Installation de biogaz pour une maison individuelle : recommandations pour l'aménagement d'un système fait maison

Un propriétaire économe rêve de ressources énergétiques bon marché, d'une élimination efficace des déchets et de la production d'engrais. Une installation de biogaz domestique à réaliser soi-même est un moyen peu coûteux de transformer ce rêve en réalité.

Le montage autonome d'un tel équipement coûtera une somme raisonnable, et le gaz produit sera d'une grande aide dans le ménage : il peut être utilisé pour la cuisine, le chauffage de la maison et d'autres besoins.

Essayons de comprendre le fonctionnement spécifique de cet équipement, ses avantages et ses inconvénients. Et également s'il est possible de construire soi-même une installation de biogaz et si elle sera efficace.

Spécificités de la production de biogaz

Le biogaz est produit par la fermentation d'un substrat biologique. Il est décomposé par des bactéries hydrolytiques, acidogènes et méthanogènes. Le mélange de gaz produit par ces bactéries est combustible car il contient un pourcentage élevé de méthane.

Par ses propriétés, il ne diffère pratiquement pas du gaz naturel utilisé pour les besoins industriels et domestiques.

Si vous le souhaitez, chaque propriétaire peut acheter une installation de biogaz de fabrication industrielle, mais c'est cher et les investissements s'amortissent en 7 à 10 ans. Il est donc judicieux de faire des efforts et de construire un bioréacteur de vos propres mains

Le biogaz est un combustible écologique, et la technologie de sa production n'a pas d'impact particulier sur l'environnement. De plus, comme matière première pour le biogaz, on utilise des déchets organiques qui doivent être éliminés.

Ils sont placés dans un bioréacteur où se produit la transformation :

• pendant un certain temps, la biomasse est soumise à l'action de bactéries. La durée de fermentation dépend du volume de la matière première ;
• sous l'action des bactéries anaérobies, un mélange gazeux combustible est produit, composé de méthane (60 %), de dioxyde de carbone (35 %) et d'autres gaz (5 %). De plus, lors de la fermentation, du sulfure d'hydrogène potentiellement dangereux est libéré en petites quantités. Il est toxique, il est donc extrêmement déconseillé que des personnes y soient exposées ;
• le mélange gazeux provenant du bioréacteur est purifié et acheminé vers un gazomètre où il est stocké jusqu'à son utilisation prévue ;
• le gaz du gazomètre peut être utilisé exactement de la même manière que le gaz naturel. Il est acheminé vers les appareils ménagers : cuisinières à gaz, chaudières de chauffage, etc. ;
• la biomasse décomposée doit être régulièrement retirée du fermenteur. Cela représente un travail supplémentaire, mais les efforts sont récompensés. Après la fermentation, la matière première se transforme en un engrais de haute qualité qui est utilisé dans les champs et les potagers.

Une installation de biogaz n'est avantageuse pour le propriétaire d'une maison individuelle que s'il a un accès permanent aux déchets des élevages. En moyenne, à partir d'1 m³ de substrat, on peut obtenir 70 à 80 m³ de biogaz, mais la production de gaz est irrégulière et dépend de nombreux facteurs, notamment la température de la biomasse. Cela complique les calculs.

Les installations de biogaz sont idéales pour les exploitations agricoles. Les déjections animales peuvent fournir suffisamment de gaz pour chauffer entièrement les habitations et les bâtiments agricoles

Pour que le processus de production de gaz soit stable et continu, il est préférable de construire plusieurs installations de biogaz et de charger le substrat dans les fermenteurs à des moments différents. Ces installations fonctionnent en parallèle, et la matière première y est chargée séquentiellement.

Cela garantit une production constante de gaz, ce qui permet d'assurer son alimentation continue vers les appareils ménagers.

Idéalement, le bioréacteur devrait être chauffé. Chaque augmentation de 10 degrés Celsius double la production de gaz. Bien que l'installation d'un système de chauffage nécessite un investissement, cela est compensé par une plus grande efficacité de la structure.

Un équipement de biogaz artisanal, assemblé à partir de matériaux de récupération, coûte beaucoup moins cher que les installations de production industrielle. Son efficacité est inférieure, mais elle correspond bien aux fonds investis. Si vous avez accès au fumier et la volonté de consacrer vos propres efforts au montage et à l’entretien de la structure, c’est très avantageux.

Avantages et inconvénients du système

Les installations de biogaz présentent de nombreux avantages, mais aussi pas mal d'inconvénients. C'est pourquoi, avant de commencer la conception et la construction, il convient de tout peser :

• Valorisation des déchets. Grâce à une installation de biogaz, il est possible de tirer le meilleur parti des déchets dont il aurait fallu de toute façon se débarrasser. Cette valorisation est moins dangereuse pour l'environnement que l'enfouissement des déchets.
• Renouvelabilité de la matière première. La biomasse n'est ni du charbon ni du gaz naturel, dont l'extraction épuise les réserves. Dans le cadre de l'agriculture, la matière première est constamment disponible.
• Quantité relativement faible de CO2. Lors de la production de gaz, l'environnement n'est pas pollué, mais lors de son utilisation, une petite quantité de dioxyde de carbone est libérée dans l'atmosphère. Cette quantité n'est pas dangereuse et ne peut pas modifier de manière critique l'écologie, car elle est absorbée par les plantes pendant leur croissance.
• Émission modérée de soufre. Lors de la combustion du biogaz, une petite quantité de soufre est rejetée dans l'atmosphère. C'est un phénomène négatif, mais son ampleur se révèle par comparaison : lors de la combustion du gaz naturel, la pollution de l'environnement par les oxydes de soufre est bien plus importante.
• Fonctionnement stable. La production de biogaz est plus stable que le fonctionnement des panneaux solaires ou des éoliennes. Si l’énergie solaire et éolienne ne peut pas être contrôlée, les installations de biogaz dépendent de l’activité humaine.
• Possibilité d'utiliser plusieurs installations. Le gaz comporte toujours des risques. Pour réduire les dommages potentiels en cas d'accident, il est possible de répartir plusieurs installations de biogaz sur le site. Si vous concevez et assemblez correctement un système composé de plusieurs fermenteurs, il fonctionnera de manière plus stable qu'un seul gros bioréacteur.
• Avantages pour l'agriculture. Certaines espèces de plantes sont cultivées pour produire de la biomasse. Il est possible de choisir celles qui améliorent l'état du sol. Par exemple, le sorgho réduit l'érosion des sols et en améliore la qualité.

Le biogaz a aussi des inconvénients. Bien qu'il s'agisse d'un combustible relativement propre, il pollue tout de même l'atmosphère. Des problèmes d'approvisionnement en biomasse végétale peuvent également survenir.

Les propriétaires irresponsables d'installations la récoltent souvent d'une manière qui épuise les sols et perturbe l'équilibre écologique.

Calcul de la rentabilité de l'installation

En tant que matière première pour la production de biogaz, on utilise généralement du fumier de vache. Une vache adulte peut en fournir assez pour produire 1,5 m³ de combustible ; un porc – 0,2 m³ ; une poule ou un lapin (selon le poids corporel) – 0,01-0,02 m³. Pour comprendre si c'est beaucoup ou peu, on peut comparer avec des ressources plus courantes.

1 m³ de biogaz fournit la même quantité d'énergie thermique que :

• bois de chauffage – 3,5 kg ;
• charbon – 1-2 kg ;
• électricité – 9-10 kWh.

Si l'on connaît le poids approximatif des déchets agricoles qui seront disponibles dans les années à venir et la quantité d'énergie nécessaire, on peut calculer la rentabilité d'une installation de biogaz.

L'un des principaux inconvénients de la production de biogaz est l'odeur. La possibilité d'utiliser de petits tas de compost est un grand avantage, mais il faudra supporter les désagréments et contrôler soigneusement le processus pour éviter la propagation de micro-organismes pathogènes.

Pour le chargement du bioréacteur, on prépare un substrat comprenant plusieurs composants dans les proportions suivantes :

• fumier (de préférence bovin ou porcin) – 1,5 t ;
• déchets organiques (il peut s'agir de feuilles pourries ou d'autres composants d'origine végétale) – 3,5 t ;
• eau chauffée à 35 degrés (la quantité d'eau chaude est calculée de manière à ce que sa masse représente 65 à 75 % de la quantité totale de matières organiques).

Le calcul du substrat a été fait pour une seule charge de six mois, en partant d’une consommation modérée de gaz. Environ 10 à 15 jours plus tard, le processus de fermentation donnera les premiers résultats : du gaz apparaîtra en petites quantités et commencera à remplir le réservoir. Après 30 jours, on peut s’attendre à une production complète de carburant.

L’équipement pour la production de biogaz n’est pas encore très répandu dans notre pays. Cela est en grande partie dû à la mauvaise information des gens sur les avantages et les particularités du fonctionnement des systèmes de biogaz. En Chine et en Inde, de nombreuses petites exploitations agricoles sont équipées d’installations artisanales pour obtenir un carburant propre supplémentaire.

Si l’installation fonctionne correctement, le volume de biogaz augmentera progressivement jusqu’à ce que le substrat se décompose. Les performances de la structure dépendent directement de la vitesse de fermentation de la biomasse, qui est elle-même liée à la température et à l’humidité du substrat.

Instructions pour la construction autonome

Si vous n’avez pas d’expérience dans l’assemblage de systèmes complexes, il est judicieux de choisir en ligne ou de développer le schéma le plus simple d’une installation de biogaz pour une maison individuelle.

Plus la construction est simple, plus elle est fiable et durable. Plus tard, lorsque vous aurez acquis des compétences en construction et en manipulation du système, vous pourrez modifier l’équipement ou monter une installation supplémentaire.

Dans les constructions coûteuses de production industrielle, des systèmes de mélange de la biomasse, de chauffage automatique, d’épuration du gaz, etc. sont prévus. L’équipement domestique n’est pas aussi complexe. Il est préférable d’assembler une installation simple, puis d’ajouter les éléments qui deviendront nécessaires.

Lors du calcul du volume du fermenteur, il convient de viser 5 m³. Une telle installation permet d’obtenir la quantité de gaz nécessaire pour chauffer une maison individuelle d’une superficie de 50 m², si une chaudière à gaz ou un poêle est utilisé comme source de chaleur.

C’est une valeur moyenne, car le pouvoir calorifique du biogaz ne dépasse généralement pas 6000 kcal/m³.

Pour que le processus de fermentation se déroule plus ou moins stablement, il faut obtenir un régime de température correct. Pour cela, le bioréacteur est installé dans une fosse dans le sol ou une isolation thermique fiable est prévue à l’avance. Un chauffage constant du substrat peut être assuré si l’on amène un tuyau de chauffage à eau sous la base du fermenteur.

La construction d’une installation de biogaz peut être divisée en plusieurs étapes.

Étape 1 – préparation de la fosse pour le bioréacteur

Pratiquement toute l’installation de biogaz se trouve sous terre, donc beaucoup dépend de la façon dont la fosse a été creusée et aménagée. Il existe plusieurs options pour renforcer les parois et étanchéifier la fosse – plastique, béton, anneaux polymères.

La solution optimale est l'achat d'anneaux polymères prêts à l'emploi avec un fond plein. Ils coûteront plus cher que les matériaux de fortune, mais aucune étanchéité supplémentaire ne sera nécessaire. Les polymères sont sensibles aux contraintes mécaniques, mais ils résistent à l'humidité et aux substances chimiquement agressives. Ils ne peuvent pas être réparés, mais ils peuvent facilement être remplacés si nécessaire.

L'intensité de la fermentation du substrat et la production de gaz dépendent de la préparation des parois et du fond du bioréacteur. C'est pourquoi la fosse est soigneusement renforcée, isolée et étanchéifiée. C'est l'étape la plus complexe et la plus exigeante en main-d'œuvre.

Étape 2 – aménagement du drainage du gaz

L’achat et l’installation de mélangeurs spéciaux pour les installations de biogaz sont coûteux. On peut réduire le coût du système en mettant en place un drainage de gaz. Celui-ci consiste en des tuyaux d’égout en polymère installés verticalement, dans lesquels de nombreux trous sont percés.

Lors du calcul de la longueur des tuyaux de drainage, il faut se baser sur la profondeur de remplissage prévue du bioréacteur. Les parties supérieures des tuyaux doivent être au-dessus de ce niveau.

Pour le drainage du gaz, on peut choisir des tuyaux métalliques ou en polymère. Les premiers sont plus solides, les seconds plus résistants aux agressions chimiques. Il est préférable d'opter pour les polymères, car le métal rouillera et pourrira rapidement.

On peut charger directement le substrat dans le bioréacteur prêt. On le recouvre d'un film pour que le gaz libéré pendant la fermentation soit sous une légère pression. Lorsque le dôme sera prêt, cela assurera un débit normal de biométhane dans le tuyau d'évacuation.

Étape 3 – installation du dôme et des tuyaux

La dernière étape du montage de l’installation de biogaz la plus simple est la mise en place de la partie supérieure en forme de dôme. Au point le plus haut du dôme, on installe un tuyau d’évacuation du gaz et on le raccorde au gazomètre, indispensable.

Le réservoir du bioréacteur est fermé par un couvercle étanche. Pour empêcher le mélange du biométhane avec l'air, on installe un siphon hydraulique. Il sert également à purifier le gaz. Il faut prévoir une vanne de décharge qui se déclenchera si la pression dans le fermenteur est trop élevée.

Pour plus de détails sur la façon de produire du biogaz à partir de fumier, lisez cet article.

L'espace libre du bioréacteur sert dans une certaine mesure de stockage de gaz, mais cela ne suffit pas pour un fonctionnement sûr de l'installation. Le gaz doit être consommé en permanence, sinon une explosion due à une pression excessive sous le dôme est possible.

Méthodes de chauffage du bioréacteur

Les micro-organismes qui décomposent le substrat sont toujours présents dans la biomasse, mais leur multiplication intensive nécessite une température de 38 degrés et plus.

Pour le chauffage pendant la période froide, vous pouvez utiliser un serpentin raccordé au système de chauffage de la maison, ou des radiateurs électriques. La première méthode est plus économique, c'est pourquoi elle est la plus souvent utilisée.

Il n'est pas obligatoire d'enterrer l'installation de biogaz dans le sol ; il existe d'autres options d'aménagement. Un exemple de fonctionnement d'un système assemblé à partir de fûts est présenté dans la vidéo ci-dessous.

Le plus simple est d'installer un chauffage par le bas en faisant passer un tuyau depuis le système de chauffage, mais l'efficacité de cet échangeur thermique est relativement faible. Il est préférable de mettre en place un chauffage externe, idéalement à la vapeur, afin que la biomasse ne surchauffe pas.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Bien que l'assemblage et l'aménagement d'un équipement de biogaz ne soient pas compliqués, il faut être extrêmement attentif aux détails. Les erreurs sont inacceptables, car elles peuvent provoquer des explosions et des destructions. Nous vous proposons des vidéos tutorielles qui vous aideront à comprendre la structure des installations, à les assembler correctement et à les compléter avec des accessoires utiles pour une utilisation plus pratique du biogaz.

Dans la vidéo, on explique comment l'installation standard de biogaz est conçue et fonctionne :

Exemple d'installation de biogaz artisanale. Leçon vidéo sur l'aménagement d'un système fait maison :

Tutoriel vidéo pour l'assemblage d'une installation de biogaz à partir d'un fût :

Description du processus de fabrication de mélangeurs pour le substrat :

Description détaillée du fonctionnement d'un réservoir de gaz artisanal :

Quelle que soit la simplicité de l'installation de biogaz choisie pour une maison individuelle, il ne faut pas lésiner sur elle. Si vous en avez la possibilité, il est préférable d'acheter un bioréacteur démontable de fabrication industrielle.

Sinon, fabriquez-la à partir de matériaux de qualité et durables : polymères, béton ou acier inoxydable. Cela permettra de créer un système d'approvisionnement en gaz vraiment fiable et sûr pour la maison.

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