FR3067719A1 - Procede et dispositif de production de biomethane en reacteur compartimente en voie visqueuse - Google Patents

Abstract

Procédé de brassage sectorisé de substrats visqueux méthanisés et d'enrichissement du biogaz recirculé en biométhane par la réduction du dioxyde de carbone réduit par de l'hydrogène endo et exogène Le dispositif de méthanisation de substrats organiques fermentescibles visqueux et d'enrichissement en dihydrogène et en méthane est composé de plusieurs compartiments à ciels de gaz fermés. La régulation du pH à 5,5 du premier compartiment d'hydrolyse et d'acidogénèse en température hyperthermophile favorise la production de CO2 et d'H2. Le biogaz produit dans les premiers compartiments et enrichi en H2 est recirculé dans le dernier compartiment maintenu à une pression partielle régulant la solubilité du CO2 et le pH en dessous de 7,3. Le CO2 est réduit par l'hydrogène réintroduit dans le dernier compartiment à travers des rampes microporeuse intégrées au plancher. En variante on produit et recircule des jus acides pour réguler le pH, notamment du 1 ° compartiment. Le brassage ponctuel du substrat est assuré par du biogaz comprimé détendu dans les secteurs d'agitation de chaque compartiment à une pression, dépendant de la viscosité mesurée, à travers des injecteurs situés sous des plaques de dérivation intégrés au plancher. La régulation du pH est également assurée par la régulation du transfert du substrat de part et d'autre des parois de chaque compartiment par l'aspiration du substrat par le flux de gaz sous pression à proximité de la paroi. L'introduction de dihydrogène exogène par les rampes microporeuses du dernier compartiment permet de produire un biométhane à au moins 95% de CH4.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PRODUCTION DE BIOMETHANE EN REACTEUR COMPARTIMENTE EN VOIE VISQUEUSE

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION.

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de méthanisation multicompartimenté, en voie visqueuse, de substrats organiques fermentescibles pour la production de biométhane par la recirculation du biogaz enrichi en dihydrogène produit dans les premiers compartiments de fermentation maintenus en température hyperthermophile et thermophile dans les derniers compartiments à ciels de gaz maintenus à des différentes pressions pour réguler le pH et la solubilité des gaz. Le dispositif de brassage ponctuel par du biogaz comprimé détendu à une pression dépendant de la viscosité du substrat en fermentation dans des injecteurs sous des plaques de dérivation intégrés au plancher permet de garder homogène le substrat visqueux.

Un apport exogène de dihydrogène augmente le taux de méthane du biométhane et permet sa réinjection dans le réseau de gaz naturel.

ETAT DE LA TECHNIQUE

La méthanisation est un processus microbien complexe. Il implique de nombreux groupes microbiens qui prennent chacun leur part dans le processus de décomposition.

Les principales étapes du processus sont l’hydrolyse, l'activité fermentaire, l'acétogénèse et la méthanogènèse.

L'hydrolyse est un processus extracellulaire dans lequel des substances organiques faites de molécules complexes (polysaccharides, cellulose, lipides, protéines.) sont décomposées en composés simples solubles (acides aminés, sucres simples, acides gras, etc.)

La voie fermentaire ou acidogénèse métabolise les substrats en des produits de fermentation différents. Les niveaux de concentrations de dihydrogène dissous associés au pH et à la température orientent la voie métabolique dominante, le type d'acides gras volatils, le lactate, l’éthanol etc.

La voie acétogéne transforme les métabolites issus de la phase acidogéne par les bactéries acétogéne. A bas pH on favorise la production d'acétate et de butyrate et de dihydrogène, ainsi que la production d'éthanol.

L'hydrogène doit être évacué ou consommé par des bactéries homoacétogène pour produire de l’acétate ou par des bactéries hydrogénophile réduisant le dioxyde de carbone par le dihydrogène ou dégazé dans le ciel de gaz.

L’étape d’acétogénèse est réalisée par deux familles de bactéries :

- Les bactéries acétogènes productrices obligées d'hydrogène capable de produire de l'acétate et de l'hydrogène à partir des métabolites issus de l'acidogénèse. Selon le type d'acide, la température et la pression partielle d'hydrogène, les temps de multiplications de ces bactéries sont plus ou moins longs.

- Les bactéries homoacétogènes ou bactéries acétogènes non syntrophes.

Le métabolisme de ces bactéries est majoritairement orienté vers la production d'acétate. -5 Elles peuvent agir comme partenaires des hydrogénotrophes. Un premier groupe produirait de l'acétate, du butyrate à partir de composés simples. Le second groupe utilise l’hydrogène et le dioxyde de carbone pour produire de l'acétate.

La méthanogénèse consiste à transformer l'acétate, l'hydrogène et le dioxyde de carbone en méthane. Ils existent deux voies principales faisant appel à des méthanogènes strictes ou archées méthanogènes :

- Les méthanogènes acétoclastes : acétate + H2 -* CO2 + CH4.

- Les méthanogènes hydrogénophiles : CO2 + 4 H2 -» H20+ CH4.

Au regard de ces deux voies, on voit tout l’intérêt d’orienter le processus de fermentation vers la voie hydrogénotrophes qui produit directement du méthane sans dioxyde de carbone.

Lors de l’étape d’hydrolyse et d’acidogénèse, un pH acide est recherché dans la mesure où il favorise la production de dihydrogène et limite l’augmentation du pH de l’étape suivante de l’acétogénèse. Dans les compartiments réservés à la méthanogénèse un pH trop basique, à partir de 7,5 ralentit la cinétique de dégradation et la vitesse de croissance des bactéries. Un pH basique favorise également la production d’ammoniac, gaz inhibiteur de l’activité des méthanogènes.

Le cheminement de la matière en fermentation en mode piston ou semi-piston jusqu’à son extraction du fermenteur permet de respecter les étapes de la méthanisation et de tendre vers un fonctionnement plus optimisé de chaque étape de la méthanisation.

Dans un système de méthanisation composé de plusieurs phases, notamment d’une 25 phase réservée à l’hydrolyse et à l’acidogénèse en température hyperthermophile et plusieurs phases réservées à l’acétogénèse et à la méthanogénèse, en température thermophile, la cinétique de dégradation sur l’ensemble des phases est fortement améliorée. Cependant le gaz produit au cours de la phase d’hydrolyse et d’acidogénèse contient essentiellement du dioxyde de carbone avec un taux de méthane faible. Ceci pénalise la qualité du biogaz produit sur l’ensemble des phases avec un taux de méthane de l’ordre de 50 à 55% seulement. Ce taux variant selon la nature du substrat.

L’augmentation du temps de séjour hydraulique a tendance à augmenter le pH et à majorer le taux de CH4 du biogaz. Ceci s’accompagne d’une diminution de la cinétique de dégradation du substrat et la production de gaz inhibiteurs tels que l’ammoniac.

On parle de méthanisation en voie liquide ou en voie sèche. La voie liquide est caractérisée par le caractère facilement pompable des substrats.

Le brassage est soit mécanique ou par la force du gaz injecté grâce à un surpresseur de gaz. Les cuves de fermentation sont ainsi infiniment mélangées. Les temps de séjours de la matière sont alors aléatoires. Les effluents liquides résiduels en fin de fermentation sont importants. La dilution des déchets pour fonctionner à des valeurs de moins de 8% de matière sèche, par exemple, engendre des séparations de phase entre les fibres et le liquide. Ce manque de matière sèche nécessite un brassage quasi continu pour éviter la séparation de phase. C’est aussi un facteur limitant de la fermentation par manque de support pour les bactéries.

Le terme de « voie sèche », couramment utilisé, est à notre sens, inapproprié car la matière même très épaisse avec un taux de matière sèche élevé comporte une partie humide, présente dans les cellules de la matière à fermenter. L’eau liée est rapidement libérée par l'activité enzymatique et l'élévation de la température du milieu. Cette partie liquide, extérieure à la structure solide du substrat, est nécessaire aux échanges de métabolites qui se dissolvent dans le liquide pour être accessible aux bactéries.

Avant l'entrer dans le fermenteur la matière se présente sous une forme solide qui ne s'écoule pas, seul un jus liquide peut éventuellement s'extraire de la masse et couler. On a à faire à un fluide non newtonien élastique et visqueux proche du seuil de cisaillement que l'on peut caractériser comme un fluide à seuil.

Lorsque le substrat est trop solide - par exemple plus de 20% de matière sèche pour un fumier ou plus de 25% de matière sèche pour la partie fermentescible des déchets ménagers, il convient de le diluer légèrement avec un effluent liquide, de l'eau ou un liquide provenant du traitement aval du digestat. Ce liquide est recueilli par pressage, ou par évaporation avec production de distillât liquide ou autres procédés de séparation de la phase solide de la phase liquide.

L’agitation d’un substrat épais est nécessaire à l’écoulements du substrat. Elle permet d'éviter la séparation de phase.

Mais la méthanisation en voie sèche ou voie visqueuse se heurte aux difficultés de mélanger une matière proche des seuils de non écoulement. Cela demande une puissance de brassage trop importante pour mélanger une matière visqueuse sur l’ensemble de l’enceinte de fermentation. C’est ce qui justifie de subdiviser le fermenteur en secteur d’agitation pour pouvoir appliquer une puissance d’agitation inférieure à chaque secteur du fermenteur.

On constate, dans l’art antérieur, les limites du brassage d'une matière épaisse et des écoulements de celle-ci, avec une incidence forte sur les processus de fermentation. On connaît soit des procédés d'agitation mécanique de la matière avec des pâles mobiles, des vis sans fin, des cylindres mobiles ou des procédés qui utilisent le biogaz comprimé pour brasser la matière.

Le brassage au gaz présente des avantages qui sont de pouvoir injecter du gaz sous pression dans différents secteurs d’une enceinte de fermentation subdivisée en autant de secteurs qu’il le faut afin de brasser et homogénéiser des volumes de matière importants.

Cependant l’homogénéisation par l’injection de gaz comprimé détendu successivement dans chaque secteur présente des limites.

L'agitation par du gaz doit être suffisamment puissante pour brasser une matière épaisse dans un volume et un secteur déterminé. La principale difficulté est d'agiter une matière épaisse de bas en haut sur la hauteur du substrat de remplissage et sur un large secteur de matière. En effet la particularité d'un flux gazeux, partant forcément d'un point bas, est de s'élargir dans son ascension et de laisser par conséquent la partie la plus basse de la matière à brasser en dehors du mouvement d'agitation.

Ceci engendre des zones non agitées en partie basse des flux gazeux et peu à peu des tassements de matière inertes. Ce phénomène est plus particulièrement présent sur la périphérie des fermenteurs à cause de la perte de charge due aux frottements de la matière se heurtant aux parois. On rencontre ainsi sur le fond des fermenteurs et sur les parois, sur une épaisseur plus ou moins importante, des sédiments d'éléments de plus forte densité.

Le contact solide-liquide absolument nécessaire à l'activité bactérienne est rendu difficile dans les zones faiblement brassées, ce qui perturbe les échanges et les équilibres bactériens.

L’agitation a un autre impact qui est souvent sous-estimé. Elle permet la désorption ou dégazage de certains métabolites tels que le dioxyde de carbone, l'ammoniac et l'hydrogène sulfuré.

En modifiant la pression totale et la pression partielle de chaque composant du gaz dans le ciel de gaz on agit sur la solubilité de ces éléments.

Par exemple en modifiant la solubilité du dioxyde de carbone on modifie l’équilibre acidobasique.

L’intérêt de la sectorisation pour la biochimie et la mécanique des fluides des fermenteur est donc évident.

L'effet de la température sur la cinétique de dégradation de la matière est bien connu. Cette température peut être en mésophile, 38°C environ, thermophile, 55°C environ, ou hyperthermophile, entre 65 et 72°C par exemple. Plus la température est élevée et plus l’hydrolyse de la matière est rapide. Une première étape en température hyperthermophile favorise la solubilité du substrat. Elle s’accompagne d’une production d’acides gras volatils, ce qui engendre une diminution du pH. Mais elle est incompatible avec l’activité des bactéries acétogène et méthanogène. La production de méthane s’effectue essentiellement à des températures de type mésophile ou thermophile. En hyperthermophile il y a éradication du développement des bactéries méthanogène. D’où l’importance de la compartimentation des fermenteurs pouvant fonctionner à des régimes de température différents.

Dans un fermenteur en continu et en voie dite sèche on constate des limites dans la phase d’hydrolyse, phase où le substrat en fermentation est peu hydrolysé, ce qui lui donne une viscosité plus élevée à un taux de matière sèche donné. Cela conduit à limiter la diffusivité des éléments dans un milieu pauvre en eau. L’eau libre dissous les nutriments et assure leur diffusion aux sites bactériens.

Mais par ailleurs nous savons qu’un taux de matière sèche faible engendre une séparation de phase rapide. II faut donc agiter de manière quasi-permanente le milieu, ce qui engendre le dégazage quasi-constant du substrat, notamment le dégazage du dioxyde de carbone qui participe au processus de production du biogaz par la voie hydrogénotrophe.

Pour dépasser ces aspects, soit on réduit le taux de matière sèche dans le 1° compartiment à des taux largement en dessous de 20% de matière sèche, taux variable selon la nature des substrats, soit on intègre deux phases hydrauliques, en diminuant le taux de matière sèche dans le premier compartiment bien en dessous du seuil de non écoulement, mais audessus du seuil de séparation de phase rapide. Puis on reconcentre le substrat qui s’est hydrolysé durant la phase d’hydrolyse et d’acidogénèse.

La re concentration engendre un liquide issu de l’acidogénèse qui peut être avantageusement utilisé pour diluer le substrat entrant et diminuer le pH de la phase d’acidogénèse.

Nous savons qu’un pH acide autour de 5,5 en fermentation hyperthermophile, voir thermophile favorise la production de dihydrogène qui pourra avantageusement favoriser la méthanisation hydrogénotrophe si on recycle le gaz dans le processus de méthanogénèse.

Nous savons également que la viscosité d’un substrat diminue avec l’augmentation de la 25 température et la diminution du pH.

La prise en considération de la pression partielle agissant sur la solubilité des gaz est essentielle au pilotage des équilibres de la fermentation.

Cet équilibre dépend notamment :

- Des échanges biochimiques entre la phase aqueuse et la phase solide grâce à l'eau 30 libre permettant la dissolution et la solubilisation des métabolites introduits. La viscosité ne doit pas être trop élevée afin de ne pas réduire la diffusivité enzymatique et thermique.

- Du maintien d’un milieu homogène liquide solide favorables aux échanges biochimiques. Le maintien de l’homogénéité nécessite une viscosité du milieu de fermentation suffisamment élevée pour minimiser la vitesse de séparation de phase entre la phase liquide et la phase solide.

- De la régulation du pH dans une plage favorable à l’activité méthanogène entre 6,8 et 7,3 par exemple par la dissolution du dioxyde de carbone dans le substrat de fermentation. Nous savons que le pH du milieu diminue par l’augmentation du dioxyde de carbone soluble. A titre indicatif, dans de l’eau, quand on double la pression partielle du dioxyde de carbone au-dessus de l’eau, on constate une décroissance du pH de l’ordre de 0,3 unités.

- De la transformation du dioxyde de carbone, en fonction du pH, de la température et de la pression partielle en acide carbonique, hydrogénocarbonate et carbonate. La régulation du pH doit permettre de maintenir le système dans une plage de pH favorable à l’activité bactérienne et d’éviter la forme carbonate qui précipite.

- De l'évacuation de l'azote minéralisé et des sels produits. Leur concentration progressive engendre une augmentation du pH qui s’accompagne notamment de la formation d’ammoniac à pH basique, élément toxique des méthanogènes.

- Du pilotage du transfert de substrat d’un compartiment à l’autre compatible au maintien des équilibres biochimiques et des étapes de la méthanisation

Dans l’idéal, un bon système de méthanisation en continu en matière épaisse ou visqueuse serait d’avoir un fermenteur indépendant pour chacune des étapes que sont l’hydrolyse, l’acidogénèse, l’acétogénèse et la méthanogénèse. Cette dernière étape est avantageusement maîtrisée en deux étapes.

Les cuves seraient reliées entre elles par un système de transfert. Chaque cuve pourrait avoir un volume correspondant au temps de séjour hydraulique Optimum qui est fonction du substrat et des équilibres biochimiques spécifiques à chacune des étapes.

Ce système doit également permettre de maîtriser les interactions entre les dispositifs physiques reliés à la mécanique des fluides et à la rhéologie et la biochimie de la fermentation induisant la sélectivité et le développement des populations bactériennes les plus adaptées.

On connaît la technologie d’injection du biogaz en fond de cuves développé dans les années 80 par la société Valorga créée par l’inventeur de la présente demande de brevet, technologie aujourd’hui dans le domaine public.

. Pour un fermenteur de 3000 m3, par exemple, on a ainsi 12 secteurs d’agitation agitées successivement. Le système consiste à comprimer le gaz par un compresseur de faible puissance pendant huit minutes par exemple le biogaz dans un caisson de 20 m3 par exemple à plusieurs bars, 7 bars par exemple, pour le détendre par intermittence en quelques secondes de 7 à 5 bars par exemple, soit 40 m3 détendus en 8 secondes par exemple. Ce qui engendre un flux vertical très puissant de biogaz de bas en haut et une vitesse d’injection du gaz importante de 5 m3 par seconde par exemple dans un secteur d’agitation d’une surface de l’ordre de 22 m2 recevant le gaz sous pression par trente injecteurs répartis sur la surface du secteur sur le fond de cuve Cette technologie nécessite une structure en génie civil particulièrement importante pour accéder aux conduits de gaz débouchant au fond de la cuve de fermentation. Des galeries situées sous le fermenteur sont nécessaires pour accéder aux injecteurs qui débouchent en fond de cuve. Ces conduits d’injection du gaz sous pression sont forcément étroits pour éviter les reflux de matière dans la tuyauterie de gaz, ce qui engendre un jet de gaz étroit, ascendant, limitant l’impact sur le brassage d’une matière épaisse, ce qui peut favoriser la sédimentation sur le plancher des éléments lourds tels que cailloux ou verres et entraîner, selon la qualité des substrats et dans le temps, des volumes de matière sédimentées qui entravent le bon fonctionnement de ce type de système.

Nous connaissons les limites du système ARKOMETHA développé par la société ARKOLIA ENERGIES, système créé par l’inventeur de la présente demande de brevet.

La matière, après une éventuelle dilution avant d’entrer dans le fermenteur, est introduite par un dispositif d’introduction tel que vis sans fin, dans le fermenteur pour être mélangée avec la matière en fermentation dans le premier secteur du premier compartiment, fonctionnant à un niveau de température de préférence hyperthermophile (65°C à 72°C). Le brassage d’une matière très épaisse se mélangeant avec une matière déjà présente dans la première partie du fermenteur et ayant subi une hydrolyse thermo-enzymatique est utile au procédé. La viscosité de la matière se modifie sous l’influence de l’hydrolyse thermo-enzymatique (conjonction de la température et de l’action enzymatique des bactéries).

Mais une viscosité trop proche des seuils de non écoulements ne favorise pas :

La diffusivité enzymatique d’une part et la production d’acides gras volatils qui ont besoin d’un liquide de dilution suffisant.

L’obtention d’un substrat homogène à la sortie de l’hydrolyse et de l’acidogénèse.

Un écoulement homogène du substrat lors du transfert dans le compartiment d’acétogénèse.

Le système de brassage du système ARKOMETHA, proche du système Valorga, aujourd’hui tombé dans le domaine public, est à considérer. Il repose sur des cheminées réparties sur l’ensemble du fermenteur. Plusieurs cheminées sont activées en même temps et constituent un secteur d’agitation. Chaque compartiment du fermenteur est composé de plusieurs secteurs d’agitation. Du biogaz comprimé est injecté dans les cheminées. Chaque cheminée part audessus du plafond pour déboucher prêt du plancher. L’injection de gaz sous pression débouche près du plancher pour remonter grâce au différentiel de densité, créant ainsi un mouvement de brassage du substrat en fermentation puissant.

La hauteur entre le plancher et la surface du substrat en fermentation est importante selon la taille des fermenteurs. Celle-ci est au moins de 6 mètres et le plus souvent supérieure à 8 mètres. Les bulles de gaz débouchant sur le plancher sont plus petites du fait de la pression. Elles s’élargissent au cours de l’ascension engendrant ainsi un cône de gaz beaucoup plus large près de la surface qu’au fond du fermenteur à l’embouchure de chaque cheminée.

L’embouchure de ces cheminées de faible dimension, 3 à 4 Cm de diamètre par exemple, laisse passer le gaz sous pression qui s’écrase sur le plancher pour remonter rapidement dans la masse en fermentation, créant ainsi un mouvement convectif autour du flux de gaz ascensionnel. Le cône de gaz s’élargissant sur le plancher reste limité.

L’ancrage des cheminées nécessite des dispositifs particuliers. Les cheminées partant du toit et traversant la matière nécessite tout un réseau de tuyauterie de distribution du gaz sur le toit du fermenteur pour amener le gaz sous pression dans les nombreuses cheminées. Une cheminée pour 12 m2 de plancher, soit de l’ordre 25 cheminées pour un digesteur de 3000 m3 divisé en 7 secteurs d’agitation par exemple. Le réseau de distribution de ces cheminées et leur ancrage est complexe et onéreux. Les cheminées débouchant au-dessus du substrat de fermentation créent des ponts thermiques qui rendent plus difficile le maintien en température du fermenteur entre 72 et 65°C (température hyperthermophile) et 55°C (température thermophile).

La réduction du dioxyde de carbone par le dihydrogène grâce à l’activité des bactéries hydrogénophile n’est pas nouveau en soi et encore moins inventif.

Le caractère inventif réside dans les interactions judicieuses du système entre le brassage d’un substrat en fermentation visqueux faisant objet de support bactérien permettant d’éviter les séparation de phase, la nécessité d’avoir un substrat appauvri en matière organique biodégradable pour favoriser l’activité hydrogénophile, les pressions partielle de dioxyde de carbone nécessaires à sa solubilisation dans le substrat en sous-saturation de dioxyde de carbone et la diffusion de dihydrogène par des rampes microporeuse sur le plancher du fermenteur

Nous insistons sur le fait que le procédé concerne un substrat de fermentation en voie visqueuse. Le taux de matière sèche doit être suffisant pour éviter une séparation de phase rapide entre les fibres dites solides et le liquide qui reste nécessaire à la diffusivité et la dissolution des éléments biodégradable.

Le substrat à fermenter et en fermentation en voie visqueuse est transféré d’un compartiment à l’autre. Les transferts entre ces compartiments doivent être piloter afin de maintenir les conditions biochimiques et la viscosité du substrats nécessaires, notamment maintenir un pH de préférence à moins de 7,3.

La compartimentation permet de piloter le pH de l’ensemble du système. Le dihydrogène nécessaire à l’enrichissement du biogaz est produit préférentiellement à un pH autour de 5,5 dans le compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse.

La réduction du dioxyde de carbone par le dihydrogène ne peut être effective que si le substrat de solubilisation est homogène et que si le différentiel de solubilité entre le CO2 et ΙΉ2 est réduit par le jeu des pressions et par la forme biochimique du dioxyde de carbone dépendant notamment du pH.

Le dioxyde de carbone est dissous sous différentes formes dépendant du pH, de la température et de la pression partielle de celui-ci dans le ciel de gaz.

Le dihydrogène pour être solubilisé doit être diffusé dans des rampes de diffusion qui empêche ia coalescence du dihydrogène et son évacuation dans le ciel de gaz.

II apparaît comme évident que le système ne peut fonctionner qui si on fait converger l’optimisation des paramètres que sont ia viscosité du substrat, les températures de fermentation, le pH dépendant de la pression partielle de dioxyde de carbone permettant de réguler la forme du dioxyde de carbone dissous, notamment sous la forme acide carbonique et hydrogénocarbonate et la solubilisation et la diffusivité du dihydrogène pour réduire le dioxyde de carbone solubilisé.

On connaît les technologies d’enrichissement du biogaz par l’injection de dihydrogène dans une technologie composée de deux étapes pour obtenir un biogaz majoré en méthane. Le premier réacteur produit du biogaz, puis on recycle le biogaz produit dans un second réacteur dans lequel on injecte du dihydrogène pour réduire le dioxyde de carbone du biogaz en méthane en favorisant l’activité des bactéries hydrogénophile. Le temps de séjour hydraulique est dans le deuxième réacteur de l’ordre de quinze jours avec une charge organique de 1 gramme de solide volatile par litre et par jour. La charge organique est faible et le temps de séjour hydraulique est élevé.

Publication : « Biûgas Upgrading via Hydrogenotropic Methanogenesis in Two Stage Continuous Stirred Tank Reactors at mésophilic et Thermophilic Conditions ».

Ilaria Bassini, Panagiotis G, Kougias, Laura Treu, and Irini Angelidaki. Danemarc.

« Simultaneous Hydrogen Utilisation and In Situ Biogas Upgrading in an anaérobie Reactor ». Publié le 8 novembre 2011.

Gian Luo, Sara Johanson, Kanokwan Boe, La Xie, Qi Zhou, Irini Angelidaki

Dans la recherche d’antériorité on retrouve de nombreux brevets portant sur la méthanation, ou des réacteur d’électrométhanogène possédant une anode, une cathode et une pluralité de micro-organismes méthanogènes. N° W02016071192

On trouve également plusieurs brevets dans lesquels, grâce à l’électrolyse de l’eau du substrat de fermentation dans le réacteur, on fournit du dihydrogène venant réduire le dioxyde de carbone par la mise en contact avec une espèce de microorganismes méthanogène hydrogénotrophe pour produire du méthane. N° WO2011000084 n* WO2015120983 n° WO2014154250.

On trouve plusieurs brevets qui présentent une simple injection de dihydrogène dans le réacteur de méthanisation pour améliorer le taux de méthane dans la production de biogaz. D’autres brevets consistent à apporter le biogaz et du dihydrogène dans un bioréacteur dédié à cet effet.

« PROCEDE ET DISPOSITIF DE METHANISATION DE GAZ AU MOYEN DE REACTEURS A LIT BACTERIEN ». N° WO2014187985 2014 11 27.

Le procédé et le dispositif améliorent l’économie de la méthanisation de gaz, en particulier dans la production biochimique de méthane à partir de dioxyde de carbone et de dihydrogène.

Il comprend :

La préparation d’un réacteur rempli de supports de biofilm sur la surface desquels sont immobilisés des micro-organismes producteurs de méthane.

Le ruissellement d’un liquide à traiter sur les supports de biofilm.

Commentaire : On n’est pas en voie visqueuse, mais en voie liquide. Dans le brevet VHM le substrat est un substrat visqueux à plus de 10% de matière sèche, pour éviter la séparation de phase. Il n’est pas compatible avec un système de ruissellement.

L’introduction dans le réacteur d’un mélange de gaz en choisissant le ratio de mélange de telle façon que la dissolution des substrats gazeux dans le liquide donne un rapport stoechiométrique des substrats gazeux dissous dans le liquide traité.

Commentaire : On introduit le mélange de gaz comment ? Le dioxyde de carbone est fortement soluble contrairement au dihydrogène peu soluble. Le risque est grand de créer des bulles d’hydrogène qui sont évacuées dans le ciel de gaz. La dissolution des gaz et la forme chimique qu’il prennent dépend du pH. La maîtrise du pH est nécessaire à l’équilibre acido-basique et à l’évitement d’éléments inhibiteurs. La différence de solubilité fait que le mélange des gaz engendrera forcément un déficit de dihydrogène important.

La réduction du dioxyde de carbone à travers un support ou lit bactérien engendre une augmentation du pH. La régulation du pH passe par la régulation de la solubilisation du dioxyde de carbone.

L’invention concerne des supports de biofilms réalisés sous la forme de disques rotatifs et disposés dans le sens de l’axe longitudinal de la zone cylindrique du réacteur.

Commentaire : Ce système n’est applicable que sur un substrat liquide peu chargé en matière dégradable.

En l’état du descriptif le fonctionnement du système n’apparait pas évident. Il n’intègre pas le différentiel de solubilité entre le dioxyde de carbone et le dihydrogène. La solubilité du dioxyde de carbone introduit dépend de sa sous-saturation dans le substrat ou support de fermentation et de la pression partielle de dioxyde de carbone dans le ciel de gaz pour maintenir l’équilibre au fur et à mesure que le dioxyde de carbone soluble est réduit.

Le substrat doit également apporter l’azote et les oligo-éléments nécessaires au développement et au renouvellement des bactéries.

η « PROCEDE ET SYSTEME DE PRODUCTION DE METHANE A L'AIDE DE MICROORGANISMES METHANOGENES ET APPLICATION DE CONCENTRATION PRECISES D’AZOTE EN PHASE LIQUIDE ». WO 2014 12 83 00

L’invention repose sur au moins un bioréacteur avec une cuve de réaction adaptée à la croissance, à la fermentation et à la culture de micro-organismes méthanogènes, un dispositif d’alimentation en dihydrogène et dioxyde de carbone et un dispositif de mesure d’azote en phase liquide à l’intérieur de la cuve de réaction. La mesure d’azote est fondamentale. Mais ce procédé reste dans les limites des autres procédés évoqués.

En effet aucun des procédés ne mentionne le rapport pression partielle de dioxyde de carbone sur la pression totale dans le ciel de gaz et l’importance de la régulation du pH selon l’étape de la fermentation. Dans la première étape de fermentation les conditions physicochimiques et thermodynamiques doivent être favorable à la production de dihydrogène, tandis que dans les autres étape le substrat support de la réduction du dioxyde de carbone doit avoir un pH proche de la neutralité. Ors dans le dernier compartiment, l’essentiel de la matière organique biodégradable a été réduite en méthane, ce qui tend à faire augmenter le pH par la disparition de la matière organique biodégradable et la production d’ammonium. Le pH peut atteindre des valeurs supérieures à huit ce qui engendre la production notamment de NH3, gaz inhibiteur du développement des bactéries méthanogènes.

Dans le procédé VHM le pH est régulé par la solubilité du CO2 et sa transformation chimique en espèces carbonées par l’action de la pression partielle du CO2.

La régulation du pH par la régulation de la pression partielle de CO2 n’est possible à chaque étape que grâce à la compartimentation. Le brevet VHM répond à la complexité du processus par l’assemblage de moyens prenant en considération les interactions entre le pilotage de la biochimie et la mécanique des fluides posant la nécessaire maîtrise de la viscosité des mélanges et de la séparation de phases des éléments constitutifs.

OBJET DE LINVENTION.

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients

A cet effet la présente invention vise, selon un premier aspect, un procédé de méthanisation en continu en voie visqueuse dans un fermenteur subdivisé en compartiments à ciel de gaz séparés, maintenus à des températures, de préférence hyperthermophile dans le 1 ° compartiment et thermophile dans les autres compartiments, à augmenter la cinétique de dégradation et à produire un biogaz enrichi en méthane, caractérisé en ce qu’il consiste en des moyens :

D’introduction de la matière à fermenter, à une viscosité élevée, correspondant à au moins 12% de matière sèche dans un premier compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse, puis en un moyen de transfert de la matière hydrolysée dans des compartiments successifs réservés à l’acétogénèse et à la méthanogénése.

De brassage successif dans chaque secteur de fermentation du substrat visqueux par du biogaz sous pression détendu dans des injecteurs intégrés au plancher sous des plaques de dérivation du gaz.

D’ajustement des transferts de substrat en fermentation entre les compartiments de l’amont à l’aval ou en sens inverse par l’aspiration contrôlée du substrat d’un compartiment à l’autre par l’agitation du secteur de proximité.

D’ajustement du débit de biogaz injecté lors de chaque agitation dans les secteurs de chaque compartiment en fonction de la viscosité mesurée du substrat dans le compartiment.

De mesure de la viscosité dans les différents compartiments en mesurant la résistance au passage du gaz par la mesure de la vitesse de passage du gaz injecté dans un secteur à une pression initiale et finale donnée.

De recirculation du gaz produit dans les premiers compartiments dans les autres compartiments par des diffuseurs intégrés au plancher.

D’ajustement de la pression partielle du dioxyde de carbone dans les ciels de gaz fermés des compartiments d’acétogénèse et de méthanogénése.

Grâce à ces dispositions, l’ensemble de la matière visqueuse en fermentation est brassé secteur par secteur, sans qu’il y ait sédimentation.

Grâce à ces dispositions le substrat en fermentation est maintenu homogène.

Grâce à ces dispositions le brassage crée un mouvement latéral balayant le plancher et un mouvement ascendant et convectif du substrat en fermentation dans chaque secteur.

Grâce à ces dispositions de mesure de la viscosité on peut ajuster le taux de matière sèche du substrat entrant et du substrat en fermentation.

Grâce à ces dispositions on gère le transfert de la matière en fermentation et l’équilibre acido-basique dans les compartiments par l’agitation à proximité d’une canalisation de transfert.

Grâce à ces dispositions on favorise dans le premier compartiment la solubilisation du substrat, une fermentation acide et l’abaissement du pH.

Grâce à ces dispositions on favorise, notamment, dans le 1° compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse et le premier compartiment d’acétogénèse la production de dihydrogène dans le gaz.

Grâce à ces dispositions, on constitue plusieurs phases de la fermentation dans des conditions thermodynamiques favorisant la cinétique de dégradation des substrats de fermentation.

Grâce se ces dispositions on diminue le volume des fermenteurs.

Grâce à ces dispositions on augmente le taux de méthane du biogaz produit par la recirculation du biogaz produit dans des diffuseurs et l’ajustement de la pression partielle de dioxyde de carbone.

Grâce à des dispositions, l’équilibre acido-basique du substrat de fermentation est maîtrisé.

Grâce à ces disposition le gaz produit dans le compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse et d'acétogénèse contient du dioxyde de carbone et du dihydrogène.

Grâce à ces dispositions d’ajustement de la pression partielle de dioxyde de carbone, on régule le pH du substrat de fermentation, préférentiellement entre 6,8 et 7,3 par la solubilisation du dioxyde de carbone.

Grâce à ces dispositions de réintroduction du biogaz produit contenant du dihydrogène dans le dernier compartiment de méthanogénèse on augmente le taux de méthane du biogaz produit.

Grâce à l’ensemble de ces dispositions on augmente le taux de matière sèche des substrats introduit dans le fermenteur, la cinétique et le taux de dégradation de la matière, la production et la qualité du biogaz par tonne de matière organique introduite.

La présente invention vise, selon un deuxième aspect un procédé de méthanisation en continu en voie visqueuse dans un fermenteur multi-compartiments caractérisé en ce qu’il consiste en des moyens :

De diminution de la viscosité par dilution du substrat de fermentation dans le premier compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse.

De concentration du substrat de fermentation en sortie du compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse avant son introduction dans le 2° compartiment permettant de produire des jus acides.

De recirculation des jus acides pour diluer le substrat entrant.

D’adaptation de la production de jus acide.

D’adaptation du temps de séjour hydraulique dans le premier compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse entre 1,5 et 3 jours.

De diffusion du biogaz produit enrichi en dihydrogène dans les premiers compartiments dans les derniers compartiments par des diffuseurs répartis sur le plancher.

D’ajustement de la pression partielle du dioxyde de carbone dans les ciels de gaz fermés, notamment des compartiments d’acétogénèse et de méthanogénèse.

Grâce à ces dispositions, le brassage dans le premier compartiment d’une matière non encore hydrolysé est rendu plus facile.

Grâce à ces dispositions la diffusivité enzymatique et la solubilisation sont favorisées.

Grâce à ces dispositions le substrat de fermentation est plus facilement et rapidement chauffé, notamment à une température hyperthermophile entre 65 et 70°C pour être plus facilement refroidi à 55°C après le 1° compartiment avant d’être reconcentré et introduit dans les autres compartiments à une température thermophile.

Grâce à ces dispositions on dilue le substrat du 1⁰ compartiment à un taux de matière sèche par exemple entre 10% à 12% par des jus acides issues de la séparation de phase en sortie du premier compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse.

Grâce à ces dispositions on reconcentre à la sortie du 1^e compartiment le substrat hydrolysé et fermenté à un taux de matière sèche entre 18 à 25% par exemple selon le substrat afin de diminuer la vitesse de séparation entre la phase solide et la phase liquide.

Grâce à ces dispositions en reconcentrant le substrat avant d’être introduit dans le 2° compartiment, on diminue le volume des compartiments réservés à l’acétogénèse et à la méthanogénèse.

Grâce à ces dispositions on produit des jus acides que l’on réintroduit dans le 1° compartiment.

Grâce à ces dispositions on régule le volume de jus acides pour obtenir de préférence un pH de l’ordre de 5,5 dans le premier compartiment en adaptant le taux de dilution et le taux de matière sèche.

Grâce à ces dispositions de régulation du pH dans le premier compartiment on maximise la production de dihydrogène dans les gaz produits.

Grâce aux dispositions de régulation de la pression partielle de dioxyde de carbone dans les derniers compartiments on maîtrise le pH autour de la neutralité par la solubilisation du dioxyde de carbone sous sa forme acide et d’hydrogénocarbonate.

Grâce à ces dispositions en favorisant la diminution du pH à une température hyperthermophile dans le premier compartiment on produit du dihydrogène dans le gaz issu de la fermentation.

Grâce à ces disposition le gaz produit dans le compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse et d’acétogénèse contient préférentiellement du dioxyde de carbone et du dihydrogène.

Grâce à ces dispositions en réintroduisant le dioxyde de carbone et le dihydrogène on favorise ainsi l’activité hydrogénophile.

Grâce à ces dispositions on réduit le dioxyde de carbone solubilisé dans les derniers compartiments par le dihydrogène produit et réintroduit pour produire du méthane.

La présente invention vise, selon un troisième aspect un procédé de méthanisation en continu en voie visqueuse dans un fermenteur multi-compartimenté dans lequel on introduit dans le dernier compartiment de méthanogénèse d’une part le biogaz produit à une pression partielle de dioxyde de carbone favorisant un pH de moins de 7,3 par exemple et d’autre part du dihydrogène exogène, caractérisé en ce qu’il consiste en des moyens :

D’introduction dans le dernier compartiment à la fois du biogaz enrichi et produit dans les autres compartiments et le dihydrogène exogène dans un rapport compatible avec la réaction hydrogénotrophe.

D’ajustement et de maintien de la pression dans le ciel de gaz en fonction de la pression partielle de dioxyde de carbone calculée.

De calcul en continu de la pression partielle de dioxyde de carbone.

D’ajustement de la pression partielle de dioxyde de carbone dans les ciels de gaz fermés des compartiments d’acétogénèse et de méthanogénèse afin de maîtriser le pH du substrat de fermentation à une valeur proche de sept (7).

D’introduction du dihydrogène par des rampes microporeuse au niveau du plancher.

D’introduction progressive du dihydrogène à un débit ajusté jusqu’au point de détection de trace de dihydrogène dans le ciel de gaz.

D’ajustement de la pression partielle de dioxyde de carbone et de la pression totale dans le ciel de gaz et du débit de dihydrogène en fonction du taux de biométhane mesuré en continu.

Grâce à ces dispositions on régule le pH par l’augmentation de la pression partielle de dioxyde de carbone.

Grâce à ces dispositions on favorise la solubilisation du dioxyde de carbone dans chaque compartiment.

Grâce à ces dispositions on maintient le pH dans une plage favorable à l’activité des bactéries hydrogénotrophe.

Grâce à ces dispositions on crée une sous-saturation permanente en dioxyde de carbone introduit en continu par sa réduction en continu par le dihydrogène diffusé en continu.

Grâce à ces dispositions on produit du méthane au fur et à mesure que le dioxyde de carbone solubilisé est réduit par le dihydrogène diffusé par des rampes microporeuses.

Grâce à ces dispositions on ajuste le débit de dihydrogène à la vitesse de réduction du dioxyde de carbone pour produire du méthane.

Grâce à ces dispositions on produit en continue un biométhane à au moins 95% du CH4. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES.

D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente schématiquement en coupe vue de dessus, un premier mode de réalisation particulier du dispositif de fermentation objet de la présente invention, représentant le cheminement du substrat et le dispositif de brassage et de recirculation qui l’accompagne.

- la figure 2 représente schématiquement, en coupe longitudinale, le premier mode de réalisation particulier du dispositif de fermentation objet de la présente invention, représentant le cheminement du substrat et le dispositif de brassage du substrat de fermentation dans les compartiments.

- la figure 3 représente schématiquement le mode de réalisation général du dispositif de fermentation objet de la présente invention, représentant le cheminement du biogaz produit et la recirculation du biogaz dans les diffuseurs de biogaz pour l’enrichissement du biogaz en méthane.

- la figure 4 représente schématiquement, en coupe latérale, un mode de réalisation particulier du dispositif de fermentation objet de la présente invention, représentant deux buses d’injection du biogaz et la plaque de dérivation de celui-ci.

- la figure 5 représente schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif de fermentation objet de la présente invention, représentant deux buses d’injection du biogaz sous deux plaques de dérivation de celui-ci.

- la figure 6 représente schématiquement, en coupe latérale un injecteur de gaz souspression, une plaque de dérivation du gaz et l’esquisse d’un mouvement convectif du substrat par la remontée des bulles de gaz qui grossissent au cours de leur ascension

- la figure 7 représente le mécanisme de régulation du pH par l’ajustement du transfert de substrat par une canalisation de transfert entre deux compartiments et le système d’agitation transférant le substrat d’amont en aval.

DESCRIPTION DU DISPOSITIF A PARTIR DES FIGURES.

Figure 1 et 2

Le dispositif est composé d’un fermenteur cylindrique fermé figure 1 (vue de dessus) ou de forme parallélépipédique figure 2 (vue de côté), divisé en compartiments 2, 3,4, 5 séparés de haut en bas par des parois 6, 7, 8 pour la forme parallélépipédique et 6, 7, 8 et 9 pour la forme cylindrique, d’un plancher 10 et d’un toit 11.

II reçoit le substrat de fermentation par une canalisation 12, puis le substrat est transféré dans chaque compartiment par tous moyens de transfert d’une matière épaisse et visqueuse de type pompe à béton. Le substrat en fermentation passe successivement du premier compartiment 2, à un deuxième compartiment 3, puis à un troisième 4 et à un quatrième 5 par une canalisation de transfert 13 figure 1 et 2. Le nombre de compartiments n’est pas limitatif. Chaque compartiment peut être remplacé par des cuves séparées reliées l’une à l’autre selon le même cheminement par une canalisation de transfert du substrat d’une cuve à l’autre.

Chaque compartiment de fermentation est rempli de substrat à fermenter jusqu’à un niveau haut 14 laissant ainsi un ciel gazeux 15,16, 17,18 se remplir de gaz à évacuer figure 2.

Chaque jour une quantité de matière est introduite par une canalisation adaptée 12 dans le compartiment selon le temps de séjour prévisionnel de la matière sur l’ensemble du volume de la cuve. A titre d’exemple le temps de séjour peut être de 15 jours. On introduit donc chaque jour un quinzième du volume de matière présent dans le fermenteur. Chaque jour une quantité de matière correspondante est extraite par une canalisation 21 munie d’une vanne (non représentée).

La matière en fermentation se déplace chaque jour en fonction de la matière introduite pour passer dans le compartiment suivant par simple gravité par une canalisation de transfert 13 dotée d’un diamètre suffisamment important laissant passer une matière épaisse et visqueuse ou par aspiration du substrat grâce à l’agitation de proximité. (Voir description figure 7).

Selon les figures 1 et 2, chaque canalisation de transfert est munie d’une vanne 22 figure 1 permettant d’éviter le transfert du substrat d’un compartiment à l’autre lors de chaque agitation. La puissance du système d’agitation engendre une aspiration du substrat des compartiments limitrophes. Avec entre 5 et 12 agitations par jour par secteur selon les compartiments, un flux important transite d’un compartiment à l’autre ce qui ne permet pas de respecter la marche en avant du substrat et tend à ce que le réacteur compartimenté se rapproche d’un flux infiniment mélangé.

La canalisation de transfert peut être remplacée par une ouverture en partie basse des cloisons 6, 7, 8 figure 2 pouvant être fermée par une porte à fermeture automatique.

Le déplacement d’une matière épaisse, introduite dans le fermenteur, proche des seuils de non écoulement est difficile. Elle est rendue possible par l’activité hydrolytique et enzymatique et la solubilisation de la matière organique biodégradable en acides gras volatils.

Les figures 2 4 5 et 6 schématisent le dispositif d’agitation du substrat en fermentation particulièrement inventif, Celui-ci remédie aux problèmes rencontrés dans les systèmes d’agitation en continu d’un substrat en fermentation très visqueux.

Pour que le déplacement du substrat en fermentation puisse s’effectuer la matière doit être régulièrement brassée pour éviter la séparation de phase entre le liquide et le solide. En cas de séparation de phase le liquide transite préférentiellement, ce qui engendre rapidement des blocages de la matière solide dans le fermenteur qui ne peut plus être transférée ou extraite.

Le dispositif de brassage est essentiel pour assurer l’écoulement d’une matière visqueuse dans des fermenteurs de plusieurs centaines de mètres cube, pouvant atteindre plusieurs milliers de mètres cube.

La matière épaisse est brassée régulièrement par l’arrivée de gaz sous pression.

Le dispositif de brassage représenté figure 1 et 2 est fait du caisson sous pression 31 relié à un réseau de distribution du gaz sous pression 32 entourant le fermenteur et situé en partie basse du fermenteur. Le gaz utilisé est le biogaz produit par le fermenteur transitant par un stockage de gaz souple 37 figure 2. Le biogaz tourne en boucle, injection, récupération dans le gazomètre, compression, injection.

Le dispositif illustré par les figure 1 et 2 met en œuvre un compresseur de faible puissance 30 qui envoie le gaz comprimé dans un caisson de gaz sous pression 31. Le gaz stocké dans le caisson de 10 m3 par exemple est comprimé sur une durée de plusieurs minutes (10 minutes par exemple) à une pression de 7 bars par exemple, soit 70 m3 comprimés. Il est relié au réseau de distribution du gaz sous pression 32. Ce réseau entoure le fermenteur en partie base et sert à alimenter en gaz sous pression les tuyaux d’amené du biogaz 33 sous les plaques de dérivation 34. Chaque tuyau d’amené du biogaz aux plaques de dérivation est muni d’un embout qui laisse passer le gaz sous pression sous la plaque de dérivation figures 4 5 et 6 décrites ci-après. Chaque tuyau d’amené du gaz sous pression est muni d’une vanne commandée 40 figure 1 et 2 qui lorsqu’elle s’ouvre laisse s’échapper le gaz. Le volume de gaz comprimé en plusieurs minutes est relâché à chaque agitation en quelques secondes, par exemple en 8 secondes.

Le gaz sous pression se détend entre 7 et 5 bars par exemple à un fort débit de 9000 m3 par heure sous la plaque de dérivation 34 figure 2 et 7 figure 4 5 et 6 engendrant à la fois un mouvement latéral et ascendant du biogaz et un mouvement convectif du substrat. Lors de chaque agitation une vanne 35 figure 2 de fermeture du compartiment agité située sur chaque ciel de gaz s’ouvre afin de laisser s’échapper le gaz par la canalisation 36 qui débouche dans un gazomètre tampon 37 figure 2 dont la fonction est d’amortir l'arrivée massive du biogaz lors de chaque agitation. La vanne 35 reste fermée entre chaque agitation.

Le gaz_débouche à un fort débit dans un ou plusieurs tuyaux d’amenés du gaz sous 5 pression 33 figure 1 munis à leur extrémité d’une ouverture appelée buse d’injection situés sous les plaques de dérivation 34 figure 1. Le gaz se heurte à une plaque de dérivation 34 figure 2 représentées sur les figures 4 5 6 engendrant à la fois un mouvement par balayage latéral et ascendant du biogaz créant un mouvement convertit

Le volume initial du caisson 30 figure 1 et 2 est adapté au débit de gaz souhaité. Les 10 variations de pression dans le caisson permettant de moduler le débit des agitations en fonction de la viscosité et du volume de matière à brasser.

Le système de brassage périodique du substrat en fermentation pour éviter les séparations de phase n’est pas à confondre avec le système de recirculation du gaz produit figure 3 décrit ci-après.

Le nombre de secteurs d'agitation n'est pas limité. Ils sont déterminés par l’ouverture simultanée de plusieurs vannes 40 figure 1 et 2 sur plusieurs tuyaux d’amenée du gaz sous pression 33. Cela dépend de la géométrie, de la taille du fermenteur du nombre de secteurs d'agitation déterminant le nombre de rampes et d'injecteur de gaz sous pression s'ouvrant en même temps.

Les canalisations d’évacuation du biogaz ont un diamètre suffisant afin de limiter la surpression de biogaz dans le ciel de chaque compartiment du fermenteur. Le biogaz qui a brassé la matière et qui est ressorti du fermenteur revient dans le gazomètre tampon 37 d'une dimension suffisante afin qu’il n'y ait aucune surpression dans le gazomètre.

Le réseau de distribution amène le biogaz comprimé à une pression de départ qui détermine le débit et ce en fonction de la viscosité de la matière en fermentation. La pression de départ est forte dans le 1⁰ compartiment d’hydrolyse où la viscosité est très élevée, puis décroît dans chaque compartiment, de secteur en secteur. La viscosité diminue au fur et à mesure que la matière organique se dégrade et que le taux de matière sèche diminue. La viscosité d’un compartiment à l’autre étant décroissante la pression de détente du gaz est donc décroissante d’un compartiment à l’autre dans le sens de l’introduction 12 de la matière jusqu’à l’extraction de celle-ci 21 figure 1 et 2.

Les secteurs d’agitation sont déterminés par le nombre d’injecteurs ou buses d’injection du biogaz sous pression sous les plaques de dérivation activés en même temps par l’ouverture d’une vanne 40 figure 1 et 2. Le nombre dépend de la surface du secteur à agiter. Le plus souvent deux, trois ou quatre vannes s'ouvrent en même temps pour permettre le passage du gaz sous pression jusqu'aux buses d’injection du gaz sous pression. Le nombre de buses d’injection en action dépend du volume et de la géométrie du fermenteur. Le débit du gaz sous pression détendu dépend de l'état de la matière en fermentation mesurée ponctuellement par un viscosimètre.

Le rythme d’agitation des secteurs d’agitation d’une matière visqueuse dépend de la viscosité, de ta vitesse de séparation de phase et du gonflement de la matière en gazéification dépendant de la nature du substrat en fermentation. Par exemple les secteurs d’agitation doivent être agité toutes les deux heures pour le premier compartiment réservé à l’hydrolyse et l’acidogénèse, alors que les autres compartiments peuvent être agitées toutes les cinq ou six heures.

La mise en pression dans les ciels de gaz réduit la vitesse de séparation de phase et le gonflement et donc réduit la nécessité d’une agitation fréquente.

Les tuyaux de diffusion du gaz sous pression sont fixés sur le plancher du fermenteur par des brides 3 figure 4 et 5 fixées sur le plancher du fermenteur par des vis coulées dans le béton du radier. Ces tuyaux peuvent être également introduits dans des gaines encastrées dans le plancher à la conception de l'équipement.

La gaine reçoit un ou plusieurs tuyaux 6 d'amené du gaz sous pression qui s'arrête à l'endroit de diffusion du gaz 5 figure 5.

On observe figure 2 que chaque tuyau de diffusion est relié à la nourrice d'amené du gaz sous pression 32, elle -même reliée au caisson de biogaz comprimé 31. Chaque tuyau est muni d'une vanne 40, qui lors de son ouverture laisse passer le gaz sous pression qui se détend dans le fermenteur à un débit de plusieurs milliers de mètre cubes par heure.

La tête de l'embout 5 est munie d'un orifice figure 4 et 5 d'une surface de l'ordre 5 à 7 cm2 par exemple disposé de manière à ce que la matière visqueuse ne puisse pas refluer dans le tuyau, ou que la matière refluée soit systématiquement évacuée lors des injections à fort débit de gaz. La matière étant très visqueuse ne peut pénétrer que sur une faible distance. Lors de l'injection de gaz, la force exercée par le gaz comprimé et détendu renvoie la matière dans le fermenteur.

Le gaz débouchant par les embouts est ascendant. II sort de par l’embout 5 du tuyau 6 figure 4 et 5 d’injection du gaz sous pression. Le gaz se heurte à une plaque de dérivation 7. La plaque de dérivation 7 figure 4, 5 et 6 engendre un mouvement latéral du gaz figure 6 qui balaie le fond sur un diamètre de 4 à 5 m par exemple. La largeur du balayage dépend de la pression de départ du gaz détendu, du débit, de la hauteur de matière et de la viscosité de la matière. Le différentiel de densité du gaz par rapport à la matière engendre un mouvement ascendant tout en créant des bulles de gaz devenant de plus en plus importantes au fur et à mesure que l'on se rapproche de la surface. Cette force ascensionnelle déplace la matière qui est entraîné par le mouvement du gaz tout en créant une forte aspiration de la matière sur les côtés de la colonne de gaz ascendante. Les bulles entraînant la matière s'éclatent en surface. Ceci engendre un mouvement convectif puissant de la matière autour de la colonne de gaz ascendante engendrée par la plaque de dérivation 7 figure 4 5 et 6.

En variante chaque tuyau d’amené du gaz sous pression peut être remplacé par deux tuyaux d’une section correspondant à la section d’un seul tuyau afin de réduire les risques de reflux de la matière dans le tuyau.

La présente invention figure 3 repose sur un dispositif de recirculation du gaz produit dans les premiers compartiments 2 et 3 dans les deux derniers compartiments 4 et 5 pour être enrichie en méthane. Lors de l’hydrolyse et de l’acidogénèse, notamment à une température hyperthermophile, le taux de méthane du gaz produit est faible, ce qui entraîne un taux de méthane dans le biogaz de 50 à 60% selon le temps de séjour hydraulique.

Dans le dispositif, le gaz produit dans le premier compartiment 2 et le deuxième compartiment 3 d’hydrolyse et d’acidogénèse et d’acétogénèse figure 3 est surpressé par un surpresseur 30 figure 3 pour être réintroduit par des rampes de diffusion 31 débouchant sur le plancher dans le troisième compartiment 4 et le quatrième compartiment 5. Le gaz produit dans le troisième compartiment 4 s’est enrichi en méthane. Il est recirculé et surpressé dans le quatrième compartiment 5. Le gaz produit dans le dernier compartiment s’est enrichie en méthane grâce à l’activité hydrogénotrophe qui engendre la réduction du dioxyde de carbone du biogaz par le dihydrogène produit dans le compartiment d’hydrolyse et d’acidogénèse maintenu à une température de préférence hyperthermophile 65 à 72°C et à un pH de l’ordre de 5,5 et dans le deuxième compartiment dans lequel le pH est bas, de l’ordre de 6,8 à 7,2 par exemple.

Le ciel de gaz des compartiments 3 4 et 5 est maintenu en pression selon une consigne, par une vanne à ouverture variable 32, figure 3 dont l’ouverture dépend de la consigne de pression afin que la pression partielle de dioxyde de carbone dans le ciel de gaz engendre le processus de solubilisation du dioxyde de carbone et la baisse du pH.

Dans un processus de méthanisation classique le pH augmente au fur et à mesure que la matière organique biodégradable est réduite en biogaz. Ceci s’accompagne d’une augmentation de l’azote sous sa forme ammonium. Le substrat de fermentation se basifie pour atteindre dans la dernière partie du processus un niveau de pH, autour de 8 et plus. Celui-ci ralentie la dynamique de réduction des acides gras volatils non encore réduit. Ce ralentissement de la cinétique de dégradation est ie plus souvent compensé par des temps de séjour hydraulique élevé.

Dans le processus Visco Hydro Métha, le pH du premier compartiment est maintenu à un pH de l’ordre de 5,5 par tout moyen telles que la température hyperthermophile, la recirculation de jus plus ou moins acide.

Le procédé comporte la régulation de l’équilibre acido-basique par l’ouverture de la vanne sur la canalisation de transfert entre les compartiments lors de l’agitation du secteur de proximité engendrant l’aspiration d’un compartiment à l’autre et donc le flux puis le reflux du substrat de l’autre côté de la paroi.

La régulation d’un pH proche de 5,5 dans le 1° compartiment est réalisé par le maintien à une température hyperthermophile, de préférence entre 65 et 70°C, par l’adaptation du temps de séjour hydraulique du substrat en fermentation entre un et trois jours et par la recirculation ajustée de jus obtenus par la concentration en matière sèche du digestat entre le premier compartiment et le deuxième compartiment.

Dans les autres compartiments le pH est maintenu dans une plage de préférence entre 6,8 et 7,3 par la régulation de la pression partielle de dioxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone solubilisé grâce à la pression partielle de dioxyde de carbone est réduit en méthane par la recirculation du dihydrogène produit dans le gaz des premiers compartiments, notamment dans l’étape d’hydrolyse et d’acidogénèse et contenu dans le gaz recirculé.

Dans le même temps on améliore la cinétique de dégradation en maintenant le pH, de préférence, entre 6,8 et 7,3 tout au long du processus. De ce fait on augmente le taux de réduction du substrat, on produit ainsi plus de méthane dans le biogaz dans un temps de séjour hydraulique réduit.

En régulant le pH et en réduisant le temps de séjour hydraulique dans le dernier compartiment dans lequel on recircule le biogaz qui s’enrichie â chaque étape, on favorise le développement de l’activité hydrogénotrophe. Les bactéries hydrogénophiles ont des vitesses de croissance et de renouvellement de quelques heures et de moins de douze heures. Un temps de séjour hydraulique inférieur à trois jours environ ne permet pas le renouvellement des bactéries acétoclaste.

Dans un mode de réalisation le substrat du 1° compartiment 2 est à une température hyperthermophile entre 65 et 72°C par exemple. Ce niveau de température favorise la déstructuration de la matière cellulosique et l’activité acidogène qui fait baisser le pH à des pH situés entre 5 et 6 selon la nature du substrat et le taux de NH4⁺ et de sels dans le milieu. Cette baisse du pH favorise la production de dihydrogène et un meilleur équilibre acido-basique dans le compartiment suivant. De plus une température à 70°C permet d’éradiquer les germes pathogènes.

Le premier compartiment 2 figure 2 et 3 réservé à l’hydrolyse et plus particulièrement à l’hydrolyse thermo-enzymatique 65 - 72°C est séparé du reste du fermenteur par la paroi 6. La paroi faite de matériau isolant monte jusqu’au plafond ce qui limite le transfert thermique avec le deuxième compartiment de méthanogénèse 3 maintenu à une température thermophile à 55°C.

Le substrat passe du premier compartiment 2 au deuxième compartiment 3 par l’ouverture d’une vanne 22 figure 1 et par un tuyau à forte section 13 à double enveloppe dans lequel le substrat est refroidi. Le liquide de refroidissement ramené à 62°C sert à réchauffer le liquide de dilution du substrat entrant. Le substrat refroidi est introduit par une pompe dans le deuxième compartiment 3 à 55°C, ce qui remonte temporairement la température du substrat entre 57°C et 58°C. Celui-ci est ramené très rapidement pas simple diffusion thermique avec le substrat en fermentation dans le deuxième compartiment et entre les parois non isolées entre les deuxième 6, troisième 7et quatrième compartiment 8 à 55°C figure 1, 2 et 3. Les parois extérieures sont suffisamment isolées pour limiter les déperditions thermiques.

Des échangeurs thermiques sont placés sur la parois des troisième et quatrième compartiment pour compenser les déperditions thermiques par les parois et par la vapeur d’eau évacué dans le gaz s’échappant pour le brassage du substrat et la production de biométhane. H est à noter qu’il y a qu’une seule sortie de gaz 38 dans le système VHM, ce qui limite les déperditions par l’évacuation du gaz, notamment du gaz à 70°C produit dans le premier compartiment. Celui-ci étant recirculé par des diffuseurs situés sur le plancher vient ainsi réchauffer les autres compartiments.

Dans un système de méthanisation classique le pH augmentant, l’équilibre NH47NH3' devient plus favorable à la forme NH3‘ plus volatile, pouvant engendrant une dynamique d’inhibition de la flore bactérienne se traduisant par un ralentissement de l’activité. D’autre part l’augmentation du pH engendre des pertes d’azote sous sa forme gazeuse NH3^-, notamment à une température thermophile.

Les transferts d'un compartiment à l’autre 2 3 4 5 sont réalisés de préférence par des canalisations externe 13 d’un diamètre suffisamment important pour permettre le passage d’une matière épaisse et visqueuse figure 1 et 2. Le diamètre est de l'ordre de 0,35 m. Ces canalisations sont munies d’une vanne guillotine 23 figure 2 et 13 figure 3 s’ouvrant lors du chargement d’un substrat nouveau, ce qui permet le transfert par simple gravité du compartiment à l’autre.

Comme déjà précisé, pour brasser une masse de plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de mètre cube par secteur d’agitation, on fait appel à un système d’agitation, organisé en secteurs d’agitation, très puissant en injectant du gaz sous pression par des injecteurs situés sur le plancher engendrant des débits de gaz de plusieurs mètre cube par seconde. Ce système engendre un mouvement très puissant du substrat de fermentation dans le secteur sollicité. Le niveau du substrat s’élève dans le secteur sollicité d’un à deux mètres, ce qui crée une augmentation du volume au-dessus du niveau de base hors agitation, de plus de 15 m3 pour un secteur d’agitation de cent mètre cubes de substrat par exemple. Ce mouvement crée une aspiration puissante de substrat dans la canalisation de transfert 7 d’un compartiment à l’autre, à proximité du secteur agité figure 7. La canalisation de transfert a un diamètre important pour laisser passer un substrat épais et visqueux, de l’ordre de 35 à 40 cm de diamètre par exemple. A chaque agitation, si la canalisation de transfert n’est pas fermée, on transfère une quantité importante de substrat d’un compartiment à l’autre. Selon le compartiment et le secteur on peut avoir entre 4 à 12 agitations par jour par secteur de l’amont à l’aval. Sur un journée c’est entre 8 et 24 agitations de part et d’autre des parois de séparation des compartiments, qui engendre des flux importants d’un compartiment à l’autre.

Le substrat transféré d’un compartiment à l’autre est mélangé au substrat du compartiment d’accueil. Le mélange va mettre plusieurs minutes avant de refluer dans le compartiment d’origine. Au fil du temps ce phénomène tend à mélanger les compartiments, ce qui va à l’encontre du processus de marche en avant et de maîtrise de l’équilibre biochimique.

C'est ce qui justifie qu’entre chaque compartiment on a une vanne de type guillotine fermée 22 figure 1 et 8 figure 7. Ces vannes s’ouvrent seulement au moment du chargement du substrat dans le premier compartiment et lors du transfert par gravité d’un compartiment à l’autre une fois par jour. Elles s’ouvrent également, si besoin, selon l’équilibre acido-basique lors des agitations pour transférer le substrat par aspiration d’un compartiment à l’autre dans un sens de l’amont à l’aval ou dans le sens contraire de l’aval à l’amont par aspiration lors d’une agitation.

La régulation du transfert participe à l’équilibre acido-basique. Par exemple si un compartiment a un pH trop acide on aspire du substrat des compartiment plus en aval vers les compartiments amont. Il est représenté par la figure 7. Celle-ci représente le système de flux et reflux du substrat entre deux compartiments 1 et 2 figure 7 remplis de substrat en fermentation 3 et 4.

La figure 7 représente le flux du substrat de l’aval à l’amont. Sur chaque compartiment on représente le système de brassage fait d’une plaque de dérivation du gaz 5 sous lequel débouche un tuyau 6 d’amené du gaz comprimé détendu. Les deux compartiments sont reliés par une canalisation de transfert 7 muni d’une vanne de transfert 8. Lorsque la vanne de transfert est fermée on a aucun flux entre les deux compartiments. Lorsque l’on a une agitation d’un secteur proche de la paroi de transfert 9 et 10 et que la vanne de transfert est ouverte on a un flux de matière du compartiment non agité vers le compartiment agité. Dans un système industriel les parois 9 et 10 ne font qu’une paroi. La canalisation de transfert 7 est adaptée à la géométrie des fermenteurs et de leur compartimentation.

La figure 7 représente un flux du compartiment aval 2 vers le compartiment amont 1. Ce flux engendre une augmentation temporaire du volume de substrat dans le compartiment amont 2 qui s’accompagne par une augmentation du niveau haut de substrat 11 par rapport au niveau hors agitation 12. Par contre le niveau de substrat 13 dans le compartiment aval 2 diminue temporairement. Puis le substrat du compartiment amont 1 reflux dans le compartiment aval pour retrouver un nouvel équilibre 12 dans les deux compartiments.

Le mouvement est inversé lorsque l’on active l’agitation du secteur de proximité du compartiment aval. Le substrat provenant du compartiment amont 1 est aspiré dans le compartiment aval 2.

Nous savons que le substrat en fermentation lors de l’acidogénèse est plutôt acide pour devenir de plus en plus basique en sortie du fermenteur au fur et à mesure que le processus de méthanisation évolue. Ce qui explique que lorsque la vanne de transfert est fermée, le substrat amont est plus acide que le substrat aval plus basique. Mais à chaque agitation lorsque la vanne de transfert est ouverte le flux et le reflux du substrat modifient le pH du substrat de part et d’autre de la paroi entre les compartiments. Lorsque l’on aspire du substrat plus basique, le substrat s'est mélangé à un substrat plus acide, ce qui diminue légèrement son pH avant qu’il reflux dans le substrat plus basique. A l’inverse l’agitation à proximité d’une canalisation de transfert en milieu plus basique provoque l’aspiration d’un substrat plus acide qui se mélange avec le substrat plus basique avant de refluer en amont dans le substrat acide.

En renouvelant plusieurs fois par jour les transferts de substrat on modifie considérablement les équilibres biochimiques.

On voit bien tout l’intérêt du système qui permet de réguler l’évolution du pH, si besoin, en jouant sur l’ouverture ou la fermeture des vannes de transfert en dehors du transfert une fois par jour lors du chargement de substrat nouveau.

Ceci participe aux moyens de régulation de l’équilibre acido-basique d’un fermenteur pour le maintenir dans une plage de fonctionnement optimum. Par exemple, si le substrat est trop acide on fait fonctionner le système dans le sens de l’augmentation du pH. Si le substrat est trop basique on fait fonctionner le système dans le sens de la diminution du pH.

Ce système de régulation est utile mais s’avère, dans certaines situations, insuffisant puisque le processus de méthanisation tend inexorablement dans sa marche en avant à générer un pH basique. La gestion du pH par la gestion de la pression partielle de dioxyde de carbone reste une des bases essentielles de l’innovation.

Le processus d’enrichissement du taux de méthane peut être avantageusement améliorer par l’introduction de dihydrogène exogène 52 par les rampes de recirculation microporeuse et de diffusion intégrées au plancher figure 3. Le dihydrogène est produit par n’importe qu’elle procédé, par exemple par électrolyse de l’eau,

L’introduction de dihydrogène exogène à l’installation dans le gaz recirculé dans le substrat du dernier compartiment est effectuée par les rampes de diffusion microporeuses permettant d’éviter la coalescence de bulles de dihydrogène.

Le dihydrogène est introduit par des rampes microporeuses permettant d’éviter la coalescence de bulles de dihydrogène. Celui-ci réduit le dioxyde de carbone recirculé et solubilisé en méthane, ce qui maintien le dioxyde de carbone en sous-saturation. Le méthane moins soluble monte dans le ciel de gaz. L’apport de dihydrogène est ajusté à la vitesse d’introduction du dioxyde de carbone du biogaz introduit et maintenu à une pression partielle favorable à sa solubilisation et à la production d’un biométhane à au moins 95%de méthane. L’apport de dihydrogène est régulé par un analyseur de gaz 32 détectant d’éventuelles traces de dihydrogène dans le ciel de gaz15 figure 3 permettant d’ajuster le débit pour qu’il n’y ait plus de traces de dihydrogène.

Le calcul du volume de dihydrogène à introduire par les rampes microporeuses est réalisé selon l’équation de quatre moles de dihydrogène pour une mole de dioxyde de carbone par la mesure du volume de dioxyde de carbone solubilisé obtenu par le calcul du volume de dioxyde de carbone introduit et par le maintien de la pression partielle de dioxyde de carbone nécessaire.

Le contrôle pour ajuster le volume de dihydrogène est réalisé en intégrant les analyses en continu de la composition du gaz dans le ciel de gaz, la mesure de la pression totale dans le ciel de gaz, le calcul du volume du ciel de gaz, le volume de gaz comprimé dans le ciel de gaz intégrant la pression totale et le calcul de la pression partielle de dioxyde de carbone calculée par le taux de dioxyde de carbone dans le gaz confiné.

Les actions correctrices pour produire un bïométhane se concentrant dans le ciel de gaz avec au moins 95% de taux de méthane sont réalisées en adaptant la pression totale dans le ciel de gaz du dernier compartiment en fonction de la pression partielle de dioxyde de carbone et le débit de dihydrogène exogène introduit par les rampes microporeuses.

Claims (20)

1. REVENDICATIONS.

   1. Procédé de méthanisation en continu en voie visqueuse dans un fermenteur divisé en compartiments ou cuves de fermentation à ciels de gaz fermés et à pression variable caractérisé en ce qu’il comporte les étapes :

   - D’introduction et de transfert d’une matière épaisse à fermenter, à forte viscosité comportant au moins 12% de matière sèche dans un premier compartiment maintenu à une température de préférence hyperthermophile, puis dans plusieurs compartiments maintenus à une température de préférence thermophile,

   De mélange du substrat en fermentation dans les secteurs d’agitation de chaque compartiment par le biogaz comprimé détendu sous des plaques de dérivation fixées au plancher,

   - De régulation du transfert du substrat en fermentation d’un compartiment à l’autre par l’aspiration créée par le flux de gaz sous pression de part et d’autre de la paroi de séparation des compartiments,

   - De régulation du pH du premier compartiment à 5,5 environ, de préférence en température hyperthermophile, pour produire du dihydrogène,

   - D’ajustement de la pression partielle de dioxyde de carbone dans le ciel de gaz fermé des autres compartiments pour contenir le pH, de préférence en dessous de 7,3,

   - De recirculation du gaz contenant du dihydrogène produit dans les premiers compartiments à travers des rampes microporeuse situées sur le plancher dans de préférence dans le dernier compartiment, et optionnellement

   - D’introduction de dihydrogène exogène dans le ciel de gaz du dernier compartiment par les rampes microporeuses situées sur le plancher du fermenteur du dernier compartiment pour produire du biométhane à au moins 95% de CH4.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le mélange du substrat visqueux est effectué en détendant ponctuellement et successivement dans chaque secteur d’agitation un volume de gaz sous une pression déterminée, en fonction de la viscosité mesurée du substrat, dans plusieurs injecteurs de gaz sous des plaques de dérivation intégrées au plancher.
3. 3. Procédé selon la revendications 2 qui comporte la mesure de la viscosité de la matière épaisse en fermentation permettant d’ajuster le débit du gaz d’agitation dans les secteurs de chaque compartiment.
4. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel l’ajustement des débits, de la durée et de la fréquence d’agitation par le gaz comprimé détendu dans chaque secteur d’agitation est réalisé en fonction de la viscosité mesurée.
5. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la mesure de la viscosité est effectuée par la mesure du débit de gaz comprimé dans un caisson à volume et à une pression données détendu dans un secteur d’agitation sur une durée donnée, les valeurs de viscosité associées aux pressions, durées et débits ayant été, au préalable, prédéterminées et étalonnées par un viscosimètre industriel.
6. 6. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la détente du gaz comprimé est effectuée dans un injecteur de gaz composé d’une part de plusieurs embouts à l’extrémité de tuyaux d’amené

   5 du gaz sous pression suffisamment étroits pour que le substrat visqueux ne puisse refluer dans le tuyau de gaz et d’autre part d’une plaque de dérivation du gaz détendu.
7. 7. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la recirculation du gaz est effectuée par surpression du biogaz produit dans les premiers compartiments dans, au moins, le dernier compartiment.

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8. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel la diffusion du gaz est effectuée par des rampes microporeuses de diffusion de gaz, intégrées au plancher pour éviter la coalescence de bulles de gaz évacuées dans le ciel de gaz.
9. 9. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la régulation du pH du substrat en fermentation dans, de préférence le dernier compartiment, est effectuée par l’ajustement de la pression

   15 partielle de dioxyde de carbone dans fe ciel de gaz.
10. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel la régulation de la pression partielle de dioxyde de carbone est effectuée par l’ajustement de la pression totale en fonction du taux de dioxyde de carbone et du volume de ciel dé gaz par le moyen de vannes à ouverture variable sur chaque ciel de gaz.

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11. 11. Procédé selon la revendication 1 qui comporte la régulation de l’équilibre acido-basique par l’ouverture de la vanne sur la canalisation de transfert entre les compartiments lors de l’agitation du secteur de proximité engendrant l’aspiration d’un compartiment à l’autre et donc le flux puis le reflux du substrat de l’autre côté de la paroi.
12. 12. Procédé selon la revendication ldans lequel la régulation d’un pH proche de 5,5 dans le 1°

    25 compartiment est réalisé par le maintien à une température hyperthermophile, de préférence entre 65 et 70°C, par l’adaptation du temps de séjour hydraulique du substrat en fermentation entre un et trois jours et par la recirculation ajustée de jus acides obtenues par la concentration en matière sèche du digestat entre le premier compartiment et le deuxième compartiment.
13. 13. Procédé selon l’une des revendications 11 et 12 dans lequel la production d’une quantité et

    30 d’une qualité recherchée de jus acide à recirculer est réalisée en ajustant le temps de séjour hydraulique et le taux de matière sèche du 1 ° compartiment et le taux de matière sèche du 2° compartiment.
14. 14. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la recirculation du biogaz produit dans les compartiments amont et contenant du dihydrogène est effectuée dans le dernier compartiment

    35 aval au moyen de rampes microporeuses situées sur le plancher du fermenteur pour enrichir le taux de méthane du biogaz par l’activité des bactéries hydrogénophile.
15. 15. Procédé selon l’une des revendications 1 et 14 dans lequel l’introduction de dihydrogène exogène à l’installation dans le gaz recirculé dans le substrat du dernier compartiment est effectuée par les rampes de diffusion microporeuses.
16. 16. Procédé selon la revendication 15 dans lequel le calcul du volume de dihydrogène à introduire par les rampes microporeuses est réalisé selon l’équation de quatre moles de dihydrogène pour une mole de dioxyde de carbone par la mesure du volume de dioxyde de carbone solubilisé obtenu par le calcul du volume de dioxyde de carbone introduit et par le maintien de la pression partielle de dioxyde de carbone nécessaire.
17. 17. Procédé selon l’une des revendications 1 et 16 dans lequel le contrôle pour ajuster le volume de dihydrogène est réalisé en intégrant les analyses en continu de la composition du gaz dans le ciel de gaz, la mesure de la pression totale dans le ciel de gaz, le calcul du volume du ciel de gaz, le volume de gaz comprimé dans le ciel de gaz intégrant la pression totale et le calcul de la pression partielle de dioxyde de carbone calculée par le taux de dioxyde de carbone dans le gaz confiné.
18. 18. Procédé selon l’une des revendications 1, 16 et 17 dans lequel des actions correctrices pour produire un biométhane se concentrant dans le ciel de gaz avec au moins 95% de taux de méthane sont réalisées en adaptant la pression totale dans le ciel de gaz du dernier compartiment en fonction de la pression partielle de dioxyde de carbone et le débit de dihydrogène exogène introduit par les rampes microporeuses.
19. 19. Dispositif de méthanisation conçu pour mettre en œuvre le procédé de méthanisation en continu en voie visqueuse selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu’il comprend un fermenteur divisé en compartiments ou cuves de fermentation à ciels de gaz fermés et à pression variable,
20. 20. Dispositif de méthanisation selon la revendication 19, caractérisé en ce qu’il comprend des rampes microporeuses intégrées au plancher, lesdites rampes microporeuses étant destinées à éviter la coalescence des gaz recirculés et du dihydrogène exogène introduit.