Introduction

Parmi les plus grandes aberrations, il n’est pas du tout évident, à priori, d’identifier un scandale énergétique de notre vie quotidienne. C’est celui qui consiste à ne pas méthaniser nos excréments et le papier que l’on jette avec en tirant la chasse d’eau. Si l’on ajoute à ça les déchets alimentaires provenant de la cuisine, nous arrivons à produire une quantité de biogaz (mélange CH4-CO2) qui doit être capable de générer une petite flamme en continu toute l’année. Une petite flamme en continu, cela ne constitue pas une puissance importante, en quoi pourrait-elle être utile ? Pour donner un ordre d’idée, une veilleuse d’un appareil à gaz consomme entre 0,2 et 0,7 m3 de gaz de ville par jour.

Le meilleur candidat à l’utilisation de cette production n’est autre que le réfrigérateur à absorption. Les constructeurs de réfrigérateurs et de congélateurs au GPL (butane ou propane) donnent des consommations respectives de 500g/24h et 850g/24h environ. L’objectif en recontextualisation n’est pas obligatoirement d’atteindre le fonctionnement continu d’un ensemble fosse septique + réfrigérateur, mais d’utiliser tout de même cette technologie pour valoriser les déchets en pondérant à la baisse sur la facture d’électricité, pour les plus paresseux. Le fonctionnement continu s’atteint facilement avec l’adjonction quotidienne de quelques déchets verts. En utilisant seulement une partie de l’année une telle installation, dans tous les cas, nous débrancherions du réseau le réfrigérateur électrique. Le stockage très fiable et « massif » du biogaz est néanmoins nécessaire si vous ne souhaitez pas passer vos week-end à transférer vos victuailles d’un réfrigérateur à l’autre. Nous verrons comment procéder. Un dernier détail qui a son importance est que le méthaniseur doit être réchauffé pour fonctionner de manière optimale. La chaleur rejetée par les réfrigérateurs peut être réutilisée pour réchauffer le méthaniseur. L’énergie perdue sous forme de chaleur est d’autant plus importante pour un réfrigérateur à gaz à absorption que pour un électrique.

Quelques données

1) Données sur la consommation

Le biogaz étant un mélange de dioxyde de carbone et de méthane, il a une densité énergétique moindre que le gaz de ville (méthane pur) ou le G.P.L. (butane ou propane ou mélange des deux). Le volume nécessaire au fonctionnement d’un appareil à biogaz à puissance équivalente est donc plus grand. En ce qui concerne le stockage par compression, nous pouvons dire que nous comprimerions dans des bouteilles une proportion de CO2 tout à fait inutile. Il existe des méthodes pour capter le CO2 et ainsi éviter de le comprimer, comme l’utilisation de filtres à chaux sodée.

Leur utilisation est très couteuse et je laisse aux internautes le soin de calculer la rentabilité désastreuse d’une telle idée, dans le contexte du raffinement du biogaz. Il est finalement moins désavantageux d’assumer la compression du CO2 avec le méthane.

2) Données sur la compression-stockage

Pour cet exemple de calcul théorique nous avons utilisé un hypothétique compresseur de réfrigérateur récupéré ou acheté neuf aux caractéristiques courantes. Avant de faire d’énormes bêtises, je vous invite à consulter l’article qui traite des compresseurs de réfrigérateurs recontextualisés.

Nous constatons que la consommation du compresseur est ridiculement basse par rapport à la quantité d’énergie stockée. Le stockage à basse pression, dans des gazomètres flotteurs est possible mais demande vraiment beaucoup de place. Il peut être pertinent dans un contexte où le stockage du biogaz se fait à court terme, si l’on utilise quotidiennement des appareils de cuisson par exemple.

Partie production

Production : nomenclature explicative

Digesteur 1 : cuve du digesteur principal, réalisée avec un fût en plastique de 300 litres à ouverture totale. Il est placé de telle sorte que le couvercle soit en bas et donc en contact avec le liquide, provoquant, en cas de défaut d’étanchéité, une fuite de liquide visible et inoffensive, au lieu d’une fuite de gaz. La grille empêche des matières solides d’arriver dans le post digesteur et les maintient ainsi suffisamment longtemps pour être digérées dans le digesteur principal.
Post digesteur 2 : identique au premier il augmente le temps passé des effluents dans le système pour poursuivre la digestion. Ceci est préférable notamment à cause de l’absence d’agitateur (mélangeur) dans le système. Généralement dans ce genre de systèmes les remous de l’admission des chasses d’eau suffisent à brasser les cuves.
Vanne Vs1 : cette vanne permet l’isolement des deux digesteurs pour la maintenance.
Vanne Vv1 : vanne de vidange du digesteur principal, en PVC avec une traversée de cloison pour bassin, diamètre 80 minimum. Il doit pouvoir s’y adapter un raccord pour une alimentation en eau courante, permettant la remise en eau du digesteur servant à purger l’air qui s’y était introduit lors du nettoyage de la cuve.
Vanne Vv2 : vanne de vidange du post-digesteur principal, en PVC avec une traversée de cloison pour bassins, diamètre 80 minimum.
Vanne Vp1 : vanne de départ gaz permettant d’isoler le digesteur principal du circuit de traitement lors de la maintenance.
Vanne Vp2 : vanne de départ du gaz de purge vers le circuit de purge.
Vanne Vp3 : vanne d’évacuation de l’eau de purge au moment de la remise en eau. Elle sert aussi de prise d’air lors de la vidange de la cuve.
Vanne Vp4 : vanne de départ gaz permettant d’isoler le post-digesteur du circuit de traitement lors de la maintenance.
Vanne Vp5 : vanne de départ du gaz de purge vers le circuit de purge.
Vanne Vp6 : vanne d’évacuation de l’eau de purge au moment de la remise en eau. Elle sert aussi de prise d’air lors de la vidange de la cuve.
Vannes Vi1, Vi2, Vi3 : vannes d’injection de gaz de purge, type gaz, en laiton.
Clapets Ar1, Ar2, Ar3 : clapets anti retour de bulleurs d’aquariums qui protègent les vannes d’injection Vi 1,2,3 contre la corrosion, le gaz n’étant pas traité à ce stade.
Échangeurs Ec1 et Ec2 : échangeurs thermiques alimentés par la chaleur récupérée sur les réfrigérateurs à gaz ou toute autre source de chaleur selon l’utilisation de l’installation. Il est recommandé d’éviter les métaux en raison de la corrosion. Plusieurs spires de P.E.R. peuvent convenir.
Sondes St1 et St2 : les sondes de température commandent l’alimentation des échangeurs. La température doit être idéalement maintenue aux alentours de 37°C. Il est recommandé d’utiliser un doigt de gant et un passe cloison en acier inoxydable.

Partie traitement

Traitement : nomenclature explicative

Le bac d’immersion : c’est un bac rempli d’eau et qui sert à immerger les vannes et les composants initialement non prévus pour être utilisés avec du gaz, tels que les pots filtrants F1, F2 et F3 ainsi que les vannes P.V.C. pression. Ainsi, en cas de fuites de gaz, celles-ci génèreraient des bulles visibles à l’œil nu. Les fuites ne peuvent se faire qu’à la surface du bac où il est possible, entre autres, de placer un détecteur de gaz.
Les niveaux constants : ce sont des bacs avec des flotteurs de chasse d’eau qui garantissent les niveaux minimaux d’eau dans le limiteur de pression, le gazomètre et le bac d’immersion.
Le filtre F1 : c’est un pot de filtration à cartouche filtrante lavable qui filtre les impuretés grossières en provenance des digesteurs et assure la récupération des condensats.
Le condenseur : il condense la vapeur d’eau contenue dans le gaz.
Vanne Vg1 : vanne type gaz, en laiton, cadenassable en position ouverte permettant la condamnation du limiteur de pression pour les opérations de maintenance.
Vanne Vg2 : vanne type gaz, en laiton, qui permet d’isoler le neutraliseur pour sa maintenance.
Le neutraliseur : c’est un barboteur où le gaz en provenance des digesteurs bulle dans une solution de soude afin d’éliminer le sulfure d’hydrogène.
Le diffuseur de soude F4 : c’est un pot de filtration contenant des cristaux de soude et servant à recharger le neutraliseur.
Vanne Vn1 : vanne type P.V.C. pression. Attention, il ne faut pas utiliser de métaux, car le neutraliseur contient une solution de soude. Cette vanne permet la vidange et le rinçage du neutraliseur.
Vanne Vn2 : vanne P.V.C. pression ou électrovanne, permettant l’injection d’eau de rinçage dans le neutraliseur.
Vanne Vn3 : vanne d’alimentation du diffuseur de soude F4 permettant sa purge ou le rechargement du neutraliseur.
Vanne Vn4 : vanne de sortie du diffuseur de soude permettant le rechargement du neutraliseur.
Vanne Vg3 : vanne de type gaz, en laiton, permettant l’isolement du décanteur F3 pour sa maintenance.
Le gazomètre : Le gazomètre est un tuyau immergé muni d’une masse de lestage calculée de telle sorte à respecter la hauteur de gaz nominale dans les digesteurs. Il s’élève au fur et à mesure qu’il accumule le biogaz.
Le détecteur haut et le détecteur bas : ils commandent respectivement la mise en marche et l’arrêt du compresseur.
Vannes Vg4,5,6 : vannes permettant de bypasser le gazomètre flotteur lors des purges et de la maintenance.
Déshumidificateur F2 : c’est un filtre contenant des cristaux d’hydroxyde de silice (couramment appelé gel de silice) et qui permet de déshumidifier le gaz.
Vannes Ve1,2,3,4 : vannes de vidange des différents décanteurs et bacs d’immersion.
Vannes Vg7 : vanne de type gaz qui permet l’évacuation du gaz de purge.
Vannes Vg8 : vanne de type gaz qui isole la partie traitement de la partie stockage.

Partie stockage

Le compresseur : le compresseur est chargé de comprimer le gaz dans la réserve. Il est fortement recommandé d’utiliser un compresseur spécifique très étanche ne permettant pas la fuite accidentelle d’air dans le refoulement. Si de l’air venait à être comprimé dans le même réservoir que le gaz alors il y aurait un risque colossal pour que le réservoir se transforme en une véritable bombe. C’est pourquoi, si vous souhaitez recontextualiser un compresseur il faudra absolument veiller à ce qu’aucune contamination par de l’air soit possible. Pour ce faire, vous pouvez l’immerger totalement dans l’huile, et dans ce cas, il est recommandé d’ajouter un décanteur translucide à sa sortie pour visualiser une éventuelle fuite à l’admission. Des bulles de gaz dans l’huile d’immersion témoignent d’une fuite de gaz vers l’extérieur. Vous pouvez vous reporter à l’article sur le « compresseur de réfrigérateur recontextualisé » qui conviendrait à cette application.
Vanne Vg9 : vanne d’isolement du compresseur de la partie stockage pour la maintenance.
Clapet Ar4 : clapet anti-retour qui redonde avec le clapet interne du compresseur et la vanne Vg9.
Le pressostat : il commande l’arrêt du compresseur, de manière prioritaire à celui de la partie traitement, lorsque la pression maximale de stockage est atteinte. Dans ce cas, en négligeant les variations saisonnières de température, on considère que la capacité maximale est atteinte. Il faudra, à partir de ce moment, se débarrasser du gaz produit en amont du compresseur, il est possible d’envisager un double seuil de pression avec un autre pressostat à une valeur inférieure correspondant au stockage maximum. Un tel système permettrait de créer une réserve de surproduction qui serait alors utilisée pour supplanter une autre énergie dans la maison. Par exemple, lorsque la surproduction est atteinte, un message parvient à l’utilisateur pour l’informer qu’il peut utiliser le gaz pour la cuisson jusqu’à ce que la surproduction soit éliminée. Dans ce cas, nous considérons la production principale comme étant dédiée prioritairement au fonctionnement des réfrigérateurs.
Le limiteur de pression : c’est une sécurité supplémentaire qui protège la réserve en cas de défaillance du système de la chaine de compression. C’est un élément de sécurité incontournable sur les cuves sous pression.
Le tube décanteur : il permet de visualiser le niveau de condensats présents dans la réserve (eau, huile).
Vanne Ve5 : vanne type hydraulique permettant la purge des condensats.
Le détecteur de niveau haut : il prévient l’utilisateur que la purge est nécessaire. Elle peut aussi s’automatiser moyennant l’ajout en série d’une électrovanne, dans ce cas, il peut être nécessaire d’ajouter également un détecteur de niveau bas afin de ne pas créer de fuite de gaz. Il est recommandé de ne pas supprimer la vanne manuelle Ve5.

Calculs des hauteurs et pressions

La hauteur Hgmax est la hauteur nominale qui sépare le niveau de digestat dans les cuves du niveau d’eaux usées et de digestat respectivement à l’entrée et à la sortie du dispositif. C’est la hauteur que nous devons maintenir dans les conditions normales d’utilisation. Nous ferons l’approximation que le digestat en sortie du post digesteur, les eaux usées qui entrent dans le digesteur principal et la solution de soude du neutraliseur ont la même densité que l’eau. Nous imposerons la valeur de H_gmax à 0,3 m et H_n à 0,08 m.

En ce qui concerne la limitation de pression, il suffit d’avoir la hauteur H_glim égale à H_lim. En effet, il n’y a pas d’obstacle particulier dans la conduite entre le limiteur de pression et le digesteur. Le biogaz étant un fluide non pesant, il n’y a pas de contre-indication particulière à ce que le niveau de débordement du limiteur de pression soit amené à la hauteur de l’évacuation du digestat. Son évacuation hydraulique n’est qu’une précaution supplémentaire car si le condenseur fonctionne correctement, le niveau ne devrait pas augmenter. Il faut néanmoins ajouter un évent au limiteur de pression pour évacuer le gaz à l’extérieur du bâtiment.

Conclusion

Une telle production d’énergie en petite quantité montre tout son intérêt avec l’utilisation des réfrigérateurs. Le type de consommation d’un réfrigérateur à gaz est en adéquation avec la production constante de faible puissance d’un petit digesteur. Nous n’avons pas hésité à proposer une conception intégrant les « technologies modernes » en proposant un véritable traitement du gaz (une compression >60 bars reste possible pour séparer le CO2). Le fait de mener à bien une telle conception permet de démontrer la faisabilité de la recontextualisation, en évoquant presque toujours le type de matériel employé.

Le modèle proposé diffère des dispositifs plus rudimentaires auto-construits, en augmentant la qualité d’utilisation et de résultat, mais sans changement d’échelle.