Dans l’industrie, on obtient à base du manioc, la farine, etc. Les effluents de manioc sont également utilisés pour produire du biogaz. 4. Méthanisation C’est la transformation de la matière organique en biogaz (principalement méthane et gaz carbonique) par une communauté bactérienne fonctionnant en anaérobiose. Les types de déchets qu’on peut méthaniser sont : les effluents liquides et les déchets solides organiques. 5. Biodigesteur Un biodigesteur est un dispositif sous forme de cuve dans lequel est produit du biogaz à partir de la décomposition des déchets, exclusivement des matières organiques. Il s’agit des déchets solides ou liquides d’origine végétale (résidus agricoles, agroalimentaires, etc.), animale (déjection de bovins, volailles, porcs), déchets municipaux (ordures ménagères, excréments humains, etc.) ayant chacun leur pouvoir de production du biogaz. Il comprend en règle générale 4 parties : (1) le bac de chargement, (2) le digesteur avec un système de captage du biogaz, (3) le bassin de récupération du digestat, (4) le réseau de plomberie pour conduire le gaz aux différents points d’utilisation.

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Figure 1: Schéma d'un digesteur 6. Biogaz Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matière organiques. C’est un mélange de combustibles composé de 60 % de méthane, 30 % de dioxyde de carbone (CO2) et de 5 à 10 % d’hydrogène. Il peut être brûlé sur son lieu de production pour obtenir la chaleur et l’électricité, ou purifié pour obtenir du biométhane utilisable comme gaz naturel pour véhicules ou injectable sur le réseau de distribution de gaz naturel. 7. Effluent Le terme « effluent » désigne tout fluide résiduaire traité ou non traité d’origine agricole, industrielle ou urbaine rejeté directement ou indirectement dans l’environnement. 8. Digestat Le digestat est la matière résiduelle humide et riche en matière organique partiellement stabilisée obtenue après une digestion anaérobie. Il est généralement utilisé pour la restauration des sols.

II.

VALORISATION DES EFFLUENTS DE MANIOC EN BIOGAZ

1. Principe de la méthanisation La digestion anaérobie est un processus biologique, complexe, mettant en œuvre quatre (04) étapes que sont : l’hydrolyse, l’acidogénèse, l’acétogenèse et la méthanogenèse.

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L’hydrolyse :

est

une

étape

enzymatique

extracellulaire

dans

laquelle

les

macromolécules sont réduites en monomères de la façon suivante :  Les polysaccharides sont transformés en monosaccharides ;  Les lipides sont transformés en longues chaînes d’acides gras ;  Les protéines sont transformées en acides aminés ;  Les acides nucléiques sont transformés en bases azotées.

L’acidogénèse : Lors de cette étape, les produits de l’hydrolyse sont absorbés par les bactéries fermentaires qui métabolisent les monomères pour produire des acides gras volatils (AVG) (acétate, propionate, butyrate, isobutyrate, valérate et isovalérate), des alcools, du sulfure de dihydrogène (H2S), responsable de l’odeur, caractéristiques des méthaniseurs, du dioxyde de carbone (CO2), et de l’hydrogène (H2). L’acétogenèse : les produits de l’acidogénèse sont convertis en acide acétique. La méthanogenèse : l’acide acétique est transformé en méthane et en gaz carbonique. Une fois méthanisée, la matière résiduelle (digestat) est stockée. Matières organiques insolubles (Biopolymères : Carbohydrates, Protéines, Lipides,.) Hydrolyse

Monosaccharides (Glucose, Fructose…), Acides Gras, Acides Aminés Acidogénèse Acides gras volatils, Alcools, Acides organiques Acetogénèse H2 + CO2

Acétate + eau

Méthanogénèse Biogaz (CH4, CO2, H2S, H2O…)

Figure 2: Les quatres (04) étapes de la méthanisation

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2. Bactéries de la méthanisation Chacune de ces quatre étapes fait intervenir différentes populations microbiennes qui se développent dans des milieux de culture spécifiques. Les micro-organismes de chacune de ces étapes vivent souvent en symbiose dans un environnement proche et forme un genre d’agrégats (floc). Voies métaboliques simplifiées, décrivant le processus de la transformation, font intervenir plusieurs types de microorganismes classés dans trois phases distinctes : Les bactéries hydrolytiques et fermentatives (hydrolyse et acidogénèse) L’étape d’hydrolyse est réalisée par plusieurs groupes d’eubactéries anaérobies strictes et facultatives dont la nature dépend de la composition qualitative et quantitative de l’alimentation. Les principales espèces appartiennent aux genres Clostridium, Bacillus, Ruminococcus, Enterobacteroïdes, Propionibacterium et Butivibrio.

Les bactéries acétogènes (acétogénèse) Au cours de cette étape, l’oxydation des substrats (surtout les acides propionique et butyrique et l’éthanol) est couplée à la formation d’hydrogène, de dioxyde de carbone et d’acétate. Elle représente l’activité de trois groupes de bactéries :  Les

homoacétogènes

des

genres

Clostridium,

Acetobacterium,

Sporomusa,

Acetogenium,  Les syntrophes des genres Syntrophobacter, Syntrophomonas, Syntrophus...  Les sulfato-réductrices des genres Desulfovibrio, Desulfobacter, Desulfotomaculum, Desulfomonas...

Les bactéries méthanogènes (méthanogénèse) Les bactéries actives de cette dernière étape sont réunies dans un groupe qui leur est propre, celui des Archae. Elles possèdent, en effet, des caractéristiques spécifiques par rapports aux eubactéries et aux eucaryotes, notamment en ce qui concerne leurs coenzymes. Les Archae constituent un des trois statuts de règne primaire, avec les eubactéries et les eucaryotes. Deux familles principales de bactéries méthanogènes existent : la première population comprend les méthanogènes hydrogénophiles qui produisent du méthane à partir d’hydrogène. La deuxième

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population comprend les méthanogènes acétoclastes qui produisent le méthane à partir d’acide acétique, de méthanol et de méthylamine.

3 Réactions chimiques Voici les réactions chimiques mises en jeu lors de la dégradation :  De l’éthanol : CH3CH2OH + H2O ↔ CH3COO- + 2H2 + H+  Du propionate : CH3CH2OO- + 2H2O ↔ CH3COO- + 3H2 + CO2  Du butyrate : CH3(CH2)2COO- + 2H2O ↔ 2CH3COO- + 2H2 + H+ Les secondes produisent principalement de l’acétate à partir de l’hydrogène et du dioxyde de carbone comme le montre la réaction chimique suivante. 2HCO3- + 4H2 + H- ↔ CH3COO- + 4H2O

4 Valorisation du digestat Au cours de la digestion anaérobique, approximativement 50% de la matière organique est convertie en méthane et en dioxyde de carbone provoquant ainsi une diminution de la quantité de carbone dans le digestat par rapport au déchet organique utilisé en méthanisation. En parallèle, la teneur en azote du digestat augmente de 20% environ par rapport aux intrants de la méthanisation. Elle permet, en cas de retour au sol du digestat, une meilleure et rapide assimilation de l'azote par les plantes. Par la valorisation agronomique du digestat, on entend leur utilisation agricole en tant que produits amendants ou fertilisants en se basant sur leurs propriétés et compositions chimiques et nutritionnelles et l'intérêt de ces derniers vis-à-vis du sol et des plantes. Malgré une faible connaissance du digestat de méthanisation, une plus large compréhension de leurs propriétés agronomiques et de leurs effets sur le sol et l'environnement commence à se développer. 3. Dimensionnement du Biodigesteur Le biodigesteur est composé d’un bloc de quatre latrines, de deux cuves de fermentation, d’un système d’approvisionnement en excréments animaux et d’un autre de collecte des matières digérées.

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3.1. Etapes de construction du biodigesteur Réalisation de l’hémisphère inférieur L’hémisphère inférieur est creusé selon la forme suivante :

L :

R :

Figure 3: Schéma de l’hemisphère Sur cet hémisphère sont appliqués : -

Une couche de béton (10 cm d’épaisseur), Un enduit de deux couches de mortier (sable fin tamisé et ciment, 1cm d’épaisseur par couche), Deux couches de pâte de ciment (ciment + eau), lissées avec un pinceau pour une étanchéité sur le long terme.

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Réalisation du dôme en briquettes de terre cuite -L’objectif est de réaliser un dôme en briquettes afin de pouvoir couler du béton par-dessus. préparation du support pour le dôme à briquettes -Réalisation du dôme : de l’argile est utilisée comme mortier pour faciliter le retrait des briquettes après séchage du béton, -Réalisation des compartiments supérieurs en brique, -Enduit des briques avec du béton, -Décoffrage des briques à l’intérieur et enduit interne (béton + adjuvant pâteux venant de chine ou utilisé pour étanchéifier le béton)

Figure 4: Dôme biodigester Réalisation de la partie extérieure du biodigesteur -

deux dalles ferraillées sur chaque dôme,

-

deux couvercles pour la réserve de gaz, sur lesquels sont placés les deux tuyaux de sortie de gaz,

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-

-

-

deux bacs à lisier connectés aux entrées du biodigesteur, deux caissons de stockage des matières digérées. Réalisation des quatre latrines Dalles en béton, murs en blocs et toit en tôle, Installation de six pompes à main : quatre pompes servent de chasses d’eau dans les latrines, deux plus grosses et amovibles sont situées à la sortie du réservoir pour la vidange, Connexion des quatre chasses d’eau à l’entrée du biodigesteur.

Deux tests ont été réalisés, un test d’étanchéité à l’eau puis un autre au gaz.

Figure 5: Biodigesteur 3.2. Apport Initial Chaque digesteur a été rempli de 2m 3 d’excréments d’ânes et de vaches qui ont été mélangés avec de l’eau et une poudre (achetée en Chine) pour accélérer le lancement du processus de méthanisation. III.

ANALYSE FINANCIERE

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CATEGORIES

DESIGNATION

Qté

Unité

Prix à l’unité

Fabrication de brique

Briques de 15

15

Paquet

500

7500

Transport des matériaux de construction

...

…

…

100 000

100 000

…

2

Mètre

…

Profondeur du trou à creuser

Maçonnerie et coffrage

Plomberie

Accessoires

TOTAL 1 Gravier camion six roues

1

Sable camion six roues 2 Claire 15 Bars de fer de 10 10 Bars de fer de 8 25 Bars de fer de 6 10 Ciments 4 Rouleau de fil de fer 2 Pointe de 4 5 Pointe de 8 5 Sikalite 40 Tuyau pression de 200 2 Chandelle de 3m 40 Tuyau galvaniser de 25 1 (bar of 6m) Planche nlanche de 30 40 TOTAL 2 ENSEMENCEMENT Colle TANGIT 1 Collier 20 20 Coude galvaniser 20/27 2 Vanne à gaz 10 Coude pression de 25 4 Coude pression de 20 20 T pression de 20 20 Embout de 25 4 Teflon 25 Tuyau pression plus épais 15 de 20 Reducteur 20/16 4 Reducteur 20/27 6 Vanne pression de 20 10 Tuyau plus épais de 25 1 Vanne laiton de 20 1 Raccord bruleur , mano et 20 lampe Cheville à vis de 16mm 1 Foyer a gaz 1 Manomètre de 16kpa 1 Lampe a gaz 2 Filtre du Digesteur 1 TOTAL 3

Total

m3

180 000

150 000 2575 00 180 000

m3 Unité Unité Unité Unité Tonne Rouleau Kg Kg sachet Unité Unité Mètre/unité

60 000 800 3 300 2 300 1 300 68 000 1300 700 700 2 000 30 000 2 000 5 000

120 000 12 000 33 000 575 00 13 000 272 000 1300 3 500 3 500 80 000 60 000 50 000 5 000

Unité

3 500

Boite Unité Unité Unité Unité Unité unité Unité Unité Unité

12 000 100 500 2 000 100 100 100 150 250 1 800

140 000 1057500 200000 12 000 2 000 1000 20 000 400 2 000 2 000 600 6 250 27 000

Unité Unité Unité Unité Unité Unité

100 100 1 100 1 800 2 100 2000

400 600 11 000 1 800 2 100 40 000

Unité Unité Unité Unité Systèmes

2000 50 000 9 000 25 000 50 000

2000 50 000 9000 50 000 50 000 290150

Résumé

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Main d’œuvre

TECHNITIEN IMPREVUS

Maçon ; coffreur ; plombiers ; ferrailleur ;

Forfait

450000

450 000

Forfait Forfait

300000 __ _ _

300000 __

150000 Coût de revient du bio digesteur de 20 m3

150000

150000 2705150

Maintenance pour 3mois

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Partenaires Clés

Activités Clés

Fournisseurs Production de gaz, d’ingrédients : compost, électricité Coopérative de manioc Commerçante des produis dérivés du manioc Fournisseurs d’équipements : Laboratoire LAPISEN ET Ressources clés FABLAB - Laboratoire - Bouses animale Gérants de commerce, - Matériel pour le collectivités locales batiment - Main d’œuvre -

Proposition de Valeur

Relation Client

Vente d’électricité Vente de compost Vente de biogaz

Service après-vente (SAV) Réseaux sociaux Fidélisation de la clientèle

Proximité d’achats de nos produits par la population locale et la possibilité de commander en ligne

Segments Client

Cibles : Entreprises Agroalimentaires, Population, particuliers

Canaux de distribution . Vente en ligne . Sur place . Magasins

Structure de coûts

Flux de revenus

-

Prix fixés avec possibilité de négociation en fonction de la demande

Matières Premières coûteuses Achats de matériels Main d’œuvre Salaire Dépenses liées à la maintenance du restaurant

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CONCLUSION

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES DINEPA, Programme Biogaz Haïti – Stratégie 2010-2012, stratégie élaborée par le Groupe de Travail Technique Biogaz avec le support du Programme des Nations Unies pour l’Environnement, 2010. Rapport de stage HOUNKPATIN Marjolaine

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