Édition ADEME, centre d'Angers

ChargésdeI'étude Éric Prud'homme, Isabelle Hébé : ADEME

Comité de lecture Laurent Riquier : Bureau d'études Laurent Riquier James Miralvès : CGEA-ONYX Isabelle Hébé : ADEME

Rédaction SOLAGRO

Christian Couturier Isabelle Meiffren Bruno Dumas Laurent Galtier

219, avenue de Muret - 31300 Toulouse Téléphone : 05 61 59 56 16

- e-mail : solagro@solagro.asso.fr

Crédit photographique L'ensemble des photos ont été réalisées par Solagro à l'exception de : Photo de couverture et page 122 X- Roland Bourguet/ADEME Pages 10 et 1 4 F Philippe SalvVARELIE île-de- rance

Conception graphique e t réalisation Georges Rivière et Irène Hérault Studio Stéphan Arcos - Toulouse Impression : Imprimerie 34 - Toulouse

Dépot Légal : décembre 2 0 0 1

Copyright ADEME Editions. Angers - 2 0 0 1 ISBN 2-06817-581.3

Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droits ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (Art L 122-41 et constitue une contrefacon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (Art L 122-51 les copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copis- te et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou dlnformation de l'œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122- 10 à L 122- 12 du même Code, relative à la reproduction par reprographie.

INTRODUCTION 1 DIFFERENTS NIVEAUX D'OBJECTIFS 11

U N E PREOCCUPATION PERMANENTE 11

QUELLE DEMARCHE POUR L'EXPLOITANT ? 12

UES NOTIONS ELLES

LE GAZ DE DECHARGE : TROIS GAZ E N PROPORTIONS VARIABLES 16

Le biogaz 16 Cair 16 Les composes volatils 17

COMPOSITION D U BIOGAZ 17 Le methane CH, 17 Le gaz carbonique CO, 17 Chydrogene sulfure H,S e t mercaptans 17

TOXICITE ET EXPLOSIVITE DES DIFFERENTS CONSTITUANTS D U GAZ DE DECHARGE 18

Le methane 18 Le gaz carbonique 18 Chydrogene sulfure et les mercaptans 18 Les composes organiques volatils 19

MÉCANISMES DE PRODUCTION 6 ÉVOLUTION D A N S LE TEMPS DE L A COMPOSITION D U GAZ DE DECHARGE 20

OBJECTIFS E LA GESTION DU GAZ

REDUIRE LES IMPACTS SUR L 'ENVIRONNEMENT 24 Limiter les emissions dans I'atmosphere de methane 24 Reduire les nuisances e t odeurs 2 5 Faciliter la revegetalisation du site 25

ASSURER LA SECURITE DES PERSONNES ET DES B IENS

Liiniter les risques d'incendie e t d'explosion, les feux de decharge

Origine des explosions Conditions de production d'une explosion Lieux a risques d'explosion Feuxdedecharge

Limiter les seuils d'exposition aux composes toxiques Composes toxiques Limites d'exposition Règles de calcul pour des gaz complexes

Reduire les phenomenes de corrosion de degradation des equipements Niveauxde danger encourus pour les personnes e t les biens etude de cas

SATISFAIRE AUX EXIGENCES REGLEMENTAIRES 31 Dispositions de l'arrête du 9 septembre 1997 concernant le gaz 31

Carticle 1 9 31 L'article 4 4 31

Conditions d'application des dispositions 31 Commentaires sur l'arrête du 9 septembre 1997 32

Autres textes specifiques au gaz de decharge 33 Circulaires du 2 6 mai 1996 et du 2 3 avril 1999 33 Directive du Conseil de l'Union europeenne du 2 6 avril 1 9 9 9 33

Reglementations applicables mais non specifiques au garde decharge 34

Code du travail 34 Autres lois et textes 34 Normes, certifications et regles de l'art pour la prevention des risques 35 Normes et certifications des machines e t appareils electriques 3 5 Directive ATEX e t decrets anterieurs 36 Delimitation des s zones a risque de gaz >) 37

OFFRIR LES MEILLEURES CONDITIONS À L A VALORISATION D U BIOGAZ

Fournir un gaz de qualite Repondre aux specifications de l'utilisateur Repondre aux specifications des fournisseurs d'equipements Prendre en compte l'incidence de la composition du biogaz sur la puissance et le rendement des appareils Choisir des equipements resistants a la corrosion des gaz de combustion

Garantir la production Opter pour des equipements modulaires NI sous-estimer, ni surestimer le potentiel de production Optimiser le dimensionnement Faire une analyse probabiliste de la production

INSCRIRE D A N S LE LONG TERME LES PERFORMANCES DE L A GESTION D U GAZ 4 4

Anticiper la post-exploitation 4 4 Rechercher I'equilibre entre performance et fiabilite 44 Engager une demarche qualite 44 Prendre en compte le biogaz dans un prolet de rehabilitation 44

LES OUTILS D'ÉTUDE CALCULER 48

Approche theorique de la production de biogaz 48 Connaissance des apports 48 Les modèles theoriques de la production de gaz 49

Approche par les mesures in s~ tu 52

MESURER 53 Mesures sur gaz 53

Codorat n'est pas un bon detecteur de gaz ! 53 Mesure et detection des emissions en surface 53 Tests de pompage 5 5 Campagnes de mesure des debits de methane 55 Campagnes de mesure de la qualité 55 Confirmation en laboratoire des mesures sur site 5 5 Elements traces 56 Périodicite des mesures 56

Mesures des parametres de la fermentation 57 Mesures sur echantillon 57 Mesures sur les Iixiviats 57 Mesures de tassement 58

VERIFIER 59 Contrôles obligatoires ou normalises 59

Etudes d'impact 59 Contrôles de conformité 59 Analyse des risques 59

Audit des perfomances du systeme de degazage 61 Analyse des données 61 Dysfonctionnements eventuels 61 Identification des causes 62 Solutions 62

Audit du fonctionnement du systeme de degazage 63

CONCEPTION MISE EN CEUVRE

DES SYSTÈMES DE GESTION DU GAZ

~ÉCURISATION DES ÉQUIPEMENTS 66 Moyens de prevention des risques 66 Choix des materiels electriques pour atmosphere explosive 66

Marquage selon les normes CENELEC 66 Marquage ATEX 67

PROCEOURES GENERALES 68 Inspections et tests precedant la mise en service d'un equipement 68

Inspection prealable 6 8 Tests d'etancheite, tests de securite 68 Tests de fonctiorinement, tests des performances 68

A reception des installations dossier des ouvrages executes [DOE] 68

Que comporte le ODE 7 68 Quand constituer le ODE 7 69

CAPTAGE OU GAZ 7 q

Mecanismes regissant la migration du gaz 7 0 Difference de pression et permeabilie 7 O ii Entrees d'air » versus i i fuites de gaz » 7 70

Options de gestion 70 Etancheification des parois 71 Drainage du gaz 71 Les systemes de drainage du gaz 71 Contraintes e t criteres de selection 7 2

Drainage interne 74 Caracteristiques generales 74 Puits fores 75 Puits verticaux realises a l'avancement 77 Drains horizontaux 7 8

Drainage peripherique 7 9 Caracteristiques generales 7 9

Articulation entre le drainage interne et les canalisations de collecte les têtes de puits 81 Gestion combinee gaz et Iixiviats 82

Puits mixtes gaz et Iixiviats 82 Gaz et reseaux Iixiviats 82 Perspectives sur la recirculation des Iixiviats 8 2

COLLECTE D U GAZ 83 Conception et regles de dimensionnement 83 Typologie des differents reseaux 83

Reseaux de type ii ramifie i ) 83 Reseaux de type ii arteriel )) 83 Reseaux de type ii pieuvre i ) 84 Reseaux de type ii mixte r) 84

Protection des canalisations reseaux 84 Canalisations enterrees 84 Canalisations au sol 85 Canalisations sur supports 85

Dimensionnement des canalisations 86 Calcul des pertes de charges 86 Pertes de charge optimales 86

Realisation des canalisations 86 Pose 86 Trace des canalisations 87 Compensation de la dilation et des mouvements differentiels 88 Vannes de regulation et vannes e marche/arrêt )i 89 Autres pieces techniques 90

TRAITEMENT & CONDITIONNEMENT 93 Specifications generales 93

Architecture 93 Assemblage 93 Conditions particulieres 94

Lunite d'extraction 94 Selection d'une technologie de compression 94 Specifications 95 Dimensionnement 95 Equipements annexes 97 Systeme de regulation 98 Taux de captage e t qualite du gaz 101

Cunite d'incineration 103 Selection d'une technologie 103 Specifications 103 Dimensionnement 104

Organes de mesure e t de contrôle commande 106 Organes de mesure et de securite 106 Auxiliaires 107 Automatismes et interfaces 107

Traitements du gaz Teneur en eau Temperature

Traitement des contaminants Filtration des particules Traitement de HzS Traitement des organo-halogénés

ANALYSE, MESURE, CONTRÔLE Specifications des materiels

Specifications genérales Options Analyseurs en poste fixe

Mesure du debit Analyse de la composition du gaz

Mesure des constituants principaux Oetection de gaz dans l'air ambiant Mesure des éléments trace dans le gaz Mesures ponctuelles complementaires

EXPLOITATION SECURITE 124

Consignes generales 124 Notice de securite 124 Regles usuelles de securité 124 Equipements individuels de protection des travailleurs 125

Procedures particulieres 126 Verrouillage et deverrouillage 126 Forages 126 Feux de decharges 126

ORGANISATION DE L A M A I N T E N A N C E 128 Principes d'organisation 128

Modes de gestion de la maintenance 128 Methodes de maintenance et diagnostics 129 Personnel 129 « Main courante >) ou ii registre gaz )) 130

Procedures particulieres 130 Mise en gaz des ouvrages et demarrage des installations 130 Arrêt des installations 131 Demantelement des puits non productifs 132

CONDUITE 133 Organisation de la conduite 133 Captage et collecte 133

Inspection visuelle du site 133 Reglagedu reseau dedegazage 133 Equilibrage aéraulique 135 Réglage des puits 135 Reglages sur debit de gaz 136 Purge des condensats 136 Frequence des interventions 136 Conditions meteorologiques 137

Unite d'extraction et d'incineration 137 Fiche de suivi e t registre des interventions 137 Enregistrement 137

Organisation de la campagne des mesures reglementaires du gaz e t des fumees 139

ENTRETIEN 141 Captage et collecte 141

Maintenance generale 141 Chasse aux fuites e t aux entrees d'air 141 Travaux de reprise 142

Conditionnement 143 Unité d'extraction 143 Unite d'incineration 143 Appareils de mesure et d'analyse 143 Auxiliaires et utilites 144

RECAPITULATIF DES PRINCIPALES OPERATIONS DE M A I N T E N A N C E ET D'ENTRETIEN 145

BlBlLOGRAPHlE 147

Sécurité

Procédures qénérales

Legazde décharge captage P 70

Le biogaz P 16 Drainage interne -- -- P 74

Toxicité, 1@Tpi m i n a g e périphérique P 79 +osivité Tête de puits P 81 Production, composition m.%

Environnement

Sécurité

Exigences valorisation

Optimisation

- -

Calculer la production

--

Mesures >sur gaz >paramètres de la fermentation

Vérifications

Sécurité

Organisation

P l 2 4

Collecte Conditionnement e t traitement du gaz Extract ion Incinération

Technologie P 95 Technologie P 103

P 86 Dimensionnement Dimensionnement ,+>O P 95 P 104

Pose, tracé, ,,+\y 9.q7 ai p i e c ~ u e s ~ 8 6 a Régulation ~ 9 8 N u l a t i o n P 106

PA 4'

Captage e t collecte Conditionnement e t traitement du gaz

E Conduite P 133 E Conduite P 137

Entretien P 149 Entretien P 143

I N D E X

Analyse

Conception 77 ; 78 ; 80 ; 81 ; 82 ; 87 ; 89 ; 95 ; 98 ; 99 ; 100 ; 101

Condensats, lixiviats 22 ; 76 ; 81 ; 85 ; 102 ; 103 ; 104 ; 115

Contrôles, études e t audits 53 ; 54 ; 55 ; 56 ; 57 ; 131 ; 132

Corrosion 22 ; 23 ; 34 ; 87

COV 13;21 ;22;50; '107

Détection de gaz 47 ; 48

Effet de serre 18

Éléments trace [voir aussi : HnS, COV] 34 ; 50 ; 106 ; 115 ; 116

Entrées e t fuites d'air, taux de captage 11 ; 20 ; 32 ; 33 ; 34 ; 55 ; 56 ; 64 ; 65 ; 95 ; 96 ; 127 ; 128 ; 135 ; 136

Feux de décharge 20 ; 120 ; 121

Gaz de décharge 25 ; 26 ; 27 ; 28 ; 133

HnS 11 ; 12 ; 13 ; 19 ; 21 ; 50 ; 106 ; 107 ; 114

Incendie, explosion 12 ; 19 ; 20 ; 24 ; 31

Matériels électriques 2 9 ; 3 0 ; 3 1 ; 6 0 ; 6 1 ; 6 2

IMesures 51 ; 52 (voir aussi : mesure de débit, analyse, détection]

Mesure de débit 46 ; 4 9 ; 8 4 ; 110; 130

Odeurs, nuisances 19 ; 47

Organisation 122 ; 123 ; 124 ; 127

Procédures 62 ; 63 ; 120 ; 121 ; 124 ; 125 ; 126 ; 127 ; 128

Protection des travailleurs 28 ; 29

Règles de dimensionnement 80 ; 90 ; 98

Régulation 6 4 ; 8 3 ; 9 2 ; 9 3 ; 9 4 ; 9 6 ; 100; 127; 128; 129; 130

Revégétalisation 19

Sécurité 24; 60 ; 61 ; 62; 118; 119 ; 120 ; 121

Sélection de matériaux e t équipements 23 ; 66 ; 67 ; 68 ; 69 ; 70 ; 71 ; 72 ; 73 ; 74 ; 75 ; 78 ; 7 9 ; 8 0 ; 8 1 ; 8 8 ; 8 9 ; 9 0 ; 9 1 ; 9 2 ; 9 7 ; 9 8 ; 9 9

Toxicité 12 ; 13 ; 21 ; 22 ; 24

Valorisation. combustion 15;31 ; 3 2 ; 3 3 ; 3 4 ; 1 0 5

QUELLE DÉMARCHE POUR L'EXPLOITANT ?

A chaque étape de l'exploitation d'une installation de déchets plusieurs facteurs sont à prendre en compte pour maîtriser et optimiser la gestion du gaz vis-à-vis de :

la maîtrise des impacts sur l'environnement ;

la sécurité ;

le respect de la réglementation ;

l'exploitation d'un point de vue industriel ;

la perspective d'un projet de valorisation.

DEFINIR SES OBJECTIFS OPERATIONNELS

L'exploitant doit se fixer des objectifs opérationnels en fonction du stade d'exploitation du site qui répon- dent à l'ensemble de ces objectifs généraux. Sans être exhaustif, ses objectifs propres peuvent être :

la réalisation du système de dégazage lors de l'ouverture d'un nouveau casier ;

l'amélioration du système de dégazage existant, du point de vue du taux de captage, de la quali- t é du gaz, de la fiabilité et de la pérennité des installations ;

la mise en conformité avec la réglementation, qu'il s'agisse des dispositions de l'arrêté d'autori- sation d'exploiter spécifique au site ou des dispositions générales de la réglementation [normes, certifications ...] ;

l'établissement d'un dossier de demande d'autorisation en cas de création, d'extension ou de modification ;

la mise en œuvre d'une démarche qualité [certification, normalisation] ;

la réhabilitation d'un casier existant :

l'établissement des garanties financières pour la post-exploitation ;

la mise en cohérence des modes de gestion de I'ISD et du système de dégazage avec un projet de valorisation du gaz.

Des objectifs opérationnels en fonction du stade d'exploitation

X Établissement des garanties financières 1 X

Projet de valorisation du gaz X X X X X

MENER LES INVESTIGATIOIUS . . PREALABLES .. .

En fonction de ses objectifs opérationnels, l'exploitant engage des investigations préalables, sous forme d'études et d'audits. Réalisées par l'exploitant ou par des sociétés spécialisées, ces investiga- tions englobent les études de dimensionnement, les études d'impact, de risques, les contrôles de conformité, les audits de performances.

Elles permettent de définir les moyens à mobiliser :

en ce qui concerne les équipements : il s'agit de la conception et la réalisation du système de dégazage [cf CHAPITRE 41 ;

en ce qui concerne les procédures : il s'agit de la mise en service et l'exploitation de ce système [cf CHAPITRE 51

Si certaines investigations sont obligatoires du point de vue réglementaire, d'autres peuvent être menées de manière volontaire.

Citons par exemple

les études de dimensionnement pour la conception d'un système de dégazage dans la perspec- tive d'un projet de valorisation, ou dans le cadre d'une réhabilitation. Ces études sont également indispensables pour l'établissement des garanties financières ;

les études d'impact lors de l'élaboration d'un dossier de demande d'autorisation ou d'une étude de réhabilitation. Une étude d'impact peut également être menée dans le cadre d'un projet de valorisation ;

les études des risques à l'occasion de la réalisation du système de dégazage dans le cadre d'un projet de valorisation. L'analyse des risques peut aussi ëtre menée dans le cadre d'une démarche qualité ou lors de la mise en conformité ;

les contrôles de conformité : l'exploitant est tenu de procéder régulièrement à des audits [confor- mité des appareillages électriques], à des mesures [émissions en torchère, production et compo- sition du gaz capté]. Les contrôles sont également nécessaires lors de la réalisation du système de dégazage ou du projet de valorisation. Dans le cas de la mise en œuvre d'une démarche quali- té, celle-ci devra également être évaluée régulièrement ;

les audits des performances : basés sur la comparaison entre calculs théoriques, mesures et fonctionnement des équipements, ils sont nécessaires pour la réception du système de dégazage ou de l'installation de valorisation de gaz. Les performances de ces systèmes seront régulièrement contrôlées en exploitation. L'audit de performances permet également de mieux apprécier les besoins en garanties financières.

Investigations à mener en fonction des objectifs

Pour réaliser ces investigations, on dispose d'une (( boîte à outils » comportant des outils de diagnos- tic, d'étude, d'audit, tels que :

des calculs théoriques, notamment pour déterminer le potentiel de production de gaz ;

des mesures : débit du gaz, teneur en méthane, en éléments traces, composition des fumées, paramètres de fermentation, état des déchets ...

des audits et contrôles qui consistent à mesurer l'écart entre ce qui existe en termes d'équipe- ments, de procédures ou de résultats de mesures et analyses, par rapport à un (( standard )) quel- conque tel que réglementation, norme, charte qualité, état de l'art ...

Décrits dans le CHAPITRE 3, ces outils peuvent s'utiliser seuls ou, plus souvent, de facon combinée. Leur mode d'emploi - méthodologie, conditions d'application, appareillages utilisables - est décrit CHAPITRE 4.

13

Ce chapitre rappelle les mécanismes de production du gaz de décharge. la toxicité e t I'explosivité de ses différents constituants ainsi que les facteurs qui influent sur l'évolution de sa composition dans le temps .

LE GAZ DE DECHARGE : TROIS GAZ EN PROPORTIONS VARIABLES . . . . . . . . . . . . 16

Lebiogaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 . . Lair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Lescomposésvolatils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

COMPOSITION DU BIOGAZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Leméthane.CH, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Legazcarbonique.CO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

L 'hydrogènesu I f~ réH~Set mercaptans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7

TOXICITE ET EXPLOSIVITE DES DIFFERENTS CONSTITUANTS DU GAZ DE DECHARGE . . . . .

Le méthane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Legazcarbonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

L'hydrogène sulfuré e t les mercaptans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Les composés organiques volatils . . . . . . . . . . 19

NIECANISNIES DE PRODUCTION & EVOLU~~ION . . . . DANS LE TEMPS DE LA COMPOSITION DU GAZ DE DECHARGE . . . . . . . . . . 20

LE GAZ DE DECHARGE : TROIS GAZ E N PROPORTIONS VARIABLES

Le gaz de décharge est composé de biogaz, d'air e t de composés organiques volatils. La proportion entre ces gaz est étroitement liée à la nature des déchets stockés, à leur vitesse de dégradation, aux modes d'exploitation du site. Non seulement la composition du gaz de décharge varie d'un site à l'autre, mais sur un site donné, elle varie dans le temps. Le gaz de décharge contient de 6 0 à 9 5 % de biogaz, 5 à 40 % d'air, e t 0 , 05 à 0 ,5 % de composés organiques volatils.

Rapport Air/Biogaz en fonction de la teneur en méthane [pour des biogaz dont la concentration en méthane varie de 54 à 60 %)

7

Teneur en méthane du gaz de décharge

Un gaz de décharge bien géré ne doit pas contenir plus de 20 % d'air par rapport au biogaz. Un gaz à 30 % de méthane contient autant d'air que de biogaz. Si cette concentration est inférieure à 20 %, c'est qu'il contient 2 fois plus d'air que de biogaz, comme l'illustre le graphe ci-dessus.

II provient de la fermentation anaérobie de la matière organique. II est composé principalement de méthane e t de gaz carbonique, généralement saturé en vapeur d'eau. II contient également - à de faibles concentrations - d'autres gaz issus de la fermentation, tels que de I'hydrogène sulfuré [H2S], de l'ammoniaque [I\1H4], de I'hydrogène [H,], des mercaptans [composés organiques soufrés...], ou encore des produits intermédiaires de la fermentation à l'état gazeux ou sous forme d'aérosols [acide acétique, acides gras volatiles...]. La composition du biogaz varie dans le temps selon des mécanismes connus.

L'AIR

Les systèmes de dégazage n'étant généralement pas totalement étanches, de I'air est introduit dans le gaz. L'air est aspiré via les parois des casiers (couverture perméable, parois...], par les têtes de puits, ainsi qu'au niveau des défauts d'étanchéité des canalisations. Lorsque I'air passe par les parois, il tra- verse les déchets en fermentation et l'oxygène est consommé par les bactéries aérobies. D'où des ratios oxygène/azote dans le gaz de décharge, qui peuvent être plus faibles que le ratio 0 d N 2 de I'air [soit 21/79]. La teneur en air du gaz de décharge est fonction du système de dégazage : perméabili- t é des parois, différence de pression entre l'atmosphère et l'intérieur du casier, équilibrage aérolique du réseau de dégazage, etc.

LES COMPOSES VOLATILS

Enfin, les déchets contiennent à l'état natif des composés volatils qui sont aspirés avec le biogaz de fer- mentation. II s'agit de composés de nature très diverse, allant de formes d'hydrocarbures simples [pro- pane, butane ...] à des formes complexes [hydrocarbures aromatiques]. Certains de ces composés sont associés à des atomes halogènes [chlore, fluor]. On trouve également des produits à base de sili- cium, formant la famille des siloxanes [formule SixHy] II s'agit essentiellement de produits gazeux ; cependant, on trouve également des aérosols, des poussières et particules, ainsi que des solides ou des métaux sous forme volatile [monoatomique]. Ces produits proviennent d'origines les plus diverses : bouteilles de gaz, peintures, solvants, fréons de réfrigérateurs, lessives, ainsi que du substratum du casier lui-même, des matériaux constitutifs des canalisations de gaz, etc. La plupart de ces produits sont des composés organiques volatils [cov] e t sont regroupés sous cette appellation dans la suite de ce document.

COMPOSITION DU BIOGAZ

LE METHANE : CH,

L'un des principaux constituants du biogaz, le méthane [CH,] est un gaz inodore e t incolore [donc non détectable par les sens humains], de densité 0,55.

LE GAZ CARBONIQUE : CO,

Inodore e t incolore, il est plus lourd que I'air e t il s'accumule en partie basse des locaux. Sa concen- tration dans I'air est de 3 5 0 ppm [0,035 %].

L'HYDROGÈNE SULFURE H,S ET MERCAPTANS

L'hydrogène sulfuré [H2S] est un gaz plus lourd que I'air. II tend donc à s'accumuler en partie basse de locaux peu ventilés. Hautement toxique, il est reconnaissable à son odeur caractéristique dite (( d'œuf pourri )). Les mercaptans sont des composés organiques soufrés qui sont également très malodorants et sou- vent toxiques. La concentration en H2S dans le gaz de décharge varie fortement entre les sites. Elle diminue égale- ment dans le temps : les teneurs rencontrées vont de moins de 10 ppm à plus de 1 000 ppm.

TOXICITE ET EXPLOSIVITE DES DIFFERENTS CONSTITUANTS DU GAZ DE DECHARGE

Plus léger que I'air, il s'accumule en partie haute de locaux peu ventilés e t se disperse facilement dans l'atmosphère. II est inflammable : entre 5 % [Limite inférieure d'explosivité - LIE] e t 15 % [Limi- t e supérieure d'explosivité - LSE] de concentration dans I'air environ le mélange gazeux est explo- sif [cette plage dépend de différents facteurs, comme la teneur en CO2 e t en vapeur d'eau]. La tem- pérature d'ignition du méthane en présence d'une étincelle électrique ou d'une flamme nue est de 550°C à la pression atmosphérique, ce qui est relativement élevé : l'auto-inflammation du méthane n'est donc pas spontanée.

LE GAZ CARBORllQUE

II n'est ni toxique par lui-même, ni inflammable. Par contre, une concentration élevée en CO2 se traduit par une faible concentration en oxygène, d'où un risque d'asphyxie : pour les humains, ainsi que pour les racines des végétaux en cas de migration de gaz dans les sols. La valeur limite d'exposition [VLE] du gaz carbonique est de 0,5 %, e t sa valeur maximale d'exposition [VME] de 3 %. Pour un gaz contenant 3 5 % de CO2, la VLE est atteinte si le facteur de dilution est infé- rieur à 7 0 : le risque n'est donc pas exceptionnel.

L'HYDROGENE - SULFURE - -- ET LES NIERCAPTAIUS

CH2S est détectable à l'odorat à partir de 0,7 ppm seulement. C 'est fréquemment le cas dans les périodes (( charnières » : phase d'exploitation d'un casier, mise en place des puits et du réseau gaz, etc. Cette concentration apparaît en exploitation (( normale )) du système de dégazage du fait des micro- fuites qui se produiçent inévitablement à différents niveaux, et que seui un entretien régulier permet de réduire convenablement. Une exposition à ces concentrations pendant une période assez longue accroît la gêne et la pénibilité du travail. À plus haute concentration, il provoque nausées, céphalées [maux de tête], vomissements ... L'Institut national des risques e t de la sécurité [INRS] recommande des valeurs limites d'exposition inférieures à 10 ppm, et des valeurs maximales d'exposition inférieures à 15 ppm pour des interventions tempo- raires, ce qui est normalement le cas lors d'incidents sur le système de dégazage [fuites, surpres- s i o n ~ , interventions pour entretien et réparation...]. Ces concentrations sont suffisantes pour entrai- ner une indisponibilité momentanée des personnes exposées. À partir de 150 ppm, il inhibe l'odorat : les travailleurs sont susceptibles d'intervenir dans des atmo- sphères chargées en H2S sans être alertés par son odeur caractéristique. À 712 ppm, il affecte le système nerveux central et provoque la mort. Ces deux derniers cas restent des événements en prin- cipe rarissimes. facilement prévenus par des consignes de sécurité élémentaires [interdiction de des- cendre dans un puits gaz...], à condition toutefois que celles-ci soient signalées au personnel. L'hydrogène sulfuré est également inflammable [ignition à 550°C entre 4 e t 46 % de concentration dans I'air], mais la 1-IE ne peut être atteinte avec du gaz de décharge, sauf exceptions extrêmement rares.

notions

1 Effets de I'hydroqène sulfuré en fonction des concentrations dans I'air ambiant

des forages, locaux fermés avec fuite de gaz lors d'une rupture de canalisation ...

LES CONIPOSES ORGAIUIQUES VOLATILS lCOVl

Le terme de COV regroupe de nombreuses familles de gaz à base de carbone, notamment :

les hydrocarbures aliphatiques ;

les hydrocarbures aromatiques [cycle benzénique] ;

.toutes leurs variantes avec en substitution aux atomes d'hydrogène, des atomes de chlore ou de fluor : on parle alors de composés organiques volatils halogénés.

La teneur en COV varie également entre sites et dans le temps. Certains COV sont toxiques

MECANISMES DE PRODUCTION & ÉVOLUTION DANS LE TEMPS DE LA COMPOSITION D U GAZ DE DECHARGE

Les réactions de fermentation démarrent très rapidement.

Dans un premier temps, elles consom- ment I'oxygène de I'air. La matière orga- nique se décompose en gaz carbonique. C'est la phase aérobie.

Lorsque tout l'oxygène est consommé, le méthane est produit. Sa concentration augmente progressivement. La métha- nogénèse s'installe mais est encore instable.

Ensuite le rapport entre CH4/C0, reste stable. La production de biogaz atteint un maximum, puis décroît. Cette phase dure plusieurs dizaines d'années.

Lorsque la production de biogaz devient très faible, I'air pénètre à nouveau dans le casier. S'il reste des matériaux biodé- gradables, les fermentations produisent surtout du gaz carbonique.

Hydrolyse acidogénèse

acétagénèse

Protides Hydrate de carbone Lipides

w Acides Sucres aminés Acides gras

Pro ionate bu rate m

Acétate Hydragène

Gaz carbonique v CH4 + CO2

La composition du biogaz varie donc au cours du temps. En phase de méthanogénèse stable, la teneur en CH4 est de l'ordre de 5 5 a 6 0 % et la teneur en CO2 de 4 0 à 4 5 %, soit un rapport CHdC02 de 1,2 à 1,5, caractéristique de cette phase. Avant, ce rapport peut monter jusqu'à 2. En fin de fermen- tation, il diminue.

Évolution dans le t e m p s de la méthanogénèse

Phase d'initiation Elle dure de quelques mois à quelques années. Après une première phase aérobie qui consomme I'oxy- gène, provoque une élévation de température et produit du gaz carbonique, la méthanogénèse s'ins- talle progressivement. Le rapport CHdC02 varie et le débit de gaz passe par un maximum.

Phase de production Durant quelques dizaines d'années, la méthanogénèse est stable. Le rapport C/N varie peu. Le débit de biogaz diminue progressivement.

Phase d'extinction Le débit de biogaz tend ensuite vers zéro. II est remplacé par I'air. La méthanogénèse cesse. Les fer- mentations résiduelles génèrent surtout du gaz carbonique.

Quelques notions essentiel les .

Principales caractéristiques des constituants du gaz de décharge et valeurs pour un mélange dont le biogaz contient 60 % de CH, et 40 % de CQ2

Masse molaire M g/rnol 1604 44,Ol 32,OO 28,Ol 28.96 18,02 34,08 28,25 27,98 26,42

Masse volumique r kg/Nm3 0,72 1,98 1,43 1,25 1,29 0.86 1,54

Densité d 0,56 1,53 1,11 0,97 1,OO 057 1.19 0,98 0,97 0,92

Capacité thermique Cp à kJ/kg. K 2,15 0,82 0,91 1,04 1,00 1,89 1,00 massique O°C

Viscosité à 20°C ~i Pa. s 11,19 15,34 19,92 1695 17,08 9,01 12,4 cinématique à 20°C

I I I I I I I I I Facteur de 1,OO 0,99 1,OO 1,OO 1,OO 0.93 0,99 compressibilité Z

1 1 1 1 1 1 I I I Pression critiaue 1 Pc 1 bar 1 46.00 1 73,901 50.401 33.90 1 37,70 1220.60 1 89.40

Température Tc K 190,50 304,50 154,60 26,20 132,45 647,IO 373,20 critique

Ex osant gamma - 1,31 1,31 1.40 1,40 1.40 1,40 1,30 porytropique

Pouvoir calorifique PCSrn MJ/kg 55,66 16,52 supérieur massique

PCS volumique 1 PCSV 1 MJ/m3[n11'1 1 39.82 1 Pouvoir calorifique PClm MJ/kg 50.04 inférieur massique

PCl volumique PClv MJ/m3 (n) 35.88

Indice de Wobbe 1 W 1 MJ/m3 In1 1153,41 1 Pouvoir Lmin rn3 [n]/m3 [n] 9,57 comburivore ['J

Volume de Vgb, h m3 [n)/m3 (n) 10,52 fumées humides ["

" ' m' (n) metre cube normal. a 1 a m et 0°C

'" Pouvoir comburivore m3 d'air comburant par m' de gaz combustible en conditions stœchiometriques

131V~lume de iumees humides m l de lumees par m3de gaz combustible en conditions stcechiometriques. (Source Aide Memoire de l'Industrie du Gaz, ATG. 1990 [pour les gaz purs]]

Schéma de l'évolution de la composition gazeuse d'une décharge

.** * - O < 200 jours Temps 5-25 ans

I

+ Phase d'initiation + ' 4-Phase de production stable +I 4 Phase d'extinction F Rapport CHq/C02 constant

Ce chapitre décline les objectifs généraux de la gestion du gaz e t leur nécessaire articulation avec les objectifs qu'un exploitant est à même de se fixer : meilleure maîtrise technico~économique. mise en œuvre d'une démarche qualité. projet de valorisation du gaz .

REDUIRE LES IMPACTS SUR CENVIRONNEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Limiter les émissions dans l'atmosphère de méthane. gaz à effet de serre . 24

Réduire les nuisances e t odeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Faciliter la revégétalisation du site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

ASSLIRER LA SECURITE DES PERSONNES ET DES BIENS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Limiter les risques d'incendie e t d'explosion. les feux de décharge . . . . . . . . . 25

Limiter les seuils d'exposition aux composés toxiques . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Réduire les phénomènes de corrosion. de dégradation des équipements . . . 28

Niveaux de danger encourus pour les personnes e t les biens : étude de cas 3 0

SATISFAIRE AUX EXIGENCES REGLEMENTAIRES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Dispositions de l 'arrêté du 9 septembre 1997 concernant le gaz . . . . . . . . . 31

Autres textes spécifiques au gaz de décharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Réglementations applicables mais non spécifiques au gaz de décharge . . 34

OFFRIR LES MEILLEURES CONDITIONS À LA VALORISATIORI DU BIOGAZ . . . . . . 37

Fournirungazdequal i té . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Garantir la production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0

INSCRIRE DANS LE LONG TERME LES PERFORMANCES DE LA GESTION DU GAZ 44

Anticiper la post-exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

Rechercher l'équilibre entre performance e t fiabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

Engager une démarche qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4

Prendre en compte le biogaz dans un projet de réhabilitation . . . . . . . . . . . . 4 4

REDUIRE LES IMPACTS SUR L'ENVIRONNEMENT Une bonne gestion du gaz permet de répondre aux impératifs de limitation de rejets des gaz à effet de serre, de limiter les nuisances et odeurs susceptibles de gêner le personnel travaillant sur le site ainsi que les riverains et de faciliter la revégétalisation du site.

LIMITER LES EMISSIONS DANS L'ATMOSBHERE ----- DE METHARIE. GAZ A EFFET D E ~ E R R E

Le méthane issu des décharges est l'un des responsables de l'augmentation de l'effet de serre. Lors- qu'il est brûlé en torchère, il est transformé en gaz carbonique neutre vis-à-vis de l'effet de serre. En cas de valorisation du gaz en substitution à une énergie fossile, on évite le déstockage de carbone fos- sile et donc I'augmentation des émissions de gaz à effet de serre. Le bilan est donc amélioré par rap- port à la simple incinération. En effet, le méthane provient de la biodégradation du carbone organique des déchets. Ce carbone organique est lui-même produit à l'origine par la photosynthèse, transformation du gaz carbonique atmosphérique en matière organique par les végétaux, phénomène qui est la source de la production de toute matière organique. Le gaz carbonique émis correspond donc aux quantités absorbées par les végétaux au cours de leur phase de croissance. Le solde est donc nul. En outre, le carbone non biodégradable [matière organique synthétique] est stocké e t n'est pas relargué dans l'atmosphère. Une installation de stockage de déchets s'apparente donc à « puits de carbone ».

Gaz de décharge e t effet de serre : le cycle du carbone

@ O BIOMASSE consommation de CO2 par photosynthèse

CO2

Substitution énergie fossile

Production d'énergie

Biogaz

O Oéchets

REDLIIRE LES NUISANCES ET ODEURS

Le gaz de décharge contient de nombreux composés malodorants, au premier rang desquels les com- posés soufrés : hydrogène sulfuré [H2S], mercaptans [composés organiques contenant des atomes de soufre] tels que le méthyl-mercaptan [CH3SH], I'éthyl-mercaptan [CH3CH2SH], etc. Lorsqu'ils sont brûlés, ces composés se dégradent en dioxyde de soufre [S02]. Le S02 n'est pas neutre vis-à-vis de l'environnement, puisqu'il contribue aux précipitations acides. Cependant, sa concentration est faible : un gaz de décharge contient généralement quelques centaines de ppm de soufre par m3, et le fioul jusqu'à 5 000 ppm. Le brûlage du gaz élimine les nuisances et odeurs dues à la présence de soufre dans le gaz de décharge.

FACILITER LA REVEGETALISATION D U SITE

Les émanations de gaz à travers les sols sont nuisibles à la revégétalisation pour plusieurs raisons :

elles contribuent à assécher les sols, souvent déjà sensibles à la sécheresse [terrains remaniés, faible teneur en humus ...] ;

elles asphyxient les racines en chassant l'oxygène e t en conduisant à des fermentations anaéro- bies génératrices de substances toxiques pour les végétaux.

Une revégétalisation correcte implique donc un captage du gaz adéquat. Par ailleurs, l'état de la végétation est un indicateur des émissions de gaz, sans être seules en cause : la nature du sol, le mode de revégétalisation, la présence d'eau stagnante sont d'autres paramètres influents.

Q\us- 8 Certains végétaux semblent plus sensibles aux fuites de gaz à travers les sols : le charme, le ceri- 1 J

sier de Sainte-Lucie, l'érable, le bouleau, le fusain par exemple. Ils peuvent être utilisés comme indicateurs

$ de fuites, d'autant que leur système racinaire relativement superficiel ne risque pas d'endommager l'étanchéité de la couverture. La présence de zones circulaires dépourvues de végétation herbacée également un indice.

ASSURER L A SÉCURITÉ DES PERSONNES ET DES BIENS

Sur une installation de stockage de déchets, divers événements, seuls ou en cascade, peuvent mettre à des degrés divers, les personnes et les biens en situation de fragilité ou de danger. La connaissance des mécanismes susceptibles de générer de tels événements, la sélection de maté- riaux adaptés pour les équipements, permettent de limiter en amont les risques.

LIMITER LES RISQUES D'INCENDIE ET D'EXPLOSIOIU, - ~ p ~ ~ - ~ - - ~

LES FEUX DE DECHARGE - -- --

B- Origine des explosions

Du fait de sa teneur en méthane, le gaz de déchar- ge est un gaz combustible, susceptible de générer une explosion.

0.3 bar Rupture du tympan - 1 bar

Lex~losion est une auamentation brutale de mes- 1 Lésions graves aux oreilles et aux poumons

sion qui provoque un effet de souffle et une onde de 5 bars Risque de mort

choc. 2 5

4O' La détonation est une explosion bruyante qui survient à une grande vitesse. La déflagration est une 8 combustion vive accompagnée d'explosion et de projections de matières enflammées. En cas de rupture

du confinement, une zone de flamme peut envahir un volume dix fois supérieur à celui de l'espace confiné , dit « atmosphère explosive initiale )).

B+ Conditions de production d'une explosion

Les conditions à remplir simultanément pour qu'une explosion se produise sont :

O la présence d'un comburant [air] ;

O la présence d'un combustible ;

O la présence d'une source d'ignition ;

O un confinement suffisant ;

O l'obtention d'un domaine d'explosivité

La plage d'explosivité du méthane pur dans l'air est de 4,9 à 15 % : on parle de LIE [Limite inférieure d'explosivité] et de LSE [Limite supérieure d'explosivité). Elle varie légèrement lorsque d'autres gaz sont présents [CO,, H,O ...]. Les moyens de protection portent donc logiquement sur :

O la suppression des causes d'explosion ;

O la limitation de leurs effets.

Air

B- Lieux a risques d'explosion

Tout volume supérieur à 10 litres, dans lequel un mélange explosif est susceptible de se former, est à considérer comme une zone à risque d'explosion. En règle générale, le gaz de décharge contient plus de 30 % de méthane et ne constitue pas un mélan- ge explosif. II peut y avoir formation de ce mélange :

O dans toute canalisation e t réservoir susceptibles de contenir du gaz [par exemple lors de la mise en gaz des ouvrages ou de leur purge] ;

O à l'intérieur des puits collectant peu de biogaz [défaut d'étanchéité de la couverture ou de la tête de puits, puits proche d'une paroi ...] ;

O à l'intérieur d'ouvrages tels que regards de visite ...

Ce mélange explosif peut également se former en dehors du système de dégazage :

fuites de gaz dans des locaux ou abris inal ventilés ;

migration du gaz en sous-sol ;

e t dans toute zone à proximité immédiate de ces lieux.

& Feux de décharge

Les feux de décharge représentent un risque important. Leur cause première n'est pas nécessaire- ment la présence de gaz, mais ce dernier contribue à les alimenter ou les rend possibles du fait :

du caractère inflammable du méthane ;

des entrées d'oxygène dans le massif de déchets dans certains modes d'extraction du gaz [sur-

pompagel-

LINI ITER ~ . . . LES SEUILS D'EXPOSITION ~- AUX COMPOSÉS ~ TOXIQUES . .. .

B- Composés toxiques

La toxicité du biogaz est due à la combinaison de différents composants :

le méthane et le gaz carbonique, non toxiques par eux-mêmes, mais qui peuvent provoquer I'as- phyxie à des concentrations élevées du fait de l'absence d'air ;

l'hydrogène sulfuré, toxique ;

les mercaptans, dont certains sont toxiques ;

les composés organiques volatils [COV], dont certains sont toxiques.

+ Limites d'exposition

Chaque composant toxique fait normalement l'objet d'une réglementation [arrêté ministériel] ou d'une recommandation de la part de I'INRS [Institut national du risque e t de la sécurité), avec parfois une fiche de sécurité pour ceux dont l'usage est le plus répandu [H2S, CO2...]. À défaut, on s'appuiera sur les recommandations d'organismes étrangers [ACGIH : American conference of governmental indus- trial hygienists].

ClNRS fixe notamment :

la VLE - valeur limite d'exposition, concentration à ne pas dépasser pour des travailleurs adultes exposés à cette atmosphère 8 heures par jour, 5 jours par semaine ;

la VME - valeur maximale d'exposition, concentration à ne pas dépasser pendant plus de 15 minutes.

& Règles de calcul pour des gaz complexes

La toxicité du gaz s'apprécie non pas selon la concentration individuelle de chaque composant, mais selon leur effet combiné.

Les objectifs de . -.. . . ~... -

6 1 O 0.6

Total = Ci/Vi 12

Total = Z Ci/Vi 0,8

du gaz

e gaz de décharge contient de nombreux composés, parfois difficiles à détecter ou dont les effets sur la santé ne sont guère connus. II est donc important de procéder à des analyses de gaz aussi détaillées que possible. II est impératif de disposer d'une bonne marge de sécurité par rapport à ces types de calculs. En l'absence de recommandation officielle en la matière, certains spécialistes préco- nisent un rapport de 0.1. Signalons qu'il n'existe pas de protocole normalisé

Les règles de calcul de I'INRS sont les d'évaluation des impacts sanitaires du gaz de suivantes. décharge. Supposons 2 composés aux concentrations « Ci r ) et dont les VLE sont (i Vi ». Le total (Ci/Vi] indique si l'exposition est tolérable ou non.

Éléments majeurs, Dans le premier calcul, chaque composé individuellement se situe à 60 % de sa et mineurs OU traces : exemples d'analyse

ne semble donc pas dangereux. Mais le total aboutit à 120 % : l'atmosphère de travail est proscrite. Dans le second calcul, la somme des Ci/Vi est égale à 80 % : l'atmosphère de travail est en principe tolérable.

REDUIRE LES PHÉNOMÈNES DE CORROSION, DE DÉGRADAT~ONDESEQUIPEMENTS

Le biogaz est réputé corrosif du fait de la présence combinée :

d'hydrogène sulfuré ;

d'eau ;

de gaz carbonique ;

de composés organiques volatils.

Dans les zones où le gaz condense. certains métaux, comme l'acier ordinaire et le cuivre. sont anaqués par :

une corrosion de nature chimique ou électrochimique qui forme une couche de sulfure en surface ;

des phénomènes de fragilisation pour des teneurs en H2S supérieures à 100 mg/m3;

une corrosion par le CO2 dissous, qui forme un acide faible mais à des concentrations impor- tantes [en milieu humide, la corrosion par le CO2 est à craindre lorsque la concentration dépasse 10 %]:

une corrosion par l'oxygène qui est 5 à 18 fois plus corrosif que le CO2.

objectif ç de la gestion du gaz

La présence simultanée de H2S, CO2, O2 et H20 conduit à une attaque de l'acier qui peut être très rapide. L'emploi d'un matériau pour le gaz de décharge est donc déterminé par :

O sa résistance aux agressions chimiques

O ses propriétés mécaniques : fragilité, tenue à la pression, élasticité ...

O ses propriétés thermiques : tenue à la température ...

O ses conditions d'emploi : raccordement, soudures ...

En fonction de l'utilisation [canalisations, pièces mécaniques, organes de régulation...], plusieurs matières peuvent être envisagées, et il convient de s'assurer de l'aptitude du matériau pour chaque usage en fonction de l'ensemble de ces propriétés.

Matériaux utilisables pour le gaz de décharge

Le polyéthylène Le matériau de prédilection des canalisations de gaz de déchar ge est le polyéthylène haute densité [PEHO]. Le PEHO est résis- tant à la corrosion chimique et aux ultraviolets. On peut employer le PEHO pour des pressions de quelques bars (canalisations pression]. Le calcul de l'épaisseur doit tenir compte de la température, car sa résistance diminue rapide- ment audelà de 40%.

Matières plastiques De nombreuses matières plastiques sont adaptées au gaz de décharge, et utilisables comme :

rn moyen de protection d'autres matériaux (revëtement d'acier ou de fonte] ;

matériau de fabrication de petites pièces : joints, mem- branes de détendeurs. clapets..

matériau de fabrication de certains organes [vannes, tuyaux flexibles...].

Acier traité Cacier ordinaire peut ëtre traité pour lui conférer une meilleu- r e résistance à la corrosion :

l s galvanisation (canalisations] ; acier nickelé ou chromé [pièces mécaniques] ; revëtement intérieur par peinture époxy ou par PTFE.

Acier ordinaire Cacier ordinaire est à proscrire là où des condensats sont sus- ceptibles de se former. En principe, il peut ètre utilisé ailleurs : par exemple au refoulement du compresseur.

Moins cher que l'acier inox, l'acier galvanisé est couramment employé sur gaz de décharge (canalisations de l'unité d'extrac- tion du gaz].

Certains matériaux plastiques sont déconseillés : rn le polychlorure de vinyle est fragile et susceptible de fis- suration. Son emploi se limite à des canalisations proté- gées contre le rayonnement solaire (UV) e t les

Alliages d'aluminium Calliage d'aluminium peut ètre utilisé pour le biogaz. Les tubes en alliage d'aluminium sont assemblés par collage, ce qui nécessite l'utilisation d'un four. Les alliages d'aluminium sont utilisés comme matériau de construction de certains organes (rotors de compresseurs...].

Fonte La fonte ductile est utilisée pour certains organes. tels que des vannes, enveloppe ou ro tor de compresseurs ... Elle peut ètre revëtue d'une protection (époxy, PTFE ...) qui lui confère une bonne résistance à la corrosion.

Acier inox Idéal pour le gaz de décharge, il résiste à la corrosion et aux contraintes mécaniques. Ses principaux inconvénients sont son coût et la difficulté de soudage, qui implique du matériel adéquat e t du personnel qualifié. L'acier inox est réservé à des longueurs courtes et n'est pas utilisé pour les canalisations de collecte du gaz. II est également utilisé pour certains organes soumis à risque de corrosion, ou pour la fabrication de tubes flexibles onduleux.

contraintes mécaniques ; les tubes souples en polyamide ou à base de caoutchouc

sont sensibles à I'HaS, vieillissent rapidement en présentant des craquelures, ce qui nécessite leur remplacement fré- quent. On préférera les tuyaux flexibles onduleux en inox. et qui peuvent s'assembler sur brides. Leur tenue dans le temps est excellente, même si leur coût est bien plus élevé.

1 Polybutadiène- nitrile acrylique 1 NBR Acr Ion, I Periunan I

1 PoMétrafluoroéthvlène 1 PTFE 1 Téflon 1

Polyamide Nylon, Derlon, Rilsan

Polychoroprène

Polyéthylène chlorosulfoné

Terpolymère éthylène propylène-diène

Caoutchouc fluorocarboné 1 FPM ( Viton

CR

1 Polyacétate

Néoprène

CSM

EPOM

1 Oelrin

Hypalon

Alliages de cuivre Les matériaux contenant du cuivre sont à proscrire : on n'utili- sera ni laiton, ni bronze, ni cuivre. Certains alliages contiennent du cuivre : par exemple le métal d'apport dans l'alliage d'aluminium peut en contenir sans que le fabricant ne le précise. La commande du matériel doit tou- '

jours spécifier que le cuivre est proscrit pour tout organe en contact avec le gaz.

NIVEAUX DE DANGER ENCOURUS POUR LES PERSORINES - - - -- - - - - - -

ET LES BIENS : ÉTUDE DE CAS

Le tableau ci-dessous indique, dans un contexte donné, les niveaux de risques encourus selon le type d'événement considéré. Le cas présenté est celui d'un site de 10 hectares, produisant environ 3 000 m3/h de gaz. II s'agit ici d'un exemple. Chaque cas doit faire l'objet d'une analyse des risques.

Synthèse des dangers d'incendie et d'intoxication

raison que ce soit [fuite, accident ...] :

ALERTE PREVENTION RISQUE TOXIQUE

ALERTE PREVENTION RISQUE EXPLOSION

RISQUE TOXIQUE, RISQUE EXPLO- SION

Dans cet exemple :

a les risques de toxicité et d'explosion ne sont pas généralisables à l'ensemble du site, mais confi- nés à des espaces délimités : zones gaz, locaux fermés ... ;

a l'exploitant doit donc délimiter soigneusement ces zones, les signaliser à l'ensemble du personnel [y compris les intervenants extérieurs] ;

a il doit prévoir des consignes de sécurité e t des moyens de prévention des risques adaptés à chaque type de zone et à chaque type de risque, au moyen d'une étude de dangers.

SATISFAIRE AUX EXIGENCES

La réglementation prévoit un certain nombre de dispositions pour réduire les impacts sur I'environ- nement e t maîtriser les risques encourus par les biens e t les personnes. Plusieurs textes réglementaires s'appliquent spécifiquement au gaz de décharge, la gestion du gaz obéit en outre à des réglementations générales - normes, certifications concernant par exemple la sécurité des appareillages électriques. Enfin, l'exploitant peut mettre en œuvre une charte qualité ou de certification ISO 14000 par exemple, qui comporte des dispositions plus contraignantes que le strict respect de la réglementation en vigueur. Celles-ci participent à une réduction supplémentaire des impacts et à la maîtrise des risques.

DISPOSITIONS DE L'ARRÊTE - -- DU - - 9 - SEPTEMBRE -- - . 1 9 9 7 COIUCERNANT LE GAZ

La réglementation en matière de gaz de décharge est relativement récente. Une circulaire publiée en 1987 permettait aux préfets d'imposer le dégazage en cas de nuisances olfactives. L'arrêté du 9 sep- tembre 1997 rend désormais ces dispositions obligatoires selon des cas spécifiés [voir conditions d'application ci-dessous]. Cet arrêté peut selon les sites aller au-delà de la réglementation. L'arrêté comporte principalement deux articles concernant le biogaz.

+ L'article 19

Pour les déchets de catégorie 0, à caractère fermentescible, le gaz doit être capté « de facon optimale ))

et transporté (( de préférence )) vers une installation de valorisation, ou à défaut, d'élimination [torchè- re...]. Un casier doit être équipé d'un système de dégazage au plus tard 1 an après son comblement.

P- L'article 44

L'article 44 impose des campagnes de mesure du biogaz et des fumées en sortie de torchère et fixe les conditions de brûlage du gaz en torchère. L'exploitant doit notamment :

O procéder à des campagnes régulières de la teneur en CH,, CO2, 02, H2S et H20 dans le gaz de décharge ;

O procéder à une campagne annuelle de la teneur en S02, CO, HCI, HF, poussières, dans les fumées en sortie de torchère.

L'arrêté n'impose pas de norme de mesure ni de protocole. Les conditions de brûlage sont les sui- vantes :

O combustion à plus de 900°C avec enregistrement en continu de la température de combustion ;

O en sortie de torchère, teneur maximale en CO de 150 mg/m3 et en poussières de 10 mg/m3.

CONDITIONS D'APPLICATION DES -- DISPOSITIONS - pp

DE -- L'ARRÊTE DU-9 SEPTEMBRE 1 9 9 7 - - ---

Ces articles 19 et 44 s'appliquent obligatoirement dans les cas suivants :

< 2 0 0 0 0 t/an

> 2 0 0 0 0 t/an

31

NON

OUI

Casiers en cours de comblement ou combles postérieurement au IFr juillet 1999

NON

OUI

Casiers mis en exploitation apres le 1"' juillet 1999

OUI

OUI

Les gaz

Cobligation de dégazage ne s'applique donc pas aux sites de petite taille fermés avant 2002 , ni aux casiers anciens des sites de petite taille exploités après 2002. Par contre, l'Inspection des installations classées peut imposer le captage du gaz au t i tre de l'article 31 sur la limitation des odeurs, ou de l'article 3 0 sur la prévention des risques d'incendie, qui s'appli- quent dans la totalité des cas.

;Our les sites qui ne sont pas obligatoirement soumis aux dispositions des articles 19 e t 44 de I 'ar 6 rêté du 9-09-97, l'arrêté peut néanmoins s'en inspirer. C'est le cas de nombreux sites de taille moyenne,

e t arrivés au terme de l'exploitation. Dans bon nombre de cas, il n'existe aucun système de dégazage, ce * qui n'est pas sans poser des problèmes financiers aigus pour des sites aujourd'hui fermés et pour les-

quels les budgets de réhabilitation avaient été sous-estimés au regard des nouvelles dispositions de rêté préfectoral.

b Commentaires sur l ' a r rê te du 9 septembre 1997

la notion de (( captage optimal )) n'est pas précisée. La productivité en biogaz peut varier consi- dérablement d'un site a l'autre. Le paramètre qui mesure l'efficacité du captage est le taux de cap- tage. II est égal au débit mesuré dans le système de collecte divisé par le débit de production de biogaz. Or, celui-ci ne peut être connu qu'approximativement, puisqu'il n'existe pas de méthode de mesure fiable de la production ou des pertes aux parois ;

(

les mesures prévues par l'article 44 portent uniquement sur les principaux composés [CH,, CO2, 02], ainsi que sur 13H2S, et sur 13H20. La mesure de H20 ne semble pas apporter d'information par- ticulière [le gaz est saturé en eau dans ses conditions de production]. Par contre, rien n'est dit sur les composés organiques volatils [COV), sauf indirectement [mesures de HCI et HF dans les gaz de combustion] ;

Plusieurs points méritent des éclaircissements

les seuils d'émissions ne portent que sur le CO et les poussières,

bre d'exploitants procèdent déjà à des campagnes de mesures qui vont bien au-delà de la régle- : mesures dans l'atmosphère, dans le biogaz e t dans les fumées de combustion des par composés et par familles.

Les objectifs d e la geskia~a du gaz --- - -- -- - - -

AUTRES 'TEX'TES SPECIFIQUES AU GAZ DE DECHARGE

b Circulaires du 26 mai 1996 e t du 23 avril 1999

Ces circulaires fixent les modalités de constitution des garanties financières pour les installations de stockage de déchets. Celle de 1999 réactualise les coûts unitaires :

coûts de réaménagement par m2 de surfa- coûts de surveillance pendant la période de ce des casiers restant à aménager à la date suivi : d'appel des garanties :

plancher 4 0 kF,

x 15 ans

Gestion du gaz e t contraintes de la post-exploitation

La production de biogaz est susceptible de se poursuivre pendant plusieurs dizaines d'années après I ' a r rê t d'exploitation. Cexploitant est engagé pour une période longue, alors que le site ne recoit plus de déchets, e t donc de rentrées financières. Le provisionnement pour la post-exploitation est un poste bud- gétaire important. II est en général beaucoup plus facile de réaliser les investissements nécessaires à la collecte du gaz lorsque le site est encore en exploitation. Lorsque ce système est correctement réalisé au départ, les coûts de post-exploitation se limitent aux opérations de conduite et d'entretien. Dans le cas contraire, l'exploitant prend le risque de devoir réaliser des investissements après la ferme- ture du site. Un moyen de contribuer à la maîtrise de la post-exploitation consiste à valoriser le biogaz. La valorisation implique une présence humaine sur le site. Copérateur qui assure la conduite de l'unité de valorisation peut gérer le captage du gaz, mais est aussi susceptible d'intervenir sur la gestion des lixiviats, le contrô- le visuel du site. etc, lors de chaque intervention.

&- Directive du conseil de I'Union européenne du 26 Avril 1999

Cette directive s'inscrit dans le cadre de la résolution du Conseil de l'Union européenne du 9 décembre 1996 selon laquelle seules des activités de mise en décharges sûres e t contrôlées doivent être menées dans la Communauté. Les états membres doivent s'y conformer d'ici à 2001. Plusieurs dispositions concernent le gaz, directement ou indirectement :

la réduction de 2 5 %, d'ici 2006, de la quantité de déchets biodégradables stockés en déchar- ge, par rapport à l'année 1995. Cette réduction est portée à 5 0 % d'ici 2009, e t 6 5 % d'ici 2016 [art. 5.2) ;

seuls les déchets (( déjà traités )) seront admis [art. 6.a) ;

la maîtrise des gaz par des mesures appropriées pour éviter la migration du gaz, les dommages causés à l'environnement et les risques pour la santé. Sur tous les sites recevant des déchets bio- dégradables, le gaz doit être obligatoirement capté et valorisé ou, à défaut, brûlé en torchère [annexe 1 - art. 3.41 ;

l'étanchéité en couverture peut être imposée par l'autorité compétente pour prévenir la formation de lixiviats. Une couche drainante des gaz est requise, ainsi qu'un revêtement minéral imperméable, mais pas le revêtement étanche artificiel (annexe 1 - art. 3.31 ;

les gaz CH,, CO2, 02, sont mesurés mensuellement pour les sites en exploitation, tous les six mois en période de post-exploitation. H2S, H2, etc, sont mesurés à (( la fréquence nécessaire compte tenu de la composition des déchets déposés pour refléter les propriétés de ces derniers en matiè- r e de lixiviation )) (annexe 3 - art. 31 ;

(< si l'évaluation des données indique que l'on obtient les mêmes résultats avec des intervalles plus longs, la fréquence peut être adaptée )) [annexe 3 - art. 31 ;

(< le contrôle des gaz doit ê t re représentatif de chaque section de la décharge ». <( Ilefficacité du système d'extraction doit être vérifiée régulièrement )) (annexe 3 - art. 31.

REGLERIIEIUTA'~IONS -- APPLICABLES M A I S N O N SPÉCIFIQUES AU G A Z D E DECHARGE

B- Code du travai l

II rend obligatoire un certain nombre de disposi- tions ayant trai t à la sécurité des biens e t des per- sonnes. Concernant plus spécifiquement le gaz de décharge, on se référera notamment aux articles du chapitre (( Hygiène, sécurité & conditions de travail )).

B=- Autres lois e t tex tes

D'autres réglementations concernent le gaz de décharge à des degrés divers : par exemple le Code de la construction pour les bâtiments abritant les installations gaz, etc. Divers organismes publient des documents s'adressant aux concepteurs, au personnel d'encadre- ment ou aux opérateurs, qui explicitent la réglementation e t formulent des recommandations.

Recommandations de la Caisse nationale d'assurance maladie [CNAM] La CNAM formule des recommandations pour la protection des travailleurs. Elles tiennent compte des risques pathologiques, toxicologiques. d'incendie e t d'explosion, dus aux produits résultant du traite- ment des eaux usées, dont le biogaz. On peut s'en inspirer pour le gaz de décharge. Les recommandations de la circulaire CNAM R 213 détaillent les mesures de prévention des risques (art. 51 :

l'utilisation de matériels électriques concus pour atmosphère explosive ;

la ventilation suffisante de tous locaux ou zones de travail, avec contrôle automatique e t signali- sation lorsqu'il s'agit d'une ventilation forcée ;

une analyse des risques e t la mise en œuvre de moyens adaptés avant toute intervention dans des réservoirs ou autres capacités ;

le contrôle de l'atmosphère des locaux par explosimètre.

Publications de l'Institut national des risques e t de la sécurité [INRS] LINRS publie des ouvrages pratiques destinés au personnel d'encadrement e t aux opérateurs.

Publications de la CNAM et de I'INRS transposables au gaz de décharge

1

Risques d'intoxication presentes par I'hvdroqene sulfure 1 CNAM R 2 2 0

1 Les mélanges explosifs 1 INRS - ED 3 3 5 1 Explosion e t lieu de travail 1 INRS - €0 5001

Cauto-certification (< CE II 1 INRS- €0 5 4

1 Les bouteilles de gaz ... Manutention e t stockage 1 INRS - ED 6 3 5 1 Guide pratique dc la ventilation : principes géncraux 1 INRS - EO 6 9 5

Guide ~ ra t i aue de la ventilation : venti ation des esoaccs confines 1 INRS - EO 7 0 3

1 Machines e t équipements de travail. Mise en conformité 1 INRS - EO 7 7 0 1

1 Fiche toxicologique : hydrogène sulfuré 1 INRS - FT n032 1

Les appareils de protection respiratoire

Les entreprises de propreté. Prévention des risques

Guide pratique de la ventilation : dépollution des eaux résiduaires

Fiche toxicologique : monoxyde de carbone 1 INRS - FT n047

Prédiction des limites inférieures d'exolosivité dans l'air 1 INRS - NO 2048 1

INRS - EO 7 8 0

INRS - EO 818

INRS - ED 8 2 0

% Normes, certif ications e t règles de l ' a r t pour la prévention des risques

La prévention des risques d'incendie ou d'explosion passe par la mise en place de moyens techniques qui consistent pour l'essentiel à :

délimiter des zones à risques dans lesquelles on emploiera des matériels et des procédures adaptés ;

ventiler les espaces confinés ; détecter les atmosphères à risques ; mettre à disposition du personnel des équipements de sécurité individuels.

Les moyens de prévention des risques d'intoxication sont similaires. La réglementation impose :

la définition par l'exploitant des zones à risque ; la commercialisation par les fabricants de matériels répondant aux normes en vigueur ; l'installation de ces équipements

selon les normes e t règles en vigueur.

La réglementation impose l'emploi de matériels normalisés ou certifiés, ou des procédures de réalisation et d'ex- ploitation. Lorsque ces dispositions ne sont pas obligatoires, on peut néan- moins s'en inspirer.

1 Fils e t câbles électriques 1 Certifications B.19 I

- -

Installations de gaz

1 Matériel de prévention e t lutte Certifications B.22 contre l'incendie

OTU 61.1

1 Sécurité incendie 1 Normes NF S 61.930 à 61-940 1

Robinetterie de gaz ( Certifications A l 1

Ventilation 1 Normes NF E 51-700 à 51-732 1

B- Normes e t cert i f icat ion des machines e t appareils électriques

La réglementation sur les appareils électriques et la définition des zones dangereuses participent éga- lement de la prévention des risques d'explosion, d'incendie et d'intoxication.

La directive (( Machine )) [93/68] marquage CE Les obligations concernant les équipements sont prévues dans l'article L233-5 et le décret d'application no 9340 du 11 janvier 1993 qui transposent en droit francais la Directive (( Machine ». Celle-ci impose une certification de conformité aux normes en vigueur [marquage CE]. Ces obligations sont applicables y com- pris aux installations existantes. et en principe la totalité des équipements doivent être conformes.

délivrance par le vendeur d'un matériel certifié conforme, ne dispense pas l'employeur de s'as- ,$ surer par ailleurs, que celui-ci est conforme à la réglementation en matière d'hygiène et de sécurité.

a

De plus, l'assemblage de 2 machines certifiées CE crée une nouvelle machine qui doit elle-même êt re certifiée CE. Les obligations des constructeurs s'arrêtent à la limite de leurs fournitures. L'entreprise qui joue le rôle d'ensemblier - qu'il s'agisse d'une société spécialisée ou de l'exploitant - doit s'assurer de ses devoirs à ce t égard. II peut consulter son bureau de contrôle pour recevoir les conseils néces- saires.

Normes CENELEC Les appareils électriques utilisables dans ces zones font l'objet de normes de construction CENELEC [Comité européen de normalisation électrotech- nique), obligatoires dans toute l'Union européenne. Les recommandations internationales sont unifiées dans les standards CE1 [Commission électrotechnique internationale]. Les normes CENELEC [EN 5 0 014 à EN 5 0 0391 sont transposées en normes francaises [NFC 2 3 514 à 2 3 5391. La norme EN 50-014 ou NFC 23-514 définit les règles générales applicables à tous les matériels élec- triques utilisables en zone à risque d'explosion, les sui- vantes sont spécifiques à différents modes de pro- tection.

Q\usO 0' Plusieurs normes sont en cours a*

$ d'élaboration. Elles correspondent à différents standards actuels [CEI ou

0 normes allemandes VDE), notamment : PrEN 5 0 1 4 5 : installations élec- triques en zones à risque d'explosion [VDE 0165) et installations élec- triques basse tension [NFC 15 IOO), [CEI 79-14] PrEN 5 0 021 : prescriptions de mon- tage des matériels [CEI 79-15) Chaque appareil électrique est concu en fonction des conditions d'utilisation : caractéristiques du combustible, mode de protection. Un marquage nor- malisé spécifie son domaine d'applica- tion.

B- Directive ATEX e t décrets antér ieurs encore en vigueur

Directive ATEX [applicable à compter du 31 /07 /2003 ] La Directive européenne 94/9/CE dérive de l'article 100a du Traité de Rome, dénommé également <( ATEX 100a ». Adoptée en 1997, elle sera d'application obligatoire en juillet 2 0 0 3 . Elle es t transposée en droit francais par le décret 96-1010 du 19/11/96. Elle formule des règles harmonisées pour les appareils e t systèmes de protection utilisés en atmo- sphères explosibles. Elle m e t en évidence la zone d'application. La directive ATEX implique une certification :

O du constructeur ;

O de l'organisme de certification

O de l'installateur ;

O de l'utilisateur exploitant.

Décret du 17 juillet 1978 . Avant le décret ATEX, le seul texte de portée générale réglementant la construction des appareils élec- triques est le décret no 7 8 - 7 7 9 du ministère de l'Industrie.

Décret du 1 4 novembre 1 9 8 8 Le décret no 88-1056 du ministère du Travail concerne la protection des travailleurs dans les établis- sements qui met tent en œuvre des courants électriques.

Les

FOURNIR U N GAZ DE QUALITE

Tout projet de valorisation implique une fourniture de gaz en conformité avec les spécifications de l'uti- lisateur Le gaz doit également respecter les spécifications du constructeur des équipements ; leurs performances e t leur résistance à la corrosion des gaz de combustion étant liées à sa composition.

&- Répondre aux spécifications de l 'ut i l isateur

Ces spécifications portent souvent sur une teneur minimale en méthane et sur une teneur maximale en contaminants [hydrogène sulfuré, eau, composés organiques volatils...]. Le diagnostic gaz doit permettre d'indiquer :

les mesures à prendre pour garantir la teneur minimale en méthane. Ces mesures portent sur la conception, la réalisation e t l'exploitation du système de collecte du gaz. Elles concernent égale- ment la conception générale des casiers [confinement des parois e t de la couverture, gestion com- binée gaz & lixiviats ...] ;

si le gaz produit est conforme aux utilisations prévues, s'il convient de le trai ter ou quelles sont les précautions particulières à adopter. Le diagnostic comportera des analyses détaillées de la composition du gaz, répétées si possible pour déterminer les plages de variation de ces composés.

&- Répondre aux spécifications des fournisseurs d'équipements

Pour chaque mode d'utilisation, le gaz doit respecter des spécifications fournies par le constructeur de l'équipement [moteur, chaudière...]. Elles doivent également être compatibles avec les spécifications de l'utilisateur final de gaz. Ces spécifications sont atteintes :

soit par une gestion appropriée de l'extraction du gaz. C'est le cas notamment avec la teneur en méthane ou en air. I I n'existe en effet aucun traitement adapté permettant de séparer le méthane

Spécifications habituelles des fournisseurs d'équipements

"'Pour la production de gaz naturel, le gaz brut doit contenir une tres faible proportion d'air pour atteindre le niveau requis en sortie [< 0.5 ?;> d'oxygéne] Ceci suppose que les casiers soient entiérement étanches Le gaz de decharqe est alors compose presque uniquement de biogaz. avec une teneur en méthane de 5 5 a 6 0 %i. Cunité de conversion devra assurer I'elirnination du COn pour obtenir un gaz a ha~ i t pouvoir calorifique.

1"IQiielie que soit la concentration initiale dans le gaz brut, l'unité de conversion en gaz naturel doit etre en rnesure de satisfaire aux spécifications de l'utilisateur Cobtention des specifications requises passe nécessairement par un traitement approprie.

'' Les spécifications pour les inoteurs a gaz varient selon les constructeurs et les integrateurs. Consulter le fabricant pour chaque application. '" 1 kPa = 10 inbars.

1''' Caracteristiques du gaz brut avant traitement.

e t l'air ; il est possible d'augmenter la teneur en méthane par élimination du CO2, pour l'utilisation

sur moteurs par exemple. IMais il es t en principe préférable d'intervenir en amont sur le réseau,

plutôt qu'ajouter une unité de traitement. C'est la conception e t l'exploitation du système de déga-

zage qui doivent permettre d'obtenir les spécifications requises ;

esoit par un traitement du gaz. La teneur en contaminants est indépendante du mode d'extraction du

gaz. Si elle s'avère trop élevée par rapport aux spécifications requises, le gaz devra être traité.

B- Prendre en compte l'incidence de la composition du biogaz sur la puissance e t le rendement des appareils

30 40 50 60 70 80 90 100 Teneur en méthane

Pouvoir calorif ique min imal

La teneur en méthane du biogaz lui confère un pouvoir calorifique égal à la moitié de celui du gaz naturel

environ. La présence de gaz carbonique inerte induit une diminution de la puissance et du rendement de

certains appareils, notamment les moteurs et turbines.

Q\us La perte de puissance d'un moteur à gaz reste modérée jusqu'à une valeur relativement basse. En

8 effet, elle est liée en premier lieu au pouvoir calorifique par unité de volume du mélange comburant : c'est- à-dire à la quantité d'énergie qui peut être contenue dans un cylindre de moteur. Ce mélange est compo-

l sé environ de 10 % de biogaz et 90 % d'air : le CO, ne représente donc qu'une faible proportion dans

mélange.

La plupart des constructeurs de moteurs qui disposent d'une version adaptée au gaz de décharge, spéci-

fient des teneurs minimales de méthane de 40 , voire de 3 5 %. En dessous de 30 % de méthane dans le

gaz de décharge, la puissance chute.

Certains intégrateurs toutefois, indiquent pouvoir faire fonctionner des moteurs avec des taux plus faibles.

Cependant, une teneur en méthane inférieure à 3 5 % indique un mauvais fonctionnement du système de

dégazage [parois perméables au gaz, entrées d'air], avec probablement de fortes fluctuations de la teneur

en méthane du fait de la grande sensibilité de ce type de système aux fluctuations de la pression atmo-

sphérique. II est préférable, plutôt que d'adapter les inoteurs à un gaz au pouvoir calorifique fluctuant,

d'améliorer le système de dégazage pour diminuer les entrées d'air e t les émanations de biogaz, en visant

une teneur en méthane minimale de 40 % e t un objectif de plus de 5 0 %.

Q\uSe 405 Pour les équipements dont la puissance est pilotée par un orifice calibré [turbines, chaudières],

8 c'est l'indice de Wobbe du gaz qui détermine la puissance. Une diminution du pouvoir calorifique peut être

5 compensée par une augmentation de la pression d'alimentation. Les équipements peuvent également l être adaptés [modification du diamètre de l'orifice]. Ces appareils peuvent fonctionner avec des teneurs

en méthane susceptibles de descendre à 25 %. avec des contraintes en terme de régulation. II est conseillé de viser des teneurs plus élevées et plus constantes. Indice de Wobbe = P C S / ~ ~ avec PCS : pouvoir calorifique superieur e t d : densité par rapport à l'air

Les objectifs gaz

Variation du pouvoir calorifique inférieur (PCI] Les équipements de valorisation sont généralement concus pour fonctionner dans une plage de PCI. Le dosage entre l'air comburant et le gaz combustible est piloté par un système de carburation, régu- lable à l'intérieur de cette plage. En-dehors de cette plage, des dysfonctionnements peuvent se produire [décollement de flamme par exemple]. On cherchera donc à assurer une régularité aussi constante que possible du pouvoir calo- rifique. Sinon, il sera nécessaire de prévoir des automatismes de régulation.

&- Choisir des équipements résistants à la corrosion des gaz de combustion

Outre les problèmes de perte de puissance et de rendement et les problèmes propres à la combus- tion du gaz, le gaz de décharge génère d'autres effets redoutés.

La corrosion Outre la corrosion due au gaz brut [voir plus haut], les gaz de combustion possèdent également un pou- voir corrosif [oxydes de soufre, acide chlorhydrique], mais qui en général est peu élevé. II faudra veiller au choix des équipements, notamment des brûleurs e t des corps de chauffe. En cas de projet de valorisation des fumées [récupération thermique, utilisation directe), leur qualité devra être vérifiée.

Les siloxanes Les siloxanes sont redoutables pour la tenue des moteurs à gaz. II s'agit d'hydrures de silicium, de forme générale SixHy provenant de produits divers, comme les lessives. Leur combustion génère des dépôts de sili- ce vitrifiée sur les sièges de soupapes. Ces dépôts finissent par casser, provoquant une perte d'étanchéité au niveau des sièges de soupape et des (( coups de chalumeau » qui peuvent endommager gravement les moteurs. Ce phénomène intervient de facon complètement aléatoire et imprévisible. II n'existe aucun traitement approprié de gaz pour abaisser la teneur en siloxanes. Les constructeurs ont remarqué que I'humidité réduit la vitrification du silicium et facilite donc son évacuation par le mou- vement des soupapes. Ils préconisent donc différentes solutions, qui vont du maintien de l'humidité dans le gaz à des systèmes d'injection d'eau.

GARANTIR LA PRODUCTION

La viabilité économique d'un projet de valorisation suppose de choisir des équipements capables de s'adapter aux variations de court et long terme de la production de gaz, et donc de méthane valori- sable. Elle suppose également une estimation « réaliste » de la production totale du gisement.

% Opter pour des équipements modulaires

La production de methane varie d'une année sur l'autre

O augmentation de la production jusqu'à p\u** la date de fin d'exploitation ; 40' La plage de fonctionnement es t d'autant

diminution ensuite, de l'ordre de 10 à 8 plus large que le système es t modulaire. Par

20 % par an p) exemple, pour l'électricité : avec un seul moteur, elle varie de 7 0 à 1 0 5 % de la puissance nomi-

Elle varie également d'un jour à l'autre, et nale. En utilisant 2 moteurs, la plage s'étend de même d'heure en heure, du fait : 3 5 à 1 0 5 %.

des variations de la pression atmosphé Cunité de valorisation ne peut donc absorber toutes les fluctuations de la production de gaz.

rique, Cexcédent doit être éliminé en torchère. de la présence de condensats ; de la variation de la température.

Lorsqu'un système de valorisation du gaz est mis en place, ce système possède généralement une capacité nominale qui ne peut être dépassée de facon durable [régime maximal]. Inversement, il est possible de fonctionner en sous-régime, mais au-dessous d'un certain seuil il n'est plus intéressant de produire.

I & N i sous-estimer, ni surestimer le potentiel de production

L'équilibre économique d'un projet de valorisation passe par une fourniture en quantité suffisante de gaz auprès de l'utilisateur [débit de méthane] e t par un taux de disponibilité de cet te fourniture. Le producteur de gaz doit s'engager, autant que possible, sur un niveau de livraison pour une période donnée. Si ce niveau de livraison est généralement assuré dans les premières années, la décroissance du débit de production peut êt re plus ou moins rapide. II est susceptible de remet t re en cause, parfois de facon drastique, les prévisions initiales. II est donc d'une extrême importance de diagnostiquer aussi précisément que possible le potentiel biogaz d'un site e t d'établir des prévisions réalistes. Inversement, t ou t projet de valorisation est t rès sensible aux effets d'échelles. Le diagnostic biogaz ne doit pas sous-estimer outre mesure le potentiel de production, faute de quoi on risque de ne valo- r iser qu'une fraction de la production, e t de perdre le bénéfice potentiel d'un dimensionnement plus large : amélioration des bilans économique, énergétique e t environnemental du projet.

$l\U*'

&"" Le gaz de décharge présente plusieurs particularités auxquelles sont confrontés les concepteurs UI d'un projet de valorisation :

la non maitrise de la production avec ses risques liés à l'estimation du potentiel a# la variation de la production sur la durée du projet, avec un pic de production suivi d'une décrois-

sance plus ou moins rapide.

Pour la plupart des ressources énergétiques, la source d'énergie est généralement maîtrisée e t stable dans le temps. Le dimensionnement s'effectue sur la base d'une ressource stable [vent ...) ou sur les débouchés d'un marché. Les installations sont concues pour fonctionner à leur régime nomi- nal sur toute leur durée de vie. La pratique du (( moindre risque » consiste à dimensionner les projets de valorisation sur la base de la production minimale [étiage de la production à 1 0 ans]. Compte tenu de l'allure des courbes de pro- duction, cette production ne représente qu'une fraction du potentiel. Pour des sites en voie de ferme- ture, ce raisonnement conduit à ne valoriser que la moitié environ du gisement disponible. Le sous-dimensionnement comme le surdimensionnement d'un projet de valorisation par rapport à sa capacité réelle de production, sont l'un e t l'autre pénalisants. Toutes les filières de valorisation ne pré- sentent toutefois pas les mêmes sensibilités.

Le cas du transport du gaz sur des distances assez longues [plusieurs kilomètres] C'est le coût de la canalisation qui représente l'essentiel de I'investissement. Celui-ci varie assez faiblement avec la variation de débit : le diamètre de canalisation augmente de 2 0 % pour un débit de + 5 0 %.

L'ouverture e t la fermeture de la tranchée, la pose des canalisations, la réalisation des ouvrages spéci- fiques, ne changent pas, dans une gamme donnée de diamètre. Ceuxci représentent 5 0 à 6 7 % du coût de la canalisation. Les autres postes fixes (analyseurs, traitement ...] varient également peu ou pas. Au total, une augmentation du débit de 5 0 % ne génère qu'un surcoût de 1 0 % à I'investissement, dans une gamme donnée : I'investissement spécifique [F/kW installé) passe de l'indice 1 0 0 à l'indice 70 . Des effets de seuil peuvent apparaître, liés par exemple :

au diamètre de canalisation : canalisations en couronne ou tourets, ou tubes droits soudés ;

O à la pression [augmentation des per tes de charge] : changement de technologie de com- presseur ;

à la présence d'obstacles particuliers [cours d'eau, voirie ...) ;

O au relief [changements de pentes nécessitant des points de purge).

Pour des moteurs à gaz L'effet d'échelle est plus important. Dans la gamme de puissance autour de '1 IVIW, I'investissement spécifique [F/kW installé] diminue de 2 5 % lorsque la puissance augmente de 5 0 %.

objectifs

&- Optimiser le dimensionnement

II convient de trouver le taux de rentabilité interne maximal en fonction de la puissance installée. Cette optimisation est à réaliser au stade de l'avant-projet sommaire, lorsque l'on étudie les différentes voies de valorisation du gaz. Le TRI (temps de retour sur investissements) est calculé sur 10 à 15 ans e t les calculs doivent tenir compte de l'évolution annuelle de la production de gaz.

Production d'une installation de stockage de déchets sur 1 0 ans et débit de gaz valorisable en fonc- ion du dimensionnement. Pour le dimensionnement le plus faible, l'unité de valorisation fonctionne à son

régime nominal [280 m3/h] jusqu'en 2008. Pour le plus élevé [570 m3/h], elle fonctionne à son régime nominal pendant seulement 4 ans.

- Production 600 + 570 500

.c 400

C . 300 -

200

i IO0

O

Année

1 Le calcul du taux de rentabilité interne montre cependant que celui-ci est maximal pour le dimensionne- ment le plus élevé. Au-delà, par contre, le TRI chute rapidement car l'unité est surdimensionnée. On aura donc intérêt à dimensionner l'unité de valorisation un peu au-dessous de la courbe de production, autour de 5 0 0 m3/h.

Dimensionnement [m'/hl

% Faire une analyse probabiliste de la production

Une installation de stockage de déchets représente un (< gisement » d'énergie dont le volume n'est pas connu avec précision. De la même facon que les gisements de pétrole sont estimés à partir d'ap- proches probabilistes, le gisement de gaz de décharge peut également être analysé de cette facon. Un traitement statistique d'une centaine d'observations sur des sites différents montre la distribution suivante par rapport à un calcul théorique [basé sur un modèle à cinétique d'ordre 1 à deux fractions) :

100%

90%

80% Espérance de gain C

70% m m 1 60% u n

: son/, C

40% 2 30% % 20%

10%

0%

O 0,25 0,s 0.75 1 1.25 1.5 1,75 2

La valeur de 100 % représente la moyenne des observations. (( Moins de 50 % = 14 % » signifie que 14 % des mesures se situent au-dessous de 50 %du potentiel théorique. La probabilité de se situer à 125 % du potentiel théorique est de 39 %, et la probabilité de se situer à + 50 % du potentiel théo- rique est de 70 %.

48 Capproche probabiliste repose sur l'analyse de (( I'espérance de gain » = probabilité x gain potentiel.

e Supposons que. pour éviter tout risque de surdimensionnement, le concepteur décide de dimensionner l'installation de valorisation à 5 0 % du potentiel théorique. (< L'espérance de gain » se calcule ainsi : gain (50 % du gain maximal théorique] x probabilité [86 %] = 0,43.

À 1 0 0 % du potentiel théorique, la probabilité est plus faible (40 %], mais le gain est plus for t (100 % du gain maximal théorique] : I'espérance vaut également 0,4.

e En réalité, I'espérance maximale est obtenue à 7 5 % du potentiel théorique : 0,75 x 6 8 % = 0,51. Seul un calcul technico-économique complet permet de déterminer le dimensionnement optimal. Ce type d'analyse permet de présenter une approche rationnelle du choix du dimensionnement.

INSCRIRE DANS LE LONG TERME LES PERFORMANCES DE LA GESTION DU GAZ II s'agit ici pour l'exploitant de mettre en place un système de gestion fiable et pérenne qui lui permet- te d'anticiper, et de programmer la post-exploitation et la réhabilitation dans une optique de maitrise des coûts, des impacts et des risques sur le long terme. La maitrise de la gestion du gaz peut également s'inscrire dans une démarche (( qualité )) qui porte sur l'ensemble du site ou pour le seul système de dégazage.

l ANTICIPER LA POST-EXPLOITATION -- - p. -- -- -

Compte tenu de la durée imposée à la post-exploitation, le système de gestion du gaz doit être concu dans un objectif de pérennité, et prendre en compte le fait qu'au-delà de la durée d'exploitation de I'ISD, les moyens financiers, humains et matériels disponibles seront réduits. La durée de vie des équipements, les contraintes de maintenance, le type de conduite des installations, sont autant de facteurs à prendre en compte dès la réalisation du système de dégazage dans une perspective de long terme.

1 RECHERCHER L'ÉQUILIBRE ENTRE PERFORMANCE ET FIABILITÉ - - -- -- - - --

La maîtrise des impacts et des risques passe par la performance mais aussi la fiabilité du système de dégazage. La recherche de la performance ne doit pas se faire au détriment de la fiabilité : un systè- me plus sophistiqué peut s'avérer plus fragile, et les performances peuvent se dégrader dans le temps faute d'une conduite et d'un entretien appropriés. Inversement, un système simple, robuste et peu coûteux peut satisfaire les contraintes immédiates de rentabilité, mais au détriment du long terme. L'optimisation technico-économique consiste à rechercher le meilleur compromis entre performance et fiabilité, et il convient de bien évaluer les contraintes de conduite et d'entretien dans le long terme. La solution choisie devra offrir les meilleures garanties, en cohérence avec les capacités financières, humaines et techniques de l'exploitant.

L'exploitant peut décider d'entreprendre une démarche qualité, visant l'ensemble de l'exploitation ou uniquement la gestion du gaz. Cette démarche peut se traduire par l'obtention de la certification ISO 9 0 0 0 ou ISO 14000 par exemple. D'autres procédures moins rigoureuses peuvent être envisagées et rester purement internes à I'en- treprise. Dans tous les cas, la gestion du gaz devra obéir à des procédures détaillées qui gagneront à être expli- citées et écrites.

PRENDRE E N COMPTE LE BIOGAZ 1 onNç UN pROJJET-DÈIIÉHABI~ITATIoN

1 Dans le cas dune réhabilitation d'un site ou d'un casier existant. le diagnostic biogaz cherche à

évaluer la production de gaz à partir des différentes méthodes de mesure ;

expertiser le fonctionnement du système de dégazage ;

préconiser les moyens à mettre en œuvre si nécessaire.

Les objeen&ifç de Be gest ion d u gsz ..~ . ~ .~ - .~ ~~- . .

,\use

8 Les solutions dépendent de l'âge et de la taille des sites : des décharges de faible capacité, âgées, 9 exploitées selon des méthodes qui favorisent la biodégradation initiale [épandage, broyage...], lessivées

par des eaux de ruissellement, génèrent des quantités de biogaz bien moindres que des sites de grande capacité, récents et gérés par compactage sur de faibles surfaces à la fois [casiers]. Souvent, il n'existe que peu de données disponibles pour la première catégorie de sites, le raisonnement s'effectue plutôt en ardre de grandeur et par une approche qualitative.

Les objectifs peuvent concerner en priorité l'élimination des odeurs, la mise en sécurité du site à l'égard des personnels d'exploitation et des biens ... Ils sont établis en concertation avec l'inspection des sites classés pour la protection de l'environnement. Cétude biogaz est un élément à produire, sur lequel s'appuie l'administration pour l'établissement d'un arrêté de post-exploitation. Lors d'un projet de réhabilitation, le biogaz intervient sur plusieurs considérations. Chaque bureau d'étude en charge des parties spécifiques du projet de réhabilitation doit prendre en compte la pré- sence potentielle de gaz e t ses effets :

sur les usages du site : incompatibilité avec certaines activités en cas d'émanations gazeuses, notamment pour ce qui concernent celles ouvertes au public ;

sur la constructibilité : précautions particulières à prendre en cas de constructions. Les locaux seront si possible surélevés, ou drainés avec évacuation des gaz en point haut (évent) ;

sur la revégétalisation ;

sur la couverture : nécessité d'améliorer le confinement ou, au contraire, de favoriser la libre migration du gaz dans des secteurs déterminés ;

sur la gestion des lixiviats : présence possible de gaz dans les réseaux de lixiviats, nécessité de prendre en compte son caractère toxique et inflammable [matériels adaptés, procédur.es, évents, raccordement du réseau lixiviats au réseau gaz...].

Exploitant, bureau d'étude ou autre intervenant sur une installation de stockage de déchets dispose d'une palette (( d'outils d'étude )). Ceux-ci sont classés ici en 3 catégories :

les outils de calculs ; les outils de mesure ; les outils de vérification.

Les outils de calcul permettent de prévoir e t de dimensionner les ouvrages. II s'agit prin- cipalement du calcul de la production de gaz. Les outils de mesure permettent de suivre l'évolution de la production de gaz, voire des conditions de fermentation. Les outils de vérification - contrôles e t audits divers - consistent à analyser l'écart entre :

ce qui existe en termes d'équipements, de procédures ou de résultats de mesures et analyses ;

par rapport à un (( standard » quelconque tel que réglementation, norme, ... charte qualité, état de l'art, objectifs de performances ou de coût

Les outils de vérification sont des outils qualitatifs [à la différence des outils de calcul e t de mesure). Mais ils font souvent appel aux données quantitatives.

CALCULER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Approche théorique de la production de biogaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Approche par les mesures in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MESURER 53

Mesuressurgaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Mesures des paramètres de la fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VERlFlER 59

Contrôles obligatoires ou normalises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59

Audit des perfomances du système de dégazage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

Audit du fonctionnement du système de dégazage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

CALCULER Les outils de calcul présentés ici concernent la production de gaz

La détermination du potentiel gaz ser t à :

évaluer les impacts potentiels sur l'environnement ;

dimensionner les équipements de captage e t de valorisation du gaz.

La production de biogaz peut être approchée selon deux voies :

par une modélisation analytique théorique liée a l'historique du site. Cette méthode consiste à cal- culer la production de gaz année par année, à part ir des informations recues sur les quantités e t la nature des déchets stockés. II est nécessaire pour cela de connaitre aussi précisément que pos- sible ces apports passés ;

par des mesures in-situ : débit e t composition du gaz collecté, débits de fuite, potentiel méthano- gène résiduel sur échantillons prélevés in-situ ...

En général, on cherche à combiner les deux approches :

I'approche théorique pour donner une forme de courbe de production ;

I'approche par les mesures, pour caler cette courbe sur des données réelles.

APPROCHE THEORIQUE DE LA PRODUCTION DE BIOGAZ -- -- - - -- . .. - -

La fiabilité de la méthode analytique repose d'une par t sur la connaissance des apports, e t d'autre par t sur la fiabilité des modèles.

* Connaissance des apports : l iste des informations a réunir par le maître d'ouvrage

Cexploitant devra réunir des informations aussi détaillées que possible sur le mode d'exploitation e t les apports de déchets. Ces données font souvent défaut dans le cas de sites ou de casiers anciens.

Historique e t mode d'exploitation

nom des exploitants précédents, raison sociale, coordonnées ... ; dates d'exploitation : arrivée des premiers dépôts, arrêtés préfectoraux d'autorisation d'exploiter ... ; mode d'exploitation : épandage, broyage, compactage ... ; épaisseur des couches, pratique du

recouvrement quotidien ... ; gestion en casier unique ou en casiers multiples. Câge moyen des déchets sera estimé pour

chaque zone ou chaque casier ;

caractéristiques du site : nature du substratum [matériau, épaisseur, perméabilité], des parois latérales, de la couverture.

Apport de déchets : tonnage annuel par catégorie de déchets En général, l'exploitant répertorie sur son registre d'exploitation les déchets en fonction de leur prove- nance et non selon leur nature [déchets ménagers. déchets industriels e t commerciaux banals, inertes,

Les au~t88s d'étude

gravats, mâchefers, boues d'épuration, encombrants, déchets verts ...] Chacune de ces catégories com- porte des fractions plus ou moins importantes de produits biodégradables. La pesée des déchets n'a pas toujours été pratiquée, la date de mise en place du pont bascule rensei- gnera à cet égard. L'information disponible porte parfois sur des volumes [notamment pour les DIC - déchets industriels et commerciaux - dont les caractéristiques sont sensiblement différentes de celles des ordures ménagères], et il faudra procéder à des corrections en intégrant la densité de ces déchets. Lorsque I'on ne dispose pas d'un historique détaillé [ce qui est souvent le cas pour des sites anciens, ou en cas de changement d'exploitant], le tonnage peut être approché a partir de la population desservie (1 habitant = environ 3 0 0 kg de déchets par an dans les années 1970). On peut également estimer un tonnage à partir du volume d'un casier. La surface est généralement connue avec une assez bonne précision, mais la hauteur l'est beaucoup moins. Les relevés de fonds de casiers font souvent défaut, ou sont inexacts. À partir du volume, le passage au tonnage suppose que I'on puisse estimer une densité moyenne, qui peut en fait être très variable selon le mode d'exploitation [épan- dage, compactage ...]. Dans tous les cas, on cherchera des recoupements entre l'ensemble des données :

e cohérence entre les tonnages annoncés, la population desservie ... ;

e tonnages calculés à partir des volumes et densité.

,\use &t Précision des estimations à partir des volumes dans le cas de casiers anciens &

u) Surface rt 10 % c al Profondeur moyenne + 20 % e Densité -130%

TOTAL + 60 %

L'estimation du tonnage à partir des volumes ne permet guère d'obtenir une précision supérieure à 50 %, lorsque I'on a affaire à des sites anciens pour lesquels on ne dispose pas de documents topographiques et peu d'indices sur le mode d'exploitation passé. Une discussion approfondie avec l'exploitant [responsable d'exploitation, personnels sur site] permet sou- vent d'identifier des « singularités » par rapport,au mode d'exploitation présenté initialement : par exemple l'existence de zones ayant recu des déchets encombrants ou des matériaux inertes, la présence de déchets anciens ou de casiers déjà en place au moment de l'autorisation d'exploiter.

Précision recherchée Si l'objectif est l'étude ou la mise en œuvre d'un projet de valorisation du gaz, le diagnostic biogaz s'at- tache à déterminer des hypothèses réalistes de production de méthane pour les 10 ans à venir au rriinimum, en s'appuyant sur des données précises de production. L'approche quantitative est ici pri- mordiale. Le plus souvent, le réseau de dégazage existe, mais doit être adapté aux contraintes spéci- fiques à la valorisation du gaz : optimisation du taux de collecte, variations de la qualité du gaz, réduc- tion des entrées d'air ...

b Les modèles théoriques de la production de gaz

II existe différents modèles analytiques de production de biogaz, reposant sur des équations cinétiques simples Les plus employés sont les modèles cinétiques d'ordre 1 ils supposent que I'actt- dod

,C' Ces modèles analytiques permettent une vite mlcrobiologique est ~ ro~o r t i onne l l e à la a approche macroscopique. Dans la réalité, les quantité de matière organique presente à un " conditions de fermentation sont hétérogènes à

instant donné La production de bioqaz dimi- l'intérieur d'un casier, dans l'espace et dans le - nue donc dans le temps. L'écriture mathéma- temps. Des modèles numériques capables de

simuler les évolutions de champs de températu- tique de ce modèle consiste en une formule

re, d'humidité et de matière organique, seraient exponentielle simple, qui fait intervenir le probablement plus reorésentatifs. mais éaale- - potentiel méthanogène [PM] et une constan- ment d'une conception et d'une utilisation com- t e cinétique (k]. plexe.

Lesi outils d9&tude

pérature optimale pour leur développement : psychrophile [25"C], mésophile [37"C], thermophile [55OC]. Des températures supérieures à 7 0 ou 90°C - niveaux parfois constatés - sont létales pour les micro-organismes, e t ne doivent donc pas être atteintes.

Le mode d'exploitation d'un casier C'est un facteur capital dans la mesure où il conditionne l'importance de Q

Q1 Des déchets

la phase aérobie e t donc brovés et étalés en les niveaux de température atteints au moment de la fermeture du couche mince [moins

cas ier , de 30 cm] sur une grande surface [durée

la quantité de carbone dégradée au cours de cette phase, e t donc d'exposition de plu- le potentiel résiduel disponible pour la fermentation méthanique sieurs mois], subissent

L'activité aérobie est liée directement à la diffusion de l'oxygène atmo- un compostage impor

sphérique dans la couche de déchets exposée a l'air. tant qui peut dégrader plus de la moitié du carbone initialement present

Faible vitesse de remplissage en hauteur 1 Augmente la durée d'exposition à I'air

Faible com~actaae 1 Auamente la perméabilité à l'air 1 Broyage 1 Augmente la perméabilité à l'air 1

Description du modèle le plus courant Le modèle aujourd'hui le plus courant est un modèle de cinétique d'ordre 1 multi-phases. L'équation s'écrit :

V =xi ( Pmi x [l - exp (- ki x t ] ] ) Avec :

e V = Volume cumulé de gaz produit à la fin de l'année t l i = fraction de déchets [l , 2 , 3 : respectivement lentement, moyen- nement e t rapidement biodégradable] l Pmi = potentiel méthanogène de la fraction i l ki = constante cinétique de la fraction i l t = âge des déchets à part i r de la date de leur enfouissement t = O

La production annuelle de gaz, en moyenne au cours de l'année t , se cal- cule de la facon suivante :

P = x i Pmi x ki x exp (- ki x t ] On utilise également la notion de " durée de demie dégradation " qui expri- m e le temps au bout duquel la moitié du potentiel méthanogène est expri- mée. Elle est liée à la constante cinétique k par la relation :

t 1 / 2 = Ln (2]/ k

:alcul du potentiel méthanogène

8 Pour un mélange de déchets municipaux constitué d'ordures ména-

, gères, de déchets verts, de boues urbaines et d'un peu de déchets inertes, le potentiel méthanogène tel qu'il peut être estimé au départ [déchets bruts] doit être pondéré pour tenir compte de la phase aéro- bie, qui déqrade en priorité les matériaux humides et très fermentes-

A l'inverse, les déchets fortement compactés disposés en couches épaisses et recouverts rapide- ment par une nouvelle couchededéchets [durée d'exposition de quelques jours] seront moins compostés. a

cible; [déchets de c;isine].

Se reporter aux graphiques en page suivante

Les out i l s dTe*te~de ~ ~ .

Aptitude a la dégradation des différentes fractions En général on utilise 3 types de fractions : rapidement, moyennement et lentement dégradable.

Rapidement dégradable

Moyennement dégradable

Évolution de la production annuelle de gaz en fonction des catégories de déchets

Lentement dégradable

Rapidement dégradable ':1 Moyennement dégradable

Lentement dégradable

2 à 3

7 à 10

. , . , , , . , , , , , , , , , , , , , , , , 2 4 6 8 1012141618202224262830

dge des déchets [an]

15 à 30

II est nécessaire de considérer parfois beaucoup plus de frac- tions lorsque I'on veut distinguer chaque catégorie de déchets : putrescibles, papiers cartons, déchets verts, boues, etc. C'est le cas lors de la mise en place de la collecte sépara- tive des déchets, ou lorsque le site recoit une proportion importante de déchets non ménagers, dont il faut identifier le potentiel méthanogène et l'aptitude à la dégradation de facon aussi précise que possible. Certains produits peuvent se révéler inhibiteurs de la fermenta- tion [chaux...], alors que d'autres au contraire sont susceptibles de fournir des nutriments [boues riches en azote...], mais aucun modèle ne permet aujourd'hui d'aborder ce niveau de détail.

0,25 à 0,351 0,07 à 1

Évolution de la production cumulée de gaz en fonction des catégories de déchets

.. -

0,02 à 0,05

dge des déchets [an]

Déchets de cuisine

Papiers cartons Feuilles, végétaux Boues urbaines déshvdratées

APPROCHE PAR LES MESURES IN SITU

80 - 130

170 - 250 50 - 70 40 - 50

Textiles Déchets ligneux Plastiques

Pour être représentative, elle nécessite :

soit de mesurer les débits de méthane collecté par le système d'extraction, e t les fuites aux parois ; donc de mener des investigations assez lourdes ;

soit de travailler sur des casiers confinés, en supposant que'les fuites aux parois sont négli- geables.

Faute de quoi, ces mesures ne donnent pas la production de gaz, mais seulement la par t collectée dans le système de dégazage [production <( apparente »].

, Lorsque I'on dispose de séries de mesure de débits de production suffisamment représentatifs (plu- sieurs années de recul, mesures réalisées casier par casier...], on peut en déduire des courbes de pro- ductivité apparente jm3 de méthane collecté, par tonne e t par an] en fonction de l'âge des déchets, e t d'extraire les coefficients principaux (potentiel méthanogène et constante cinétique] à part ir des courbes de corrélation.

100 - 150 50 - 80

< 5

(Voir aussi (1 Campagnes de mesure des débits 11 p. 55)

Les mesures permettent de suivre :

d'une part, l'évolution de la production de gaz, en qualité et en quantité. Ces mesures concernent aussi bien le gaz collecté par le système d'extraction, que le gaz non collecté (fuites aux parois]. Elles portent en outre sur les principaux composés [CH,, CO,, O,...] ainsi que sur les gaz à l'état de traces ;

d'autre part, les conditions de fermentation : humidité, température, état des déchets ... Ce chapitre précise quelles sont les types de mesures à effectuer selon l'objectif et le contexte. Les techniques de mesure proprement dites sont abordées CHAPITRE 4 pour ce qui concerne les appa- reillages et CHAPITRE 5 pour ce qui est de leur utilisation.

1 .. MESURES - . SUR GAZ . --

1 b L'odorat n 'es t pas un bon détecteur de gaz !

La détection d'odeurs permet d'identifier des émissions non contrôlées de gaz. Inversement, absence d'odeur ne signifie pas absence de gaz, puisque le méthane et le gaz carbonique sont inodores : il est exclu de se fier à son nez pour dire qu'il n'y a pas d'émissions. Seules des mesures sont à même de répondre négativement.

. c 9'- Le gaz de décharge ne contient pas nécessairement des quantités significatives de composés odo- a

U) rants [H,S), qui peuvent en outre être masqués par la présences d'autres gaz [émissions d'un casier en - 3 cours d'exploitation à proximité...). Sur des sites anciens, notamment, les composés soufr6s peuvent avoir

été largement dégradés, d'où des émissions gazeuses sans odeur détectable.

&- M e s u r e e t détect ion des émissions en surface

Objectifs e t méthodes La mesure des émissions en surface est le seul moyen d'estimer les (( fuites )) de gaz aux parois, notamment à travers la couverture. II existe plusieurs méthodes :

les méthodes (( à chambre )) [ou (( flux box »] qui permettent de mesurer des débits de méthane ;

les mesures de concentration de méthane en surface qui offrent une approche qualitative [iden- tification de zones de fuites] ;

la thermographie infrarouge, qui permet d'établir une cartographie aérienne basée sur la mesure de la température de la couverture [rayonnement infrarouge], censée refléter les émissions de gaz.

Ces méthodes ne permettent pas de mesurer la production de gaz non collecté : en effet, une partie du méthane est oxydée au cours de sa migration à travers les couches d'argile ou de terre végétale, e t transformée en gaz carbonique, sous des actions biochimiques notamment, et seule une partie du méthane traverse la paroi. Les (( fuites )) - même lorsqu'elles sont estimées à partir de méthodes quantitatives - ne sont donc pas nécessairement représentatives de la production non collectée.

Méthodes dites <( à chambre de détection ))

Elles utilisent une chambre hermétique permettant la mesure directe du flux local de biogaz. Ces mesures ponctuelles couvrent une surface de 0,25 à 5 m2 et sont effectuées selon une stratégie d'échantillonnage spatial, adaptée au cas par cas aux conditions locales d'émission du biogaz ainsi qu'à la précision d'estimation souhaitée. Des méthodes géostatistiques prennent en compte les propriétés propres au phénomène considéré

[sa variabilité spatiale par exemple]. Elles permettent une interpolation et une extrapolation des mesures ponctuelles afin d'estimer le flux global.

On obtient les informations suivantes : avaleur moyenne estimée de la densité de flux [m3/h par m2 de surface] pour la surface examinée ou pour une partie donnée de cette surface ; a graphiques en 3 0 de la répartition spatiale du flux e t de la composition du biogaz [si cette der- nière est mesurée] ; a cartographie [isolignes] de la densité de flux ou de la concentration des différents composants du biogaz ; a paramètres statistiques d'estimation tels que l 'erreur d'estimation, les résidus, etc ...

Différentes méthodes à chambre ont été développées en Europe. En France, l'institut national d'évaluation des risques industriels [INERIS] a mis au point 2 méthodes de ce type : la méthode de la chambre dynamique e t la méthode de la chambre à accumulation.

Chambre dynamique Le principe de la mesure repose sur l'utilisation d'un gaz vecteur neutre circulant au travers de la chambre installée à la surface de la zone à étudier. D'une surface de 2,5 à 5 m2, cette chambre est équipée :

a en entrée, d'une rampe d'injection du gaz neutre ; a en sortie, d'un débitmètre e t d'une pompe de prélèvement permettant l'analyse de la qualité du gaz de mélange [gaz neutre + biogaz].

À partir des paramètres mesurés [débit de balayage, débit e t qualité du gaz de mélange], on peut dédui- r e le débit de biogaz sortant de la chambre e t donc le débit de biogaz traversant la surface étudiée.

1 Permet une anal se ultérieure du gaz en laboratoire 1 Mise en euvre délicate [ex. analyse des EOV]

Transport de bouteilles de gaz sur le site

Temps relativement long pour effectuer une mesure [2 heures ; installation comprise]

Chambre à accumulation Elle accumule le gaz émis par la surface couverte [0 ,25 m2]. Le gaz accumulé dans la chambre est analysé dans un circuit parallèle alimenté par une pompe. Le suivi de la vitesse d'enrichissement en méthane du mélange recirculé permet de déduire le flux local de méthane au point considéré.

1 Facilité de mise en œuvre Grand nombre de mesures pour couvrir la surface d'étude 1 sur le terrain (30 B 60 points selon les difficultés liées au site).l

Temps relativement court pour effectuer une mesure (5 à 10 minutes ; installation comprise)

Détection de surface La détection de pics de concentration de méthane en surface permet d'identifier les zones de fuites. Les mesures sont réalisées sur un maillage, avec par exemple des points de mesure tous les 10 mètres sur quelques axes prédéfinis. On obtient ainsi une cartographie des pics de concentration en méthane. En parallèle, des mesures peuvent être faites sur les puits existants, en sortie de drains e t en sortie du réseau existant afin de caractériser la qualité du gaz en milieu confiné [mesures de méthane et H2S].

8 Les concentrations en méthane sont de l'ordre du ppm e t ne dépassent en principe 1 000 ppm que de facon très exceptionnelle, ce qui nécessite l'emploi de matériels de détection appropriés. II existe des versions portables de détecteurs à ionisation de flamme, utilisés pour la recherche sys- tématique de fuites de gaz, dont les seuils de détection de l'ordre du ppm de CH,. Cet appareil permet

l'analyse de gaz de densité inférieure à celle de l'air tel que le méthane. Cette mesure se fait selon deux échelles de mesure exprimées en millionièmes [ou ppm].

Détection par thermographie infrarouge À condition d'être réalisée dans des conditions climatiques favorables e t que le sol soit homogène [ce qui est rarement le cas], la thermographie aérienne infrarouge signale la présence d'anomalies en sur- face de casiers [zones chaudes ou froides] liées aux émissions de méthane. Elle nécessite par ailleurs une bonne connaissance du site et les mesures doivent être interprétées par des spécialistes.

B- Tests de pompage

Ce tes t donne une indication sur le potentiel de production d'une zone donnée puis, par extrapolation. de l'ensemble du site, avant la mise en place définitive de l'ensemble des puits.

La procédure est la suivante :

O réalisation de 3 à 6 puits pour les tests [sur une surface de l 'ordre de 1 à 2 hectares]

O mise en place d'une unité d'aspiration avec incinération ;

O campagne de suivi avec variation du débit d'aspiration e t mesure du débit e t de la qualité du gaz, pendant 2 à 3 mois.

& Campagnes de mesure des débits de méthane

Les exploitants des sites gérés en casiers d'âge homo- ?\us- &\<

gène [type casiers annuels] peuvent mesurer I'évolution ,$ Lorsque le site a été géré dif-

de la productivité apparente des déchets en fonction de @ féremment lcasiers recu

leur âge. déchets d'âges différents pendant plusieurs années], cette méthode

Ces mesures permettent, lorsqu'elles sont disponibles apparaît moins pertinente. Elle est sur une durée assez longue [plusieurs années], de déter- cependant conseillée, dans la mesu- miner expérimentalement les paramètres d'une courbe r e où elle ne nécessite pas de

de production calée sur un modèle théorique de ciné- moyens lourds [appareils portables)

tique 1 à une seule fraction : constante cinétique e t n potentiel méthanogéne initial. On peut en déduire égale- ment le potentiel méthanogène résiduel. Par extrapolation, on peut prévoir l'évolution future casier par casier. II est également possible de visua- liser les différences de comportement entre casiers

Procédure

12 e Mesures de débit de méthane (débit x teneur en méthane] sur chaque casier

1 O [au minimum tous les trois mois). C m Chaque mesure donne une Y \ « productivité apparente » en m3 s 8 de méthane par tonne et par an : débit

6 horaire x 8 760 h/tonnage de déchets

5 stockés.

0 1 I 1 l

, en méthane. 1 1

u - e Construction de graphiques (1 débit :: 4

O 1 2 3 4 5 & e A partir de chaque courbe, détermi-

~~e des déchets/=" nation des coefficients d'une fonction de corrélation exponentielle, k et PM.

Y

3 TI

& Campagnes de mesure de la qualité

de méthane en fonction de l'âge des déchets 1) pour chaque casier.

~ 2 - Ces graphiques dessinent une courbe d'évolution de la productivité apparente

La concentration en méthane, gaz carbonique e t oxygène, est mesurée régulièrement dans le cadre du programme de conduite du système de dégazage. Ces mesures permettent de régler la dépression appliquée aux têtes de puits.

B- Confirmation en laboratoire des mesures sur site

Lorsque les mesures de gaz in-situ ne mesurent que les composés majeurs [ou permanents], il est nécessaire de procéder à des mesures en laboratoire pour les autres composés. Elles peuvent être

5 5

Les outils d '6 tude ~

r é a l i s é e s dans un l a b o r a t o i r e m o b i l e pouvant v\65e

se déplacer sur le s i t e à la demande. 4' Comparer régulièrement les mesures 8 données par les appareils sur site, avec celles

La chromatographie en phase gazeuse lCPG1 5 fournies par un CPG de laboratoire [centre de mesure des gaz maleurs, ainsi recherche public ou privé ...] permet de détermi- . . que l'azote, avec une précision meilleure que ner la précision des appareils in-situ, et de véri- celle des appareils en postes f ixes , e t bien fier que le bilan biogaz + air est bouclé [l'azote . . meilleure que celle des appareils portables. devant représenter la différence entre 100 %

et la somme CH, + CO, + O,].

B- Éléments t races

La connaissance de la teneur en éléments traces est u t i l e , voire i n d i s p e n s a b l e , pour : 0 évaluer l'impact environnemental des émissions de gaz dans l ' a t m o s p h è r e [ t ox i c i t é , odeurs] ; 0 vérifier sa compatibilité avec certaines applications ;

prévoir les systèmes de traitement n é c e s s a i r e s .

Plusieurs moyens de mesure existent :

Tubes calorimétriques Méthode simple 1 gaz e t 1 mesure par tube Adaptée à la mesure fréquente de H2S

Mesures complètes[" Panorama complet de l'ensemble Méthode lourde des composés

"' Les principales méthodes employées sont les suivantes : analyse en ligne pour les composes principaux, par chromatographie et spectrographie de masse ; barbotage de l'échantillon de gaz dans une solution spécifique pour les éléments à l'état de trace, afin de

les concentrer pour réduire l'erreur de mesure. La durée du barbotage dépend de la concentration de l'dé- ment à mesurer et de la précision de mesure voulue. Par exemple. elle est de 1 semaine environ pour les métaux lourds avec un seuil de détection de l'ordre du microgramme/m:' :

combustion de l'échantillon de gaz et dosage des fumées. Cette méthode [dite de Wickbold] est employée pour mesurer par exemple le chlore. le fluor et le soufre. sous toutes leurs formes.

) Périodicité des mesures

La fréquence des mesures est spécifique à chaque site [Arrêté préfectoral d ' a u t o r i s a t i o n , valorisa- tion...].

Périodicité conseillée des mesures

1 Éléments traces 1 Annuel 1 1

Débit de gaz par casier

Composition du gaz par casier [CH4-CO2-O,]

composition du gaz par puits [CH,-CO,-O,]

Trimestriel

Trimestriel

Mensuel

1 Détection fuites 1 1 Réhabilitation casier 1

Émissions torchére

Débit et CH, sur ensemble du site

Test de pompage

1 Profil matière organique des déchets 1 1 Fermeture casier 1

Annuel

En continu

Profil humidité des déchets

Fermeture casier

-

Fermeture casier

Profil potentiel méthanogéne des déchets

Profil température des déchets

Fermeture casier

) Fermeture casier

Analyse biochimique des déchets Fermeture casier

Plusieurs paramètres [potentiel méthanogène d'échantillon, composition e t pH des lixiviats donnent des indications sur le dérouleinent de la fermentation.

& Mesures sur échantillon

Les mesures effectuées sur des échantillons prélevés in-situ [forages...], telles que la température, l'humidité, la teneur en matières volatiles, le potentiel inéthanogène, la composition bio- chimique permettent de visualiser l'évolution de la nature des déchets e t les conditions de fermentation. Le prélèvement d'échantillons s'effectue en principe lors des forages réalisés à l'occasion de la construction de nouveaux puits gaz ou lixiviats.

d e i indications su r la s

teneur en fractions biodé- gradables : matière sèche volatile, f ibres [cellulose, hémicellulose, lignine...]. Comme il existe un lien entre la teneur en cellulose e t le potentiel méthanogè-

M e s u r e s du p o t e n t i e l mé thanogène p a r r é a c t e u r s ne, la mesure de la compo-

d e l a b o r a t o i r e sition biochimique peut se substituer à celle du poten-

La mesure du potentiel méthanogène [PLI] des échantillons tiel méthanogène. Cepen- donne une indication sur leur aptitude à la biodégradation. Par dant, cette corrélation est extrapolation, on peut en déduire en ordre de grandeur le poten- imparfaite, sur tout pour

tiel méthanogène global du casier. Cextrapolation est cependant des déchets assez évolués,

délicate : pour lesquels la matière organique résiduelle est en

c représentativité des échantillons [nombre/inasse totale des grande partie réfractaire à déchets stockés] ; la biodégradation.

e erreurs de mesure du P M ; On ne disposera ainsi que d'une approche qualitative,

e l'extrapolation à l'ensemble du casier nécessite d'en connaître e t non d'un potentiel

le profil en humidité e t en matière organique. méthanogène global.

Cette approche est complémentaire de celle de la détermination expérimentale des courbes de productivité. La mesure du P M est longue - plus d'un mois pour des déchets âgés - et peut donc difficilement être reproduite sur un grand nombre d'échantillons.

M o d e o p é r a t o i r e

La masse d'échantillon prélevé est de l'ordre du kilogramme [ou du litre). Il doit être soigneusement conservé en flacon étanche, e t conservé si possible au froid lorsque la mesure en laboratoire n'est pas réalisée dans les 72 heures. Les mesures de la température e t des teneurs en eau sont réalisées tous les mètres environ.

Ib Mesures sur les Iixiviats

La composition des lixiviats informe sur le déroulement de la fermentation anaérobie. La corrélation est toutefois loin d'être parfaite :

.variabilité entre les sites :

e représentativité de l'échantillon de lixiviat analysé ;

o mode de lessivage, dilution.

C h a r g e o rgan ique

La charge organique des lixiviats reflète assez bien I'état de la matière organique contenue dans les déchets. L'évolution de sa composition est fonction de l'état d'avancement des réactions au sein des

déchets.

Les ou-gils d%tude -- ~ . . --

Le rapport DB05[''/DCO12' semble être révélateur de l'état de fermentation des déchets :

un rapport élevé, caractéristique de lixiviats récents. indique une bonne aptitu- de à la biodégradation ;

un rapport faible, représentatif de lixiviats âgés, indique que la fraction biodé- gradable de la matière organique soluble a été éliminée.

D'un point de vue quantitatif :

la charge organique d'un lixiviat - hors dilution - augmente dans un premier temps [phase acidogène] avec la formation de composés organiques volatils, qui acidifient le milieu ;

dans un second temps, elle diminue en fonction de la vitesse de biodégradation de la matière organique contenue dans les déchets.

D'un point de vue qualitatif, les composés intermédiaires présents dans la phase liquide ont tendance à polymériser pour former des composés de poids moléculaire croissant, de type acides humiques e t acides fulviques, de moins en moins biodégradables.

Autres paramètres D'autres paramètres fournissent des indications complémentaires :

le pH est lié à l'étape de fermentation de la matière organique contenue dans les déchets. Un pH initialement acide [5-61 indique le déroulement de la phase acidogénèse de la fermentation anaérobie. La poursuite des réactions ramène le pH autour de la neutralité [7-81 ;

le potentiel rédox, initialement oxydant, devient réducteur e t les conditions du milieu deviennent favorables au déroulement de la méthanogénèse.

Par contre, la température des lixiviats n'est pas nécessairement représentative de la fermentation.

Mode opératoire Les mesures de température et pH sont faites au moment du prélèvement sur site, alors que DCO, DB05 et potentiel rédox sont mesurés sur les échantillons de lixiviats.

P Mesures de tassement

La fermentation des déchets et leur dégradation se traduisent par des tassements (qui ont également d'autres causes). La vitesse de tassement ne donne que des informations sommaires sur l'état des déchets, mais les mesures sont faciles à réaliser, e t souvent nécessaires pour l'exploitation du site.

"' DBD5 ' demande biologique en oxygene. '.'' DCD . demande chimique en oxygene.

Outre les contrôles des installations dans le cadre du programme normal de conduite e t de mainte- nance, différents types de contrôles e t d'audits sont nécessaires ou envisageables. Certains sont réa- lisés par l'exploitant, d'autres par des organismes extérieurs : bureaux de contrôle, bureaux d'étude, experts. II s'agit de procédures obligatoires ou normalisées telles que :

l étude d'impact ;

l contrôle de la conformité ;

l analyse des risques.

Cexploitant peut également réaliser un audit du système de dégazage, portant sur :

l ses performances ;

l son fonctionnement.

CONTRÔLES OBLIGATOIRES OU NORMALISÉS

B- Études d'impact

Dans le cas de la création ou de l'extension d'une ISD, une étude biogaz est l'un des éléments consti- tutifs du dossier de demande d'autorisation d'exploiter. Le diagnostic biogaz doit comporter :

l une estimation de la quantité e t de la qualité du gaz produit ;

eune estimation de ses effets potentiels sur l'environnement e t la santé des per- sonnels d'exploitation, des nuisances pour les riverains ;

l la description des moyens techniques e t financiers à met t re en œuvre pour réduire ces impacts e t prévenir les risques.

P- Contrôles de conformité

Le contrôle de conformité est réalisé régulièrement par un bureau de contrôle. Celui-ci vérifie la conformité des installations par rapport à la réglementation, notamment :

l les appareillages électriques ;

l les dispositifs de prévention e t de lutte contre les accidents.

B- Analyse des risques

Canalyse des risques est nécessaire pour obtenir la certification CE, par exemple lorsque l'exploitant intègre différents composants, eux-mêmes certifiés. Elle est également utilisée lors des démarches de certification, type ISO 14000. Canalyse des risques consiste à déterminer les successions d'événements e t de situations suscep- tibles de générer un risque e t doit caractériser :

l les éléments dangereux ;

l les événements amenant à une situation de danger;

l les situations de danger ;

l les événements amenant à une situation de risque ;

l les situations de risques potentiels avec leurs effets.

Sur la base de ces enchainements, l'étude de danger doit indiquer les moyens de prévention des évé- nements e t des situations.

Aide-mémoire poi

Gaz ICHa, COD, HoS, COV ... 1

Condensats. rioussières e t particules

Ëquipements sous pression

Pièces méçaniques en mouvement

Équipements électriques

Surfaces chaudes

Fuites

Ruptures de canalisations

Etincelles électrioues

Défaillance de composants

Erreur humaine et mauvaise utilisation des équipements de protection

Erreurs de montage

Opérations de maintenance

Foudroiement et perturbations électromagnétiques

Coupures de courant électrique

Travaux lforaoes. raccordements réseaux oaz ... 1

Emploi de matériels inadaptés

Non redondance des détecteurs e t organes de sécurité

Usure, vieillissement, encrassement, corrosion

Vibrations. desserrages. écartements, dilatations

Pression ou température inadaptées, variations brusques, surchauffe. surpression

Mauvais montage, mauvaises consignes

Surcharge d'information, mauvaise information. formation insuffisante

Conditions climatiques extrêmes [gel, tempete ...)

Surtensions électriques

Opérations de maintenance. présence humaine

Proximité de piéces dangereuses, accessibilite. mauvaise signalisation, absence de cloture, portes non verrouillées

Non respect de règles de sécurité e t des procédures

Mauvaise ergonomie. stress. fatigue. solitude, habitude du danger

l'analyse des risques

.r,q*"/:444-#i, :Gr*.-. ,a6.c ::32jj

Emploi de matériels adaptés ou protéqés

Arrêt des installations. confinement (vannes d'isolement .... 1

Redondance des appareils de securité [soupapes. actionneurs. capteurs ...]

Ventilation, dilution, aération, refroidissement, réchauffase

Limitation des accès, signalisation, clôture, verrouillage

Limitation des phénomènes [régulation ...]

Maintenance préventive

Validation, tests, essais de performance, contrôles. mesures, analyses

Procédures, formation

Information. observation

Dégradation de l'environnement [nuisances, effet de serre, toxicité]

Formation de mélanges de gaz explosifs à l'extérieur

Formation de mélanges explosifs dans un espace confiné

Formation de mélanoes toxioues

Projection de fluide sous pression

Inconfort de travail, stress, fatigue

Incendie e t explosion

Intoxication

Blessures physiques liées à des surpressions provoquant éclatement avec projection, chute, risques dûs a l'énergie cinétique

Brûlures, chocs électriques, risques de nature électrique ou météorolooique [foudre, etc1 - . . Usure prématurée des équipements

Non respect des objectifs [impacts sur l'environnement, indisponibilité du gaz pour la valorisation ...]

AUDIT -- DES PERFORMANCES -- - - DU -- SYSTEME DE DEGAZAGE -

Le diagnostic des performances du systeme de dégazage vise à :

a vérifier les performances : taux de captage, qualité du gaz ... ; a identifier les dysfonctionnements et leurs causes ; a identifier les solutions.

L'audit comprend quatre étapes : la collecte des informations, l'identification d'éventuels dysfonction- nements, la recherche de leurs causes et enfin, la formulation de propositions.

& Analyse des données

Les informations à collecter et analyser, outre celles nécessaires à l'évaluation du potentiel méthano- gène (apports de déchets, mode d'exploitation des casiers, mesures de gaz...], portent sur :

Cétat du système de dégazage

a Puits gaz : nombre, implantation, profondeur, état, connexion au réseau, étanchéité en surface [membranes, argile] ... a Canalisations : type de réseau (ramifié/en étoile...], diamètre, repérage, pente [rail/sol/enter- ré/merlon ...], matériaux. a Équipements (flexibles, vannes, purges, manchons de dilatation, piquages de mesure gaz, points . de mesure débit...]. a Unité d'aspiration [débit nominal et plage, mode de régulation [vanne motorisée/vitesse variable...], équipements d'analyse, débitmètre, totalisateur horaire ....

Son mode d'exploitation

a Conduite : fréquence de purge des condensats, de réglage des vannes, de vidange des puits ... a Entretien e t maintenance : contrôle des pentes, contrôles des entrées d'air, remplacement pièces d'usures [flexibles...]. a Contrats d'entretien et maintenance [prestations, fréquence...].

B=- Dysfonctionnements éventuels

Un faible débit de méthane - par rapport au potentiel théorique du site - indique une faible perfor- mance du systeme de dégazage.

Une for te proportion d'oxygène ou de fortes fluctuations de la teneur en méthane témoignent d'un mauvais confinement ou de prises d'air surie réseau d'aspiration, qui peuvent être amplifiées par une mauvaise exploitation du réseau. Ces deux dysfonctionnements sont souvent liés : l'amélioration du taux de collecte se traduit souvent par une augmentation de la teneur en méthane. Inversement, une forte teneur en air indique souvent un faible taux de captage.

À l'inverse, un taux de méthane élevé, supérieur à 50 % indique soit

a que le confinement est très bon : casiers étanchés par membranes synthétiques sur les parois et en couverture ;

a que le débit aspiré est inférieur à la production. Le gaz n'étant pas suffisamment évacué, la pres- sion augmente à l'intérieur du massif de déchets, empêchant toute entrée d'air. Le gaz non collec- t é est émis vers l'atmosphère.

Les -outils d ' e t ~ i d e -. . .. -.

% Identification des causes

Surestimation du potentiel théorique :

apports de déchets fermentescibles surestimés ;

apports d'inertes sous-estimés [terre, encombrants ...] ;

déchets broyés ;

longue durée d'exposition des déchets à l'air avant recouvrement;

lessivage : cinétique de dégradation sous-estimée ou surestimée ;

déchets secs.

Défauts de conception ou d'exploitation du réseau de dégazage :

réseau ramifié, mal équilibré ;

canalisations écrasées, sous-dimensionnées, obstruées [condensats, terre...], pertes de charge [coudes ,...] ;

absence de vannes de réglage, vannes inexploitables [corrosion, grippage, accessibilité] ;

.absence de points de purge, contre-pentes, condensats, niveau trop haut de lixi- viats dans les puits ;

prises d'air ou mauvaise étanchéité des têtes de puits, des flexibles de rac- cordement, des manchons de dilatation ;

procédure de purge des condensats insuffisante : procédure de réglage puits par puits insuffisante ;

dysfonctionnement du compresseur d'aspiration, mauvaise alimentation élec- trique, sous-dimensionnement, usure et défaut d'étanchéité.

Mauvaise étanchéité des parois :

couverture mal compactée, matériau trop grossier et hétérogène, fissures, éboulements ;

cheminements préférentiels ;

parois mal stabilisées. épaisseur insuffisante ;

(( trous )) dans la couverture ou les parois [puits ouvert. forage non refermé...].

Insuffisance du drainage du gaz :

puits en nombre insuffisant ;

puits obstrués ;

mauvaise implantation des puits ;

casiers récents non encore connectés ;

prise en compte de casiers anciens non connectés dans le calcul du potentiel

gaz ;

absence de drainage en couverture ou vers les parois.

B- Solutions

Elles consistent à

identifier les zones mal dégazées ;

réaliser des campagnes de mesures en surface ;

détecter les odeurs ;

revoir l'implantation des forages et en réaliser de nouveaux

Les o~vki8s d3&tude

améliorer le drainage des gaz ;

revoir ou mettre en place les procédures d'exploitation e t d'entretien du réseau ;

améliorer le confinement des parois et de la couverture e t des têtes de puits

revoir la conception du réseau de dégazage (optimisation de la structure, remplacement d'équipements, par exemple vannes d'isolement par vannes de réglage ...] ;

évacuer les lixiviats et condensats des puits gaz [pompage].

ALIDIT D U FONCTIORINEMENT,DU ...... SYSTENIE DE DEGAZAGE

Le contrôle du fonctionnement du système de dégazage est complémentaire de l'audit des perfor- mances proprement dit. Outre les paramètres fondamentaux comme le taux de captage et la qualité du gaz, un audit complet du système de dégazage prend en compte l'ensemble des aspects technico-économiques, dans une optique d'optimisation. Les informations à collecter sont les mêmes que pour l'audit des performances. Elles seront complé- tées par des d'onnées économiques :

temps de main d'œuvre ... ; coût des consommables, pièces détachées ... ; coût d'investissements ...

Après un rappel sur la sécurisation des équipements e t les procédures de mise en route initiales. ce chapitre donne des préconisations sur le dimensionnement. les choix tech- niques de gestion e t sur les modalités de mise en œuvre :

e du système de captage [ou drainage] ;

e du système de collecte [ou transport] ;

e de l'unité de traitement [ou incinération] . II décrit également les principales méthodes de mesure e t d'analyse [débit. composition du gaz. concentration] ainsi que les appareils de mesure. d'analyse e t de détection du gaz utilisables sur des installations de stockage des déchets .

SÉCURISA-TIOIV DES ÉQUIPENIENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 Moyens de prévention des risques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : . . 6 6 Choix des matériels électriques pour atmosphère explosive . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6

PROCEDURES GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 Inspect ionsettests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 précédant la mise en service d'un équipement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 A réception des installations : constituer le dossier des ouvrages exécutés . . . . . . 6 8

CAPTAGEDU GAZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 Mécanismes régissant la migration du gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 Options de gestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0 Drainageinterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4 Drainagepériphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 Articulation entre le drainage interne e t les canalisations de collecte : tê tesdepui ts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 Gestion combinée gaz e t lixiviats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2

COLLECTEDUGAZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Conception e t règles de dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Typologie des différents réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Protection des canalisations réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 Dimensionnement des canalisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6 Réalisation des canalisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6

. . . . . TRAI'TENIENT & CONDITIONNEIWENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 Spécifications générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3

. . . . . . . . L'unité d'extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4 L'unité d'incinération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3 Organes de mesure e t de contrôle commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 6

. . . . . . . . . Traitements du gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 Traitement des contaminants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

ANALYSE. MESURE. CONTRÔLE . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Spécifications des matériels Mesure du débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . Analyse de la composition du gaz

4 SÉCURISATION DES ÉQUIPEMENTS

MOYENS DE PREVEIUTIOIU DES RISQUES ~- - . ~ . .--....---p.

I I est judicieux de définir les moyens de prévention des risques en prenant l'avis des autorités compé- tentes [Caisse régionale d'assurance maladie] e t des spécialistes [Bureaux de contrôle]. Le fait que l'exploitant démontre sa volonté de ne pas se dérober à ses responsabilités, permettra une démarche constructive et la définition de moyens adaptés aux risques. Les principales mesures à prendre lors de la conception e t la réalisation des installations gaz portent sur :

la ventilation e t la prévention des risques de formation des mélanges explosifs ; la lutte contre les incendies ; la prévention des sources d'ignition ou la propagation des flammes ; la prévention des risques de blocage, surpression.

Assurer une vehtilation suffisante autour des canalisations de gaz

Ventiler les locaux

1 Installer des évents [soupapes, locaux ... ] e t les canaliser en point haut pour éviter la formation d'une atmosphère explosive 1 Utiliser des réservoirs de pression suffisante (1,5 fois la pression nominale d'utilisation]

Utiliser des canalisations adaptées [pression, matériau, tenue à la température. qualité des soudures ...)

Utiliser des soupapes de sécurité pour prévenir les risques dus à la surpression

1 Protéger les canalisations de gaz contre les risques de blocage par le gel 1 Prévoir des pentes pour les canalisations de gaz, avec des purges aux points bas, pour éviter l'engorgement des canalisations

Installer des clapets anti-retour e t des arrête-flamme avant l'installation de combustion pour prévenir les retours de flamme dans les canalisations

Installer des détecteurs de gaz dans les locaux sensibles

Signaliser les zones gaz avec des panneaux <( danger )1, a interdiction de fumer », I( zone interdite à toute riersonne non autorisée ». etc.

1 Supprimer toute source d'ignition potentielle (étincelle électrique, flamme ...] en zone gaz 1 1 Interdire de fumer dans les zones gaz 1 1 Utiliser des matériels électriques adaptés y compris pour l'éclairage e t la signalisation en zones gaz i

Disposer d'un extincteur approprié [CO,...] à proximité des zones gaz

Mettre en place des piezogaz [pour détecter les migrations dans les sols]

CHOIX DES MATERIELS ELECTRIQUES ---- - - -

POUR ATMOSPHÈRE EXPLOSIVE

% Marquage selon les normes CENELEC

La réglementation impose d'employer des matériels électriques concus pour fonctionner en atmo- sphère explosive. Le marquage d'un appareil pour atmosphère explosive adapté au gaz de décharge se présente de la facon suivante [exemple] :

Ex Eex - x - IIA - T 2 Ex ) logo normalisé Eex ) indication atmosphère explosive x * mode de protection : d, e, i... IIA ) classe d'explosivité du gaz T 2 ) classe de température du gaz

Un appareil doit satisfaire aux exigences minimales. Ainsi, le méthane est classé I - T l . Le gaz de décharge contient à l'état de traces d'autres gaz, aussi il est préférable de choisir une classe supé- rieure, au minimum IIA - T2.

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aJn~eJ?duia~ ap

gestisn du gaz ...... .................

INSPECTIONS ET TESTS PRECEDANT - ........... ......... .........

LA M I S E E N SERVICE D ' U N ÉQUIPEMENT ... ............ ...........

O

% Inspection préalable ~ O s c o n t r b i e des verrouiiiages et déverrouillages.

Avant tout démarrage dZun nou. 8 e C0ntr6le des alimentations (électricité. gaz.

veau puits, démarrage de l'unité d'extrac- air comprimé...].

tien...], l'opérateur doit s'assurer que tous les O Contrôle accouplement des moteurs à entraî- nement direct.

équipements sont en ordre de marche.

&- Tests d'étanchéité, t e s t s de sécurité

II est conseillé de tester l'étanchéité des équipements avant leur mise en gaz. Les canalisations de gaz sont contrôlées en les mettant sous pression d'air. On mesure la pression : si celle-ci se maintient, le système est étanche. Sinon, il faudra rechercher les fuites en procédant tron- con par troncon, avec un détecteur de fuites. Chaque équipement de sécurité devra également être testé : contrôle du câblage [(( fil a fil »], simula- tion d'incidents.

B-- Tests de fonctionnement, t e s t s des performances

Après leur mise en service, chaque équipement sera testé pour vérifier qu'il fonctionne correctement selon les spécifications annoncées.

Réseau d'amenée du gaz :

mesure des débits e t pressions en différents points ;

calcul des pertes de charge e t comparaison avec les calculs préalables.

Unité d'extraction :

contrôle de la pression e t de la température de refoulement;

O comparaison avec les courbes caractéristiques du constructeur.

Unité d'incinération :

contrôle de la température

À RECEPTION DES INSTALLATIONS : CONSTITLIER LE DOSSIER DES OUVRAGES EXÉCUTES [DOE] ..... ............... ......... ..... ......... ... ....... ... -

B- Que comporte le dossier des ouvrages exécutés ?

II comprend :

les spécifications des équipements avec les modes de calculs associés, les documentations des constructeurs, les courbes de fonctionnement des compresseurs, de la torchère, les courbes de vannes, des soupapes ... ; O les ouvrages descriptifs des puits gaz, avec le compte-rendu des opérations de forage [relevés] e t la nature des équipements ;

les plans de recollement des canalisations de gaz, avec l'implantation des puits gaz e t de I'en- semble des équipements de canalisations tels que vannes, manchons de dilatation, etc ...

les garanties, contrats ; les manuels d'exploitation e t d'entretien, avec la description des opérations d'exploitation, la

fréquence, la liste des pièces détachées avec le bordereau de prix ...

+O" ' Les manuels comporteront la liste des dysfonctionnements possibles avec les procédures de répa- $ ration recommandées [guide de diagnostic, etc]. Ils portent non seulement sur les équipements [tor-

chère...], mais aussi sur les puits e t les réseaux [procédures de réglage des vannes, de détection des bou- chons de condensats, d'entrées d'air...].

B- Quand constituer le DOE ?

Le DOE est à constituer au moment de la réception des ouvrages e t de la levée des réserves éventuelles, par l'entreprise qui a réalisé le système de dégazage. Le marché doit stipuler que le constructeur est tenu de fournir les DOE, qui sont l'une des pièces constitutives du contrat. Lorsque c'est l'exploitant lui-même qui réa- lise les travaux, il devrait s'astreindre à

constituer le DOE. La (( mémoire )) d'un site repose en effet souvent sur un nombre t rès restreint de personnes - généralement le responsable d'exploitation - qui seul connaît la configuration des puits, l'origine des déci- sions prises antérieurement e t l'historique.

N e pas omettre de constituer un DOE des forages

' Les forages sont les seules occasions pour I'ex- ploitant de se rendre compte de l'évolution des déchets stockés plusieurs mois ou plusieurs années après leur enfouissement. C'est pour- quoi les comptes-rendus de forages revêtent une importance particulière. On y notera toutes les observations réalisées au cours du forage :

O date du forage, implantation, entreprise e t matériel utilisé, profondeur ;

O incidents rencontrés e t événement : refus de forage, écoulement de lixiviats, dégagements de gaz, odeurs ... ; O relevé régulier de la température des déchets [tous les mètres] ;

a prélèvement régulier d'échantillons de déchets [environ 1 kg] en vue d'analyses ultérieures en laboratoire, au minimum sur la matière [MS] et la matière volatile [MV].

CAPTAGE GAZ La conception du système de captage du gaz [c'est-à-dire du système de drainage des gaz internes au massif de déchets) est fonction des options prises pour le mode d'exploitation de I'ISD. Après un rap- pel sur les mécanismes qui régissent les migrations du gaz à l'intérieur des casiers, sont décrits ici les différents types de drainage internes [puits forés ou à l'avancement, drains horizontaux] et périphé- riques, ainsi que les têtes de puits. La gestion combinée des gaz e t des lixiviats est également abordée.

MECANISNIES REGISSANT LA MIGRATION D U GAZ

b Différence de pression e t perméabilité

Un massif de déchets peut être considéré comme un - milieu poreux hétérogène La migration du gaz est com- &?"

Coptimisation de la collecte mandée pa r . # du gaz consiste dans l'idéal à assu-

la différence de pression entre l'intérieur du massif rer que, à tout moment, la pres- et l'atmosphère ; sion de gaz en chaque point des

la perméabilité du milieu (déchets] et des parois [cou- parois soit égale à la pression

verture e t parois latérales]. atmosphérique, pour éviter tout

La perméabilité des déchets est de l'ordre de 10 fois plus flux de l'atmosphère vers I'inté- rieur du massif [entrées d'air] e t

grande dans le sens horizontal que dans le sens vertical : le réciproquement [fuites de gaz]. gaz migre de préférence latéralement plutôt que verticale- ment. Cette différence de perméabilité proviendrait du mode d'exploitation actuel, en couches minces compactées. Ce phénomène est d'une grande importance pour la bonne compréhension de la problématique du captage du gaz.

b (( Entrées d'air » versus « rw.tes de gaz )) ?

II est erroné de penser que les fuites de gaz sont le phénomène inverse des entrées d'air. En effet :

le sur-pompage intensif maintient l'ensemble du massif de déchets en dépression. Si l'étanchéité des parois et la production locale de gaz sont hétérogènes, il se crée nécessairement des zones de mélanges air/gaz dans le massif de déchets, qui sont déconseillées pour des raisons de sécurité ;

si I'on exclut le recours au sur-pompage, ces hétérogénéités se traduisent aussi bien par des fuites de gaz que par des entrées d'air en cas de sous-pompage.

OPTIONS DE GESTION -.

On distingue la gestion active et la gestion passive du captage. Deux solutions sont possibles :

I'étanchéification totale du casier, par membranes [PEHD soudé par exemple), qui autorise une gestion (( passive )) du gaz : quelle que soit la pression interne ou atmosphérique, le gaz produit est nécessairement évacué par le réseau de collecte ;

la gestion dynamique du gaz qui implique une régulation basée sur divers paramètres [pression atmosphérique, concentration en oxygène...).

Ces deux modes de gestion sont en réalité employés simultanément à des degrés divers :

plus les parois sont perméables, plus la gestion dynamique devra présenter une réaction rapide en cas de variation des pressions ;

la gestion dynamique génère des variations de débits si I'on veut maintenir la qualité du gaz, e t qui sont d'autant plus fortes que les parois sont perméables.

La gestion de type bioréacteur, avec confinement par membranes imperméables en couverture et sur les parois latérales, permet théoriquement de collecter la totalité du gaz produit sans entrée d'air, quelle que soit la pression atmosphérique e t la dépression appliquée.

,\us 0

Jo\q Cette pratique est en cours d'évaluation aujourd'hui. On manque de recul pour vérifier, notamment, si I'étanchéification de la couverture ne conduit pas à une dessiccation des déchets, susceptible de ralen- t i r les fermentations. Ceci nécessiterait alors de mettre en oeuvre une gestion de l'humidité interne, par recirculation des lixiviats par exemple. d Dans la pratique, il existe toujours des points faibles [défauts d'étanchéité des têtes de puits, des flexibles, membrane détériorée...]. Une gestion appropriée de la dépression reste donc nécessaire (régime constant ou gestion dynamique], mais le contrôle des entrées d'air et des émissions de gaz est considérablement simplifié par rapport aux systèmes perméables. Plus le site est imperméable, plus la gestion sera facilitée, quelle que soit l'option adoptée.

& Ëtanchéification des parois

Couverture Deux types de couvertures sont autorisées par l'arrêté du 9/9/97, pour les Installations de Stockage des Déchets recevant des déchets de catégorie D [à caractère fermentescible] :

O les couvertures semi-perméables ;

O les couvertures imperméables.

Le choix d'une couverture semi-perméable implique celui d'une gestion dynamique du gaz.

Parois latérales Si la couverture est imperméable, les flux de gaz vers les parois latérales seront d'autant plus impor- tants. Plusieurs options sont possibles :

O I'étanchéification des parois latérales, ce qui peut s'avérer contraignant [pentes, glissements, revégétalisation en cas de pose d'une membrane sur la face externe de la paroi ...] ;

O la mise en place d'un réseau de collecte du gaz en périphérie du casier, avec gestion dynamique.

% Drainage du gaz i\on Gfficacité du drainage est liée :

Même en cas d'étanchéification totale d'un casier, le ee 3 O à la densité des drains ;

drainage du gaz est nécessaire, au moins pour évi- ' O à leur section. te r que des phénomènes locaux de surpression , n'endommagent le complexe d'étanchéité. Le système de drainage dépend du débit de gaz à collecter, de la perméabilité du massif et des parois, du mode de gestion adopté, des performances souhaitées en termes de taux de captage et de qua- lité du gaz [teneur en méthane]. On parle souvent de (( zone d'influence » d'un système de captage. Cette notion très empirique est censée permettre de déterminer l'implantation des systèmes de dégazage (densité de puits par exemple]. En réalité, la (( zone d'influence » d'un puits gaz, par exemple, présente une forme très hété- rogène, variable en fonction du mode d'exploitation [dépression appliquée], de la quantité de lixiviats ou de condensats présente dans le drain, du degré de colmatage de celui-ci ...

P Les systèmes de drainage du gaz

II existe différents moyens de captage du gaz que l'on peut classer selon plusieurs cri tères.

O captage par (( surfaces )) (couches drainantes] ou par (( lignes )) (tranchées ou canalisations drai-

nantes), voire par (( points )) (cas de sites étanchés comportant des points d'évacuation du gaz, sans autre système de drainage] ;

systèmes horizontaux ou ver- ticaux [ou inclinés] ;

drainage périphérique [sous le massif ou au-dessus du mas-

sif] ou dans la masse des déchets ;

systèmes réalisés lors du remplissage du casier ou après le remplissage.

Les principaux s ystèmes utilises

( ~~stèmes<rticaux / Puits réalisés lors du ( Couches ou tranchées drainantes 1 remplissage du casier 1 aux parois latérales 1 (puits a l'avancement]

Systèmes horizontaux

Les différents systèmes Les principaux systèmes utilisés sont les suivants : de drainage du gaz Les systèmes de drainage sont raccordés au système de collecte du gaz par

111, - l'intermédiaire de « têtes de puits ». Généralement, les couches drainantes w- .n sont elles-mêmes traversées par des canalisations drainantes équipées, en

71 R sortie, de ces têtes de puits. S 5 2

Le choix de l'un ou l'autre système, ou d'une combi- naison de plusieurs systèmes, dépend de diffé-

rentes contraintes et critères.

I

Drainage dans la masse Orainage périphérique

ou après [puits forés]

Tranchées drainantes réalisées lors du remplissage du casier

pendant [parois latérales] 1 après [sur le massif]

& Contraintes e t cr i tères de sélection

Couches ou tranchées drainantes réalisées avant le remplissage du casier (sous le massif],

Planning de réalisation La production de gaz démarre très rapidement. Son captage doit débuter le plus tôt possible. Pour les casiers réalisés en moins d'un an, le captage doit être mis en place dès la fin du remplissage. Sinon, un système de captage, même provisoire, doit être réalisé au cours du remplissage. Le gaz est alors incinéré localement ou collecté par le réseau centralisé. Lexploitation par casier sur une durée de moins d'un an permet une adaptation programmée des ins- tallations de captage [réalisation du captage dès la fin de l'exploitation]. Sinon, le captage est fait en cours d'exploitation de la zone d'enfouissement. II est réalisé soit en fond de casiers, soit dans la masse des déchets au fur e t à mesure de l'avancement de l'enfouissement.

&de :es contraintes

Implantation liées à la planification al L de la réalisation sont

Les critères d'implantation sont liés à la notion de rayon d'influence, qui dues également à dif-

tient compte de la perméabilité du massif de déchets et de son hétéro- férents facteurs : généité, liés :

à la présence ou non de couches intermédiaires ;

à la nature et leur mode de traitement.

O intempéries ; O contraintes régle- mentaires ou adminis- tratives ;

Généralement réalisées verticalement pour faire barrière entre casiers O disponibilités finan-

ou horizontalement [digues intermédiaires] entre des phases importantes cières ; O gestion des interve-

d'exploitation, les couches intermédiaires constituent des barrières plus nants ou des équipes ou moins perméables aux lixiviats et au gaz. Elles favorisent la constitution

de nappes stagnantes, perturbent les cheminements du gaz. Cefficacité du système de dégazage peut en être affecté. Leur localisation joue sur le positionnement ou la densité du réseau de captage. La nature des déchets e t leur mode de traitement - compactage, broyage, mise en balle, proportion d'inertes, encombrants - influent sur le comportement des déchets.

Accessibilité Les contraintes d'accessibilité jouent :

au moment de la réalisation du système de drainage [accessi- bilité de la zone de travail aux engins, notamment : pentes, etc] ;

pour l'exploitation de celui-ci : accessibilité des têtes de puits et des drains eux-mêmes. Seuls les drains périphériques en surface, e t en partie aux parois, sont éventuellement accessibles après la période d'enfouissement. Les drains internes ou de fond de casier sont inaccessibles et ne peuvent donc être repris ultérieurement. II est possible de réaliser de nouveaux forages pour remplacer un puits vertical hors service.

On prévoira éga- ment les contraintes

revégétalisation e t entretien de la végéta- tion ;

aspect paysager en phase de post-exploi- tation ...

Déformations e t contraintes thermiques Le massif de déchets travaille et se déforme. II exerce des contraintes à la fois mécaniques, ther- miques et biologiques sur les systèmes de drainage aussi bien internes que périphériques. Les tassements peuvent provoquer l'écrasement des drains. Les températures atteignent 70°C couramment, parfois 90°C au cours des phases initiales de l'en- fouissement. Les matériaux utilisés devront tenir compte de ces niveaux élevés, notamment lorsque l'on utilise du PEHD dont la résistance décroît fortement au-delà de 40°C. Inversement, il faut tenir compte du risque de gel. Les systèmes de drainage doivent donc être concus :

pour résister à ces contraintes : choix de matériaux résistants, pression nominale, protections ;

pour réduire l'influence de ces contraintes : sections e t épaisseurs suffisantes pour maintenir la continuité du drainage même en cas de déformations ou d'obstructions importantes.

Agressions physiques Les drains sont soumis à des agressions physiques [chocs, arrachements, perforations ...] dues à la circulation des engins [compacteurs] et aux déchets [ferrailles, encombrants]. Les drains réalisés pendant la période d'exploitation seront de ce fait signalisés de facon voyante : borne d'avertissement, drapeau, piquets.

Obstruction [eaux, colmatage) Les lixiviats et condensats qui percolent à l'intérieur de la masse des déchets entraînent des particules susceptibles de colmater irrémédiablement les drains. Les systèmes de drainage doivent donc être concus :

pour permettre l'évacuation des lixiviats : - par gravité avec des pentes appropriées pour les drains horizontaux ; - par drainage en fond des puits verticaux ; - par pompage dans les puits verticaux ;

pour résister au colmatage [protection par géotextiles, massifs de galets filtrants, géospaceurs].

importants

faibles

importants

Drainage en fond ' faible importantes

faibles

importantes

Drainage en surface

Drainage dans la masse

importants

faibles

importants

importante

importante

,& ' Des contraintes locales peuvent imposer la mise en œuvre de moyens spécifiques :

2 voisinage particulièrement sensible, comme des zones d'habitation ou de loisirs [réduction draconienne des odeurs liées au biogaz] ;

proximité de bâtiments classés ou des voies de circulation [traitement visuel] ; occupation de la surface libérée après la fermeture d'un site par une faune et une flore particulières ;

a caractère provisoire d'une installation [usage d'équipements démontables].

DRAINAGE INTERNE . -

Les drains implantés dans la masse des déchets constituent généralement le principal système de captage du gaz.

+ caractérist iques générales

Les systèmes verticaux sont les plus utilisés. II s'agit de :

a puits forés réalisés après la phase de remplissage du casier ;

puits réalisés à I'avancement e t constitués : - soit de buses béton empilées au fur e t à mesure du remplissage ; - soit de colonnes drainantes en galet réalisées à I'avancement par glissement d'un tube de formage.

Les systèmes verticaux sont souvent associés à des systèmes de drainage horizontaux, qui contri- buent à drainer les gaz depuis la masse des déchets vers les puits de captage.

Les systèmes horizontaux sont utilisés dans des cas particuliers : par exemple lorsque le remplissage du casier dure plusieurs années, ou en cas de faible rappor t hauteur/surface.

Contraintes Les drains placés dans la masse de déchets subissent à la fois les contraintes de pression e t de tem- pérature, les contraintes de déformation, e t les contraintes dues à la présence de lixiviats. Les systèmes de drainage interne cumulent les contraintes propres aux systèmes périphériques en fond de casier e t en surface de casier :

tenue mécanique, thermique e t chimique ;

évacuation des lixiviats.

Spécifications Ces systèmes sont constitués d'une colonne drainante verticale ou d'une tranchée horizontale, com- portant une canalisation fentée [(( sonde »] assemblée à I'avancement [bout à bout] pour le passage des gaz. Elle est enrobée dans des galets faisant office de filtres à particules [fines). Les fentes [d'épaisseur de 3 à 6 m m en général) seront réalisées de sor te à générer peu de per tes de charges au passage du gaz, tou t en évitant de dégrader la tenue mécanique des tubes. On choisira de préférence des tubes fabriqués à ce t effet. Pour éviter d'aspirer de l'air, la canalisation est terminée sur les derniers mètres par une canalisation pleine [non fentée].

Caractéristiques comparées des différents types de drainage

Section possible Hauteur possible Nécessité d'un massif support stable Sensibilité aux contraintes de température

Risques de déformations par tassements ultérieurs

Risque d'endommagement pendant la phase de remplissaae

Contraintes de verticalité 1 Ëlevées

Gêne pour la circulation des engins, risques

1 1 Non Non

Faible

Grande

Non Élevée Réduits

Non

Possibilité de pompage des lixiviats [accès pompes)

Possibilité de captage du gaz pendant la phase de remplissage

Modérées

---

* Puits forés

Grande

Modérée

Oui

Faible

Modérés

Faible

(contraintes de pentes]

Faible

Non

Possibilité de réalisation par l'exploitant Contraintes de planification (conditions météorologiques, gestion des approvisionnements) Risques de colmatage ou de saturation par les lixiviats

Les puits forés sont réalisés après le remplissage des casiers

Modérée d'endommagement pendant la phase de remplissage

6G * Le forage est l'occasion de visualiser l 'état des déchets e t de réaliser des prélèvements en vue

Moyenne

Modérée

Non Élevée

Modérés

Élevé

Bonne

Oui

Non Elevées

Élevés

4" de mesurer différentes caractéristiques (teneur en eau, en matière volatile, profil de température], 2 qui renseignent sur l 'état des déchets.

Grande

Non Élevée

Élevés

Madéré

Non

Contraintes La présence de déchets volumineux - encombrants, blocs de béton est susceptible de ralentir le chantier, d'endommager la tête de forage, voire d'obliger à abandonner le forage [refus de forage]. La présence de déchets très liquides et boueux est aussi une contrainte lors des forages. Les forages sont relativement onéreux. Camenée e t le repli de la machine de forage constituent des coûts fixes, il faut donc bien planifier la campagne de forage :

Élevée

Faible

Oui

Oui

Modérées

Faibles

O réalisation de plusieurs forages à la fois ;

Faible Oui

O anticipation des conditions météorologiques [éviter les périodes pluvieuses] ;

Oui

Modérées

Modérés

O approvisionnements en matériaux e t équipements ;

Oui Faibles

Ëlevés

O disponibilité de la main d'œuvre sur site

La réalisation des puits forés est souvent confiée à une entreprise extérieure, ce qui permet de les gérer selon des procédures de marché contractuelles [engagement sur les délais, la qualité et le prix, réception des ouvrages)

i9 . Les forages à la Spécifications a pelle mécanique ne

II existe plusieurs méthodes de forage. La méthode la plus appropriée permettent pas de

est généralement la tarière : celle-ci est constituée par une vrille qui s descendre au-delà de

permet de forer et remonter le déblai en surface, et d'atteindre des quelques mètres, e t

profondeurs qui conviennent aux ISD. seront réservés à des puits de surface,

Les diamètres peuvent atteindre jusqu'à 1 200 mm, selon la variante faible hauteur. employée. Le plus souvent, les diamètres varient entre 600 et 900 mm.

Les forages ne doivent pas atteindre le fond du casier sous peine d'en dété- riorer l'étanchéité. Ils s'arrêteront à 1 mètre au minimum, ou plus : 5 0 à 9 0 5% de la hauteur de déchets. Lorsque le puits a été foré, on place une sonde au milieu, et l'espace vide est rempli de galets [ 20 /40 par exemple] exempts d'impuretés [galets lavés]. La sonde est réalisée le plus souvent en PEHD fenté, de diamètre 160 à 250. La pression nominale doit être suffisante si l'on veutpouvoir ulté- rieurement pomper les lixiviats : PN 10 ou 16.

Descente de la sonde

&mes de gestion du gaz .,. - - -

l & Puits verticaux réalisés à l 'avancement

Ils sont constitués au fur e t à mesure de l'avancement du massif des déchets. Ils permettent de col- lecter le gaz durant la phase de remplissage du casier. S'ils ne sont pas raccordés à un système de collecte durant la phase de remplissage, ils devront être étanchés par un couvercle pour éviter la formation de zones dangereuses en sortie des puits. Les puits rigides sont généralement concus en buse préfabriquée de béton dont l'assise devra être adaptée à la structure de fondation de la zone d'enfouissement. Les cheminées de drain de galets sont confectionnées à l'avancement par glissement vertical d'un tube de formage.

Contraintes La stabilité de l'ouvrage dans le temps dépendra du soin apporté à la mise en œuvre et au compac- tage périphérique. Cependant, la circulation de compacteurs à proximité des puits peut les endom- mager. On veillera à ménager une zone de circulation périphérique suffisamment praticable pour les engins, et à donner des consignes strictes de protection des puits. Si les gaz sont drainés durant la phase de remplissage, les canalisations seront également protégées du passage des engins. Les puits réalisés en buses béton empilées devront reposer sur un massif support pour éviter la per- foration de la couche d'étanchéité de fond de casier. Dans le même souci, les puits réalisés par glissement d'un tube de formage démarreront à une hau- teur suffisante de la couche de fond.

Spécifications Ii Puits en buse béton Assemblage

Ils sont construits par empilement de buses perfo- rées, qui protègent la sonde. On peut ajouter un

Buses béton enrobage de galets propres, soit à l'intérieur [entre perforées 7 la buse et la canalisation fentéej, soit à l'extérieur assemblées . [entre la buse et les déchets].

Remplissage

I[galets)

Puits réalisés par tube de formage @ ' ,ee Le tube de formage peut être Cette technique consiste à installer un tube de formage .

du diamètre voulu [900 m m par exemple] en acier résis- $ equipé d'une sortie en partie haute avec bride au manchon vissable,

tant, que l'on rehausse régulièrement en fonction de . permettant de connecter le puits l'avancement du remplissage. Lintérieur est rempli de sur le réseau de collecte du gaz galets propres et la sonde est prolongée par soudure. pendant la période de remplissage.

Le tube de formage est laissé en place sur chaque puits en cours de réalisation. Lorsque ceux-ci sont terminés, on peut réutiliser ces tubes pour construire d'autres puits.

Assemblage Remplissage

Nouvelle couche

Tube de formage Rehausse du tube de formage en place [avec piquage aprèschaquenouvellecouchededéchets d'évacuation du gaz sur le couvercle)

P- Dra ins horizontaux

Les drains horizontaux placés dans la masse des déchets peuvent remplir deux fonctions :

soit ils constituent le système (( principal » de collecte du gaz, à la place des systèmes verticaux. Ils sont alors disposés à intervalles réguliers et répartis dans la masse ;

soit ils constituent des (( auxiliaires )) des drains verticaux auxquels ils sont connectés, e t vers les- quels ils canalisent les gaz formés dans la masse.

Ils sont constitués d'un réseau de tranchées horizontales en pente, en galets. Les drains constituant le système principal, e t éventuellement les drains (( auxiliaires », sont équipés d'une canalisation drai- nante. Ils permettent de capter le gaz pendant la phase d'enfouissement avec un minimum de gêne pour les engins, si la constitution du massif des déchets le permet et si les interconnexions sont réalisées sur le front libre du massif des déchets. Les drains (( auxiliaires )) peuvent être maillés entre eux, interconnectant ainsi les puits verticaux. En cas de défaillance de l'un des puits verticaux, les puits voisins prendront le relais. Cependant, l'inter- connexion entre les puits réduit les possibilités de réglage puits par puits.

Contraintes Drains horizontaux : étapes de réalisation

Les drains horizontaux sont, plus que les drains verticaux, sensibles aux risques de colmatage dus à la présence de lixiviats, condensats et fines, ainsi qu'aux tassements dif- férentiels.

inaccessibilité : après recouvrement aucune inter- vention ultérieure n'est envisageable ;

place occupée : le maillage à mettre en place repré- sente un volume équivalent de déchets qui peut être percu comme pénalisant par l'exploitant.

Spécifications Le massif des déchets sera réalisé en dôme afin de consti-

1 - Réalisation d'une tranchée d'environ tuer une pente régulière et suffisamment importante 0,s m x 0,5 m. pour compenser les tassements différentiels à venir. Si les 2 - Contrde de la pente.

3 - Mise en place d'une couche de protection. pentes sont insuffisantes ou irrégulières, les tranchées - Mise en place des galets devront être sur-creusées de manière à rétablir la bonne 20/40 sur 50 %de la hauteur.

5 -Mise en place d'un drain fenté en PEHD pente. au diamètre nominal [DN] approprié

Les tranchées drainantes peuvent être réalisées par le et de pression nominale (PN] > 10.

personnel d'exploitation. 6 -Mise en place de la couche supérieure de galet 7 -Recouvrement et fixation du géotextile

de protection.

DRAINAGE PERIPHERIQUE

B Caractérist iques générales

Ces drains sont installés en périphérie du massif, entre les déchets et les parois d'étanchéité. Ils peu- vent être formés :

O de couches couvrant toute la surface ; ou d'un réseau de tranchées drainantes constituées de matériaux perméables.

Ils peuvent également être équipés de sondes.

Contraintes En phase d'enfouissement, la proximité immédiate de l'air extérieur influe sur la composition du gaz col- lecté [faible teneur en CH, et fluctuations importantes] pour les drains en fond de casier. De même pour les drains à la surface, lorsque le remplissage est terminé [sauf dans le cas où ce réseau est ins- tallé sous une membrane étanche]. II peut être nécessaire de mettre en place des équipements adaptés [séparation des réseaux, torchère à bas PCI] et veiller à ce que les installations ne soient pas mises en danger par un gaz proche de sa zone d'explosivité. La composition de ce gaz peut également perturber le bon fonctionnement des équi- pements de valorisation.

Spécifications

Spécifications communes Les drains périphériques sont composés de deux couches horizontales : la couche de drainage e t une couche de protection. Celle-ci est sujette à des risques importants de colmatage. On préférera les géospaceurs, les matériaux à forte granulométrie, aux géotextiles e t feutrines qui ont tendance a se colmater en présence de fines. Le dimensionnement devra tenir compte de la circulation des lixiviats dans ce système. Installés lors de la préparation ou de la fermeture d'un casier, ils peuvent être réalisés par des entre- prises mandatées par l'exploitant et être l'objet d'une réception spécifique.

Spécifications particulières Drainaoe sous le massif des déchets Connecté aux puits à l'avancement ou raccordé seul à un système de dégazage, il constitue un moyen de captage pendant la phase d'exploitation avec un minimum de gêne pour les engins. Par la suite, il demeure un des maillons de la chaîne de dégazage du site s'il garde ses caractéristiques d'origines. Les drains en fond de casier sont inaccessibles après la phase d'enfouissement des déchets. Ils doivent être particulièrement résistants :

à des niveaux de pression et de température élevés (70°C ou plus] ;

aux agressions chimiques et physiques du biogaz et des lixiviats

Le drainage des lixiviats doit être très largement dimensionné pour que la fonction de drainage de gaz se maintienne de facon pérenne.

Drainaoe au-dessus du massif des déchets C'est le dernier réseau de drains au-delà duquel le gaz migre vers l'extérieur de la zone d'enfouisse- ment. Sauf dans le cas de couverture étanche, il est susceptible d'être perturbé par de fortes entrées d'air. Le drainage au-dessus du massif des déchets, devra donc, en cas de projet de valorisation du gaz, être dissocié du système de drainage principal. Généralement posés dès la fin de I'enfouissement, il doit supporter les tassements ultérieurs de la masse des déchets. II subit les agressions des racines de la végétation qui se développent sur les parois.

Drainaoe aux parois latérales Il est généralement dans la continuité du système de drainage sous le massif de déchets, ou au-des- sus de celui-ci. Plusieurs cas de figure sont possibles suivant le mode d'enfouissement et les spécifications sont variables selon les cas :

drains posés contre les parois latérales réalisées avant I'enfouissement [lors de la phase de pré- paration du casier] : spécificités identiques à celles du drainage (( au-dessous ». lis peuvent être posés avant la phase de remplissage, mais ne seront utilisables dans ce cas que lorsqu'ils auront été recouverts de déchets ;

drains réalisés au cours de la phase d'enfouissement, au fur et à mesure de la construction des parois latérales [digues] :

- posés contre la digue, avec les déchets au-dessus ;

- posés contre les déchets, avec la digue au-dessus. Le drainage latéral présente souvent des contraintes de mise en œuvre assez fortes et est de ce fait peu pratiqué.

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Con~eptiag rnise en muire des sorsnc;&ineln de gestion du gaz - - - - - - - -

GESTION COMBINEE GAZ ET LIXIVIATS

Les puits de collecte du gaz se remplissent progressivement de lixiviats, qui réduisent leur capacité de drainage tandis que les réseaux propres à la collecte des lixiviats sont susceptibles de contenir du gaz

entraîné ou dissous.

& Puits mixtes gaz e t lixiviats

Les lixiviats doivent être évacués régulièrement :

a soit par le fond [drainage gravitaire], par une couche drainante permettant d'évacuer les condensats vers un puits central de pompage ;

a soit par pompage, directement dans les puits.

Le pompage des lixiviats peut s'opérer :

a par une pompe de surface pour réduire la hauteur de lixiviats (- 7 m depuis la surface au maximum] ;

a par une pompe immergée [de type pneumatique par exemple], pour évacuer la totalité des lixiviats [puits de contrôle]. Sur les sites où les températures sont élevées et les tasse- ments différentiels importants, les tubes PEHD peuvent s'avérer inadéquats, même en PN 16 : du fait des contraintes exercées, ceux-ci se déforment e t il devient impossible de res- sortir les pompes immergées. Les tubes inox, bien que plus coûteux, sont plus indiqués.

& Gaz e t réseaux lixiviats

II est conseillé d'évacuer les lixiviats vers le réseau de collecte du gaz. De même, les fosses e t réser- voirs à lixiviats seront raccordés, ou mis à l'évent, et considérés comme des zones à risque gaz.

B- Perspectives sur la recirculation des lixiviats

Un grand nombre de travaux sont menés, en Europe et aux États-Unis, autour du concept de (( bio- réacteur ». Celui-ci repose pour une bonne part sur la gestion active des lixiviats en vue d'accélérer la biodégradation des déchets pour :

a diminuer la durée de la stabilisation biologique des déchets ;

a augmenter la vitesse de production de gaz.

L'un des moyens consiste à répartir l'humidité présente dans les déchets, de facon homogène dans l'ensemble de la masse, pour éviter l'assèchement des zones où la fermentation serait bloquée ou ralentie. Les lixiviats pompés en fond de casier sont réinjectés dans la masse des déchets, générale- ment juste au-dessous de la surface et percolent lentement vers le fond. Sur le plan théorique, la recirculation des lixiviats - bruts ou traités - semble adaptée à cet objectif. Ses effets réels sont encore discutés e t sa mise en œuvre n'est pas encore complètement maîtrisée. Cependant, les travaux en cours, y compris en France avec le soutien de I'ADEME, devraient pouvoir prochainement répondre aux questions qui se posent. II est judicieux de prévoir des dispositifs qui permettront, à terme, de mettre en œuvre la recirculation des lixiviats, pour les nouvelles installations de stockage de déchets ainsi que, dans la mesure du pos- sible, pour celles qui existent. Les systèmes de dégazage et d'évacuation des lixiviats seront concus pour qu'ils soient compatibles avec un système de recirculation.

- 40''

@c* La recirculation participe au prétraitement des lixiviats [abattement de la OCO], mais ne rem- & place en aucun cas les moyens normaux de traitement. I

-!eJ Sap ~nod !ç .ledpu!~d neasaJ al Jns yuawallanp -!/\!pu! ap~o33e~ ?!os synd anbey anb yuey~odw! ysa 11

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sons techniques ceci s'avère difficile, on peut raccorder plusieurs puits ensemble, mais par une canali- sation de gros diamètre qui sera assimilable à la canalisation de transport du point de vue aérolique. L'artère peut être centrale. Le réseau dessine un squelette nervuré comportant la canalisation princi- pale, sur laquelle chaque puits est raccordé. L'artère peut être aussi annulaire : la canalisation de transport chemine en périphérie des casiers.

b Réseaux de type « pieuvre ))

u n moyen pour reouire les perr;es oe cnarge creees par la canalisation de transport consiste à se passer de cette dernière. Chaque puits est raccordé individuelle- ment à la centrale d'extraction, par des canalisations de petit diamètre. Ce dispositif permet de centraliser l'ensemble des vannes de réglage de puits et donc de simplifier les pro- cédures de réglage. Son inconvénient est qu'il demande de grandes longueurs

de canalisations. On choisira de préférence des canalisations conditionnées en tourets (ON 501, ce qui permet de tirer des canalisations sur de grandes longueurs sans soudure. Les canalisations sur tourets présentent une courbure qu'il faut réduire à la pose pour éviter de créer des points bas.

&+ Réseaux de type « mixte ))

On peut combiner un réseau de type (( artériel )) avec un réseau (< pieuvre ». Par exemple, lorsque le site est exploité en casiers, chaque casier peut être géré en réseau (( pieuvre )) e t raccordé à l'artère principale. Ce système combine les avantages des deux types précédents. Différents types de réseaux

PROTECTION DES -. . CANALISATIONS . . ..- ~-~ ~~. .

1 Avantages F + Inconvénients F -

& Canalisations enterrées

Elles sont protégées à la fois contre les condi- tions météorologiques [dilatation thermique ...] et contre les risques de détérioration [circula- tion des engins, vandalisme). Le principal inconvénient est la difficulté de reprise en cas de détérioration du réseau, ou de modification de celui-ci, et surtout lorsqu'il est nécessaire de refaire les pentes lorsque le tassement du massif des déchets est terminé. Les canalisations enterrées sont utilisées de préférence :

O sur des terrains stabilisés : digues péri- phériques, casiers évolués ; O lors de la mise en place du réseau défini- tif après l'exploitation.

des canalisations en terrées

P- Canalisations au sol &antages/inconvénients des canalisations au sol

I Posees a r réme le s o , e les sont faci es a meccre en œuvre e t peuvent être aisément reprises. Cepen- dant, elles sont soumises aux aléas météorolo- giques e t non protégées. Généralement, elles sont fixées par ancrage dans le sol par des agrafes métalliques e t placées sur un merlon en te r re de facon à leur donner la pente vou- lue. Les canalisations posées au sol sont utilisées de préférence :

e sur des terrains non stabilisés : casiers récents ; e de facon provisoire, en attente de reprise.

& Canalisations sur supports

Elles présentent à la fois une grande facil ité de reprise, repérage e t contrôle. Leur principal inconvénient est leur coût de mise en œuvre initial.

Avantages/inconvénients des canalisations sur supports

Canalisations au sol fixées par agraphes Canalisations sur supports.

Noter le raccordement de la tête de puits :

@) vanne de fermeture, longueur droite avec piquage de

mesure de débit @

DIMENSIONNEMENT - . . . DES CANALISATIONS . .

B Calcul des per tes de charges

Les pertes de charges linéaires pour des canalisations PEHD sont estimées de la facon suivante : AP/L = 23.200. d. QIs2 x

avec : AP/L pertes de charges linéaires en mbar par mètre d densité du gaz Q débit du gaz en m3/h D diamètre intérieur de la canalisation en m m

S'y ajoutent les pertes de charges singulières, pour lesquelles les ouvrages classiques donnent les coefficients : coudes, tés, dérivations, rétrécissements, élargissements, vannes. Le calcul des pertes de charges doit tenir compte non seulement des caractéristiques théoriques du gaz e t des canalisations, mais aussi de divers aléas :

présence de condensats ; canalisations écrasées.

Elles doivent donc être estimées largement.

&- Per tes de charge optimales

Le dimensionnement des canalisations de transport est conditionné par les critères suivants : la dépression en bout de réseau ne doit pas être t rop importante [typiquement - 50 mbars

maximum], pour limiter les entrées d'air et la dépense d'énergie d'aspiration ; elle doit être suffisamment importante [typiquement - 20 mbars minimum], pour que

chaque puits puisse être mis en dépression ; la dépression au long du réseau doit être suffisamment uniforme pour que les vannes de

réglage de débit puissent opérer dans leur gamme.

On cherche à limiter les pertes de charges : par exemple à 5 mbars d'une extrémité à l'autre de la canalisation principale, e t à 5 mbars sur chaque canalisation secondaire [entre le puits e t le raccor- dement au réseau principal].

REALISATION DES CANALISATIONS

B- Pose

Tranchées Les canalisations enterrees sont disposées dans une tranchée de 70

,& ' 8

à 80 c m de profondeur au minimum, pour éviter leur écrasement 2 Matériauxappropriés: lors du passage des engins sable ; Le fond de fouille doit ê t re arasé e t débarrasse des pierres e t des ter re végétale déca- corps pointus, sans saillie ni creux pour éviter les porte-à-faux. pée sur le site, soi-

La canalisation est protégée par une couche de matériaux meubles gneusernent criblée.

non agressifs . Éviter l'argile du fait de son caractère 10 c m de hauteur en fond de fouille,

2 0 c m de hauteur au-dessus de la canalisation.

Le matériau de remblai est normalement disposé par couches régu- lières de 15 cm, soigneusement compactées. Éventuellement, il peut être mouillé, sauf s'il s'agit de ter- rain argileux. Un grillage avertisseur à 30 c m au-dessus de la canalisation permet d'éviter l'arrachement des cana- lisations en cas de travaux sur le site. Les canalisations enterrées doivent êt re soigneusement repérées e t leur tracé sera reporté sur un plan par le géomètre. Pour mesurer la pente, on pourra disposer des jalonnettes de hauteur égale, soudées solidement sur la canalisation à intervalle réguliers, e t bien signalisées.

Conditionnement des canalisations La quasi-totalité des canalisations de collecte et transport du gaz de décharge est réalisée en PEHD. II existe plusieurs catégories de tubes PEHD. On utilise en IDS les tubes « pression » habituellement employés pour les produits chimiques, l'adduction d'eau ou pour l'irrigation, de couleur noire. Ils doivent être en principe conformes aux spécifications ATG 8527. Les tubes en PE5 noirs rayés de jaune sont réservés aux canalisations de gaz naturel. Les tubes sont livrés en couronnes standard de 5 0 ou 100 m, en tourets, ou en barres de 6 ou 12 m. Les couronnes permettent d'éviter les soudures (moindre main d'œuvre, diminution des risques de fuite du fait d'une mauvaise soudure] e t sont plus facilement stockables, mais sont plus difficiles à poser (nécessite une pente régulière pour l'écoulement des condensats].

I Barres Pas de courbure [pente plus facile à contrôler]

Livrées en 6 à 1 2 rn, nécessitent de nombreuses soudures. 1

Tourets Livrés e t couronnes en 5 0 à 1 0 0 rn,

peu de soudures.

Assemblage L'assemblage des canalisations et des organes sur les canalisations peut s'effectuer par soudures, raccords mécaniques ou par brides. Le soudage des canalisations PEHD s'effectue de deux facons :

O par des manchons thermosoudables ; O par soudure bout à bout.

Le soudage nécessite le strict respect des températures et des durées. Lorsque les soudures sont effectuées par le personnel du site [reprise de canalisations, réparations...], le personnel devra être formé correctement [stages organisés par les fournisseurs de matériaux, for- mation interne ...] et disposer d'un appareillage adéquat. Celui-ci est souvent alimenté sur le site par un groupe électrogène. On peut également utiliser des raccords vissables ou des brides.

,."" 8 II existe deux types de filetages, non compatibles :

$ O type Union : filetage droit [American Standard Unified Thread] ;

O type NPT : filetage conique pour canalisations de gaz [American Standard Pipe Thread).

Les caractéristiques [diamètre nominal) sont calculées différemment. En cas d'utilisation de types de raccords, il faudra veiller à leur compatibilité.

&- Tracé des canalisations

II prend en compte : O les pentes nécessaires à la bonne évacuation des condensats ; O les tassements différentiels à venir ;

O les contraintes du site [zones de circulation...].

Pentes e t prévention des points bas Le gaz est généralement saturé en eau à la température interne du massif de déchets [ 2 0 à 50°C selon les sites]. II condense lorsqu'il se refroidit ou qu'il est comprimé. C'est le cas dès la sortie des puits de captage du gaz. Par accumulation, les condensats finissent par obstruer les canalisations. Les pertes de charges augmentent, les puits ne sont plus en dépression. La régulation de pression ne fonc-

tionne plus : les vannes de réglage des puits sont à leur ouverture maximale sans aucun effet. Le gaz non collecté s'échappe par les parois e t la couverture.

'sla!yuaJa$j!p syuawa~now sa1 no uo!Jelel!p el ~asuadwo3 ap suafiou sJna!s -nid apxa I! '[s~IJ~A~o~~J no saaJJaYua suo!yes!leue3] uo!?e?el!p el ap uo!lua~a~d ap suafiou sa1 aJlng

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ap au!6!Jo,l e yuos sluawassel sa1 'auau aa .[uo!?3e~yuo3] la6 ap se3 ua no 'a~!elos ?uawauuofie~ ne sas!unos yuos !3-salla3 anbs~ol alueyodw! aJ?a ynad a~gd suo!?es!leue3 Sap anb!w~aqy uo!?e?el!p el

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R .suo!?es!leuez~ Sap afiessed ap sa!oA auuioz~ sasso4 sa1 Jas!l!?n,p eJayna uo ~saas!leufi!s 0

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sassoj aa uo!aeln3~!3 ap sa!oA

'% E e say!npaJ aJla qua~nad saluad sa3 'la!luassa,l Jnod as!leaJ a?a e ?uawassel al yuop a?!s un Jns saasod luos suo!yes!leue3 sa] anbs~oi

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sla!quaJajj!p sauauiassel

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Gounceptian & maise ew ceLiivre des systkmes de gentTa, du gaz . , ~ ~~ . ~ ----- ~ ~- . , ~ ~ ~ ~ .- ~-

Lyres de dilatation Les lyres de dilatation sont constituées par une lon- gueur de canalisation dont la forme typique est celle d'un (( U )) e t dont le mouvement est libre.

Les lyres doivent être concues selon les règles e l'art, la disposition des points d'ancrage ne peut

être faite au hasard.

Flexibles de raccordement Les flexibles de raccordement entre les puits e t la canalisation permettent de compenser les mouve- ments de la tête de puits dus aux tassements diffé- rentiels. II s'agit souvent de flexibles en polyamide, fixés à Manchon de chaque extrémité par un collier de serrage sur un joint étanche en polymère. II existe plusieurs variétés de dilatation

flexibles, certaines étant plus indiquées pour leur résistance mécanique et leur tenue dans le temps. Les joints d'étanchéité sont souvent un point sensible e t sont fréquemment à l'origine de prises d'air: Le serrage des colliers e t l'étanchéité du joint doivent ê t re régulièrement contrôlés. Les flexibles en inox, raccordés par brides e t facilement démontables, sont plus chers mais bien meilleurs du point de vue longévité, tenue mécanique et résistance aux chocs, percements ou rayon- nement solaire, étanchéité.

&- Vannes de régulation e t vannes « marche/arrêt ))

_es vannes sont sélectionnées en fonction : e de leur résistance à la corrosion. II faut bien vérifier que toutes les pièces constitutives [corps, organe mobile, joints] sont réalisées en matériau résistant ou traitées contre la corrosion. Ne pas oublier que la partie extérieure es t elle aussi susceptible de corrosion [gel, humidité ...] ;

e de leur caractéristique d'ouverture : proportionnelle

1 [vannes de régulation] ou non [vannes d'arrêt] ;

e de leur mode d'assemblage [raccords, brides, sou- dure]. Les raccords métal plastique à serrage méca- nique permettent de fixer des vannes métalliques sur des canalisations plastiques. Le raccordement par bride est plus facile à met t re en œuvre et à démonter.

Les entreprises spécialisées dans la réalisation des canali- sations de gaz de décharge, proposent des vannes de régu- lation en PEHD parfaitement adaptées à cet usage. On peut également employer des vannes à membranes. Le degré d'ouverture des vannes de régulation doit pouvoir être visualisé e t consigné dans la feuille de conduite. II est recommandé d'utiliser des vannes comportant un indica- teu r d'ouverture.

Têtes de puits équipées de vannes de réglage DEHP spécialement concues à cet effet.

Noter le raccordement par un tube flexible fixé par des colliers de serrage

P- Autres pièces techniques

Piquages Canalisations et têtes de puits com- portent des piquages qui permettent :

de réaliser des mesures [tem- pérature, pression, débit] ;

de prélever des échantillons de

gaz ;

de mesurer la hauteur de lixi- viats dans les puits gaz ;

de les pomper

II s'agit généralement d'embouts en PEHD soudés e t filetés sur la canali- sation ou sur la tête de puits. Leur diamètre varie de 1/2" [prises d'échantillons] à 2" [mesure de la hauteur des lixiviats]. Le filetage recoit un bouchon que l'on dévisse chaque fois que I'on réalise une mesure. À chaque opération, le filetage peut être abîmé, le joint Raccordement d'un puits sur canalisation de transport d'étanchéité doit être vérifié. avec vannes de régulation et prise de mesure

II est préférable de dissocier la fonction d'étanchéité de la fonction de raccordement de l'appareil de mesure, en installant une vanne à passage, vissée

intégral vissée sur le piquage, qui assure la fonction d'étanchéité. Celle-ci est protégée par un bouchon vissé, qui n'as- sure pas la fonction d'étanchéité et qui peut s'enle- ver et se remettre aisément. On peut également installer un raccord dit (( rapide )) [type Swagelock TM similaire] protégé par un capot.

Prises pour mesure de débit Les mesures de débit sur les puits et les canalisations peuvent être réalisées de deux facons :

en utilisant une sonde portable que I'on introduit dans la canalisation à chaque mesure : sondes à moulinet, à boule chaude ...

en utilisant un appareil de mesure intégré à la tête de puits ou à la canalisation : tube de prise en pression dynamique type Annubar, orifice calibré.

Llappareil intégré permet d'effectuer la mesure en connectant un lecteur de pression différentiel direc- tement aux bornes de la sonde [raccords rapides]. II existe des sondes adaptées dont le coût n'est pas prohibitif. II est préférable de placer l'organe de mesure sur une canalisation verticale, pour éviter les condensats.

Auantages/inconuénients des systèmes de mesures de débit

1

Sonde intégrée

Sonde portable

Mesure facile, rapide

Plage de mesure modulable

Plage de mesure fixe [calibrage]

Contrainte de mise en place. maintien de I'étanchéité pendant la mesure, perte d'étanchéité du piquage.

Soupapes La canalisation du transport du gaz peut être équipée d'une soupape pour éviter les surpressions. Dans le cas de casiers étanchés par une membrane soudée, en particulier, il peut arriver qu'un défaut de pompage du gaz (arrêt du compresseur d'aspiration, canalisation bloquée ...] provoque une sur- pression susceptible d'affecter l'étanchéité de la membrane.

80"" d La soupape doit être soigneusement choisie : résistance à la corrosion, étanchéité, calibre [seuil

d'ouverture pour une faible pression]. Elle sera régulièrement inspectée pour vérifier son étanchéité : iD

la soupape ne fonctionne que de facon exceptionnelle, e t en cas de grippage son étanchéité peut être ' affectée.

Purge e t évacuation des condensats 9\*e '3s SI la formation de points bas ne peut être évitée, leur ,# L, hauteur du siphon est fonction nombre sera limité autant que possible, et un système de de la dépression appliquée dans la

purge installé en chacun de ces points canalisation. Son volume doit être

La purge des condensats est assurée par un système à suffisant pour que, en cas d'éva- poration, l'eau reste en quantité

joint d'eau, constitué par un réservoir muni d'un siphon suffisante pour assurer I'étan-

de t rop plein, et qui déverse de préférence vers une fosse chéité hydraulique. de réception des condensats, ou dans la masse des déchets. II est préférable que le siphon soit accessible depuis la surface, surtout s'il est en profondeur.

On peut recommander : une hauteur de siphon au moins égale à 1,5 fois la hauteur en colonne d'eau

correspondant à la dépression maximale ; e un volume de réservoir au moins égal à 5 fois le volume de la colonne d'eau.

TRAITEMENT & CONNTIONNEMENT Le traitement e t le conditionnement du gaz de décharge comportent plusieurs étapes. Le gaz est tout d'abord aspiré au moyen d'une unité d'extraction. La régulation du débit d'extraction est un point clé de la gestion du gaz. Elle conditionne le taux de captage e t la qualité du gaz. Cinstallation possède également une unité d'incinération. Censemble est piloté par différents moyens de mesure, contrôle e t commande. Enfin, différents traitements sont parfois nécessaires pour obtenir un conditionnement approprié à

l'usage final du gaz en termes de teneur en eau, température, pouvoir calorifique, éléments traces.

B- Architecture

Principaux composants de l'unité d'extraction e t d'incinération sont les suivants :

Unité d'aspiration e t de compression comportant :

e vannes d 'ar rêt manuelle[s] ; O compresseur ; e séparateur dévécisuleur ; e régulateur de pression.

Cunité d'incinération comportant :

e anti-propagateur de flamme ; e corps de torchère, avec ses dispositifs d'admission du gaz e t de l'air 0 vanne de fermeture motorisée ; e circuit pilote d'allumage.

Des dispositifs de mesure, de contrôle-commande, d'automatisme comportant :

e des appareils de mesure ; 0 un système de contrôle-commande ; e des équipements auxiliaires ; e des appareils de sécurité.

% Assemblage

Ces équipements sont généralement intégrés par une entreprise spécialisée, qui les assemble sur châssis métallique, e t les teste en atelier. Cintégrateur assure la conception e t la réalisation de l'ensemble, ainsi que l'installation sur site :

e montage ; e tests de fonctionneinent ; O réglages ; O raccordement aux réseaux dans la limite du cahier des charges ; O mise en service.

II peut également fournir la maintenance. II es t nécessaire cependant de bien comprendre le fonctionnement de chacun des composants pour conduire correctement ces installations. Par ailleurs, la valorisation du gaz peut nécessiter différents dispositifs de trai tement du gaz, selon les spécifications imposées pour :

O l 'humidité ; e les éléments traces ; e le pouvoir calorifique ;

e l'hydrogène sulfuré.

&* 1 .& Le degré de protection des équipements conditionne leur longévité : indice de protection (IP) des appareils électriques, y compris de l'armoire de contrôle-com-

mande. Le niveau minimum requis est IP 55 pour des appareils situés en extérieur; al protection contre les intempéries [pluie, vent, neige, gel] : toits, locaux, peintures de protection,

isolation thermique, tracage électrique ... ; protection contre le rayonnement solaire, e t surtout contre le rayonnement de la torchère.

Celui-ci peut être redoutable à la longue : il ne faut pas oublier qu'une torchère est susceptible de fonctionner 2 4 h/24. Les équipements sensibles seront de préférence éloignés de la torchère ;

protection contre les vibrations ; protection contre les courants électromagnétiques et la foudre.

B- Conditions particulières

Catmosphère d'un centre d'enfouissement est souvent poussiéreuse et corrosive. Les équipements doivent être soigneusement mis en muvre e t protégés :

moteurs électriques et autres équipements électromagnétiques ;

détecteurs, analyseurs, sondes, appareils électroniques ;

câbles électriques [puissance, courants faibles, télécommunications] ;

les éléments en contact direct avec le gaz ne sont pas les seuls susceptibles de corrosion, e t doi- vent être choisis pour une résistance sur la longue durée.

CUNITÉ D'EXTRACTION ---..-p.....-p. ~ ..

Cunité d'extraction aspire le gaz dans le massif de déchets e t le refoule vers l'unité de valorisation ou d'élimination. Célément central est le compresseur, ou soufflante. capable de créer une dépression en amont et une surpression en aval. La dépression - quelques dizaines de millibars - est fonction de la perte de charge créée dans les canalisations d'amenée du gaz. La surpression est déterminée par la pression minimale requise par l'utilisateur : elle varie de quelques millibars pour l'envoi direct en torchère, à

quelques bars pour transporter le gaz vers un utilisateur situé à quelques kilomètres.

@- Sélection d'une technologie de compression

II existe de nombreuses technologies de compression, avec différents avantages et contraintes :

le choix le plus fréquent, pour l'aspiration du gaz et le refoulement à basse pression, est celui du ventilateur centrifuge multi-étagé. Capable de fournir aisément les 100 à 300 mbars nécessaires

Compresseur (ou soufflante]

ses de gestioion du gaz - - - . . -- . . . ... .. -..~. .

à L'alimentation d'une torchère, e t les - 20 à - 80 mbars nécessaires à l'aspiration, il supporte bien le biogaz, avec peu de maintenance. La pression maximale est de 1 bar ;

Lorsqu'il est nécessaire de dépasser 1 bar ( transport du gaz, traitement...], différentes solutions sont possibles, notamment les compresseurs roots e t les compresseurs à palettes. Les compres- seurs à vis non lubrifiés adaptables au gaz de décharge restent rares sur le marché ;

Pour des applications spécifiques, nécessitant un niveau de pression supérieur à 5 bars, le choix se por te sur les compresseurs à piston à double-étage.

Tous ces appareils couvrent en théorie la totalité de la gamme de débit. Pour de faibles débits cependant, l'offre industrielle peut s'avérer plus restreinte.

Critères de sélection

débit pression [aspiration e t refoulement] régulation construction [sensibiliti à la

présence d'agents corrosifs ou érosifs, longévité] investissement rendement de compression [coüt énergétique]

contraintes d'entretien

1 Gamme de pression [kPa] 1 0-1 1 0-100 1 100 1 100 1 100 1 300 1 200 1 500 1 500 1 300 300 300 500 1000 1500

Application au biogaz 1 2 1 1 2 O O O O

Maintenance 1 2 1 2 1 1 I 1 I l I I I O I l 1 0

Consommation électrique spécifique 1 O 1 1 O 2 1 1 2

Coût d'investissement ~ 2 ~ 2 ~ 1 ~ 1 ~ 1 ~ 0 ~ 0 ~ 1 I O - - - - -

1 kPa = I O mbars 2 bon 1 0 0 kPa = 1 bar 1 moyen

0 mauvais Q\use Dans les compresseurs à vis,

l@- Spécifications 8 l'huile e t le gaz sont mélangés. Chuile est E récupérée au refoulement du compres- al

Les canalisations au refoulement doivent supporter Seuc e t doit être traitée Pour éliminer

des températures plus élevées, e t les matériaux l'eau [sépar'ateur d'hydrocarbure], e t éventuellement refroidie. La consomma-

thermoplastiques sont proscrits. Les parties en tien dans un compresseur a vis

contact avec le gaz sont de préférence en acier gal- peut être assez importante. vanisé, celles où des condensats sont susceptibles de se former seront de préférence en acier inox.

isi L'huile est un moyen de protection efficace contre la corrosion. Les compresseurs lubrifiés tels que les compresseurs à vis lubrifiée, ou à pistons, peuvent être utilisés, moyennant :

le choix d'une huile de qualité adéquate, à sélectionner sur les recommandations du constructeur;

un contrôle régulier du niveau d'huile ;

une gestion des vidanges et renouvellement d'huile selon les analyses effectuées périodiquement.

Les compresseurs centrifuges, roots ou palette, sont des compresseurs non lubrifiés

80' :n compresseur de gaz differe d'un compresseur d'air sur plusieurs points : étanchéité améliorée [presse-étoupe, garnitures ...] ;

0 canalisation des évents ; ventilation des zones de fuites [embiellage] ; équipements électriques concus pour atmosphère explosive.

l@- Dimensionnement

Pression de refoulement et calcul des pertes de charges La pression est un paramètre important dans la mesure où elle commande la puissance thermique consommée par l'appareil utilisateur du gaz. Une variation de pression t rop rapide est susceptible de provoquer des dégâts, des extinctions intempestives.

La détermination de la pression optimale doit tenir compte :

des pertes de charges dans les organes de traitement du gaz [échangeurs thermiques, vannes, filtres ...] ;

des pertes de charges dans les canalisations, surtout en cas de transport du gaz, en tenant compte de la présence éventuelle de condensats ;

de la pression de consigne souhaitée par l'utilisateur. La pression nominale devra être supérieure à cette consigne, pour permettre au régulateur de pression au niveau utilisateur, d'agir correcte- ment.

La différence de pression que doit fournir le compresseur dépend :

de la dépression appliquée au réseau de dégazage [voir le calcul des pertes de charges dans les canalisations d'amenée du gaz] ;

de la pression de refoulement souhaitée.

Température de refoulement e t puissance absorbée La température de refoulement e t la puissance absorbée par un compresseur mono-étagé, se calcu- lent en supposant que la compression est une transformation isotrope. Le graphique suivant indique, pour un gaz à 5 0 % de méthane, une pression e t une température d'en- trée de - 50 mbars e t + 1O0C :

la température de refoulement [en OC]

la puissance spécifique [en kilowatts absorbés au moteur, pour 1 000 m"n]/h de gaz].

. . . , , , , . . . , . . , ,

10 100 1 000 3 bars 10 000 Pression de refoulement [mbar]

Célévation de température et la puissance absorbée dépendent directement du taux de compression. Au-delà d'un taux de compression de 3 bars, les températures de refoulement deviennent trop éle- vées. On choisira un compresseur multi-étagé avec refroidissement inter-étage. Les machines refroi- dies, par exemple les compresseurs à vis lubrifiée avec refroidissement de l'huile, permettent aussi de limiter la température.

Courbe de fonctionnement Chaque technologie de compression présente des caractéristiques de fonctionnement propres qui relient le débit et la pression [c'est-à-dire la différence de pression entre le refoulement et l'aspiration]. La courbe de fonctionnement débit-pression est fournie par le constructeur. Elle indique, pour une vitesse de rotation donnée, le débit du compresseur en fonction de la pression d'aspiration et de refou- lement. Lorsque la vitesse du compresseur peut varier [régulation par variation de vitesse], la carac- téristique de fonctionnement est constituée par l'ensemble des courbes à différentes vitesses. Lorsque la pression de refoulement augmente, le débit diminue - de facon plus ou moins proportion- nelle - selon la technologie e t la plage.

Canception 6 mise en oeuvre des systèmes de gestion du gaz

par le constructeur. En'dehors de cette plage, le tions e t pompages susceptibles de i'endommager 1

Nombre de machines Cexploitant peut être amené à installer plusieurs machines afin de :

a sécuriser le fonctionnement [redondance] lorsque le producteur s'engage sur des fourni- tures contractuelles d'approvisionnement de l'utilisateur (taux de disponibilité] ;

a recomprimer le gaz lorsqu'une partie du gaz - en quantité [fraction de débit] ou dans le temps [usages saisonnalisés] - est destinée à être portée à une pression plus élevée dans un objectif de valorisation.

L'exploitant devra les faire fonctionner alternativement pour les maintenir en état de fonctionnement permanent.

n t devra disposer des pièces de secours en stock teur, pièces d'usure, etc], e t prévoir un taux de disponibilité contractuel compatible avec le ps de remplacement des équipements défaillants.

P=- Équipements annexes

Vannets] d'arrêt manuelle[s] L'unité d'extraction comporte en entrée une vanne d'arrêt manuelle (11, étanche au gaz, qui permet d'isoler l'installation pour entretien et réparations.

Séparateurdecondensats Les condensats sont éliminés dans un séparateur (2). 11s entraînent également des particules et des gaz dissous. Le séparateur de condensats peut être by-passé par un jeu de vannes manuelles si nécessaire, mais normalement, l'installation est arrêtée lors de l'entretien du séparateur. II existe différents types de séparateurs dévésiculeurs :

a séparateurs à effet centrifuge [cyclones] ;

a séparateurs gravitaires [pot de purge]

a filtres à particules.

Les cyclones sont les séparateurs les plus souvent utilisés. Ils peuvent être complétés par des filtres fins lorsque I'on a affaire à un gaz chargé en particules, ou que I'on souhaite augmenter la protection du compresseur.

Cabaceptiona n" mise en -%uvire des systèmes de gestiow du gaz - -- - - - - - - - -- - . .

Le séparateur est équipé d'un système de purge automatique (31 : a détecteur de niveau à flotteur ou à contact, a vanne de purge pour une extraction gravitaire. ou, pompe, si il n'y a pas possibilité d'écoulement gravitaire.

La mesure de différence de pression permet de contrôler l'absence de colmatage. Les condensats collectés dans le séparateur sont stockés dans une cuve de réception (41, le plus sou- vent enterrée. Les gaz dissous sont potentiellement toxiques et inflammables, et la cuve à condensats doit être étanche. La canalisation d'évacuation doit être isolée contre le gel, et protégée si nécessaire, par exemple par un tracage électrique. Les condensats récupérés seront soit envoyés vers un traitement approprié, soit recyclés vers le massif de déchets. En aucun cas ils ne doivent être rejetés dans les eaux de surface.

S;l3on souhaite traiter les condensats avec des lixiuiats. il convient de s'assurer que le systkme de & traitement des lixiviats est compatible avec la composition des condensats e t les normes d'épuration. @ Dans tous les cas, il est conseillé d'analyser la composition des condensats avant de choisir leur mode 1 S d'évacuation.

Compensateurs La canalisation gaz est équipée, en amont et aval du compresseur, de manchons de compensation [5] pour limiter les vibrations susceptibles, à la longue, d'endommager les canalisations [soudures].

Tubulure de mesure Entre le compresseur et la torchère, plusieurs piquages permettent de réaliser les mesures :

a de la qualité du gaz, par aspiration d'échantillon de gaz [6] ;

a de la pression [7] ;

a de la température [doigt de gant] [8] ;

a du débit [9]. On peut utiliser un appareil portatif - auquel cas le piquage doit être adapté à l'appareil de mesure (diamètre, étanchéité], ou un débitmètre en poste fixe.

La tubulure doit comporter une longueur droite compatible avec les conditions de mesure de débit.

> Système de régulation

La régulation vise à assurer un régime d'extraction optimal e t à refouler le gaz conformément aux spé- cifications de l'utilisateur. La régulation joue à la fois en amont de l'unité d'extraction, et en aval :

a en amont : vannes de réglage, variation de vitesse du compresseur ; a en aval : régulation de pression.

Dans le cas d'un projet de valorisation, le fournisseur de gaz doit délivrer une pression aussi constante que possible [régulation primaire]. En effet, l'utilisateur dispose généralement d'un régulateur de pres- sion qui permet de délivrer une pression constante (régulation secondaire]. Mais il est adapté à une plage de pression et de débit précis et un écart trop important ou brutal n'est pas tolérable. Le mode de régulation est à déterminer en fonction des besoins de I'utilisateur :

a pression requise, pertes de charges, plage de variation de la pression ;

a excédents de gaz à incinérer.

n muvine des systgmes de gestion du gaz

Différents moyens pour réguler la pression

Vannes de réglage asservies qualité du gaz OUI NON

Vitesse variable asservie qualité du gaz OUI NON

1 Vitesse variable asservie pression utilisation 1 OUI 1 OUI 1 1 Régulateur de pression amont NON OUI

Pour une simple élimination en torchère, la régulation par vannes de réglage suffit. Dans le cas d'un projet de valorisation, ce système doit être complété de préférence par un système à déversoir sur le circuit d'amenée vers la torchère.

Organes de régulation

Vannes de réglage manuelles En entrée de l'unité d'extraction, elles jouent le même rôle que les vannes de réglage au

Vanne de réglage niveau des puits. Elles sont ouvertes ou fer- ,,,,,II, Torchère

mées en 'fonction d'un point de consigne [concentration en méthane ou oxygène). Elles provoquent des pertes de charge de facon à maintenir une dépression constante

4 Utilisateur

au niveau des têtes de puits, sans modifier - 4 * la dépression en amont immédiat du com- presseur. Lorsque les concentrations fluctuent et que les plages de variations admissibles sont étroites, le réglage manuel peut t rès vite devenir extrêmement contraignant (fluctua- tions dans la journée, astreinte hors période ouvrable...].

Vannes motorisées asservies La régulation automatique permet de corri- Vanne motorisée

ger les dérives de faible ampleur, pour main- tenir une teneur en méthane constante [par exemple 45 % ? 5 %] : variations de la pres- sion météorologique dans la journée, de la température, faibles entrées d'air ... La régulation peut s'effectuer de différentes facons, mais la méthode la plus pratiquée consiste à asservir des vannes motorisées, qui s'ouvrent ou se ferment proportionnelle- ment à la teneur en méthane ou en oxygène.

Q\'L"' &$ ,$ Le maintien d'une teneur en méthane constante est d'abord le résultat d'un réseau de collecte 8 de bonne qualité, sans prises d'air ni fluctuations dues a des bouchons de condensation, e t correcte-

$ ment exploité. En cas de fluctuations de grande ampleur [au-delà de + 5 % de la consigne par exemple], ' ce sont les procédures de conduite e t d'entretien du réseau de collecte qui sont prioritaires.

9 9

Vitesse variable du compresseur La régulation du débit peut aussi être assurée par variation de la vitesse de rotation du compresseur, asservie à la teneur en méthane ou oxygène. La variation de vitesse permet d'adap- te r la puissance électrique absorbée aux besoins réels d'extraction.

variateur électronique de vitesse sera utilisé en atmosphère pous- siéreuse ou corrosive.

Régulateur de pression Lorsque le gaz est simplement éli- miné en torchère, les modes de régu- lation décrits précédemment suffi- sent. Lorsque le gaz est valorisé, une régu- lation de pression doit être installée en aval du compresseur, pour gérer la répartition du gaz entre, d'une part l'unité de valorisation e t d'autre part la torchère qui élimine le gaz excé- dentaire. Un moyen de régulation consiste à installer un déverseur sur le circuit d'amenée à la torchère. Le gaz excé- dentaire est alors dérivé vers la tor- chère, en fonction des variations de la demande de l'utilisateur e t de la pro- duction de gaz. La régulation amont du régime d'ex- traction doit être indépendante des conditions de fonctionnement en aval.

Q\us' 8 Régulateurs de pression 4

Un régulateur de pression est un organe qui permet de maintenir une pression fixe. La pression agit sur un système ressort/membrane com- mandant la fermeture ou l'ouverture de l'orifice de passage du gaz. II s'agit d'un détendeur lorsqu'il maintient fixe la pression aval et d'un déverseur lorsqu'il maintient la pression amont.

Vitesse variable

Utilisateur u Le compresseur devra donc refouler 300 mbars. Ce sera

100 mbars

200 mbars 18

Pression minimale à assurer au départ du compresseur

le point de consigne du déverseur installé sur le circuit torchère.

Pression demandée par l'utilisateur

Pertes de charges dans le circuit de traitement du gaz et d'amenée au aoint de livraison

300 mbars

Déverseur

&- Taux de captage e t qual i té du gaz : performances de l 'unité d 'extract ion

II existe une contradiction apparente entre l'objectif de maximiser la collecte du gaz et celui de maxi- miser la teneur en méthane.

Sur-pompage à régime constant +O" II consiste à appliquer 3 l'ensemble du mas- Compte tenu de de zones à

plus ou moins forte perméabilité, ceci se sif de déchets une dépression suffisamment

traduit par des entrées d'air, e t à I'obten- importante pour éviter toute émanation de 0 tien de gaz pauvres en méthane, à moins gaz vers l'atmosphère. de 30 %. Les fluctuations de la qualité du Le sur-pompage induit de plus fo r tes gaz peuvent être importantes, ce qui

consommations d'électricité. impose de choisir des torchères adap- tées.

Sous-pompage à régime constant <\O" ' Pour obtenir une teneur en méthane élevée, Dans ce cas encore, en fonction de l'hé-

il suffit de laisser augmenter la pression térogénéité des parois, ce de ges- interne au massif de déchets, e t de n'éva- 9

t ion ne constitue pas une garantie

cuer que l'excès de pression. l O contre la dégradation de la teneur en

méthane.

Gestion dynamique par asservissement à la teneur en méthane Laspiration du gaz peut être asservie à la teneur en méthane. Lobjectif est de maintenir un taux de méthane constant, en faisant varier la pression d'aspiration au niveau des têtes de puits, e t donc le débit. Cette gestion peut êt re manuelle - réglage régulier des vannes de puits en fonction de leur teneur en méthane - ou automatisée - vannes de réglage asservies à un analyseur de gaz, soit individuellement puits par puits, soit au niveau des collecteurs généraux.

Gestion dynamique par asservissement à la pression atmosphérique Cette solution consiste à gérer de facon active le dégazage, en régulant la pression d'aspiration sur la pression atmosphérique. La qualité du gaz reste stable, de même que le taux de collecte, mais au prix de fortes variations du débit.

1 * " Q \ ~ ~ ~ ,J La production de gaz peut être représentée par une « poche gazeuse >r dont le volume est pro- " portionnel à la différence de pression entre le massif de déchets et I'atmosphère. Lorsque la dif-

férence de pression augmente [du fait de la diminution de la pression atmosphérique], la poche de gaz prend de l'expansion. Caugmentation de l'aspiration compense ce phénomène. Elle se traduit par une augmentation du débit aspiré. Inversement [augmentation de la pression atmosphérique], la poche de gaz se contracte. La dimi- nution de i'aspiration permet d'éviter les entrées d'air, ce qui se traduit par une diminution du - - , débit aspiré.

Pour des systèmes perméables, les volumes d'expansion et de contraction sont de grande ampleur et ces variations conduisent à des fluctuations très importantes du débit : celui-ci peut être nul en périodes de forte pression atmosphérique ou, au contraire, être multiplié en périodes de dépression.

1 O 1

Coeiceptian 6 mise ew e u v r e des syst&mes de gestiaru dsai qaz si#

pppp-p--...p-... ~- ~ .

Réseaux séparés collecte/contrôle Cette option consiste à réaliser des réseaux de collecte séparés entre, d'une part les puits générant un gaz à haute teneur en méthane, e t d'autre pa r t des puits de contrôle périphériques collectant un gaz à basse concentration. Cette pratique est parfois utilisée lorsque l'on souhaite valoriser le biogaz. Les puits de contrôle sont disposés à la périphérie du casier, près des parois. Ce sont ces puits qui assurent l'essentiel de la régulation vis- à-vis des fluctuations de la pression atmo- sphérique.

Q\u*' &+

Chaque réseau peut faire l'objet d'une % régulation appropriée : 8 O sur-pompage ou asservissement à la O

pression atmosphérique pour le réseau de contrôle ; O sous-pompage ou asservissement à la teneur en méthane pour le réseau de col- ~ 1 Iecte. a

Performances du captage en fonction du mode de régulation du réseau

Régime constant : sous-pompage + sur-pompage puits de contrôle

Pompage asservi à la teneur ++ ++ + + en méthane + sur-pompage puits de contrôle

Pompage asservi a la teneur ++ ++ ++ + en méthane +pression atmosphérique sur puits de contrôle

Confinement total"' ++ ++ ++ ++ ''' peu de retour d'expérience sur le long terme ++ bonnes

+ correctes O mauvaises

L'unité d'incinération (ou torchère] a pour fonction de convertir les composés inflammables ou toxiques du gaz, en composés inertes ou peu toxiques. Les performances d'une torchère sont liées à la tem- pérature de la flamme et à la qualité de la combustion [mélange]. La torchère devra être capable d'incinérer la totalité du gaz produit, mais aussi les excédents de gaz non consommés par l'utilisateur éventuel. Selon les situations, il convient éventuellement de prévoir plusieurs unités en parallèle, de facon à pou- voir satisfaire à tous les régimes de fonctionnement.

B- Sélection d'une technologie

II existe plusieurs types de torchères : O les torchères à flamme visible, où la combustion se déroule à l'air libre, sans contrôle de la tempé- rature. La température de flamme est basse et la qualité de combustion est médiocre. Ce type de torchère accepte d'importantes variations de débit et de qualité. II est réservé aux applications de secours ;

O les torchères à flamme invisible. La combustion se déroule dans une enceinte protégée du vent, qui permet une meilleure stabilité de flamme et un contrôle du temps de séjour. L'admission d'air est contrôlée en fonction de la température de consigne. Ces dernières peuvent également être garnies de matériau réfractaire pour maintenir une température élevée. Ces torchères sont plu- tôt appelées (( incinérateurs )) par leurs construc- teurs. Les (( incinérateurs )) sont plus complexes et coûteux que les torchères.

Types de torchères

1 [température, temps de séjour] 1 1 1 1 Gamme de réalaae 1 1:20 1 1:5 1 1 Coût / faible 1 élevé 1

B- Spécifications

( Impacts [visibilité de la flamme]

Les critères de conception des torchères reposent sur plusieurs facteurs limitants O hauteur ; O emprise ; O bruit ; O visibilité de flamme ; O qualité de combustion.

La torchère doit être installée en tenant compte des conditions météorologiques (vents]. Les matériaux soumis aux hautes températures - corps de chauffe, brûleurs ... - sont souvent en acier inox spécial (type NS241.

oui non

Conception & nîise e n euwe des sys.i%emes de gestion du gaz . ~... .- . .~~~ . p~~ - -~ ~

&- Dimensionnement

Le dimensionnement de la torchère relève de compétences de spécialistes. Cexploitant détermine ses besoins, en par- ticulier :

l les plages minimale e t maximale de débit e t de composition du gaz ;

l l'évolution dans le temps ;

l les différents régimes de fonctionne- ment [dans le cas d'un projet de valori- sation].

En cas de projet de valorisation, les équipe- ments consommateurs de gaz sont arrêtés lors des opérations de maintenance. Cunité d'incinération doit être capable d'absorber alors la totalité de la production.

Q\u*' ~j

La hauteur de la torchère est @ déterminée par le débit e t la construction [puissance de O

l rayonnement admissible par unité de surface]. Elle varie de 4 m pour des débits de quelques centaines de m3/h de gaz, à 8 m pour des débits de plusieurs milliers de m3/h. La section de la torchère est éqalement liée au débit de gaz e t déterminée par le temps de séjour requis.

1 Le système d'élimination du gaz doit donc être conCu e t géré pour chaque régime de fonctionnement :

l arrê t de l'unité de valorisation pour cause de maintenance ou de t rop faible production [totalité de la production en torchère] ;

eproduction de gaz supérieure à la consommation par l'unité de valorisation [excédent per- manent de gaz] ;

efluctuations de la production au-delà des capacités mini - maxi de l'unité de valorisation [faible excédent à incinérer par intermittence].

La plage de fonctionnement des incinérateurs de gaz est en général de 1 à 5 [débit minimal = 20 % du débit maximal). II peut être nécessaire de disposer d'une seconde torchère de secours, fonctionnant dans la plage inférieure pour couvrir la totalité des régimes possibles.

Conception &, ~rrtisr~! en aeaevre des çyçtemes de gestion d~u gaz

Vanne de fermeture motorisée Le circuit d'amenée vers les brûleurs es t équipé d'une vanne de fermeture motorisée (1) [électrique, électro-hydraulique ou pneumatique], qui permet :

de couper rapidement l'alimentation en cas de défaut;

d'ouvrir progressivement le passage du gaz en phase de redémarrage.

II s'agit d'une vanne à sécurité positive, c'est-à-dire normalement fermée : en cas de défaut de I'ali- mentation en fluide de commande ou en électricité, la vanne doit rester fermée. Elle peut être équipée d'un indicateur de position.

Anti-propagateur de flamme Le circuit gaz es t protégé par un anti-propagateur de flamme (21. Celui-ci est normalement équipé d'une mesure de per te de charge [différence de pression]. Un thermostat (31 peut également être ajouté en aval de l 'arrête-flamme pour ar rêter l'installation en cas de retour de flamme.

Dispositifs d'admission du gaz et de I'air Le brûleur de gaz est constitué d'orifices calibrés (41, répart is sur une couronne à la base du corps de la torchère. L'admission de I'air comburant se fait à la base du corps de la torchère. La surface de passage de I'air est modulée par servo-moteurs [vérins hydrauliques] ( 5 ) asservis à un paramètre de contrôle [ tem- pérature].

Corps de chauffe Le tube de flamme est un cylindre vertical. Pour obtenir des températures élevées, il es t garni de matériau réfractaire (6) . Le corps de chauffe est percé pour recevoir les organes de contrôle :

sondes de température ( 7 ) ; sonde de détection de f lamme (8).

Circuit pilote Une torchère comporte un circuit pilote pour allumer la f lamme avant d'ouvrir la vanne générale du circuit gaz. Le circuit peut être alimente soit en gaz de décharge, soit par un combustible d'appoint [propane] Le circuit comporte

la source de combustible (9) ; utilisation du gaz de décharge comme combus-

un régulateur de pression, qui délivre une pression d'alimentation 0 tible peut poser pro-

constante en combustible (IO] ; * blème [mauvaise qualité,

une vanne motorisée [électrovanne] [ I l ] ; pression, condensa ts...] et

un carburateur e t un brûleur à l'intérieur de la torchère (12) ; le circuit d'a'imentation doit être soigné.

un système d'allumage [par électrodes à haute tension] (13).

@oau~epeiim i ! ! ~ mise era aaeaJ1vri.e des ~ !~~*~&r f ieç de gestion du] gaz -. -~ .~~ ~~ ~ --. .

l &- Régulation

Séquence d'allumage La séquence d'allumage est pilotée par I'automate. Elle dure généralement environ 1 minute :

- I'automate (141 ouvre I'électrovanne du circuit pilote [ I l ] ;

il me t les électrodes (131 sous haute tension, ce qui provoque un train d'étincelles, pendant une dizaine de secondes ;

l le combustible s'enflamme ;

I'automate détecte la présence de la flamme. La détection de flamme est généralement assurée par des sondes à ultraviolets, parfois par des thermocouples ;

il ouvre la vanne générale (11 de facon progressive ;

la flamme se développe ;

si la flamme se maintient, I'automate ferme I'électrovanne du circuit pilote, l'allumage a réussi ;

dans le cas contraire, si l'allumage échoue, ou si la flamme s'éteint, I'automate lance une nouvelle tentative. Au bout de plusieurs tentatives [3 en général], il génère une alarme.

Régime de marche & arrêt En régime de marche, le réglage de l'admission d'air comburant est commandé par une sonde de mesure de la température (71, qui pilote en général des vérins hydrauliques (5) qui règlent l'ouverture du volet d'air La température de combustion est enregistrée en continu, conformément à l 'arrêté du 9 septembre 1997. La torchère s'arrête automatiquement en cas de défaut [non détection de flamme par la sonde de sur- veillance, surchauffe. défaut électrique ...] : la vanne principale (1) se ferme [fermeture rapide] e t I'au- tomate signale un défaut.

ORGARIES DE MESURE ET DE CONTROLE C O M M A N D E

Les unités d'extraction et d'incinération sont équipées de différents organes de mesure et de sécu- r i té : indicateurs, capteurs, organes de sécurité. Des appareils auxiliaires fournissent l'énergie nécessaire : énergie électrique, air comprimé, Enfin, ils sont commandés par un automatisme qui pilote l'ensemble des actions automatiques, enre- gistre les paramètres de fonctionnement e t signale les problèmes.

F Organes de mesure e t de sécurité

Indicateurs C'est un appareil de mesure qui permet de contrôler un paramètre in-situ. II s'agit le plus souvent d'in- dicateurs de pression, de différence de pression, ou de température.

1 Lieux d'implantation des indicateurs

Amont compresseur 1 Anti-propagateur de flamme 1 Amont compresseur 1 Niveau de condensats 1 Aval compresseur 1 Séparateur de condensats ( Aval compresseur / Position vanne de sécurité 1

Pression atmosphérique1 1 1 1

1 1 1

Circuit pilote I I I l

Amont torchère

l Les manomètres sont soumis à des variations de pression [pulsations] qui peuvent les endommager t rès rapidement e t dont ils doivent être protégés (manomètres à bain de glycérine par exemple].

Température ambiante

Air commande

Capteurs Certains paramètres doivent être mesurés en continu, soit parce qu'ils doivent être enregistrés [tem- pérature de combustion], soit parce que le paramètre mesuré est utilisé comme consigne de régula- tion. L'appareil renvoie un signal électrique analogique de faible intensité [O-20 ou 4 - 2 0 mA] ou de faible potentiel, proportionnel à la valeur mesurée, utilisable par le système de contrôle-commande

Lieux d'implantation des capteurs

Les thermo-couples sont souvent utilisés pour la mesure de la température.

Lieux d'implantation des organes de sécurité

Pressostat Amont compresseur Organes de sécurité Aval compresseur Amont torchère Les appareils de sécurité délivrent un signal Air commande TClR [Tout-ou-Rien] qui agit sur un organe de

Thermostat [Amont compresseur] sécurité [vanne] OU déclenche une alarme. Aval compresseur Aval anti-propagateur de flamme La sonde de détection de flamme peut être

Autres Sonde de détection de flamme un thermocouple, mais on utilise plus SOU- vent une sonde à détection ultra-violet.

&- Auxiliaires

Compresseurs à air comprimé Les pompes pneumatiques sont de plus en plus fréquemment utilisées pour le relevage des lixiviats, aussi I'air comprimé es t souvent utilisé comme fluide de commande de vannes motorisées. Comme l'atmosphère est explosive ou poussiéreuse, l'unité de compression d'air comportera un sys- tème de filtration e t dévésiculage de I'air.

Alimentation en énergie électrique L'unite d'extraction-incinération es t alimentee en cou-

<\O" . rant triphase, 400 V L'alimentation doit être fiable, e t O Les équipements [automates, varia-

securisee si necessaire lorsque I'electricite delivree $ teurs de Vitesse, anal~seurs-.] tolérant

par le reseau est sujette a des fluctuations de tension iD

mal ces problèmes seront protégés par un onduleur.

ou micro-coupures renforcement de ligne, contrat ai avec EDF, adaptation du poste électrique

* Automatismes e t interfaces

Automate Les unités d'extraction e t d'incinération sont fré- v\U5*

quemment pilotées par un automate programmable ,$ En principe, l'automate ne gère pas

industriel [API], qui gère le démarrage, la régulation les de sécurité seul : une panne d'automate mettrait en péril la

en marche, les arrêts. sécurité des biens et des personnes.

II est constitué principalement par : Par contre, l'automate peut surveiller des interfaces entrée/sortie avec les capteurs des paramètres [par exemple la pres-

e t les actionneurs [électrovannes, moteurs élec- sion de refoulement] e t signaler le

triques ...] ; déclenchement de l'organe de sécurité

e une unité centrale qui recoit les différents signaux, [pressostat], ce qui permet d'analyser la cause du défaut.

les traite selon un programme logique, e t adresse les d instructions exécutables.

CAPI peut recevoir des car tes d'entrée analogique, de communication [fax, modem], etc. Le choix d'un automate dépend du nombre d'entrées/sorties, e t du mode d'interface choisi.

Interface automate/opérateur L'interface entre I'API et l'opérateur humain prend différentes formes.

L'armoire de contrôle-commande Elle comporte l'automate, les relais électriques, les appareils de protection [disjoncteurs...], etc. En facade, le tableau de contrôle comporte généralement :

a des voyants lumineux de signalisation de défauts ou de régime. Les alarmes principales peuvent être relayées par des signaux sonores ou des signaux lumineux extérieurs ;

a des commutateurs de marche/arrêt ;

a un ampèremètre. Les ampèremètres peuvent délivrer un signal de basse tension pour protéger les moteurs. Lorsque le débit de gaz est inférieur à la valeur limite de conception, des phénomènes dits (( de pompage )) apparaissent et peuvent entraîner une surchauffe extrêmement dommageable ;

ades compteurs horaires de marche. Les principaux appareils [compresseur: vanne motorisée ...] doivent en être équipés de facon à gérer la maintenance programmée ;

d e s enregistreurs [imprimante] ou des indicateurs à lecture digitale : température, débit de gaz.

Le pupitre opérateur II permet à l'opérateur de programmer certains paramètres. Un programme d'automatisme com- porte de nombreux paramètres, dont quelques-uns peuvent être rendus accessibles, le plus souvent avec un code. Plusieurs niveaux d'accessibilité peuvent être prévus [technicien de conduite, respon- sable d'exploitation].

L'unité de supervision Elle permet de visualiser en temps réel le fonctionnement des appareils sur un écran d'ordinateur.

Les périphériques de communication L'automate peut être programmé pour :

a écrire certaines informations sur une imprimante [par exemple les défauts avec l'heure d'apparition et l'heure d'acquittement] ;

a les adresser sur une imprimante déportée par modem ou envoyer un fax ; '

a déclencher un signal d'alerte extérieur [numéro d'appel téléphonique, gyrophare...].

Les entreprises spécialisées proposent des outils de contrôle commande standardisés.

En cas de projet particulier [programme de valorisation du gaz]. ceux-ci devront être adaptés ou remplacés :

a modification de la programmation logique ;

a extension des cartes entrées/sorties ;

a ajouts de capteurs et de relais actionneurs ;

a périphériques de communication adaptés [numéro de téléphone d'astreinte, client...).

TRAITEMENTS DU GAZ

& Teneur en eau

Spécifications selon usage final Les spécifications des appareils utilisateurs de gaz portent sur le point de rosée : il s'agit de la tem- pérature au-dessous de laquelle la vapeur d'eau condense [saturation]. Le point de rosée est fonction de 3 paramètres :

a la pression ;

a la température ;

a la teneur en vapeur d'eau [g/m3].

Des diagrammes, de type diagramme de l'air humide, donnent le point de rosée en fonction de ces 3 paramètres.

Conception Et mise en muvu;.e des syçtelmes de gestian du gaz

Courbes de rosée en fonction de la pression e t de la température I

O 10 20 30 40 50 60 70

Température du gaz ["Cl

mbar

50

100

250

500

1 O 0 0

2 O 0 0

4 O 0 0

Ce sont les condensats e t les gouttelettes liquides qui posent problème, plutôt que I'eau à l'état de vapeur. Le condensat est corrosif [présence de CO2 dissous faiblement acide, de COV] pour les équi- pements métalliques [canalisations, compresseur, organes hydrauliques, équipements de trai tement ou de valorisation du gaz...]. La présence de gouttelettes est également à éviter pour certains équipe- ments [aubes de turbines par exemple].

,\us l ,#$ La plupart des utilisations du gaz sont compatibles avec un gaz en limite de saturation.

Cependant, la température peut changer, e t pour se prémunir de tout risque de condensation au niveau des organes sensibles - régulateurs de pression, soupapes, ailettes ...- le gaz délivré par O

a producteur devra être suffisamment éloigné du point de rosée.

Modes de traitement Pour diminuer le point de rosée du gaz, il faut théoriquement :

a diminuer la pression [détente) ;

O augmenter la température [réchauffage] ;

O réduire la teneur en vapeur d'eau [déshydratation].

1 Les procédés applicables au gaz de décharge sont

O le refroidissement par aérotherme. En sortie de compresseur, le gaz est refroidi par un échangeur gaz/air, ventilé par l'air ambiant. Les condensats sont évacués par une purge auto- matique ;

e le refroidissement par machine frigorifique. La machine frigorifique - qui comporte un com- presseur de fréon, un détendeur - génère un fluide à basse température [+ 3°C le plus sou- vent]. Un échangeur gaz fréon permet de diminuer la température du gaz à + 5°C environ.

ale réchauffage par échangeur thermique entre le gaz e t un fluide chaud : par exemple de I'eau chaude provenant du circuit de refroidissement du moteur à gaz dans le cas d'une production d'électricité ;

a la déshydratation par adsorption sur un matériau poreux, de type silicagel ou zéolithe. Ces procédés permettent d'atteindre des points de rosée t rès bas (jusqu'à - 70°C].

p\as'

O

Un échangeur thermique gaz/gaz dit (( économiseur i , peut être utilisé pour .changer la cha- leur entre le gaz entrant e t le gaz sortant, dans le cas d'un aérotherme ou d'une machine frigori- fique. Le gaz chaud entrant est refroidi, ce qui diminue d'autant la taille e t la puissance de ces équipements, e t le gaz froid est réchauffé, ce qui l'éloigne de son point de rosée.

109

T o u t é c h a n g e u r t h e r m i q u e sur l e c i r c u i t g a z g é n è r e d e s p e r t e s d e c h a r g e s . L ' échangeu r d o i t ê t r e d i m e n s i o n n é n o n s e u l e m e n t d e ' f a c o n à a s s u r e r l e m e i l l e u r t r a n s f e r t d e c h a l e u r , m a i s a u s s i à m i n i m i - s e r l e s p e r t e s d e c h a r g e s , d ' a u t a n t p l u s q u e l a p r e s s i o n d e r e f o u l e m e n t du c o m p r e s s e u r e s t f a i b l e .

Sélection d'une technologie

I Performance Dépend de Ta Pr : + 5°C 1 Ternp. gaz > Pr (combiné avec Pr : -lO°C 1 [Pr : point de rosée système de Ta : température ambiante] refroidissement] 1

1 Consommation d'énergie 1 Faible 1 Importante Nulle si énergie 1 Nulle ) Moyenne I fatale

1 Complexité e t coût 1 Moyen 1 Élevé 1 Faible 1 Faible 1 Élevé 1 ) Application conseillée Production 1 Transport du gaz Production Nécessaire Applications

d'électricité 1 d'électricité 1 lorsque Ta / ~péci f iqués 1 . . 1 est inférieure .Co-traitement

au ~r des éléments

Le graphique suivant illustre l'évolution des 30 1 / /

(température ambiante] e t - 50 mbars, 5 20 1 ,/ +&,

caractéristiques du gaz : 2 5

à l'aspiration, il est saturé à 20°C

-, après séparation des condençats ; 3

en sortie de compresseur [ I l , à 47°C '15

et 250 mbars, le point de rosée est de 5 g 10 25'C (2). Le gaz peut donc être utilisé tel quel s'il n'est pas refroidi ;

dans le cas contraire [transport de 5

- 250 mbars

gaz par exemple), il est nécessaire de le O 1 1 1 1 1

déshydrater. Le groupe froid le porte à O 10 20 30 40 50% 5'C (31, des condensats se forment (12 g par m3 de gaz) et sont purgés ;

en sortie de l'échangeur de refroidissement, le gaz est saturé (son point de rosée est de +5"C). II est réchauffé - par exemple avec un échangeur économiseur gaz/gaz - jusqu'à 25'C (4). 11 n'y aura plus de condensats si la canalisation reste à une température supérieure à +5"C.

Dans le cas suivant : à l'aspiration, le gaz est saturé à 35'C

(11 ; en sortie de compresseur, à 62°C (21,

le point de rosée est de de 41 OC ; il est refroidi par aérotherme à la

température ambiante, à environ 30°C (31. Les condensats (20 g/m3) sont éva- cués ;

puis il est réchauffé par échangeur économiseur gaz/gaz à 49°C (41.

% Température

E n s o r t i e d e c o m p r e s s e u r , la t e m p é r a - Lorsque le gaz est comprimé à des niveaux &levés

t u r e du g a z e s t p a r f o i s é l evée , e t c e r - Z (quelques bars), la température dépasse 100°C. Un

tains a ~ ~ l i c a t i o n s peuvent perdre en per- aérotherme permet de la réduire à des valeurs f o r m a n c e s . L e s c a n a l l s a t l o n s c h a u d e s acceptables, avant refroidissement s o n t é g a l e m e n t u n e s o u r c e d e d a n g e r éventuel (économiseur, machine frigorifique,].

[ b r û l u r e s ] . L a t e m p é r a t u r e du g a z e s t un p a r a m è t r e à g é r e r c o n j o i n t e m e n t à l a t e n e u r e n e a u

TRAITEMENT DES CONTAMINANTS

% Filtration des particules

Les particules ne posent en général pas de difficultés particulières pour les gaz de décharge. Elles sont éliminées en même temps que les condensats. Pour les projets de valorisation, la filtration des particules pourra être plus poussée, et des seuils de filtration inférieurs au micron sont recherchés. II existe de nombreux types de médias filtrants, qui se présentent généralement en cartouches renou- velables. L'enveloppe du filtre comportera de préférence un indicateur de colmatage [mesure de la pression dif- férentielle entre amont e t sortie). Si le filtre comporte une purge, celle-ci sera raccordée à un évent.

&- Traitement de H,S

L'hydrogène sulfuré pose rarement problème dans le gaz de décharge. La plupart des équipements peuvent être exécutés en version tolérant des concentrations de l'ordre de 2 O00 rng/m3. Pour certains sites, ces teneurs peuvent toutefois être dépassées. II peut également être utile de dimi- nuer ces concentrations pour améliorer la longévité des équipements, réduire la fréquence de vidange des moteurs, etc. Parmi les principaux modes de traitement de l'hydrogène sulfuré, ceux qui sont mis en œuvre à l'échelle industrielle sont les suivants :

biofiltration : transformation par les bactéries chimiotrophes du soufre ;

contact gaz-solide en épuration sèche. avec passage à travers un lit d'oxydes de fer ou manga- nèse. Une réaction conduit à la formation de sulfures métalliques, puis de soufre solide par ajout d'oxygène ;

contact gaz-solide en épuration sèche avec oxydation catalytique sur charbon actif ;

contact gaz-solide en épuration sèche avec adsorption sur alumine activée, gel de silice ou tamis moléculaire. L'hydrogène sulfuré est fixé sur les matériaux poreux ;

contact gaz-liquide par dissolution dans un liquide [eau, solution alcaline, amines...].

L'utilisation de ces procédés de traitement de I'hydrogène sulfuré est à comparer aux adaptations des équipements pour les rendre compatibles avec ce gaz [exécution en matériaux spéciaux, protection anti-corrosion, procédures d'entretien et de maintenance].

b- Traitement des organo-halogénés

Les organo-halogénés peuvent poser problème, notamment lorsque l'on souhaite récupérer les gaz de combustion [séchage, serres] ou dans des process industriels utilisant la flamme directe [fours]. Les gaz de combustion contiennent en effet des COV imbrûlés, des recombinaisons de molécules, des acides chlorhydrique et fluorhydrique. Le traitement préalable permet d'agir en amont.

Les procédés de traitement sont également de plusieurs types :

contact gaz-solide en épuration sèche avec oxydation catalytique sur charbon actif ;

contact gaz-solide en épuration sèche avec adsorption sur tamis moléculaire ;

contact gaz-liquide par dissolution dans un liquide [eau, solution alcaline, amines...].

e du gaz de décharge est pro- Le pouvoir calorifique est donc régulé par le contrôle portionnel à sa teneur en méthane. II est déterminé des entrées d'air. II est possible d'enrichir le gaz en par la proportion de biogaz proprement dit e t d'air. méthane, en éliminant le gaz carbonique. Cette opé- En effet, le rapport CH4/C02 varie généralement ration n'est nécessaire que dans certaines valorisa- peu sur un site, sauf au début e t à la fin de la période tions spécifiques. de fermentation.

la quantité d'air demandée par la combustion du gaz.

Calcul du pouvoir comburivore

Le gaz de décharge présente la particularité de contenir une certaine proportion d'air. Les conditions de mélange air comburant/gaz de décharge doivent donc en tenir compte.

t CH, + (1- t ] CO, - avec t = teneur en méthane dans le biogaz (O%]

Gaz de décharge : n ( t CH, + (1- t ] CO,] + (1-n] (0,21 0, + 0,79 N,) - avec n = teneur en biogaz dans le gaz de décharge (%]

Mélange comburant : { n ( t CH, + (1- t ) CO,] + (1-111 (0,21 0, + 0,79 N,) ] + Va (0,21 O, + 0,79 N,) - avec Va = quantité d'air à ajouter au gaz de décharge (m3/m3]

Dans les conditions stoechiométriques, le nombre de moles d'oxygène est le double du nombre de moles de CH4+20,->CO,+ 2 H20

Ce qui conduit à l'équation : { (1-n) x 0,21 + Va x 0,21 } = 2 x t x n,

V a = { ( 2 x t x n ] / 0 , 2 1 } + n - 1

Dans les conditions stoechiométriques, I'équation de combustion s'écrit :

Va = (2 x t x n]/ 0,21 + n - 1

Pour du méthane : Va = 9,5m3 d'air par m3 de méthane [soit 10,5 %de méthane dans I'air] Pour un gaz de décharge habituel : Va = 4m3 d'air/m3 gaz Pour un gaz de décharge pauvre : Va = O. Le gaz se situe dans la plage d'explosivité.

Les appareils de combustion fonctionnent généralement avec un excès d'air exprimé par le facteur Lambda. La plage de combustion est comprise entre 5 % e t 15 % de méthane dans I'air, correspondant à des Lambda de 0,5 e t 1,5. Les conditions stœchiométriques sont assurées pour un Lambda = 1.

Pouvoir comburivore : Va = ( 2 x Lambda x t x n)/ 0,21 + n - 1

fois de l'air présent nécessairement que la combustion soit impossible. II

niveau du brûleur ou du carburateur. Lorsque le gaz contenant 6,6 5% de méthane (soit 12 % de biogaz à contient déjà beaucoup d'air, le pouvoir comburivore 5 5 % de méthane] peut brûler avec un Lambda égal à est faible, voir nul. 1,4, sans apport d'air comburant. Un faible pouvoir calorifique du gaz n'implique pas En pratique, la stabilité de la combustion e t de sa

régulation nécessite une teneur en méthane suffisamment élevée. De plus, un gaz très pauvre présente des dan- gers d'explosivité. On travaille donc avec de plus fortes teneurs en méthane : au- dessus de 3 5 % en général, mais c e r tains équipements supportent des teneurs de l'ordre de 2 5 %.

mise en oeuvre des -yst&i.o-oes de geçtiari du^ gaz

% Analyseurs en poste fixe

Traitement de l'échantillon de gaz L'échantillon de gaz à analyser doit être traité pour éviter de dégrader l'appareil d'analyse e t de per- turber la mesure. La ligne d'échantillonnage comportera donc des dispositifs de filtration des parti- cules e t de protection contre la condensation et, éventuellement, contre la corrosion [H,S]. Les moyens à mettre en œuvre sont principalement les suivants :

purges aux points bas sur la canalisation d'amenée de l'échantillon ; déshydratation, de préférence par refroidissement par cellule à effet Peltier. L'emploi de sillicagel

ou de zéolithe peut perturber l'échantillon. On peut également utiliser un analyseur thermostaté fonctionnant à une température supérieure au point de rosée ;

filtres hygroscopiques ; Baie

filtres à particules. d'analyse

Circuit d'analyse II comporte :

un piquage de mesure sur la canalisation gaz ; le capillaire de raccordement entre la canalisation de gaz e t la

baie d'analyse. Celui-ci doit être concu de facon à limiter le temps de réponse du système [faible section, longueur réduite]. Le capil- laire est de préférence en acier inox;

une platine de conditionnement du gaz sur laquelle sont dispo- sées toutes les pièces nécessaires : filtres, cellule à effet Peltier, électrovannes et vannes d'isolement ... ;

l'analyseur, qui en général comporte sa propre platine de condi- tionnement [filtre, débitmètre, détenteur, pompe ...] ;

le circuit d'évacuation du gaz analysé.

Environnement de la baie de mesure Elle sera disposée dans un environnement adapté :

protection contre ambiance corrosive ; alimentation électrique stabilisée ; éloignement des points chauds [torchère] ; situation hors zone à risque d'explosion ; évacuation des gaz analysés [raccordement en amont de la souf-

flante].

Bouteilles étalon Tous les analyseurs, qu'ils soient portables ou en poste fixe, seront régulièrement ré-étalonnés ou recalibrés. L'étalonnage se fait une fois par an par le fabricant qui délivre un cer- tificat d'étalonnage. Le recalibrage consiste à vérifier la mesure délivrée par l'appareil sur un gaz étalon dont la composition est connue. Certains appareils com- portent une possibilité de réglage de l'échelle sur 1 ou 2 poins [géné- ralement O % et pleine échelle] qui permet de limiter la dérive de I'ap- pareil. Le recalibrage doit être effectué régulièrement.

Gaz d'étalonnage à utiliser selon les mesures à recalibrer

Étalon 51 % CH, 39 % CO, 10 % N,

Air ambiant

X

X X

X

Coinception & mise ew Euvire des syst&rneç de gestion du gaz ... .. . .. . - . . . .. ...-.

Les analyseurs comportent parfois une fonction de recalibrage automatique [par exemple, calibrage à O % de l'analyseur de méthane, toutes les 3 heures]. Pour calibrer un analyseur, on utilise une bouteille étalon, dont la composition est garantie par le four- nisseur. Elle est choisie en fonction de la mesure à réaliser. Dans la plupart des cas, une bouteille de gaz étalon CH, + CO, + N, suffit.

MESURE DU DEBIT

Parmi les technologies disponibles, celles qui sont employées pour le gaz de décharge sont les sui- vantes : l anémomètres à hélice pour mesures de vitesses importantes [canalisations de transport de gaz]. Ils sont d'emploi aisé, mais peu précis compte tenu de leur sensibilité aux parasites [goutte- lettes, inclinaison de la sonde ...] ; l sondes thermiques [fil chaud, boule chaude] : très précis, moyennement sensibles à la présence d'eau, seuls appareils capables de mesurer de faibles vitesses [puits peu productifs]. INécessite de connaître la composition du biogaz [correction sur la capacité thermique du gaz] ; eorifices calibrés, diaphragmes, venturi : résistants, sans pièce en mouvement, mais induisent une perte de charge e t peu précis. Bonne solution en poste fixe ; l sondes à prise de pression dynamique [type Tube de Pitot ou sonde Annubar] : elles comportent une prise de pression totale [Pt = Ps + Pd] et une prise de pression statique [Ps]. La différence de -

pression est proportionnelle à la pression dynamique Pd = pv2, ce qui permet de déduire la vitesse du gaz.

Les compteurs comportant des pièces en mouvement [pistons rotatifs, turbines ...] sont moins adap- tés [corrosion, condensation]. Tous les débitmètres nécessitent une correction de la grandeur mesurée : l pression e t température pour obtenir la vitesse normale [O°C, 1 atm.] lorsque l'on mesure une vitesse :

Q[n] = (S mesuré x x [p + 1 ] avec t = température du gaz [ 2 E t 1 [ p = pression relative du gaz en bar ;

l masse volumique du gaz, donc sa composition pour passer d'une différence de pression à une vitesse ; l capacité thermique dans le cas des sondes thermiques ; l diamètre intérieur de la canalisation, dans tous les cas.

Lorsqu'un débitmètre est livré pour un gaz de composition précise, il faudra pouvoir corriger les valeurs lues en fonction des données réelles. La mesure du débit s'accompagne dans tous les cas d'une analyse de la composition.

Sonde Annubar

Conception & waise rnes de gestion du gaz - - -- -- - - A - - - - - -- - --

Principes d'analys

i

La chromatographie en phase gazeuse [CPG] consiste à séparer les différents constituants d'un mélanqe. en fonction de leur affinité avec un - produit adsorbant particulier. La chromatogra- phie par adsorption consiste à faire circuler le Qaz dans une 'colonne remplie d'un matériau adsorbant [silicagel, charbon actif, zéolithe). Chaque constituant présente une vitesse de déplacement spécifique, liée à son aptitude à I'adsorption et à la désorption. Chaque constituant est ainsi séparé e t sa concentration est mesurée par un détecteur : le plus courant est le détecteur à conductibilité thermique [catharomètre). La détection par ionisation de flamme est utili- sée pour les hydrocarbures, e t la détection élec- trochimique pour les composés soufrés. La détection peut également s'effectuer par un spectromètre de masse. La spectrométrie consiste à séparer chaque constituant en fonc- tion de sa masse moléculaire, qui en est sa signature. Canalyse d'un échantillon de gaz se présente sous la forme d'un chromatogramme : il s'agit d'un graphe dont l'abscisse indique la vitesse de déplacement e t l'ordonnée la concentration du constituant. Chaque constituant dessine un <( pic » [vitesse et concentration]. Ce chromato- gramme est comparé avec un chromatogramme de référence obtenu sur un mélange connu de ces constituants. Pour chaque constituant, la concentration est liée au rapport entre le pic du chromatogramme de mesure et celui du chro- matogramme de référence. La comparaison est en général réalisée automatiquement par des calculateurs - intégrateurs, e t le résultat est immédiatement accessible. Lorsque plusieurs constituants présentent des aptitudes similaires à l'adsorption, on peut utili- ser plusieurs colonnes avec des matériaux diffé- rents : par exemple pour la séparation air - CH, - CO, d'une part, e t O, - N, d'autre part. Lorsque la nature des composants du gaz n'est pas connue, le couplage entre la CPG et la spec- trométrie de masse permet d'identifier chaque composant.

Emploi La chromatographie permet de mesurer préci- sément chaque constituant du gaz, à partir du moment où ceux-ci ont été identifiés. La chromatographie est utilisable pour la mesure précise des constituants majeurs : CH,, CO,, O,. La CPG est le seul moyen de mesurer l'azote. Elle permet également de mesurer H,S, H,O, CO, etc, pour peu que l'adsorbant soit choisi de facon adéquate, e t qu'il n'y ait pas d'in- terférences entre les différents constituants.

ie des constituants du gaz

Principe Les analyseurs à infrarouge mesurent l'absorption d'un rayonnement infrarouge [IR] par le gaz. Chaque molécule possède un spectre spécifique d'absorption de l'infrarouge. II existe plusieurs variantes pour ce type de mesure. L'une des plus courantes consiste à diviser le rayonnement IR en deux : l'un passe dans une chambre de mesure, l'autre dans une chambre d'azote qui laisse passer l'intégralité du flux. Chaque flux arrive sur deux cel- lules remplies de gaz carbonique, qui se réchauffe davantage du côté chambre de mesure que du côté chambre d'azote. La différence de tempéra- ture induit un débit, qui est mesuré.

Emploi En utilisant des filtres spécifiques, on peut mesu- rer la concentration en CH, et CO, avec une bonne précision. Les gaz monoatomiques et symétriques n'absorbent pas l'IR et ne peuvent être mesurés ainsi [O,, N,, H,), de méme que H,O qui absorbe l'IR de facon continue sur le spectre.

Principe La mesure électrochimique repose sur la variation de la caractéristique électrique d'une cellule lorsque le réactif qui la constitue absorbe ou adsorbe un gaz. La caractéristique mesurée peut être la résistance [sondes H,S), la capacité [sondes à oxyde d'aluminium pour la mesure de l'humidité), Certains appareils utilisent des cataly- seurs [cellules électro-catalytiques), ou une élec- trolyse [sondes électrolytiques].

Emploi Les mesures électrochimiques s'appliquent à H,S, O,, H,O. Elles sont à réserver à des mesures ponc- tuelles [appareils portables) compte tenu de leur caractère relativement instable, de leur manque de résistance, e t de la nécessité de régénérer le réactif ou de changer la sonde. Leur principal inté- rê t est leur faible coût.

Principe Le paramagnétisme utilise la propriété très parti- culière de l'oxygène, à réagir à un champ magné- tique. Les molécules d'oxygène sont attirées par la zone de champ magnétique la plus élevée, d'où une augmentation de pression. Cune des variantes consiste a utiliser un gaz vec- teur [azote], qui est introduit dans la chambre de mesure par deux canaux symétriques. Le gaz balaie la chambre de mesure soumis à un champ magnétique, e t la pression est plus élevée d'un côté que de l'autre. Le débit d'azote varie donc entre les deux canaux, e t la mesure de cette diffé- rence de débit [ou de pression) est représentative de la concentration en oxygène.

Emploi Les analyseurs paramagnétiques sont utilisés pour la mesure précise de l'oxygène, en poste fixe comme en version portative.

Coilceptiion & saaise des systkmes de gestia~?~ du gaz .- ~ ~ ~ ~ .....

Principes La catharométrie consiste à comparer la

conductivité thermique du gaz avec un gaz de référence, qui sont mesurées par des pellistors. Cette mesure, adaptée à des mélanges binaires [CH4/0, par exemple], est perturbée par la pré- sence d'autres gaz. Elle n'est fiable que si le rap- port CH4/C02 est constant, e t si l'appareil est calibré pour ce rapport.

La détection par ionisation de flamme [FID] fonctionne par mesure du courant d'ionisation produit lorsque des molécules d'hydrocarbures, qui génèrent beaucoup d'ions, sont introduites dans une flamme d'hydrogène pur, qui en génère très peu, soumise à un champ électrique.

Coxydation catalytique consiste à mesurer la chaleur dégagée par I'oxydation d'un combustible sur un catalyseur. La chaleur est mesurée par un pellistor, dont la résistance varie en fonction de la température.

Emploi Les détecteurs de méthane sont utilisés pour mesurer de faibles concentrations : jusqu'à 1 % pour l'ionisation de flamme, et au maximum la LIE [soit environ 5 %] pour I'oxydation catalytique. Ces appareils nécessitent tous la présence d'oxy- gène en quantité suffisante pour fonctionner. Ils peuvent être utilisés pour la détection d'émis- sions en surface, ou pour la détection de gaz dans les locaux. La mesure par ionisation de flamme ne distingue pas les différents hydracarbures entre eux ; elle est calibrée pour le méthane, qui sera considéré comme représentatif de la somme des hydrocar- bures. La mesure par FID est généralement réservée aux détections en surface pour de très faibles concentrations.

Coxydation catalytique est employée pour la détection de gaz explosif dans les locaux [explosi- mètre]. Les catharomètres sont non recomman- dés pour des gaz complexes comme le gaz de décharge.

Principe Les tubes colorirnétriques contiennent un réac-

tif non régénérable, qui réagit avec un gaz spéci- fique en se colorant [cependant d'autres compo- sants du gaz sont susceptibles d'interférer]. La hauteur de la coloration indique la concentration en gaz ;

Les tubes à réactif liquide absorbant le gaz à mesurer. On mesure l'augmentation du volume due à cette absorption lorsque l'équilibre est atteint, après barbotage de l'échantillon de gaz dans la solution.

Emploi De nombreux tubes colorimétriques, type Dra- gerTM ou OldhamTM, couvrent une large gamme de composants et de concentrations. II faut avoir une idée précise de la concentration à mesurer avant de choisir le tube, e t s'assurer que les interfé- rences possibles sont acceptables. Cappareil comporte un dispositif de pompage du gaz, manuel mais aussi parfois automatisé, qui permet de prélever un volume déterminé de gaz, à corriger en pression e t température. Ces mesures sont simples et peu coûteuses pour des mesures ponctuelles, e t on peut les utiliser pour des mesures indicatives de H,S ou de CO. Lorsque les mesures se multiplient, le coût des tubes est toutefois non négligeable. Les tubes à réactif liquide sont régénérables et très peu coûteux, mais peu précis, peu répétitifs, e t peu pratiques. Le réactif doit être renouvelé régulièrement. Ces tubes donnent une idée de la concentration en CO, ou en 0, dans le gaz.

ANALYSE DE LA COMPOSITION DU GAZ -- - -

) Mesure des constituants principaux [CH,, CO2 e t O2 d a n s l e g a z ]

Appareils intégrés portatifs

Plusieurs fournisseurs proposent des matériels de p\- *\< mesure ou de détection ~ortables. intéarant la mesure & Certains COnStructeurS Pro-

de plusieurs constituants,'notamment CH,. CO2 [mesure # posent un port complémentaire permettant de mesurer un autre

par infrarouge] et O2 [mesure électrochimique] Ils com- constituant [H2s, CO...l, en ajoutant

portent une pompe d'aspiration du gaz, un filtre hygro- une cellule électrochimique in ter scopique D'un poids de 2 à 3 kg, ils sont équipés d'une chanseable. Sisnalons enfin I'exis- - - batterie rechargeable qui leur confère une autonomie de tence d'un appareil qui intègre

l'ordre de la journée, et sont en principe homologués pour directement la mesure de 5 compo-

atmosphère explosive. sants [CH,, CO,, O,, H,S, CO]. d Ils permettent en outre de mesurer - souvent en option - la température et la pression du gaz, la température ambiante et la pression atmosphérique. Ils possèdent éga- lement un système d'enregistrement des données qui permet de récupérer cellesci sur ordinateur et d'évi- ter la saisie manuelle sur papier: ce qui présente un intérêt pratique certain lorsque l'on doit réaliser des séries de mesures en grand nombre (campagne de réglage des puits]. Plusieurs constructeurs sont en mesure de proposer des appareils de ce type, dont quelques-uns concus spécialement pour le gaz de décharge répondent aux contraintes spécifiques à ces sites et aux besoins des exploitants.

4@ ' Noms commerciaux d'analyseurs portables (liste non exhaustive) 8 Geotechnical Instrument c GA 94 pour l'analyse de CH, - CO, - 0, + 1 port pour analyse complémentaire.

" *GA 2 0 0 0 pour l'analyse de CH, - CO, - 0, - H,S - CO. GEM 5 0 0 concu pour le suivi des sites où le biogaz est valorisé. II intègre une mesure du débit puits par puits en complément de l'analyse du gaz.

Teleaan -.# - -

LFG 2 0 pour l'analyse de CH, - CO, - O,.

Mesure en poste fixe

Pour une application en poste fixe, la mesure de CH, e t CO2 par infrarouge, et de l'oxygène par sonde parama- gnétique, sont les moyens les plus appropriés. Certains constructeurs proposent de mesurer l'oxygène par sonde électrochimique. Les mesures peuvent être réalisées soit avec deux appa- reils indépendants [infrarouge pour CH, + CO2. parama- gnétique pour 02], soit avec un seul appareil intégré. Le signal délivré est en principe un signal analogique [O-20 ou 4-20 mA] qui peut être adressé a un automate, une imprimante, etc.

Noms commerciaux d'analyseurs en poste fixe

Q\*'

4.8 Les appareils comportent en général une pompe d'aspiration intégrée si la pression du gaz n'est pas suffisante pour les alimenter, ainsi qu'un détendeur, un régula- teur et un indicateur de débit. Ces organes permettent de régler le débit à la consigne fixée par le fabri- cant. i1

Siemens

Rosemount Arelco

Cosma

Ultramat

Einos 4008 IR-P CH^] 2008 IR-P lCOp1

Cristal 500

Oxymat

Oxynos

PROA-P

Hermann Moritz

Ultrarnat

TRI-ARC

BI-Gaz AOF-18 TRI-Gaz

Cors~eptioiiî & mise ei-a Euvre des çyst&rnes de geseian du gaz -- -- - -- -- -- -- - - - - -- - -

Chromatographes La CPG existe : L ' .st peu utilisée aujour-

8 d'hui par les exploitants. Par l en version fixe ;

contre, elle est l'un de moyens de l en version portable [exemple : Micro-PGC100 déve- base d'un laboratoire d'analvse ou loppé par SRA à part ir d'un appareil Hewlett Packard ; de recherche, qui pourra effectuer

l en version ADF, concu pour utilisation sur site industriel]. l'analyse d'échantillons de gaz levés par l'exploitant.

Technique de mesure performante, elle est réputée oné- reuse e t délicate d'emploi : sensibilité à la température, personnel compétent, conditions de laboratoire.

a Détection de gaz dans l 'air ambiant : CH, e t H2S

Détecteurs portables Pour la sécurité du personnel, il est conseillé de se munir de détecteurs portables lors des interven- tions en zone à risque d'explosion ou de toxicité. Un détecteur portable indique généralement la concentration en pourcentage de la LIE ou la VLE, e t délivre une alarme visuelle e t sonore en cas de dépassement d'un seuil [ 3 0 % de la LIE par exemple]. Les technologies communément employées sont :

esonde électrochimique pour H2S [exemple : PAC-III de Drager, dont la cellule est interchangeable, ce qui permet de détecter d'autres gaz ; TX-2000 de Oldham] ;

l sonde à oxydation catalytique pour I'explosivité [exemple : PAGEx de Drager: Ex-2000 de Oldham...].

Détecteurs en poste fixe Ils sont basés sur les mêmes technologies :

esonde électrochimique pour H2S [exemple : POLYTRON de Drager] ;

esonde à oxydation catalytique pour I'explosivité, ou détection infrarouge [S500 de MONICON].

L'installation comporte généralement :

l un ou plusieurs détecteurs de gaz aux points clés de l'installation ;

l une centrale de mesure mono ou multivoies avec affichage des mesures e t signalisation des seuils de détection, placée par exemple dans le local technique.

& M e s u r e des éléments t races dans le gaz : H2S, H20, CO, ... Mesure de H2S L'exploitant dispose de plusieurs moyens de mesure de I'H2S :

l les tubes colorimétriques sont recommandés pour des mesures ponctuelles et occasionnelles ;

l une sonde électrochimique peut être ajoutée à l'analyseur portable.

La bande de papier, imprégnée d'acétate de plomb, réagit avec 13H2S. II se forme du sulfure de plomb de couleur noire. En fonction de la vitesse de défilement de la bande, l'intensité du noircissement, mesu- rée par un détecteur optique, indique la concentration en H2S. Ce type d'appareil est proposé par la société Del Mar.

Pour certaines applications, la mesure en continu de H,S est nécessaire. Les sondes électrochi- sont pas appropriées pour une exposition constante à des concentrations qui peuvent être éle-

vées. CH,S peut être mesuré par chromatographie. Mais la méthode la plus fiable en site industriel, qui l reste coûteuse et réservée à des applications spécifiques, est basée sur la mesure optique d'une bande

de papier qui se noircit en contact avec l'hydrogène sulfuré. La bande de papier, imprégnée d'acétate de plomb, réagit avec I'H,S réagit. II se forme du sulfure de plomb de couleur noire. En fonction de la vitesse de défilement de la bande, l'intensité du noircissement, mesu- rée par un détecteur optique, indique la concentration en H,S. Ce type d'appareil est proposé par société Del Mar.

119

w i i i ç a en ee.svre driss syst&rnes de gestion du gaz

Mesure de H20 La mesure de la concentration en vapeur d'eau dans le gaz est rare- ment nécessaire Elle es t en principe imposée par la réglementation d *Si l'on souhaite [article 44 de l 'arrêté du 9 Septembre 19973. e t sera confiée au 8 effectuer une analyse en laboratoire spécialisé. L continu, on ajoutera une

voie de mesure à I'analy- II es t possible de mesurer la vapeur d'eau dans un gaz non saturé au

seUr infra-rouge ou au moyen de sondes électrolytiques. Si la mesure es t continue, des pré- chromatographe. cautions de mise en œuvre e t d'utilisation particulières doivent être prises, vis-à-vis de la condensation susceptible d'endommager la cel- lule e t de nécessiter son remplacement.

Mesure CO La mesure du monoxyde de carbone dans le gaz de décharge n'est pas pratiquée en France aujour- d'hui. Rappelons qu'elle est susceptible d'alerter sur la présence d'une combustion interne au massif de déchets. Cette mesure peut être réalisée ponctuellement, par tube colorimétrique par exemple, ou par une sonde électrochimique.

Autres composés L'exploitant peut être amené à mesurer d'autres composés de facon occasionnelle, soit au niveau des puits de captage du gaz [appareil portable], soit au niveau de l'unité d'extraction [appareil en poste fixe]. On peut avoir besoin de mesurer par exemple - outre le CO e t H2S comme indiqué ci-dessus - des composants dont la concentration peut s'avérer voisine d'une valeur limite : par exemple la teneur en silane en cas d'utilisation du gaz sur moteur à combustion interne, ou encore les composés sou- frés ... On utilisera soit :

esoit des tubes colorimétriques adaptés ;

esoi t des cellules électrochimiques,

+&,O\' - En cas de mesure en poste fixe, les cellules électrochimiques ne devront pas être sollicitées en p e r

& manence, faute de quoi leur usure sera rapide. Elles seront isolées, inertées à l'azote, e t mises en Som- , @ meil hors de la période de mesure. s

B- Mesures ponctuelles complémentaires

Certaines mesures nécessitent un appareillage complexe et coûteux e t ne peuvent être réalisées par l'exploitant :

l émissions dans les fumées ;

eanalyse détaillée du gaz [éléments traces] ;

eanalyse détaillée de l'air ambiant.

Cependant, l'exploitant doit prévoir :

l la possibilité de la prise d'échantillons de gaz ;

l l'accès aux points de mesure (voirie, espace de circulation e t stat ionnement du camion labo- ratoire ...] : l la mise à disposition des utilités [alimentation électrique des appareils de mesure, air com- primé...].

[voir détails dans chapitre 51

Ce chapitre porte sur l'utilisation des équipements de drainage, collecte e t traitement, par le personnel d'exploitation. II décrit les procédures d'utilisation e t d'entretien. II rappelle tout d'abord les consignes de sécurité e t d'utilisation des matériels de pré- vention et de détection [consignes générales e t procédures particulières à certaines interventions ou événements]. II décrit ensuite comment la maintenance s'organise. Un système d'extraction du gaz peut e t doit être géré comme n'importe quel système industriel. Cette gestion repose sur des interventions programmées, des méthodes rigoureuses de diagnostic e t dépis- tage des problèmes, e t un personnel qualifié. Les recommandations portent aussi bien sur le système de captage e t de collecte que sur l'unité d'extraction e t d'élimination du gaz. Les opérations de maintenance distinguent :

e la conduite [surveillance e t réglages de routine ne nécessitant pas l'arrêt des installations) ;

l'entretien [remplacement de pièces, réparations e t modifications d'équipements), nécessitant un arrêt des installations pour une durée variable.

Une attention particulière est donnée au réglage e t à l'équilibrage du système de cap- tage e t de collecte du gaz.

SECURITE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 - .

Consignes generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Procédures particulières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

ORGANISATION DE LA MAINTENANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Principes d'organisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Procédures particulières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . COIUDUITE 133

Organisation de la conduite ............................... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Captage et collecte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Unité d'extraction et d'incinération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Organisation de la campagne des mesures réglementaires du gaz et des fumées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

ENTRETIEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Captage et collecte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conditionnement .. .......... 143

.. . . . . . 1 Récapitulatif des principalesopérations de maintenance et d'entretien 145 1

CONSIGNES GENERALES

k Not ice de sécurité

Les personnels de l'exploitation, mais aussi l'ensemble des personnes amenées à intervenir sur le site [par exemple les entreprises de forage ...] doivent connaître les consignes de sécurité qui régissent le site. C'est au responsable d'exploitation de veiller à ce que chaque intervenant en ait connaissance. La notice de sécurité du site doit comporter des volets spécifiques biogaz et décrire les procédures à suivre pour prévenir les risques d'accidents et, en cas d'accident, les procédures de prévention, d'alerte et de secours.

B- Règles usuelles de sécurité

Pour plus de détails, sur les règles de sécurité, on se référera, par exemple, aux publications de la CNAM ou de I'INRS.

Incendie, explosion

interdiction de fumer en zone à risque d'explosion ;

interdiction d'employer des outils pouvant provoquer des étincelles ;

s'assurer du respect absolu de ces interdictions ;

en zones à risque d'explo'sion, les matériels électriques doivent être protégés. Sinon employer d'autres types de matériels [pompes pneumatiques ...] ;

ne pas utiliser de vêtements synthétiques [polyester inflammable], mais plutôt en coton ;

a t t en t i on aux vapeurs (inflammables, toxiques COV] issues des condensats [pots de purge, dévé- siculeurs ...].

Avant d'effectuer une soudure ou tout autre travail du même type nécessitant une source chaude

éliminer toutes les sources d'ignition possibles [évents, piquages ,...] ;

contrôler l'atmosphère locale par un explosimètre correctement étalonné ;

disposer d'un extincteur et de moyens de lutte contre l'incendie.

Intoxication e t risques sanitaires

ne laisser sous aucun prétexte, une excavation ouverte [puits, forage ...] ;

.toute personne présentant les symp- tômes suivants doit être signalée à la médecine du travail, et l'exploitant doit effectuer un contrôle de sécurité et de fuites du système de dégazage ;

prendre les mesures qui s'imposent sur avis du médecin du travail ;

éviter le contact cutané avec les condensats.

Le contact avec les déchets peut présenter certains risques d'ordre biologique, par exemple lors des forages des puits gaz :

ne pas manger ou boire sur le site [risque de contamination bactérienne] ;

observer les règles d'hygiène ;

utiliser rapidement un antiseptique en cas de coupures ou blessures.

Exploitation .

Risques physiques

Pression positive Les systèmes à basse pression [quelques millibars] ne présentent pas de risques dus à la pression. Par contre, les systèmes sous pression présentent des risques liés à l'éclatement possible d'une cana- lisation et à des projections pouvant causer des dommages humains et matériels sous l'effet d'une surpression.

evérifier l'absence de pression [sur pression] avant toute intervention sur un appareil à pression.

Énergie cinétique Les organes en mouvement [compresseurs ...] sont susceptibles de provoquer des dommages par accroissement de l'énergie cinétique.

l ne pas porter de vêtements flottants auprès d'une machine en rotation ;

l enlever montres, bracelets, etc, lors d'une intervention sur matériels électriques.

Chaleur

l contrôle de la température : utiliser le dos de la main (plus sensible à la chaleur, rétraction des muscles en cas de choc électrique].

Électricité

l couper l'alimentation électrique avant toute intervention sur un équipement électrique ;

l suivre les procédures correctes de verrouillage e t déverrouillage des équipements électriques.

) Équipements individuels de protection des travailleurs

Les travailleurs seront informés des risques et des moyens de les prévenir :

l informer périodiquement e t de facon exhaustive le personnel sur les risques encourus e t sur les moyens mis à sa disposition ;

former le personnel pour qu'au moins un salarié présent soit sauveteur-secouriste du travail.

eformer le personnel aux principes de bases de la manutention manuelle, à la manipulation de sub- stances dangereuses.

Les travailleurs doivent être équipés des équipements de protection individuelle requis lorsqu'ils tra- vaillent en zone gaz :

l prévoir une liaison [téléphonique] avec l'extérieur ;

l faire exécuter les travaux dangereux par 2 personnes au moins ;

l sinon, assurer une surveillance du travailleur isolé [Dispositif d'alerte du travailleur isolé - DATI]

eveiller au port effectif des équipements de protection et donner les consignes d'utilisation de ces équipements. Ceux-ci sont notamment, selon la nécessité :

&- Verrouillage e t déverrouillage

Lors des interventions sur des équipements mécaniques ou électriques, ceux-ci doivent être ver-

rouillés, puis déverrouillés pour leur remise en service. Le verrouillage est organisé de facon à ce que

les équipements soient démarrés ou arrêtés par une seule e t même personne.

Ces opérations obéissent à des procédures strictes :

a un technicien responsable es t chargé d'identifier les appareils à met t re à l'arrêt, e t les

points à verrouiller [disjoncteur, vanne manuelle ...] ;

a chaque opérateur verrouille l'équipement dont il a la charge e t le signale [étiquette]

oseule la personne qui a placé une étiquette de verrouillage es t habilitée à l'enlever.

plusieurs personnes interviennent (notamment en cas d'intervention d'entreprises exté- rieures], il peut être nécessaire de verrouiller successivement (( par étape » le même équipement pour

a procéder à différentes interventions. Dans ce cas, chaque opérateur pose sa marque au-dessus de la marque précédente. Pour le déver- rouillage, on procède strictement en ordre inverse en commentant par l'étiquette la plus récente. Cette procédure évite, par exemple, que le premier opérateur ne déverrouille l'équipement avant que second n'ait terminé.

@= Forages

Les opérations de forage de puits gaz - e t de

facon générale toute opération qui consiste à extraire des déchets en fermentat ion - expose le personnel à des risques.

Lorsque des entreprises de forage intervien-

nent, le personnel devra être informé des

risques e t prendre connaissance des

consignes de sécurité.

Parmi les procédures à respecter :

a délimitation d'un périmètre réservé aux

personnes autorisées ;

a présence de matériel de secours à proximité ;

a utilisation des appareils de détection

portable e t des équipements de protec-

tion individuels.

Immédiatement après le forage, les puits

devront être fermés et verrouillés pour inter-

dire tou t accès à des tiers.

% Feux de décharges

Origine Les feux de décharge constituent l'un des

r isques d'accidents les plus impor tan ts

auquel es t confronté un exploitant. Ils pro-

viennent d'entrées d'air massives à l'intérieur

d'un casier, e t les causes d'ignition sont mul-

tiples : présence de produits chimiques, de corps à faible température d'inflammation ... Cette corn- bustion - il s'agit en fait d'une pyrolyse - peut se dérouler à basse température [quelques centaines de degrés] avec une faible concentration en oxygène.

Détection Les feux ne sont pas toujours détectables directement. Leurs manifestations se traduisent par :

eune concentration importante en CO dans le gaz, qui n'en contient normalement qu'à l 'état de traces. La détection du CO peut se faire par des tubes de type Drager ;

l un caractère t rès acide des condensats ;

edes zones de surface plus chaudes, repérables par exemple par thermographie aérienne.

Prévention On peut intervenir sur plusieurs facteurs pour prévenir le risque de formation de feux de décharge

I l améliorer la couverture : épaisseur, réparation des fissures e t imperfections ... ; l détecter e t réparer les entrées d'air [canalisations endommagées, têtes de puits, flexibles, piquages ...] ;

I l réguler I'extraction du gaz [éviter le sur-pompage].

La combinaison couverture peu étanche + réseau mal entretenu + sur-pompage agressif, constitue une situation de risque important.

Moyens de lutte La lutte contre ces feux de décharge est souvent extrêmement délicate. Des précautions d'interven- tions particulières doivent être prises : un feu de sub-surface peut s'étendre à la surface de facon rapide e t imprévisible, e t le personnel doit être équipé en conséquence. Le meilleur moyen est de supprimer les sources d'oxygène :

* fe rmer de facon étanche toutes les entrées potentielles d 'a i r ;

eréduire la dépression d'extraction - voire arrêter l'extraction, au moins dans la zone affec- tée ;

eappor ter du matériau de couverture supplémentaire sur la zone affectée ;

e s i la masse affectée n'est pas t rop importante, les déchets en combustion peuvent être extraits e t traités.

Les feux de décharge (prévention e t moyens de lutte] devraient faire l'objet de recommandations spé- ciales, e t notamment de procédures d'intervention en lien avec les autorités administratives, pompiers e t services de secours.

Q\us* 8 8 Le gaz carbonique a été parfois employé avec succès pour lutter contre des feux de décharge dans

@ des cas extrêmes. Le CO, contribue à diminuer la température, mais en cas de feu important, cette opé- ration demande de grandes quantités de gaz carbonique. L'utilisation de l'eau n'est pas recommandée contre les feux de décharge, sauf dans des situations parti-

4 ORGANISATION DE LA MAINTENANCE

1 PRINCIPES .- D'ORGANISATION . - --- -- --

1 P Modes de gestion de la maintenance

( II existe deux facons de gérer la maintenance :

la méthode la plus commune est la maintenance proactive. Les interventions sont réali- sées sur la base d'un calendrier de maintenance ;

l'autre méthode est la maintenance réactive : les interventions sont menées lorsque les équipements commencent à donner des signes de dysfonctionnement ou lorsque l'on observe des pertes de performances. Cette méthode est à réserver aux installations non critiques. Dans le cas contraire, les réparations peuvent être nécessaires à des périodes inopportunes, e t des incidents supplémentaires peuvent découler de la défaillance brusque d'un composant.

g\us. Types d'opérations de maintenance

La maintenance peut se décomposer entre plusieurs types d'opérations. Les t ro is premières rentrent dans la catégorie de la maintenance pro-active

La conduite [ou maintenance de rout ine] Elle consiste à réaliser les contrôles programmés à échéances régulières [généralement quotidienne ou hebdomadaire], tels que prévus dans la fiche de conduite. La maintenance de routine ne nécessite pas d'arrêt des installations.

La maintenance prédictive e t préventive Elle repose sur une analyse préalable des problèmes potentiels [durée de vie des composants, vitesse de dérive des performances...]. La maintenance prédictive consiste à réaliser des interventions de routine régulières [tests. analyses, re-calibrage, renouvellement des consommables...]. La maintenance préven- tive concerne les opérations préconisées par le constructeur en vue de maintenir un appareil dans son é ta t nominal de fonctionnement [renouvellement des pièces d'usure, nettoyage...]. Elle peut nécessiter l 'arrêt des installations pour une courte durée.

La maintenance programmée Comme la maintenance de routine, elle est basée sur des échéances régulières [hebdomadaire, men- suelle, annuelle...], mais elle est plus approfondie : entretien complet d'un équipement avec démontage e t remontage, changement d'une pièce, modification ... La maintenance programmée peut nécessiter l 'arrêt des installations pour une période éventuellement longue [quelques jours).

La maintenance curat ive [ou non programmée] Elle consiste à remettre en é ta t de marche nominale un équipement lorsqu'un défaut a été constaté, ou . . suite à un dysfonctionnement ou à une panne susceptible de réduire la disponibilité ou l'efficacité équipement.

C'est sur les principes et méthodes de la gestion (( proactive » que reposent les opérations de valori- sation du biogaz, car il s'agit d'opérations (( critiques )) dans la mesure où toute dérive de performance se traduit par des coûts e t un manque à gagner pour leur exploitant. La gestion du gaz de décharge a tout à gagner de s'inspirer de ces méthodes :

d'une part, parce qu'elles offrent les meilleures garanties de fiabilité et de maintien des performances du système dans le temps, et donc tout à la fois de respect de I'environne- ment et d'optimisation industrielle ;

.d'autre part, parce que la multiplication des opérations de valorisation du gaz imposera au système amont [l'extraction du gaz], les mêmes contraintes que celles qui sont imposées au système aval [le projet de valorisation] lorsque celui-ci est engagé contractuellement sur des objectifs de performance (taux de disponibilité, quantités d'énergie délivrées].

l+ Méthodes de maintenance e t diagnostics

Méthodes de maintenance Dans les industries qui dépendent fortement de la maintenance des équipements, de nombreuses pra- tiques standardisées ont été développées : programmation des interventions, consignation, services de tests e t contrôles, diagnostic non intrusifs e t non destructifs, etc. Ladoption de ces différentes techniques dépend de la taille e t de l'importance des équipements, ainsi que des objectifs.

$i\U"' &.' A' Parmi ces méthodes, on retiendra en priorité la nécessité de : cp' programmer les interventions sur un calendrier spécial, soit sur papier [le plus simple], soit sur ordi- e

nateur avec calendrier mural. Les spécifications du constructeur seront utilisées comme base initiale, mais devront ensuite être ajustées en fonction des observations réelles ;

tenir à jour un inventaire des pièces détachées et consommables en stock pour gérer les commandes [fréquence de renouvellement, délais de livraison, bordereaux de prix...], avec un répertoire des seurs.

Divers ouvrages et documents techniques peuvent être également consultés, et d'une facon générale les techniciens d'exploitation se référeront utilement aux manuels concernant la maintenance des compresseurs. la régulation, les technologies gazières, les appareils de mesure, etc.

Méthodes de diagnostic Parmi les méthodes de diagnostic utilisables, on peut citer :

les tests d'épaisseur par ultrasons ; e pas hésiter à faire

l'utilisation de coupons de test de la corrosion ; maintenance spécialisées, l'analyse des vibrations ; notamment pour tout ce qui

I'analvse d'huile : concerne les machines tournantes [compresseurs,

.l'analyse des résidus [pour évaluer l'impact des pro- pompes...]. duits chimiques par exemple sur les canalisations, vannes, etc.].

Dépistage des pannes Usure, dommages, changement de conditions, peuvent affecter le bon fonctionnement des équipements, machines et systèmes. Un problème qui se

La recherche des origines de ces pannes consiste à éliminer par eproduit peut provenir d'ori-

un raisonnement systématique les causes possibles, pour par- gines différentes. II ne faut donc pas présumer d'une

venir à la cause effective du problème. Cette démarche consiste cause sans l'avoir validée.

à suivre une procédure systématique, étape par étape, en s'ap- puyant sur les manuels, arbres de défaillances, listes de contrôle, etc, ainsi que sur l'expérience et la compétence.

B=- Personnel

Qualification du personnel Le personnel devra posséder des qualifications en fonction des ~pérations~d'entretien e t de conduite qu'il prend en charge. Des compétences de bases sont requises dans les domaines suivants :

électromécanique ;

automatisme industriel

Des formations peuvent être organisées pour des travaux spé- cifique [soudure du polyéthylène). Lorsqu'un laborantin est pré- sent sur le site, celui-ci pourra effectuer des analyses en vue d'ai- der au diagnostic [composition des condensats par exemple].

$i\*' $' En outre, le personnel 8 d'encadrement peut mettre

E à profit ou compléter ses % connaissances pour tout ce

qui a trai t aux mécanismes de production, transfert e t conditionnement du gaz :

microbiologie ; chimie ; mécanique des fluides

hydraulique.

129

Formation du personnel La mise en service des ouvrages est l'occasion d'assurer la formation du personnel chargé de leur conduite et entretien. La formation sera comprise dans le cahier des charges, et l'on veillera, lors de la réception des ouvrages, à ce qu'elle ait été réalisée.

B- « M a i n courante )) ou « registre gaz ))

Chaque action (modification des consignes automatiques, réglages, résultat des recalibrages, mesures ...] doit être notée dans le cahier de main-courante prévu à cet effet. De même, toute obser- vation particulière (incident, arrêt de l'installation, origine des pannes ...] sera consignée. En cas d'incident, noter l'état de l'installation avant de procéder à l'intervention corrective. On a tout intérêt à constituer un (( registre gaz )) aussi complet et détaillé que possible, comportant :

les dossiers des ouvrages exécutés, régulièrement actualisés et mis à jour, y compris les plans (tracé des canalisations, implantation des puits et détails de construction] ;

le cahier de main courante comportant la description des opérations effectuées, les remarques et observations ;

les fiches de suivi des puits et du réseau ;

les fiches de suivi des unités d'extraction et d'incinération, et des appareils de mesure ;

les certificats d'étalonnage des appareils de mesure du gaz en poste fixe et portables ;

les résultats de mesure [campagnes de mesure réglementaires sur le réseau gaz et sur la torchère] ;

le registre des interventions : détail des travaux et modifications apportées.

P- M i s e en gaz des ouvrages e t démarrage des installations

Réglage des puits au démarrage Lors de la connexion d'un nouveau puits au système de collecte :

ouvrir légèrement la vanne (5 à 25 % d'ouverture] ;

mesurer immédiatement le débit et la concentration en air ;

ajuster l'ouverture de la vanne selon la mesure ;

ajuster le débit d'extraction global pour restaurer l'équilibre de l'ensemble du système

réitérer cette procédure dans les jours qui suivent (3 fois en 10 jours).

Démarrage d'une unité d'extraction - incinération L'exploitant définira au préalable des procédures de démarrage de ses installations, qui intègrent l'en- semble des équipements de captage, collecte, extraction, traitement. Lorsque les unités d'extraction et d'incinération sont automatisées, veiller à ce que les automatismes soient cohérents avec les procédures, ou adapter ces dernières. Si les problèmes d'allumage persistent, vérifier :

la qualité du gaz ;

que le circuit pilote d'allumage est alimenté correctement.

Marche automatique Avant de laisser l'installation en marche automatique sans surveillance humaine, vérifier l'état de marche des auxiliaires et périphériques [compresseur d'air commande...], les niveaux d'huile, etc. Contrôler également la position des vannes [by-pass...], et que l'automate de contrôle-commande fonc- tionne correctement.

Exploitation

Exemple de procédure de démarrage

1 -Vérifier que les vannes de réglage de débit des puits sont réglées correctement. II existe plusieurs méthodes de réglage, chaque puits doit être réglé immédiatement après le démarrage de l'extraction.

2 -Ouvrir la vanne générale d'isolement en entrée de l'unité d'extraction. Celle-ci peut être ouverte à 10-25 % d'ouverture selon le débit prévu.

3 - Ouvrir les vannes d'isolement du séparateur de condensats. Fermer la vanne de by-pass. 4 - Ouvrir les vannes d'isolement de l'extracteur, fermer les vannes des soufflantes non utilisées. 5 - Inspecter la station d'incinération [contrôle des odeurs, fuites...]. 6 - Enclencher la commande d'alimentation électrique. 7 - Commuter les commandes (( manuelles » en mode (( automatique ». 8 -Vérifier que toutes les alarmes ont été acquittées. 9 - Commuter la commande d'ouverture de la vanne commandée principale en position (( automatique n. 1 0 - Commuter la commande « marche » pour lancer la séquence de démarrage automatique. 11 - Vérifier que :

La soufflante démarre La vanne commandée principale s'ouvre La séquence d'essais d'allu- mage de la torchère est conforme La torchère s'allume Le débitmètre fonctionne La flamme se maintient.

12 - Lorsque la torchère est en fonctionnement stabilisé, relever et contrôler les paramètres de fonc- tionnement [valeur mesurée, stabilité] :

Pression d'aspiration Pression de refoulement Teneur en méthane et en oxygène dans le gaz ~ e m ~ é r a t u r e de combustion État des voyants et des alarmes Débit de gaz.

13 - Vérifier également : que la vanne commandée est ouverte écouter les bruits anormaux [vibrations, bruit du

moteur...]. contrôler les odeurs inhabituelles regarder l'état de la flamme vérifier le fonctionnement de la

l régulation d'air.

&- A r r ê t des installations Exemple de procédure d'arrêt

Arrêt normal des installations Commuter la commande de marche sur Comme pour le démarrage, l 'arrêt doit faire l'objet « arrêt )).

de procédures prédéfinies, adaptées au site. Verrouiller les organes qui doivent l'être. Si nécessaire, by-passer I'automate de

Arrêt non programmé contrôle-commande pour éviter de générer Des arrêts non programmés se produisent régu- une fausse alarme [en principe, l'automate

lierement. Le personnel d'exploitation doit être en doit être concu pour l'éviter].

mesure d'intervenir rapidement pour redémarrer l'installation.

Ad La cause des arrêts sera recherchée et établie clairement. Elle sera consignée sur un cahier spécia- lement prévu à cet effet [date, contexte, signes annonciateurs, cause identifiée, panne réelle ou (( fausse panne », intervention curative apportée et effet de cette intervention...]. Ces enregistrements permettront de résoudre plus facilement et plus rapidement d'autres pannes du même genre. Si le même type d'incident se reproduit constamment, d'autres actions pourront être envisagées [modifi- cation des installations, des consignes de conduite, d'entretien...].

Les incidents alarmes seront signalées par des alarmes appropriées et en différents points du site :

signaux sonores [gyrophare, spots de cou- leur ...] ou visuels [sirène ...] sur le site ;

superviseur dans les locaux d'exploitation ;

téléalarme, avec composition automatique de numéros d'appel en cas d'incident.

Une liste de personnels d'astreinte, avec leurs numéros de téléphone, sera constituée à cet effet. La téléalarme doit être contrôlée périodiquement.

(

Lorsque le site fait l'objet d'une pré- sence permanente [surveillance de nuit par exemple], les personnes présentes doivent disposer de la liste des techniciens d'as- treinte et de leur numéros de téléphone. Une formation de base leur permettra de donner rapidement une première informa- tion [par exemple : la torchère est-elle arrê-

Alarme e t téléalarme

tée, quels sont les signaux extérieurs ?]. isi

Arrêt d'urgence Les installations peuvent être arrêtées par un bou-

rer nécessaire de couper totalement I'ali- ton d'arrêt d'urgence. Carrêt d'urgence coupe mentation électrique. Cependant, les disjonc- généralement le tableau de commande. Toutes les teurs sur le circuit de puissance ne sont pas vannes reviennent normalement à leur position faits pour être arrêtés de facon intempes-

normale [le plus souvent normalement fermées]. tive : il y a des risques de formation d'arc élec

Cependant, il est préférable de fermer également trique, les appareils peuvent être endomma- gés ou leur durée de vie réduite,

les vannes d'arrêt manuelles. incidents peuvent en découler.

En cas d'incendie, le site doit être rapidement et totalement isolé. Les règles classiques s'appli- quent :

O protéger les personnes e t prévenir d'autres risques ;

.alerter les personnes compétentes ;

osecourir les personnes blessées éventuellement.

Gestion des arrêts Censemble des interventions programmées qui nécessite I'arrêt des installations, doit être géré de telle facon que la durée des arrêts, sur une année, soit la plus courte possible. En effet, chaque arrêt :

.nécessite le recours à des procédures d'arrêt et de redémarrage au cours desquelles le régime de fonctionnement est modifié brutalement ;

O est source d'incidents potentiels lors du redémarrage [enrichissement de la teneur en méthane du gaz, déséquilibres, modification des paramètres d'extraction et des consignes de réglage ...] ;

.est source de nuisances potentielles [émissions de gaz dans l'atmosphère] et de dangers [non collecte du gaz] ;

O constitue une perte en cas de valorisation du gaz.

Toutes les opérations fréquentes qui nécessitent I'arrêt de l'installation seront de préférence regrou- pées pour éviter de multiplier les arrêts. II ne faut pas hésiter à augmenter la fréquence d'un contrôle. Un nombre suffisant de personnes sera mobilisé pour que la durée de I'arrêt soit aussi courte pos- sible. Ces opérations devront être soigneusement planifiées, notamment lorsque le recours à des entreprises extérieures est prévu. Inversement, la présence de nombreuses personnes peut être une source supplémentaire de problèmes, chaque intervention devra être gérée pour éviter la gêne mutuelle. La présence d'un superviseur est conseillée.

Les arrêts des installations d'extraction pour cause d'entretien ou de dysfonctionnement se tra- uisent par des émissions de biogaz dans l'atmosphère, e t des pertes en cas de projet de valorisation.

Ces arrêts doivent être limités autant que possible grâce à un programme de maintenance approprié.

B- Démantèlement des puits non productifs

' Pour les sites et casiers les plus anciens, la diminution de la production de biogaz conduit à une aug- mentation de la concentration en air, e t les objectifs de niveau [production ... concentration] de méthane ou d'oxygène peuvent devenir très difficiles à atteindre, avec des fluctuations importantes conduisant à des situations de risque [entrée d'air dans la masse des déchets susceptible d'alimenter un feu interne].

Les puits qui délivrent encore un faible débit de méthane ne peuvent être purement et simplement fer- més. Il peut être nécessaire de modifier la vanne de réglage en passant sur un diamètre plus petit, pour pouvoir réguler dans une plage de débit d'un ordre de grandeur inférieur. Pour ces puits peu pro- ductifs, on peut admettre une très légère surpression indiquant l'absence d'entrée d'air, la faible ouver- ture de vanne laissant néanmoins passer le biogaz résiduel vers le système de collecte.

Exploitation . - . . - -

CONDUITE II s'agit d'une maintenance dite de " routine " avec des interventions quotidiennes e t des interventions programmées à des échéances régulières.

ORGARIISATION -- DE .-.. LA -.- . CONDUITE

La conduite quotidienne comprend notamment les opérations suivantes : aconsigner les relevés sur la fiche de suivi journalière ; a réaliser les contrôles et vérifications préconisés dans le manuel de conduite ;

a décider des interventions à réaliser. D'autres opérations sont à programmer à échéance régulière, en fonction du programme de conduite :

a recalibrage des appareils de mesure ; a inspection complète de l'unité d'extraction - incinération ; l inspection du site ; a relevés e t réglage des vannes puits par puits, ou casier par casier.

CAPTAGE ET COLLECTE - 9\""' $f Pour des sites de

&- Inspection visuelle du site & grande taille, l'inspection peut

2 s'effectuer à l'aide d'un véhi-

Cinspection réqulière du site permet de détecter : cuie. Cependant, rien ne rern- -

l les problèmes d'étanchéité : fissures, état place l'inspection directe car on ne peut pas tout voir,

de la végétation ... ; entendre et sentir de I'inté-

a l'état des équipements [têtes de puits] ; rieur d'un véhicule. a la présence de bouchons de condensats.

B- Réglage du réseau de dégazage

Objectifs Le système de dégazage doit être réglé régulièrement pour maintenir ses performances (qualité du gaz, taux de captage]. Des réglages irréguliers auront des effets importants sur la qualité du gaz, le taux de captage. les fuites de gaz.

Causes de dérives Les causes de dérives sont multiples :

a conditions du système d'extraction ; l conditions climatiques : la variation de la pression atmosphérique qui s'exerce sur les parois du casier [couverture e t parois latérales] modifie la pression de gaz dans le casier ; a perméabilité de la masse des déchets ; a évolution du processus de biodégradation (augmentation ou diminution du débit] ; a perte de charge dans les canalisations ; a apparition ou disparition des condensats.

Principes de réglage Le réglage est basé sur :

a l'équilibrage du réseau de dégazage [réglage aéraulique], à partir de mesures de pression réa- lisées par sous-réseaux ou par troncons ; a le réglage puits par puits basé sur des mesures de qualité du gaz.

Les mesures sont réalisées le plus souvent avec des appareils de mesure portables. Des points de contrôle et réglage peuvent être ajoutés en différents endroits clés : casier, embranchement, extrémité d'un collecteur important ... Ces points comportent :

a une vanne de réglage ; a un piquage de mesure en amont.

Les mesures doivent être réalisées avec précision, de facon complète et régulière et consignées dans un registre. 133

Méthodes de réglage selon les types de réseau Les réseaux de type (< artère )) avec une canalisation de transport de gros diamètre génèrent t rès peu de pertes de charges. Ils sont peu sensibles aux variations. Le réglage puits par puits basé sur la qua- lité suffit. II convient néanmoins de vérifier régulièrement la perte de charge au long de la canalisation, pour détecter d'éventuels points d'engorgement. De même, les réseaux de type (( pieuvre » peuvent être réglés à partir de la mesure de la qualité puits par puits. Les réseaux de type <( ramifié » sont beaucoup plus sensibles à ces variations. Avant de procéder au réglage puits par puits, chaque troncon ou sous-réseau doit être réglé en fonction de la dépression. De même, pour les réseaux de type mixte [artère principale + sous-réseaux en <( pieuvre )) par casier] : chaque sous-réseau est réglé sur la dépression de consigne, avant de procéder au réglage puits par puits.

Limitation de l'amplitude de réglage Le réglage réalisé sur un seul puits ou sur un seul troncon modifie l'ensemble de l'équilibre du système : si la dépression est augmentée sur un puits, son rayon d'influence s'accroît, celui des puits voisins en est modifié. II est donc recommandé de limiter les variations de consigne : maximum + 20 % à la hausse, - 30 % à la baisse, et de réitérer l'ensemble du réglage fréquemment. Ainsi, lorsque la fréquence de réglage est mensuelle, il est nécessaire de revenir un ou plusieurs jours plus tard pour effectuer un second réglage.

Artère

Pieuvre

Ramifié

Mixte

Procédure de réglage desvannes Dans le cas de vannes à réponse linéaire, le réglage peut être mené de la facon suivante

&o0 Réglage final dans la plage de linéarité de la caractéris- - tique de vanne Réglage initial x ~ara-mètre initial/objectif

Dans le cas de vannes à caractéristique non e Vanne ouverte à 7 0 %

linéaire [AP proportionnelle à l'ouverture], il Teneur CH, : 4 0 %

faut faire intervenir la courbe caractéristique : Objectif : 5 0 % Teneur CH,/objectif = 0 ,8

lire sur la courbe le réglage permettant d'obte- => ouverture de la vanne à 7 0 % x 0 ,8 = 5 6 nir un débit réduit à 80 % du débit initial par rapport à I'ouverture initiale de la vanne.

Oui

Oui

Oui

Oui

Teneur en méthane [consigne : 45 %)

Non

Non

Oui

Oui

Ouverture de la vanne avant réglage

Oans la pratique, pour éviter de faire les calculs sur le terrain, on a recours à des abaques qui permettent d'ajuster rapidement le degré d'ouverture de la vanne. Exemple [pour une caractéristique de vanne donnée, et une consigne de réglage de 4 5 %de méthane] :

mesure sur puits : 5 1 %, ouverture de la vanne : 7 0 % - > augmenter I'ouverture à 8 0 % ; mesure sur puits : 33 %, ouverture de la vanne : 5 0 % ->diminuer I'ouverture à 4 0 %.

II arrive souvent que l'on ne dispose ni de vannes à caractéristique linéaire, ni de la courbe caractéris- tique, ni même d'indicateur de position. Dans ce cas, il est nécessaire de procéder par itérations répé- tées fréquemment, avec de faibles variations à chaque fois.

Relevés de mesures Lors de chaque réglage [par sous-réseau ou par puits], on consignera les informations sur un registre. Les données qui doivent figurer sont les suivantes :

Données générales : a nom de la personne qui effectue le contrôle ; a date ; a conditions météorologiques [température, précipitations, pression atmosphérique)

Données mesurées par puits : a heure ; a concentrations en CH4 ,- CO2 - O2 avant réglage ; aternpérature du gaz ;

a pression avant e t après réglage ; a débit de gaz [vitesse ou AP selon l'instrument de mesure utilisé] avant réglage ; a degré d'ouverture de la vanne avant et après réglage ; a remarques particulières [problèmes de mesure, état des équipements, présence de bou- chons de condensats ...].

Calculs à réaliser par pu~ts ou par sous-réseau : ateneur résiduelle en azote, rapport N2/02 , $ II est important de a rapport CH,/C02 8 consigner des informations

D'autres mesures peuvent être nécessaires [concentrations (D aussi exhaustives que pos-

en CO, en H2S .). sible. Une donnée isolée qu'il n'est pas possible de recouper

B Équilibrage aéraulique

n'a guère de signification. lm Objectifs Les dérives du système de dégazage modifient les débits, donc également les pertes de charges, et l'équilibre général du réseau peut s'en trouver affecté. Le réglage sur la dépression permet d'équilibrer le réseau sur le plan aéraulique [contrôle des pertes de charges].

Consigne La consigne de dépression pour chaque troncon, sous-réseau ou casier, est à déterminer en fonction du nombre de puits, des longueurs de canalisations, des débits de gaz, etc : elle doit être suffisante pour permettre d'assurer une dépression en entrée de chaque puits. Le réglage consiste à mesurer la pression en amont immédiat de la vanne de réglage du troncon concerné, e t à ajuster l'ouverture de la vanne en fonction de la mesure et de la consigne.

B- Réglage des puits

Objectifs Le réglage par puits permet d'adapter I'extraction à la production. En principe, une concentration basse en méthane indique que l'extraction est trop importante. Elle peut aussi indiquer l'existence d'une prise d'air.

Consigne de réglage La méthode la plus utilisée de réglage des vannes est basée sur la mesure de la concentration [CH, ou 02). La régulation consiste à ajuster le degré d'ouverture de la vanne pour s'approcher, de facon itérative, du point de consigne.

P 'Réglages sur débit de gaz

Le réglage du système de dégazage et la détection des entrées d'air ne doivent pas être basés uni- quement sur la dépression ou la concentration, mais également sur le débit.

Exemple de réglage mBililq 1) État initial

Dans ce t exemple : O le puits n O l présente une for te teneur en oxygène, mais c'est le puits n02 qui contribue le plus à augmenter la concen- tration globale ; O pour réduire le débit d'air de facon significative en ne jouant que sur le puits 1, il faut réduire t rès fortement le débit, avec le risque de déséquilibrer l'ensemble du système. O en réglant le puits n02, le débit d'oxygène diminue plus for- tement ; O la diminution la plus importante est obtenue en réglant les deux puits à la fois.

En l'absence de mesure de débit. ce diagnostic n'aurait pas pu être réalisé. Les mesures de débit peuvent être réalisées puits par puits, ce qui peut être contraignant lorsque les mesures sont fréquentes. Des mesures de débit par casier: sous-réseau ou troncon permettent d'obtenir une vision correcte du fonctionnement d'ensemble.

&- Purge des condensats $j\#S'

Les condensats doivent être régulièrement pompés e t &' Lors de ces opérations, tenir évacués selon la destination choisie. 8 compte du relargage de gaz explo-

Le fonctionnement des ouraes à condensats sera vérifié sifs [méthane] ou toxiques [CO"] 8 ., -

régulièrement : dissous dans les condensats. Le personnel devra être protégé de

O hauteur du joint d'eau ; faire l'appoint si nécessaire ; manière appropriée [gants,

• impuretés e t obstruction dans les canalisations ; masques ...] pour éviter tou t

ofonctionnement des purgeurs automatiques. contact cutané.

P- Fréquence des interventions

Détermination de la fréquence des interventions Elle dépend, notamment pour ce qui concerne le réglage des puits, étroitement des objectifs de I'ex- ploitant e t des contraintes propres au site. Elle sera ajustée progressivement en fonction des résultats obtenus. Les intervalles de réglage ne devraient pas descendre au-dessous de 3 mois. Une fréquence mensuelle permet le plus souvent d'obtenir les objectifs voulus, lorsque le site est convenablement étanché. En cas de projet de valorisation, où la teneur en méthane doit être élevée e t constante, la fréquence des réglages est de l 'ordre de la semaine.

$j\#S'

Réduction de la fréquence des interventions

Q Si pour respecter ces objectifs, les fréquences s'avèrent élevées [réglage quotidien sur certains sites en

2 vue de la valorisation du gaz], on pourra envisager : O une amélioration du système de dégazage en vue de réduire les fluctuations. Celle-ci peut passer par une étanchéification partielle [autour des têtes de puits] ou totale de la surface, ou des parois ; O l'automatisation de l'extraction du gaz. L'ajout de vannes de régulation asservies sur la teneur en méthane ou en oxygène peut s'avérer problématique : par exemple si l'on veut automatiser un sous-réseau éloigné de la baie d'analyse. On peut envisager d'asservir une partie du réseau à la dépression, ce qui permet de compenser, même en partie, les fluctuations imposées par les variations de pression du réseau principal.

b Conditions météorologiques

Froid extrême En conditions de froid extrême, les condensats peu- couverture neigeuse est une vent geler, même lorsque l'on a prévu un tracage et une mise hors gel. En cas de problème, réduire le 2 de gaz, les fissures, les zones plus débit de gaz jusqu'à la disparition du problème Si le * chaudes... Le meilleur moment est

gel se produit dans les canalisations enterrées, onx l'aube, lorsque les vapeurs visibles.

peut améliorer l'isolation thermique [apport de maté- riau a caractère isolant...].

Période sèche En période sèche, les parois et la couverture perdent leur caractère étanche, d'où des débits de fuites de gaz et d'entrées d'air accrus, ce qui impose de réduire le débit d'extraction, global ou par puits. On cherchera également à réparer et réduire les fuites.

Période chaude Ces problèmes surviennent aussi en période chaude. avec en outre des risques accrus pour les feux de sub-surface, des effets indésirables sur les équipements électriques et sur les canalisations [dila- tations]. Les chaleurs excessives affectent les performances de nombreux équipements et appareils, concus pour un fonctionnement nominal dans des plages de température déterminées. Au cours de ces période, l'exploitant doit être plus particulièrement attentif :

l aux risques d'incendie ; e à l'entretien du site [fauche des herbes sèches] ; l à la protection des équipements sensibles [ombre, ventilation...].

URIITÉ D'EXTRACTION ET D ' ~ N C ~ R ~ É R A T ~ O N

&- Fiche de suivi e t registre des interventions

Cexploitant établira une fiche de suivi [check-list] portant sur les paramètres de base à contrôler quoti- diennement. Elle comportera notamment les informations sur l'état de fonctionnement de l'installation (alarmes, incidents...], les conditions de température, de pression, la composition et le débit du gaz ... Une fiche de suivi est présentée en exemple page suivante. Le registre des interventions consignera l'ensemble des modifications apportées aux installations :

l travaux ;

l modification des paramètres de régulation.

B- Enregistrement

Lorsque certains paramètres sont enregistrés [température de combustion de la torchère par exemple], l'enregistrement [fichier informatique ou papier] permet de disposer d'un historique de fonc- tionnement de l'installation. Celui-ci est tenu à la disposition de l'inspecteur des installations classées. L'opérateur pourra s'appuyer sur cet historique pour remonter à l'origine de dysfonctionnements constatés.

II est important que la fiche de suivi soit remplie correctement: les données sont celles réellement observées, e t non supposées. Ne rien marquer lorsque la lecture n'a pas été faite. Même si une valeur peut sembler aberrante, la noter e t ajouter un com- mentaire.

ORGANISATION DE LA CAMPAGNE . - -- - - -

DES MESURES REGLEMENTAIRES D U GAZ ET DES FUMEES -- --- - - - - -- - -- - ---

Les mesures imposées par la réglementation sont effectuées par un laboratoire spécialisé. Pour la campagne de mesures, l'exploitant devra :

oprévoir un délai d'intervention [de l'ordre d'un mois] ; eindiquer la composition attendue (définition des plages de mesure e t du seuil de détection] ; eassurer un fonctionnement nominal du système de dégazage. Procéder à un entretien du réseau avant la campagne de mesures ; l purge des condensats ;

evidange des puits gaz ; *\us l • élimination des entrées d'air [têtes de puits, flexibles, Mesures manchons de dilatation ...] ; complémentaires • réglage des vannes de puits ; ~5

Cexploitant pourra utilement estabilisation du débit de gaz [soufflante en régime nominal] ; mettre à profit la présence du l mettre à disposition des utilités sur site [alimentation laboratoire oour : électrique stabilisée 5 kW environ] ; l valider le fonctionnement de

l sécuriser l'accès lorsque le camion laboratoire est sur sa baie d'analyse [CH,, CO,,

site [nuit] ; O,...] ; l mesurer certains

l adapter la disposition des lieux pour accès du véhicule, composants [N,, H2S, piquage pour échantillonnage avec raccord adapté, place mercaptans ...] ; pour installer le banc de mesure [solutions de barbotage...]. • mesurer les éléments

En outre, il faut compter des délais : traces.

l analyse sur site : 48 h au minimum ; l analyse en laboratoire [prélèvements en ampoules] ; l rédaction du rapport [de l'ordre du mois].

Lors d'une première analyse, il est conseillé de procéder à une analyse aussi exhaustive que possible [COV par espèce].

Analyses à effectuer pour chaque composé

GAZOEDECHARGE

1 CH, - CO, -O2 - N2 1 OUI 1 OUI 1 CPG ! 1 H,s 1 OUI 1 OUI 1 Ech + réactif + photométrie 1

'42

'420 OUI

RSH [mercaptans]

Chlore ionique

Fluor ionique

Chlore total

Fluor total

1 COV détaillés 1 1 1 CPG+ SM 1

OUI

1 1

1 Poussières 1 1 1 Filtration > 0.7 mm 1

Ech + réactif + photométrie

OUI

OUI

Soufre total

Bar. + chromato. Ionique

Bar. + électrodes specifiques

Wickbold

Wickbold

OUI 1 Wickbold

Siloxanes OUI

Métaux lourds volatils Barb. + SM

Ammoniac

FUMEES TORCHÈRE Bar. : barbotage de l'échantillon gazeux en solution CPG : chromatogra- phie en phase gazeuse S M : spectrométrie de masse : méthode de Wickbold

CO

s02

Chlore ionique [HCI]

Fluor ionique [HF)

Poussières e t imbrûlés

HCT [hydrocarbures totaux]

1 Ech + réactif + photométrie

OUI

OUI

OUI

OUI

OUI

Barb. + chromato. ionique

1 Pour les mesures du gaz. l'exploitant indiquera les concentrations attendues [moyenne, maximale].

Exemple

"Valeurs habituellement rencontrées sur des iSD ayant recu malaritairement des dechets muncipaux exploitées dans des conditions normales, et dotées d'un systéme de callecte du gaz concu et exploité dans les régles de l'art Les concentrations reelles peuvent s'écarter de ces plages habituelles pour de multiples raisons

Pour la valorisation, les concentrations mesurées sont à rapporter à la fraction méthane.

ENTRETIEN L'entretien recouvre toutes les actions de maintenance qui nécessitent un arrêt des installations

CAPTAGE ET COLLECTE --

% Maintenance générale

La maintenance du système de captage et collecte comporte : O la réparation des canalisations suites à des accidents, tassements, usure ... ; a la réparation ou le remplacement des composants [têtes de puits, flexibles de raccordement, vannes, purges ...] ; O l'excavation des canalisations endommagees et de leurs composants ; a la reprise ou la réinstallation des puits endommagés ; a la réparation des supports et ancrages des canalisations ; ale reprofilage des pentes des canalisations et de leurs supports.

B== Chasse aux fuites e t aux entrées d'air

Origine des fuites e t entrées d'air Divers problèmes peuvent survenir des blocages dus à l'accumulation de lixiviats ou de condensats, aux prises d'air, au tassement ; tout particulièrement pour les puits et drains horizontaux ou à chaque transition entre canalisation verticale e t canalisation horizontale.

De multiples origines pour les entrées d'air

Détection des fuites Les entrées d'air peuvent être détectées en comparant les mesures d'oxygène dans les puits et en dif- férents points de canalisations et au niveau de la soufflante. Les pertes de dépression constituent d'autres indicateurs, de même que les bruits de succion dans les puits. La détection des entrées d'air est d'autant plus facile que le gaz contient normalement peu d'air - typi- quement moins de 1 % d'oxygène. Ainsi, toute entrée importante sera aisément repérable.

Pour les systèmes enterrés, il est parfois nécessaire d'excaver une partie des canalisations pour ajou- ter des piquages de mesure.

Q\'""'

JoG Lorsque I'on ne parvient pas à localiser précisément la source d'un problème, on cherchera à iden- @ . .

@ tifier une zone dans laquelle il se produit [limites amont et aval]. On procédera à un sondage à mi-chemin et à un monitoring comparatif entre la limite amont, le sondage et la limite aval : pression, composition

l du gaz, etc. On doit ainsi identifier si le problème se situe entre l'amont et le sondage, ou entre le sondage et l'aval : réitérer alors la démarche [deuxième sondage entre le premier sondage et la limite amont ou aval selon le cas]. Par itération successive, on doit finir par localiser précisément le problème. Cette méthode permet d'éviter d'excaver de trop grandes longueurs de canalisations, mais peut être longue et fastidieuse. D'où la nécessité, lorsque I'on enterre les canalisations, de prévoir suffisamment de points d'accès [regards] - même s'ils ne sont pas équipés à l'origine de piquages de mesure.

Contrôle de l'étanchéité des parois Une inspection visuelle, combinée éventuellement avec

une campagne de mesure des concentrations en sur- Pour les sites couverts par géo-

face, permet de détecter les fissures, éboulements e t

autres points faibles de I'étanchéité [couverture e t dée aux bordures avec une géomem- brane sur paroi, les zones de bordure

parois] Une maintenance correcte de la couverture seront régulièrement inspectées.

peut éviter nombre de problèmes de gestion du gaz

Réparation des fuites Elles peuvent être réparées en :

:a réparation du système de l remplacant les équipements endommagés Des & collecte peut nécessiter l'arrêt de la entrées mineures peuvent être réduites en utili- 2 centrale drextraction, si la partie sant simplement des joints à base de silicone s endommagée ne peut pas être isolée [joints, filetages ...] ; par une vanne d'arrêt. Si possible,

- .

l modifiant les équipements les plus sensibles. Par ces interventions sont à prévoir en

exemple, l'étanchéité des têtes de puits peut être même temps que la maintenance de la centrale d'extraction.

améliorée en ajoutant des boulons de serrage ; l changeant ent ièrement les canalisations

anciennes ou abîmées, lorsque les entrées d'air

sont systématiques, nombreuses e t fréquentes. plutôt que de tenter de réparer chaque prise d'air

sans garantie de tenue dans le temps des réparations effectuées.

Autres remèdes Lorsque les réparations sont trop lourdes [équipements trop profonds...], les remèdes peuvent consister à : l réduire le débit d'extraction ;

l utiliser une autre extrémité du collecteur ; l purger le puits des lixiviats e t condensats ;

eabandonner le puits, en dernière extrémité.

b Travaux de reprise

Causes de remaniement du réseau Après sa construction, un réseau de collecte du gaz est souvent appelé à être remanié pour diffé-

rentes raisons :

econnexion de nouveaux casiers [renforcement ou doublement de la canalisation de t ranspor t du

gaz, ajout de canalisations, changement de puissance de la centrale d'aspiration ...] ;

etassements de terrain [inversion de pentes, détérioration de têtes de puits ...] ;

l détériorations d'équipements [puits obstrués, canalisations colmatées, dégradations par les

engins de chantier ...] ;

l évolution générale du site [modification du plan de circulation des engins, déplacement de la cen-

trale d'aspiration, extension ...] ;

l nouvelles contraintes [mise en conformité avec une nouvelle réglementation ou un nouvel ar rêté

préfectoral, projet de valorisation...].

Nature des travaux Le réseau évolue en permanence, en parallèle à l'évolution du site. Souvent, ce n'est qu'après la fin de l'exploitation qu'il possède sa forme définitive. Les travaux de reprise sont donc fréquents. Ils portent généralement sur :

O la réfection de têtes de puits ; O le déplacement des canalisations ; O l'ajout d'organes de régulation ; O ainsi que sur l'amélioration du confinement aux gaz.

Contraintes Si les travaux de reprise sont inévitables, ils génèrent néanmoins des contraintes diverses qu'il convient de réduire au mieux :

O diminution du taux de collecte du gaz durant la période des travaux ;

O émanations de gaz dans l'atmosphère, risques e t nuisances ;

O non disponibilité du gaz [en quantité], dégradation de la qualité (entrées d'air]

Ils peuvent être réduits si la conception du système de dégazage intègre, dès sa conception, des pos- sibilités d'évolution importantes, et des possibilités d'intervention peu perturbantes [possibilité d'isoler des troncons, gestion casier par casier...].

CONDITIONNEMENT

& Unité d'extract ion +O* $ Lors des opérations d'entretien

Le manuel de maintenance fourni par le constructeur .$ du compress,ur, ne pas oublier les recommande les InterVentiOnS programmées e t les " recommandations générales d'isole- fréquences : ment : coupure e t verrouillage de I'ali-

O remplacement des joints ; mentation électrique, absence de pression.

O appoint d'huile, vidange, renouvellement de l'huile selon la qualité indiquée par le constructeur ;

O vérification du purgeur automatique ;

O détection de fuites. La détection de fuites peut être réalisée en isolant le compresseur d'air, e t en surveillant une éventuelle baisse de pression. Les fuites peuvent être repérées par un liquide savon- neux ou un équivalent du commerce ;

O nettoyage du filtre ;

O entretien des soupapes e t pistons ;

ocontrôle de la tension de la courroie. Vérifier qu'elle n'est pas abîmée ou usée. Garder un jeu de remplacement en secours ;

O contrôle du moteur e t du volant ;

O contrôle du fonctionnement des appareils de sécurité [soupape, pressostat, thermostat ...]

B- Unité d'incinération

L'entretien des torchères vise à :

O maintenir une pression d'alimentation en gaz constante ;

O assurer le réglage de l'air et du brûleur, maintenir en état le circuit d'allumage pilote ;

O prévenir la formation de condensats.

La vitesse du gaz, sa qualité, les conditions de mélange et de température de flamme, sont les facteurs clés de la combustion. La majorité des problèmes de torchère pro- vient de faibles teneurs en méthane.

cause principale d'usure des

a torchères ést due aux contraintes " thermiques. Une température exces- sive ou une mauvaise combustion finissent par provoquer une décolora- tion e t une déformation de la t o r chère. La température ne doit donc pas dépasser durablement le niveau requis pour une bonne combustion. d

Exploitation -.. .

b Appareils de mesure e t d'analyse

Recalibrage L'utilisateur doit régulièrement recalibrer ses appareils de mesure (contrôle de la pleine échelle], avec une bouteille de gaz étalon dont la composition est proche de celle du gaz à analyser. Si I'appareil ne comporte pas de fonction de recalibrage automatique [analyseurs en poste fixe], I'utili- sateur procédera au recalibrage avant toute utilisation [analyseurs portables]. En pratique, .il est conseillé de recalibrer I'appareil au moins une fois par mois.

Étalonnage Selon les recommandations du fabricant, un analyseur de gaz portable est à étalonner tous les 6 mois environ (réglage sur plusieurs points de contrôle]. Cette opération s'effectue en laboratoire par le fabricant. Celui-ci contrôle en outre toutes les fonctions de l'analyseur [y compris la cellule baromé- trique le cas échéant]. Un certificat d'étalonnage est alors établi et joint à I'appareil. II indique la prochaine date d'étalonnage. Les débitmètres sont également à étalonner en fonction des spécifications du constructeur

Entretien On veillera à remplacer filtres e t joints régulièrement, à vérifier l'étanchéité de I'appareil conformé- ment aux préconisations du constructeur.

) Auxiliaires e t ut i l i tés

Compresseur d'air Le compresseur d'air doit être entretenu correctement pour que l'ensemble des dispositifs de com- mande e t de sécurité qui en dépendent puisse fonctionner. La nature des interventions est similaire à celle requise par le compresseur de gaz.

Contrôle commande, alimentation électrique Les équipements de contrôle commande doivent être régulièrement inspectés, contrôlés et testés. Bien qu'ils ne comportent pas de pièces d'usure, ils sont néanmoins susceptibles d'être endommagés [sur-tensions par exemple). Relais, disjoncteurs, appareils informatiques feront l'objet d'une maintenance appropriée : nettoyage, vérification des connexions e t resserrage ... Tous les organes, tels que pressostats, thermostats et autres capteurs, sont à ré-étalonner et à tes- ter [fil à fil] une fois par an.

Exploitation

RECAPITULATIF DES PRINCIPALES OPERATIONS DE MAINTENANCE ET D'ENTRETIEN

* : opération necessitant le recours a du personnel specialise

A . adapter en fonction des consignes du distributeur

ents filtrants Trimestrielle

Vérifier les équipements soumis a la réglementation ; Selon réglementation des appareils à pression (contrôle de l'épaisseur par détection ultrason]. Les parties de réservoirs e t canalisations situées au-dessous du niveau liquide de condensats seront plus particulièrement examinées

COMPRESSEUR

Contrôler l'étanchéité des garnitures, coussinets et des joints d'étanchéité. Changer de garnitures si celles-ci restent fuyardes

UNITE D'EXTRACTION

Controler l'étanchéité des clapets anti-retour. Les fuites peuvent parfois être repérées par le bruit, par une pression de refoulement insuffisante ou par une température trop élevée.

Contrôler la perte de charge de l'arrête-flamme. En cas de perte de charge trop importante, changer I appareil. Prévoir un arrête-flamme dans la liste des équipements en stock, ainsi qu'un ieu d'étoupe. La pose d'un arrête-flamme nécessite des compétences adaptées, e t les spécifications du constructeur doivent être scrupuleusement respectées.

Contrôler les thermostats et pressostats

UNITE D'INCINERATION

Contrôler les matériaux réfractaires, remplacer les éléments endommagés [surchauffe ...]

Régler la température de combustion

Régler l'alimentation en air comburant

Contrôler les vérins de réglage de l'air comburant

Contrôler le circuit pilote d'allumage

UTILITÉS ô AUXILIAIRES

Nettoyer le circuit e t les organes d'air commande

Vérifier les fuites d'air commande

Nettoyer les panneaux électriques, surtout dans les atmosphères poussiéreusesousèches

Annuelle ou trimestrielle

A

A *

Annuelle*

Annuelle ou bi-annuelle*

Trimestrielle*

Trimestrielle*

Trimestrielle*

Trimestrielle *

A

A

Annuelle

B I B L I O G R A P H I E

PRINCIPALES SOLIRCES UTILISEES POLIR L'ÉLABORATION DE CE GUIDE

En Francais

ANCEL P. e t al, 1999. Le biogaz et sa valorisation : guide méthodologique. Ed ADEME-GDF, Paris

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COUTURIER C. e t MEIFFREN l., 2001. La valorisation du biogaz en Europe : contexte réglementaire, fiscal, économique e t politique. Ed. SOLAGRO pour I'ADEME e t GDF, Paris.

En Anglais

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