Rhéologie et mécanique des fluides pour la valorisation des biodéchets par méthanisation

 

Caractérisation rhéologique et mécanique des fluides, de suspensions hétérogènes à base de biodéchets, en vue d’optimiser le pilotage ou de dimensionner de nouveaux procédés industriels de valorisation plus efficients et moins énergivores.

 

Injection d’air dans un fluide à seuil permettant de visualiser les zones de recirculation lors de l’agitation pneumatique dans un digesteur anaérobique de méthaniseur.

 

 

Objectifs

Ce projet de recherche s’inscrit dans le cadre du plan national de réduction et de valorisation des déchets. Il vise à comprendre la rhéologie et le comportement sous écoulement des biodéchets pour faciliter leur valorisation. Les méthodes envisagées incluent la méthanisation en voie liquide ou épaisse ainsi que la co-digestion avec des boues de station d'épuration (STEP). Ces techniques offrent un potentiel significatif pour la production de biogaz, apportant des bénéfices substantiels sur les plans énergétique, agronomique et économique.

L'objectif principal est de comprendre le comportement rhéologique et les dynamiques d'écoulement de ces suspensions riches en fibres et/ou morceaux dans des matrices fluides non-Newtoniennes. On se focalise sur l'influence de la composition et de la structure des biodéchets sur ces phénomènes.

Les retombées attendues incluent l'optimisation du pilotage des installations actuelles et des outils de dimensionnement de nouveaux procédés. De plus, elles devraient enrichir notre compréhension des mécanismes d'écoulement concernés, essentiels pour améliorer l'efficacité des processus de valorisation.

Résultats

• Un rhéomètre de grandes dimensions [1] permettant la caractérisation de suspensions hétérogènes centimétriques pour la méthanisation.
• Modélisation des écoulements générés par agitation pneumatique dans des digesteurs anaérobiques [2-5].
• Protocoles de mesures et outillages spécifiques pour la caractérisation rhéologiques de boues de STEP [6].

Références

1.  V. Ruys, « Rhéologie des résidus agricoles pour un procédé multi-étapes de méthanisation en voie sèche multi-étapes » (2016). Thèse Université Grenoble Alpes.
2.  A. Hojeij, Laurent Jossic, Albert Magnin, Didier Blésès and Stéphane Hattou, “Gas injection in a yield stress fluid.” AIChE J. 66 (4) (2020) e16878.
3.  A. Hojeij, L. Jossic, P. Séchet, C. Bonamy, A. Magnin, S. Hattou, “Experimental study and numerical modeling of mixing by air injection in yield stress fluids using the OpenFOAM software.” AIChE J. 68 (2) (2021) e17442.
4.  A. Hojeij, L. Jossic, P. Séchet, A. Magnin, S. Hattou, “Agitation of yield stress fluids by gas injection.” AIChE J. 68 (4) (2022) e17562.
5.  L. Jossic, P. Séchet, A. Magnin, A. Hojeij, S. Hattou, “Bubbles morphology, frequency and rising velocity in yield stress fluid under downward gas injection.” Chemial Enginering Journal Advances 16 (2023) 100527.
6.  A. Chitanu, “Caractérisation et compréhension de la rhéologie et physique des boues résiduaires et mélanges de biodéchets et boues résiduaires pour leur valorisation en digestion / co-digestion. » Thèse Mocopée.