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UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR ECOLE INTER-ETATS DES SCIENCES ET MEDECINE VETERINAIRES DE DAKAR (E.I.S.M.V.)

Année 2017

N° 42

FONCTIONNEMENT DU BIODIGESTEUR DE L’ABATTOIR DE DAKAR : IMPACTS ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTALS THESE Présentée et soutenue publiquement le 27 décembre 2017 à 9 heures devant la Faculté de Médecine, de Pharmacie et d’Odontologie de Dakar pour obtenir le grade de

DOCTEUR VETERINAIRE (DIPLOME D’ETAT) Lawali BARMINI AKOURKI Né le 20 Décembre 1989 à Tahoua (NIGER) JURY

Président :

Directeur et Rapporteur de thèse :

Membre :

Co-directeur de thèse :

M. Amadou DIOP Professeur à la Faculté de Médecine, de pharmacie et d’odontologie de Dakar M. Serigne Khalifa Babacar SYLLA Maître de Conférences Agrégé à l’E.I.S.M.V. de Dakar M. Oubri Bassa GBATI Maître de Conférences Agrégé à l’E.I.S.M.V. de Dakar Dr Lamine NDIAYE Directeur Thecogas Senegal SARL


DEDICACES AU NOM DE DIEU, CLEMENT ET MISERICORDIEUX !!! JE RENDS GRACE A ALLAH, LE TOUT PUISSANT, LE MISERICORDIEUX,MAITRE DE L’UNIVERS, L’OMNIPOTENT ET L’OMNISCIENT. JE DEDIE CE MODESTE TRAVAIL A mes Parents, monsieur Barmini AKOURKI et madame BARMINI AKOURKI née Beatrice Nana Mariama AHAMED pour tous les sacrifices consentis à mon égard afin que je puisse mener à biences études. Vous avez toujours cru en moi et avez su m’inculquer le sens du devoir, de la responsabilité, de l’honneur et de l’humilité. Je ne pourrais jamais vous rendre ce que vou savez fait pour moi. Les mots me manquent pour vous exprimer ma reconnaissance, mais j’espère que vous trouverez dans ce modeste travail, un réel motif de satisfaction. Sachez que vos efforts ne resteront pas vains. Qu’ALLAH nous prête longuevie. Amine. A mes Frères et Sœurs. Issifi, Mamidou, Moutala, Omar(In memorium) , Bawa, Haoua, Abdoulay, Sam ,Doumachi, Moise, Yahaya, Ibou, Nafissa, Alio, Yaou, Fatima, Zara, Aichatou, Touwani, Djibril ,Gambo, Rachide, Habiba ,Yasmina. Malgré nos petits tiraillements, vous avez su être à mes cotés dans les moments difficiles. Merci pour toute l’attention et l’affection dont vous m’avez entouré. N’oubliez jamais, nous constituons les uns pour les autres un soutien quoi qu’il advienne. A ma Grande Mère : HADJIA MIREILLE, ce travail est le vôtre. Que Dieu vous garde longtemps en vie et en bonne santé. A la mémoire de mes Grands Parents paternels et de mon Grand Père maternel. Qu’Allah vousaccordele repos éternel dans sa grande miséricorde. Amine ! I


A mes oncles et tantes, et à tonton. Ce travail est aussi le vôtre. Merci pour tout. A mes cousins et cousines A mes neveux et nièces A ma famille de Douthi (AREWA GUIDA) et de Tanoute, A mes familles de Dakar, particulièrement la famille Javel NDIAYE . Vous avez su me réconforter dans mes moments de nostalgie. Je me suis senti comme à lamaison. Merci et que Dieu vous bénisse. A Dr Saliou ABDOULEY, Dr Sahidi ADAMOU, Elysabete DEMBELÉ et Sokna BOYE . Vous avez su être à mes cotés et me soutenir dans mes moments de tristesse, de joie, de stress. Merci pour le temps passés ensembles. A mes frères de combat : Ahmadou SAMBO, Safiatou LAWAN BARMA, Amadou YAHAYA. A mes camarades du lycée : Laway TULGEAT, Oumarou ABDOUL KIRIM DJIBAGE, Abdoul Wahab MOUSSA GUERO A tous les membres du programme PAM 2016-2017 A mes promotionnaires nigériens, pour toutes ces années passées ensemble à l’EISMV. Je vous souhaite beaucoup de chance dans la vie professionnelle. A mes amis et collègues, Dondolo , Brino Yoba , DAN LADI, Issaka Djibo . A Kader ISSOUFOU pour l’instruction religieuse et les conseils. A mes filleuls Aida ISSAKA GARBA, Fatou SAYE , Rozario TRAORE et Yassine TALL II


A toutes mes connaissances de l’EISMV A mes collègues du British Council A tous mes frères et sœurs de l’Amicale des Etudiants Vétérinaires Nigériens de Dakar A l’AMINESS A la 44ème promotion de l’EISMV, A notre professeur accompagnateur, madame Rianatou BADA ALAMBEDJI, A tous les enseignants de l’EISMV, A tout le personnel de l’EISMV, A mon pays le Niger, A mon pays d’accueil le Senegal,

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MES SINCERES REMERCIEMENTS

- Pr Yalacé Yamba KABORET , Directeur de l’Ecole Inter-Etats des Sciences et Médecine Vétérinaire de Dakar ; - Pr Serigne Khalifa Babakar SYLLA notre directeur de thèse -

Pr Moussa ASSANE

- Pr Madame Rianatou BADA ALAMBEDJI -

Pr Serge Niangoran BAKOU

- Pr Oubri Bassa GBATI - Pr Gualbert Simon NTEME ELLA - Pr Mireille KADJA WONOU - Enseignants de l’EISMV ; - A M. Théophraste LAFIA - A mon ami Dr IBRAHIM YAHAYA Mahamadou Nazirou -

A l’AEVD

- A l’AMINESS - A Ma patrie le Niger (reconnaissance) - A l’Ambassadeur du Niger et son equipes - A ma Famille ; - A mes amis (e)

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A NOS MAÎTRES ET JUGES A notre Maître et Présidente de jury, Monsieur Amadou DIOP, Professeur Médecine, de Pharmacie, et d’Odonto-Stomatologie de Dakar. Vous nous faites un grand honneur en acceptant de présider notre jury de thèse. La spontanéité avec laquelle vous avez répondu à notre sollicitation nous a beaucoup marqué. Trouvez ici l’expression de nos sincères remerciements et de notre profonde gratitude. A notre Maître, Rapporteur de thèse, Monsieur Serigne Khalifa Babacar SYLLA, Maitre de conférences agrégé à l’EISMV de Dakar. Vous nous faites honneur de diriger et rapporter notre travail avec beaucoup de patience. Vos qualités humaines et d’homme de science suscitent respect et admiration. Soyez rassuré, Professeur, de notre sincère reconnaissance. A notre Maître et Juge, Monsieur Oubri Bassa GBATI, Maitre de conférences agrégé à l’EISMV de Dakar. Votre présence dans notre jury nous honore, car vous avez accepté d’en faire partie malgré vos occupations. Votre sympathie et votre rigueur nous ont profondément marqué. Sincères remerciements. A notre Co-directeur de thèse, Monsieur, Thecogas Senegal SARL.

Lamine NDIAYE, Directeur

C’est grâce à votre participation que ce travail a pu être réalisé. Vous nous avez suivis tout au long de notre étude. Votre disponibilité et votre humilité nous ont fascinés. Veuillez trouver ici l’expression de notre reconnaissance.

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« Par délibération, la Faculté de Médecine, de Pharmacie, d’Odontostomatologie et l’Ecole Inter-Etats des Sciences et Médecine vétérinaires de Dakar ont décidé que les opinions émises dans les dissertations qui leur sont présentées, doivent être considérées comme propres à leurs auteurs et qu’elles n’entendent leur donner aucune approbation ni improbation. »

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Listes de figures Figure 1 : processus de la méthanisation ............................................................. 8 Figure 2 : Comparaison d’un mètre cube de biogaz à d'autres combustibles ... 10 Figure 3 : Carte de l’abattoir de Dakar .............................................................. 28 Figure 4 : Fosse de pré-mélange ........................................................................ 30 Figure 5 : Digesteur (production de biogaz et stockage) .................................. 31 Figure 6 : Salle machine de Thecogas ............................................................... 31 Figure 7 : Zones sous l’influence des vents dominants ..................................... 35 Figure 8 : Analyseur de gaz ............................................................................... 36 Figure 9 : Répartition des dépenses énergétiques de la sogas entre 2014 et 2015. .................................................................................................... 42 Figure 10: Volume d’eau utilisée et volume d’eau chargée au niveau de l’abattoir de Dakar ............................................................................................... 45 Figure 11: Perception des nuisances olfactives au niveau de l’abattoir de Dakar . ............................................................................................................. 46

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Liste des tableaux Tableau I

: Liste des indicateurs utilisés pour évaluer les performances du biodigesteur. ................................................................................ 34

Tableau II

: Coûts d’achat du biodigesteur et des accessoires ..................... 38

Tableau III

: Nature et puissance des installations de la SOGAS. ................ 39

Tableau IV

: Consommation et dépenses de la SOGAS en énergie de 2012 à 2015 ............................................................................................. 41

Tableau V

: Recettes liées à la vente du digestat .......................................... 43

Tableau VI

: Caractérisation des eaux usées de la SOGAS ........................... 44

Tableau VII : Taux de H2S et CO2 traité par le raffinage du biogaz dans la bâche et du biogaz avant utilisation ............................................ 46

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LISTE DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES %

:

Pourcentage

AL2 (SO4)3 :

Sulfate d’aluminium

CH4

:

Méthane

CIRAD

:

Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement

CO2

:

Dioxyde de Carbone

DBO5

:

Demande Biochimique en Oxygène en 5 jours

DCO

:

Demande Chimique en Oxygène

EISMV

:

École Inter États de Sciences et Médecine vétérinaires

FeCl3

:

Chlorure ferrique

FeClSO4

:

Chloro-sulfate ferrique

FeSO4

:

Sulfate ferreux

H2S

:

Hydrogène sulfuré

kcal

:

Kilo calorie

kG

:

Kilogramme

kpa

:

Kilo pascal

kva

:

Kilo volt ampère

kWh

:

Kilowatt heure

LPDSE

:

Lettre de Politique de Développement du Secteur de l’Énergie

mm

:

Millimètre IX


MES

:

Matière en suspension

mWh

:

Megawatt heure

NH3

:

Ammoniac

O2

:

Oxygène

ONAS

:

Office National de l'Assainissement du Sénégal

pH

:

Potentiel Hydrogène

PNB-SN

:

Programme National de Biogaz Domestique

ppm

:

Partie par million

SERAS

:

Société d'Exploitation des Ressources Animales au Sénégal

SOGAS

:

Société de Gestion des Abattoirs du Sénégal

SENELEC :

Société sénégalaise d’électricité

FCFA

franc de la communauté financière d’Afrique

:

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TABLE DES MATIERES INTRODUCTION .............................................................................................. 1 PREMIERE PARTIE : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE.......................................... 4 CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE BIOMÉTHANISATION ................................ 5 I-1- Définition de la biométhanisation ...................................................... 5 I-2-Principe de la méthanisation.................................................................. 6 I-3-Produits de la méthanisation ................................................................. 9 I-3-1- Composition du biogaz ....................................................................... 9 I-3-2- Valeur énergétique du biogaz ............................................................. 9 I-3-3- Modes de valorisation du biogaz ...................................................... 10 I-3-4- Digestat ............................................................................................ 11 I-3-4-1-Valeur agronomique du digestat ................................................. 11 I-3-4-2-Amélioration des propriétés du sol ............................................. 12 I-4-Paramètres physico-chimiques de la méthanisation..............................12 I-4-1- Température de digestion................................................................. 12 I-4-2- Potentiel Hydrogène pH.................................................................... 13 I-4-3- Homogénéité de substrat ................................................................. 13 I-4-4- Concentration de matière organique dans les substrats ................... 14 I-5-Méthanisation dans le monde...............................................................14 I-5-1- En Europe ......................................................................................... 14 I-5-2- En Asie .............................................................................................. 15 I-5-3- Aperçu et statut de la technologie du biogaz en Afrique .................. 15 I-5-4- Expérience sénégalaise ..................................................................... 16 I-6-Différents types de digesteurs...............................................................17 I-6-1- Type discontinu................................................................................. 18 I-6-2- Type continu .................................................................................... 18 CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES DECHETS ET LE TRAITEMENT DES EAUX USEES ............................................................................................................19 II-1-Approche d'une définition d'un déchet ................................................19 II-2-Déchets animaux d'abattoirs................................................................19 II-2-1-Nature des déchets........................................................................... 19 II-2-2-Déchets solides ................................................................................. 20 II-2-2-1- Matières stercoraires ................................................................ 20 XI


II-2-2-2-Cornes, onglons, os .................................................................... 20 II-2-2-3-Fumier ........................................................................................ 20 II-2-2-4-Autres types de déchets animaux ............................................... 20 II-2-3- Déchets liquides .............................................................................. 21 II-3-Traitement des eaux résiduaires ..........................................................21 II-3-1-Mesures internes .............................................................................. 21 II-3-1-1-Réduction de la charge polluante ............................................... 21 II-3-2- Mesures externes ............................................................................ 22 II-3-2-1- Collecte des eaux usées ............................................................. 22 II-3-2-2- Prétraitements .......................................................................... 23 II-3-2-3- Procédés physico-chimiques...................................................... 24 DEUXIÈME PARTIE : PARTIE EXPÉRIMENTALE ................................................26 CHAPITRE I : MATERIEL ET METHODE ............................................................27 II-1- PRESENTATION DU CADRE D’ETUDE ..................................................27 I-1-1- Zone d’étude .....................................................................................27 I-1-2- Description du système de biométhanisation à l’abattoir de Dakar...29 I-2- Matériel ...............................................................................................33 I-3- Méthode ..............................................................................................33 I-3-1- Méthodologie d’enquête .................................................................. 33 I-3-2-Collecte des informations .................................................................. 36 I-3-3-Traitement et analyse des données ................................................... 36 CHAPITRE II : RESULTATS ET DISCUSSION ......................................................38 II-1- Résultats ...........................................................................................38 II-1-1- Détermination des coûts d’implantation et d’entretien du biodigesteur ............................................................................................... 38 II-1-2- Évaluation de l’impact économique du biodigesteur aux abattoirs de Dakar ..................................................................................................... 39 II-1-2-1-Besoins en énergie de l’abattoir ................................................. 39 II-1-2-2-Dépense et Consommation en énergie de l’abattoir avant et aprés l’implantation du biodigesteur ...................................................... 40 II-1-2-4- .... Autres impacts économiques de la méthanisation au niveau de l’abattoir ................................................................................................. 42 II-1-2-5- ..............................................Recettes liées à la vente du digestat. 42 XII


II-1-3- Impact environnemental du biodigesteur à l’abattoir .................... 43 II-1-3-1- ..................... Évaluation de la pollution organique des eaux usées 43 II-1-3-2 Traitement des eaux usées par le biodigesteur ........................... 44 II-1-3-3- ................................................ Impact sur la santé des travailleurs 45 II-2-DISCUSSION .........................................................................................47 II-2-1-Coûts d’implantation et d’entretien du biodigesteur ........................ 47 II-2-2- Analyse de l’impact économique de la biométhanisation à l’abattoir 47 II-2-3-Impact environnemental du biodigesteur dans l’abattoir ................. 49 II-2-3-1-Evaluation de la pollution organique des eaux usées ................. 49 II-2-3-2- .............................. Traitement des eaux usées par le biodigesteur 50 II-2-3-3-Impact sur la santé des travailleurs ............................................ 51 CONCLUSION.................................................................................................52 BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................52 ANNEXES .......................................................................................................52

XIII


INTRODUCTION

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INTRODUCTION Au Sénégal, le marché de l’énergie est caractérisé par la prédominance de deux types d’énergie : la biomasse et les produits pétroliers qui contribuent respectivement pour 52 et 43%. Le charbon, et le gaz naturel comptent ensemble pour 5%, alors que l’apport des énergies renouvelables demeure minime et ne dépasse pas 0,01% (SIE Sénégal, 2010). Dans ces conditions, une gestion efficace des produits pétroliers s’impose et la priorité devrait être -accordée davantage aux ressources énergétiques locales. Il s’agit de gérer plus rationnellement ces ressources afin d'en tirer le meilleur profit tout en préservant l'environnement. Le 26 juillet 2012, le gouvernement sénégalais a décidé d’inscrire sa démarche dans le cadre d’une nouvelle politique énergétique. Cette nouvelle politique justifie l’élaboration d’une nouvelle Lettre de Politique de Développement du Secteur de l’Énergie (LPDSE) adoptée en octobre 2012 dont la vision sectorielle est orientée vers un secteur énergétique caractérisé par une parfaite disponibilité de l’énergie au moindre coût possible et garantissant un accès universel aux services énergétiques modernes, dans le respect des principes d’acceptabilité sociale et environnementale. Parmi les objectifs de la LPDSE, il faut retenir le développement d’une politique mixte associant le thermique, le charbon, le gaz naturel et les énergies renouvelables en exploitant au mieux toutes les possibilités d’interconnexion régionale et sousrégionale. Le biogaz revêt, en outre, un cachet social inestimable, car contribuant à l’amélioration des conditions de vie de la femme rurale grâce à ses multiples utilisations ( Sokona, 1992). La méthanisation est un bio-processus exploitable. En effet, dans les procédés de méthanisation sont utilisés des déjections animales, les effluents des abattoirs et de divers résidus de récolte qui conduisent, d'une part, à la production de gaz appelé biogaz et d'autre part à la production d'un engrais organique appelé Digestat .Au Sénégal, l’élevage est l’un des principaux secteurs d’activités où 2


évoluent les plus pauvres. En effet il focalise 350 000 familles, soit un effectif de 3 millions d’individus concernés. Ce pays compte un cheptel national assez diversifié, estimé à 15 354 685 têtes en 2015. Le cheptel est dominé par les ovins environ 5 742 652 têtes soit 37,4% du cheptel, les caprins environ 4 898 145 têtes soit 31,9% et les bovins environ 3 362 680 têtes soit 21,9% du cheptel (Sénégal, 2015). Au vu de tout ce qui précède, cette étude a été menée dans l’objectif général d’analyser les impacts économiques et environnementaux de l’utilisation d’un biodigesteur aux abattoirs de Dakar. Il s’agit de façon spécifique de : 1. Déterminer des coûts d’implantation et de fonctionnement d’un biodigesteur de type industriel ; 2. Estimer des dépenses en énergie de l’abattoir avant et après l’implantation du biodigesteur ; 3. Évaluer l’impact environnemental du biodigesteur dans l’abattoir. Cette étude est structurée en deux parties. La première partie est une étude bibliographique qui fait le point sur l’état des connaissances sur les biométhanisation dans le monde et au Sénégal. La deuxième partie est consacrée à l’étude de terrain et s’intéresse à la présentation du milieu d’étude, la méthodologie, les résultats obtenus et les recommandations.

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PREMIERE PARTIE : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

4


CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE BIOMÉTHANISATION I-1-

Définition de la biométhanisation

La biométhanisation, appelée aussi méthanisation ou digestion anaérobie, est la décomposition de la matière organique en l’absence d’oxygène et dans des conditions de températures et de pH maîtrisées. C’est un processus naturel fait par diverses populations de micro-organismes présents dans une multitude d’environnements. Dans la nature, ce phénomène peut s’observer partout où il y a de la matière organique et une quantité insuffisante d’oxygène, comme dans les marais, les rizières et même dans le système digestif des mammifères et des insectes. Cette dégradation produit le biogaz, formé principalement de méthane et de CO2 (Görish et al, 2008). La production de méthane et la génération des gaz combustibles par la vase des marais sont connues depuis longtemps. Van Lemond découvre en 1630 que la fermentation de matière organique dégage un gaz inflammable. En 1776, Alessandro Volta démontre que le gaz émis par les marais est un combustible. En 1787, Lavoisier prouve que ce gaz inflammable est le « gas hidrogenium carbonatrum », ce même gaz qui sera appelé, à partir de 1865, méthane (Moletta et al, 2008). L’usage du biogaz est très ancien. Les Assyriens l’utilisaient pour chauffer les bains au Xème siècle. En Europe, les premières applications de la méthanisation sont apparues au milieu du XIXème siècle avec les premières stations d’épuration. Les eaux usées des villes sont collectées et évacuées dans les rivières. Cependant, cette solution est insuffisante, la fermentation des déchets entrainant un dégagement d’hydrogène sulfuré qui contamine les rivières. Des systèmes de décantation ont donc été installés de façon à récupérer les boues urbaines qui étaient ensuite valorisées sous formes de fertilisant. Il est possible de provoquer 5


leur fermentation en les plaçant dans des cuves fermées étanches à l’air. La fermentation produit du biogaz qui, dans un premier temps, sera utilisé pour l’éclairage public. Les plus anciens digesteurs connus sont ceux d’Exeter en Angleterre (1895) et de la léproserie de Matunga en Inde (1897). (Dupont, 2010). I-2-Principe de la méthanisation La méthanisation est un processus biologique qui décompose ou dégrade la matière organique par des microorganismes dans un milieu fermé dépourvu d’oxygène. Cette réaction entraîne la production de biogaz à partir du carbone supplémentaire contenu dans la matière organique. La fermentation conduite à l'abri d'air aboutit à la formation de biogaz composé de méthane (CH4) et d'autres gaz en proportion moindre comme le gaz carbonique (CO2), l’ammoniac (NH3), l'hydrogène sulfuré (H2S). L'ensemble de ces éléments compose le biogaz. La dégradation de la matière organique s’effectue en quatre opérations successives : l’hydrolyse,

l’acidogénèse,

l’acétogénèse

et

la

méthanogènes

(Bio-

TerreSystems, 2010). La première, l’hydrolyse est la transformation des molécules complexes (protéines, lipides, sucres) de la matière organique en molécules plus simples et solubles (acides aminés, glycérol, acides gras). Les bactéries responsables sont appelées des liquéfiantes fermentatives (Aubart, 1982) et sont constituées essentiellement du genre Clostridium (Marchaim, 1994). L’acidogénèse est la transformation de la matière organique hydrolysée en acides organiques (alcools, hydrogène, CO2). Elle est l'œuvre de bactéries acidogènes cellulolytiques. En fait, la cellulose constitue la nourriture principale des bactéries engagées dans la fermentation méthanique. Les genres Bacterium, Bacillus, Cellulomonas et Pseudomonas sont les plus rencontrés dans cette deuxième étape (Marchaim, 1994).

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Dans la phase d’acétogénèse, ces intermédiaires métaboliques (alcools) sont transformés en acétate, hydrogène et gaz carbonique grâce notamment à trois groupes de bactéries : les acétogènes productrices obligées d’hydrogène (qui sont des bactéries syntrophique), les bactéries homoacétogènes, et les bactéries sulfatoréductrices qui peuvent avoir une des fonctions précédentes. Les bactéries homoacétogènes sont divisées en deux groupes suivant l’origine de l’acétate. L’acétate peut provenir soit d’un substrat carboné, soit par la réduction du CO2 par H2. Les vitesses réactionnelles d’acétogénèse sont généralement lentes et soumises à des problèmes d’inhibition par la présence d’hydrogène qui modifie l’équilibre thermodynamique de la cinétique globale. Les bactéries dites syntrophique sont pour caractéristique d’effectuer des réactions dont les variations d’enthalpie libre standard sont positives. Dans les milieux naturels, pour pouvoir se réaliser, elles nécessitent une seconde bactérie qui élimine une des molécules produites, permettant ainsi de transformer une réaction endergonique en réaction exergonique et donc de générer l’énergie nécessaire aux micro-organismes. Dans la digestion anaérobie, c’est l’hydrogène qui est la molécule clé. Elle est produite par les bactéries syntrophes et consommée par des bactéries homoacétogènes, méthanogènes, hydrogénophiles et sulfato-réductrice (Moletta, 2002). La quatrième et dernière phase qui est non moins importante est la méthanogénèse proprement dite. Au cours de cette étape, les acides gras volatils (propionate, butyrate, valérate) sont réduits en acétates et en hydrogènes qui sont transformés à leur tour en méthane (CH4) et en gaz carbonique (C02). Les micro-organismes responsables appartiennent aux genres Mélhanobacterium, Melhanobacillus et Mélhanosarcina. Ces genres peuvent être présents dans le rumen des bovins et dans le sol. Au cours de sa production, le méthane (50 à 65%) est mélangé à du gaz carbonique (35 à 45%) et d’autres gaz en petites quantités (Görish, 2006). Ce mélange est appelé le biogaz. Le méthane est aussi un constituant du gaz naturel 7


(teneur d’environ 97% de méthane) (Camirand, 2007) et appartient à la catégorie des gaz à effet de serre.

HYDROLYSE

ACIDOGENESE

ACETOGENESE

METHANOGENESE

CH4+ CO2

H2 + CO2

Figure 1: processus de la méthanisation Source : Ndiaye (2012)

Si l'équilibre est rompu, il y a une accumulation d'acides et une inhibition de la formation de gaz méthane. Si l'équilibre est maintenu, le processus aboutit à la formation de biogaz et du digestat de qualité qui sont les principaux produits de la méthanisation.

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I-3-Produits de la méthanisation I-3-1- Composition du biogaz Le biogaz contient principalement du méthane et du gaz carbonique. La proportion de ces deux gaz dépend de la nature du substrat, et plus précisément de la proportion Carbone - Hydrogène - Oxygène - Azote (CHON). Un substrat riche en carbone et en Azote produit une forte proportion de méthane, jusqu'à 90%. Un substrat moyennement riche, comme la cellulose, produit un biogaz contenant typiquement 55% de méthane et 45% de gaz carbonique. Le biogaz ne contient pas que du méthane et du gaz carbonique en proportions variables. Des composés soufrés (H2S, mercaptans) et des composés azotés (ammoniac, azote) sont généralement présents dans le biogaz en faible quantité (<1000 ppm). De l’hydrogène, des produits intermédiaires de fermentation (alcools, acides, esters…), des siloxanes et des organochlorés sont également présents dans le biogaz à l’état de traces. La composition du biogaz peut donc beaucoup varier en fonction de la composition du substrat de départ, du type de fermenteurs et de la durée de fermentation (Dupont, 2010). I-3-2- Valeur énergétique du biogaz De tous les constituants du biogaz, le méthane (CH4) est le plus important et sa teneur dans le mélange détermine la qualité du biogaz. Selon Aubart (1982), plus la teneur en méthane du biogaz est importante, plus le biogaz est pur et de qualité meilleure. La teneur en méthane varie de 60 à 70% pour les déchets d'élevage et 75% pour les substrats graisseux (Marchaim, 1994). Le CH4 étant le principal constituant du biogaz, les propriétés de celui-ci sont donc étroitement liées à celles du méthane. Le biogaz est un gaz incolore et malodorant avec une odeur d'œuf pourri du fait de sa teneur en ammoniac et en hydrogène sulfuré. II est plus léger que l'air et a tendance à s'élever au-dessus du niveau du sol. De ce fait, il présente moins de danger qu'un gaz plus dense que l'air. La combustion totale d'un mètre 9


cube de biogaz dégage 4 800 à 6900 Kcal sous une pression atmosphérique de 10 kpa.

Figure 2: Comparaison d’un mètre cube de biogaz à d'autres combustibles Source: Dupont (2010)

I-3-3- Modes de valorisation du biogaz Le biogaz peut être valorisé sous plusieurs formes.  La valorisation thermique La combustion constitue le moyen le mieux adapté pour valoriser le biogaz ; la chaleur de combustion du biogaz peut servir à la production d’eau chaude, de vapeur ou être utilisé pour chauffer des fours. C’est un procédé simple, qui ne nécessite pas de gros investissements et qui par conséquent est vite rentabilisé. Cependant, le consommateur utilisant le biogaz doit être placé à proximité de la source. Les stations d’épuration utilisent fréquemment une fraction du biogaz produit pour entretenir la température des fermenteurs.  La valorisation électrique avec ou sans cogénération Le biogaz permet d’alimenter un moteur ou une turbine à gaz qui produit de l’électricité. Cette énergie peut ensuite être réinjectée dans le réseau électrique. 10


La cogénération produit de l’électricité et de la chaleur qui peut être utilisée pour chauffer le digesteur ou pour un autre usage.  La valorisation par injection dans le réseau Il peut aussi être injecté dans le réseau de gaz naturel. C'est la solution qui offre le meilleur rendement énergétique, si le réseau est assez proche du point de production. Le gaz injecté doit subir un certain nombre de prétraitements pour éliminer le CO2, H2S, O2, H2O et les composés halogénés.  Le biogaz carburant ou biogaz naturel de voiture Le biogaz peut également être utilisé comme carburant. Même si la filière est prête, son usage est pour l’instant limité à des flottes de véhicules captives comme les bus de ville ou les camions d’ordures ménagères. Des stations de distribution de biogaz carburant existent dans certaines villes européennes. I-3-4- Digestat Le digestat est le principal résidu, issu du processus de méthanisation (digestion anaérobie) de matières organiques. Il s'agit d'un résidu solide ou liquide pâteux composé d'éléments organiques non dégradés et de minéraux. I-3-4-1-Valeur agronomique du digestat La composition du digestat dépend évidemment de la matière première utilisée et de la gestion du processus de biométhanisation. Une fois digéré, le digestat contient moins de matière sèche (MS) qu’initialement. Approximativement 50% de la matière sèche est convertie en méthane (CH4) et en dioxyde de carbone (CO2) provoquant ainsi une diminution de la quantité de carbone. Cependant, la teneur en azote du digestat est augmentée de 20% par rapport au lisier de bovins ordinaire.

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I-3-4-2-Amélioration des propriétés du sol Les fertilisants tels que le compost ou le digestat ont un effet positif sur la récolte et sur la qualité aussi bien chimique que microbienne des propriétés du sol. Ainsi, l’épandage du digestat promeut le développement de l’agriculture durable. Globalement, toutes les utilisations des résidus comme fertilisants sont bénéfiques pour l’écosystème du sol. Une inquiétude existe cependant concernant les polluants. En effet, les digestats peuvent contenir des micropolluants. Une étude a été menée par Kupper et Fuchs en 2007 sur cette thématique. Il en ressort que l’épandage d’un digestat « contaminé » ne présente pas de risque immédiat pour le sol. Mais on ne peut pas pour le moment exclure l’existence d’effets négatifs. Ce risque est très minime puisque la méthanisation à la ferme utilise majoritairement comme matière première les coproduits (effluents d’élevage, résidus de culture). (Mignon, 2009). I-4-Paramètres physico-chimiques de la méthanisation Plusieurs paramètres doivent être contrôlés pour le déroulement optimal de la méthanisation. I-4-1- Température de digestion La température est un paramètre physique qui agit directement sur l’activité de micro-organismes anaérobies et par conséquence sur la stabilité de la digestion, sur les rendements de production de biogaz et sur la performance de traitement. Pour assurer le maintien à la température optimale, une source énergétique est utilisée pour chauffer les substrats directement dans le digesteur, indirectement, en chauffant une partie recerclée des substrats avec une homogénéisation du substrat dans les deux cas. Fréquemment, la source d’énergie pour le chauffage est l’eau chaude produite par le biogaz lui-même lors du processus de cogénération. Les différents groupes bactériens responsables des étapes successives de méthanisation ont des températures optimales de fonctionnement 12


différentes. Trois niveaux de température se distinguent pour le fonctionnement des digesteurs : - psychrophile à basse température 5°C-25°C : elle est utilisée normalement dans les digesteurs fonctionnant à la température ambiante. Cette technique exige une longue durée de rétention, raison pour laquelle elle n’est plus utilisée en Europe ; - mésophile à moyenne température 25°C-38°C : la plupart des digesteurs anaérobies européens opèrent dans cette gamme de température ; - thermophile à haute température au-dessus de 50°C jusqu’à 70°C : cette technique est moins utilisée en raison des besoins énergétiques importants pour maintenir la température dans le digesteur. Il peut arriver toutefois que ce procédé soit utilisé en complément du procédé mésophile, puisque les matières organiques prioritairement dégradées ne sont pas nécessairement les mêmes dans les deux processus. I-4-2- Potentiel Hydrogène pH Le pH optimum pour la digestion anaérobique est situé aux alentours de la neutralité. C’est un paramètre chimique important puisque la communauté bactérienne méthanogène est sensible aux variations de pH. Cette communauté requiert un milieu neutre avec une valeur de pH comprise entre 6,5 et 8,5 pour son fonctionnement optimal. L’accumulation d’acide gras volatils ou d’hydrogène peut produire une acidification dans le méthaniseur et inhiber ainsi la méthanisation. I-4-3- Homogénéité de substrat C’est un paramètre important pour optimiser les conditions de la méthanisation en assurant un bon contact entre les micro-organismes et la biomasse traitée, tout en évitant les gradients de température dans le digesteur. Cette homogénéité peut

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être garantie par plusieurs voies comme déjà indiqué : un brassage mécanique, une recirculation de substrat ou une recirculation sous pression du biogaz produit. I-4-4- Concentration de matière organique dans les substrats Le niveau de concentration en matière organique dans les substrats est important pour le fonctionnement de l’installation et pour la prévision des quantités de biogaz produit. Ce paramètre peut être mesuré par la Demande Chimique en Oxygène (DCO) avec comme unité courante la masse d’oxygène consommé pour la dégradation biologique (g O2/l). La mesure de cette grandeur à l’entrée et à la sortie du biodigesteur permet de calculer l’efficacité du traitement. I-5-Méthanisation dans le monde I-5-1- En Europe En Allemagne où le développement s’est accéléré depuis 10 ans, on dénombre en 2010 plus de 4 000 installations majoritairement « à la ferme ». Ce développement est la conséquence de la politique nationale en matière d’énergie renouvelable et notamment de la loi EEG Biogaz de 2004 qui a fixé le tarif de rachat de l’électricité en moyenne à 0,18 €/kWh électrique, avec un système de bonification qui incite à l’utilisation de cultures énergétiques et à la valorisation de la chaleur. Après l’Allemagne, suivent l’Autriche (environ 200 installations), l’Italie (122 unités), la Suisse (67) ou encore le Luxembourg (18) avec, à chaque fois, un développement lié aux politiques de soutien existantes. Le Danemark se singularise également avec près de 25 unités centralisées de taille importante, fonctionnant en co-digestion et rassemblant agriculteurs, collectivités et industries, dans un contexte spécifique associant tarif de rachat élevé, nombreux réseaux de chaleur favorisant la valorisation thermique, forte densité d’élevages et culture de la coopération. Contrairement à l’Allemagne, peu de cultures énergétiques sont utilisées en co-digestion avec les effluents d’élevage. Dans ce cas, les co-substrats organiques utilisés sont principalement des déchets de 14


l’industrie et des collectivités (Angelidaki et al, 2010). Bien qu’indispensables, ces ajouts de co-substrats organiques engendrent des difficultés techniques et réglementaires supplémentaires pour l’unité de traitement elle-même, mais aussi pour la valorisation ultérieure des digestats (Nielsen et al, 2008). En France, Il est difficile d’évaluer exactement le nombre de projets en cours (individuels et collectifs), mais environ 100 installations en fonctionnement ou en projet étaient recensées fin 2010 (Bastide, 2010). I-5-2- En Asie En Asie (Inde et Chine), des centaines de milliers de digesteurs familiaux rustiques permettent aux familles de cuisiner sur des réchauds au biogaz. Actuellement, selon l’agence Xinchua, la Chine compterait près de 22 millions de biodigesteurs individuels produisant quelque 8,5 milliards de mètres cube de biogaz (Talpon, 2008). I-5-3- Aperçu et statut de la technologie du biogaz en Afrique En Afrique, la technologie du biogaz est considérée comme l'une des technologies renouvelables pouvant aider à soulager les problèmes énergétiques et environnementaux. À ce jour, dans certains pays subsahariens, plusieurs digesteurs ont été installés, utilisant une variété de déchets tels que des abattoirs, les déchets municipaux, les excréments animaux et les excréments humains. Par exemple au Burundi, en Côte d'Ivoire et en Tanzanie, le biogaz est produit à partir des excréments humains et animaux, à l'aide du biodigesteur à dôme fixe chinois. Ces biodigesteurs ont été installés par les Organisations Non Gouvernementales (ONG) dans les écoles, les cases de santé et les hôpitaux. La plupart des installations sont fonctionné pendant seulement une courte période en raison de la mauvaise qualité technique. Le développement de la technologie du biogaz à grande échelle en Afrique est encore embryonnaire. 15


I-5-4- Expérience sénégalaise Le Sénégal a expérimenté le procédé Transpaille mis au point par le CIRAD et développé par Agriforce. Il récupère et traite des déchets organiques pour produire du gaz et du digestat. Le dispositif a été mis en place à l’abattoir de Thiès en 1988 et comprend : - un fermenteur de capacité utile 40 m3 avec une charge nominale de 1,3 tonne déchets/jour ; - un dispositif de stockage du biogaz en réservoirs souples de capacité totale 60 m3 ; - un groupe électrogène 100% gaz, 20 KVA avec récupération de calories pour le réchauffage du fermenteur ; - une fosse d’accumulation et égouttage du digestat ; - une aire bétonnée de maturation du compost. Chaque jour, les matières stercoraires et fumiers sont chargés dans la trémie du digesteur, tandis que les digestats sont évacués 3 fois par semaine à l'autre extrémité. Ils subissent ensuite une finition aérobie en fosse puis en tas pendant 75 jours pour donner un amendement organique stabilisé. Le groupe électrogène à gaz est connecté sur la ligne d'alimentation électrique de l'abattoir et permet de produire 15000 kWh chaque année. Il permet ainsi des économies notables d'électricité. Cet outil a représenté pour l’abattoir un excellent moyen de lutte contre ses pollution et nuisances (Farinet, 2008). En 2006, la station de traitement des boues de vidangea été mise en fonction pour la valorisation des boues avec la production de biogaz ce qui a contribué grandement à la réduction des coûts d’électricité de la station de traitement de l’ONAS. En termes de production du biogaz, celle-ci a permis à l’ONAS de diminuer ses charges d’exploitation, notamment les factures d’électricité, de l’ordre de 30 à 35% des consommations énergétiques au niveau de la station d’épuration. Sur un total de 3 000 m3 de biogaz (à 65% de méthane) produits tous 16


les jours, deux tiers uniquement sont utilisés par un groupe électrogène au méthane. Le tiers restant qui ne peut être valorisé en l’absence de moyen de production électrique, est brûlé en torchère. Le programme national de biogaz a démarré ses activités avec la signature le 30 décembre 2009 de l’arrêté portant création dudit programme .Il est placé sous l’autorité du ministère de l’Énergie, avec ancrage institutionnel du programme assuré par la direction de l’hydrocarbure et des combustibles domestiques (DHCD). L’objectif du programme est de créer un marché durable de biogaz au profit de ménages, pour la production d’énergie pour la cuisine et l’éclairage, à travers l’introduction du digesteur domestique qui produit de l’énergie à base de fumier animal. De plus la boue rejetée après la production du gaz peut être directement utilisé en tant que engrais organique pour la fertilisation des sols (Fatma, 2015).Pour la phase pilote 2009-2013, la zone d’intervention retenue sur la base de critères de potentialité agricole et socioéconomique couvre les régions de Kaolack, Kaffrine et Fatick dans le bassin arachidier. Le PNB-SN est chargé d’implémenter dans cette zone la construction de 8000 biodigesteurs au cours de cette même phase de pilotage. En fin décembre 2011, les principaux résultats sont : - la construction de350 biodigesteurs ; - la formation de plus de100 maçons et l’impact des activités de la promotion et du marketing sur plus de 1000 ménages ; - la participation de plus de 200 ménages bénéficiaires de biodigesteurs aux activités de vulgarisation et d’information des utilisateurs (Fatma, 2015). I-6-Différents types de digesteurs Il existe à ce jour deux types de digesteurs expérimentés en Asie : le type discontinu et le type continu Ces deux modèles se distinguent par la combinaison ou non du gaz produit avec le digesteur. 17


I-6-1- Type discontinu Ce type n'est plus très utilisé actuellement parce qu'il nécessite trop de maintenance (charge et vidange). Expérimenté en 1937 en Inde, ce modèle connut un très grand succès en 1960. Dans ce modèle un tambour en aluminium est placé au-dessus du digesteur pour collecter le gaz produit. De ce fait, il y a une séparation du digesteur et de la chambre à gaz relié par un canal (Battacharya, 2000). I-6-2-

Type continu

Ce modèle a été développé en Chine en 1936. Il est constitué d'une fausse murée avec un dôme pour la collecte du gaz produit. Dans ce modèle le digesteur et la chambre de stockage du gaz sont combinés. Il permet de faire l'économie de tambour en métal pouvant subir l'effet corrosif du sulfure et peut durer 20 ans. Ce sont les plus nombreux et les plus développés actuellement. Ces digesteurs qui traitent un substrat n'excédant pas 15% de matière sèche sont les systèmes les plus variés, des plus sophistiqués qui traitent les déchets industriels au plus rustiques traitant les déchets très humides de l'élevage. Phrase incompréhensible Ce type peut être adopté très facilement du fait qu'il ne nécessite pas trop de travail au cours de la charge et de vidange (Amarouch, 1995).

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CHAPITRE II : GENERALITES SUR LES DECHETS ET LE TRAITEMENT DES EAUX USEES II-1-Approche d'une définition d'un déchet Pour qu'un objet soit considéré comme déchet, il faut notamment que son détenteur, qui n'en a plus l'usage, exprime la volonté de s'en défaire. Selon le genre d'objet dont il s'agit, il faudra alors lui trouver telle ou telle destination ou lui faire subir tel ou tel traitement. La loi interdit de se débarrasser dans la nature des biens que l'on ne veut plus garder et oblige à les introduire dans les filières de traitement prescrites. Les déchets sont classés en plusieurs catégories : On parle de déchets solides par opposition aux déchets liquides ou gazeux. On peut aussi différencier les déchets selon leur source : déchets de production industrielle, déchets ménagers, hospitaliers ou agricoles, boues d'épuration etc. Les déchets peuvent être classés en fonction des risques qu'ils présentent. Les déchets dangereux sont des matières destinées à être éliminées. . Toutefois, leur élimination, de manière inadaptée, peut nuire à l'homme ainsi qu’à l'environnement, en raison de leur caractère toxique, corrosif, explosif, combustible etc. II-2-Déchets animaux d'abattoirs Ces déchets animaux sont des déchets d'origine animale : tissus, organes, membres, carcasses insalubres, litières, sang, liquides et produits sanguins, contenus de panses, eaux résiduaires, cadavres d'animaux etc. II-2-1-Nature des déchets Les déchets animaux peuvent être classés selon leur nature : solide, liquide ou gazeux. 19


II-2-2-Déchets solides II-2-2-1- Matières stercoraires Elles représentent la plus grosse part des déchets d'abattoirs (environ 70% de l'ensemble). Ce sont des déchets provenant des panses des animaux éviscérés. Chez les bovins, ces matières sont jaunes, très pailleuses d'aspect et contiennent des fibres de 4 à 5 cm. Elles pèsent environ 45 kg par contenu de panse et 3,5 kg pour les feuillets. ( NDlAYE 1999) II-2-2-2-Cornes, onglons, os Les cornes et onglons représentent des déchets non valorisés et exposés en général dans l'environnement immédiat des abattoirs, entraînant une forte pollution. II-2-2-3-Fumier C'est le fumier des étables et de parc de stabulation. Ce sont des déchets non polluants. II-2-2-4-Autres types de déchets animaux  Abats et viandes saisies par les services vétérinaires. Ce sont des abats et viandes qui sont déclarés impropres à la consommation humaine, à la suite de l'inspection sanitaire, soit pour répugnance, soit pour insalubrité. Les causes des saisies sont diverses ; elles peuvent être infectieuses, parasitaires ou non spécifiques ;  Les déchets biomédicaux : ce sont des déchets issus de l'activité des cliniques, des établissements de soins, des laboratoires et services vétérinaires. Ces établissements produisent des déchets à risque : objets coupants et tranchants, cultures biologiques de laboratoire, déchets anatomiques et cadavres d'animaux de laboratoire, objets contenant du sang etc. ; 20


 Les poils, les soies et les petits déchets divers sont produits à tous les niveaux durant les activités d'abattage. II-2-3- Déchets liquides Parmi ces déchets liquides, on distingue le sang et les eaux résiduaires.  Le sang : il s'agit principalement du sang issu de l'abattage des animaux au niveau des abattoirs. Le sang recueilli correspond à1/20 du poids vif de l'animal. Ce sang varie en fonction du temps de saignée et d'égouttage.  Les eaux résiduaires : les eaux résiduaires sont les eaux usées collectées à la sortie des industries d'abattage. Ces eaux résiduaires proviennent au niveau des abattoirs des étables purin : eau d’égouttage des postes de travail de la viande et eaux de lavage des locaux d'abattage etc. Le volume des eaux usées rejetées est généralement proche au volume d'eau consommé par l'abattoir.( NDlAYE 1999) II-3-Traitement des eaux résiduaires Les industries agroalimentaires rejettent de grandes quantités d'eaux résiduaires. Dans le but de réduire le volume et la masse des rejets, un certain nombre de mesures existent. Il s’agit de mesures internes (préventives) et de mesures externes (curatives). II-3-1-Mesures internes Réduction de la charge polluante Elle est plus économique que le traitement d'épuration d'autant plus qu'elle permet de récupérer une masse de déchets et aussi d'utiliser moins d'eau. Les avantages sont multiples, notamment : la valorisation des sous-produits ayant une valeur marchande ;  la réduction des dépenses pour la fourniture d'eau ;  l’installation de traitement à faible coût. 21


Dans le cas des abattoirs :  la récupération du sang par divers procédés ;  la récupération des matières stercoraires ;  la récupération des plumes de volaille II-3-2- Mesures externes Elles consistent à rendre le rejet inoffensif pour le milieu récepteur. Ces mesures externes suivent quatre (4) étapes :  la collecte des eaux usées ;  les prétraitements ;  les procédés physicochimiques ;  les traitements biologiques et les traitements des boues. II-3-2-1- Collecte des eaux usées Il faut maintenir et respecter le schéma de séparation des circuits d'effluents pollués et non pollués. Il s'agit de bien individualiser les circuits d'approvisionnement et d'évacuation :  approvisionnement par réseau public ;  approvisionnement à partir de sources d'eau (mer, lac, fleuve, rivière, nappes) ;  ruissellement des eaux pluviales ;  circuits de recyclage d'eau ;  transport de matières premières et déchets ;  usages divers du personnel.

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II-3-2-2- Prétraitements Les prétraitements consistent en trois étapes principales qui permettent de supprimer de l'eau, les éléments qui gêneraient les phases suivantes de traitement.  Dégrillage et tamisage Le dégrillage et le tamisage permettent de retirer de l'eau, les déchets insolubles tels que les branches, les plastiques, serviettes hygiéniques, etc. En effet, ces déchets ne pouvant pas être éliminés par un traitement biologique ou physicochimique, il faut donc les éliminer mécaniquement. Pour ce faire, l'eau usée passe à travers une ou plusieurs grilles dont les mailles sont de plus en plus serrées. Celles-ci sont en général équipées de systèmes automatiques de nettoyage pour éviter leur colmatage mais également le dysfonctionnement de la pompe (dans les cas où il y aurait un système de pompage). ( NDlAYE 1999)  Dessablage Le dessablage permet, par décantation, de retirer les sables mélangés dans les eaux par ruissèlement ou amenés par l'érosion des canalisations. Ce matériau, s'il n'était pas enlevé, se déposerait plus loin, gênant le fonctionnement de la station. Les sables extraits peuvent être lavés avant d'être mis en décharge, afin de limiter le pourcentage de matières organiques dont la dégradation provoque des odeurs et une instabilité mécanique du matériau. (Wikipédia)  Dégraissage C'est généralement le principe de la flottation qui est utilisé pour l'élimination des huiles. Son principe est basé sur l'injection de fines bulles d'air dans le bassin de déshuilage, permettant de faire remonter rapidement les graisses en surface (les graisses sont hydrophobes). Leur élimination se fait ensuite par raclage de la surface. Il est important de limiter au maximum la quantité de graisse dans les 23


ouvrages en aval pour éviter par exemple un encrassement des ouvrages, notamment des canalisations. Leur élimination est essentielle également pour limiter les problèmes de rejets de particules graisseuses, les difficultés de décantation ou les perturbations des échanges gazeux. Le dessablage et le déshuilage se réalisent le plus souvent dans un même ouvrage : l'eau polluée se déplaçant lentement, pendant que les sables décantent au fond, les graisses remontent en surface. (Wikipédia) II-3-2-3- Procédés physico-chimiques Les procédés physicochimiques se déclinent en quatre grands types d’opérations : la coagulation, la décantation, la floculation et la flottation.  La décantation La décantation est une opération de séparation mécanique, par différence de gravité de phases non miscibles dont l’une au moins est liquide. Elle est utilisée afin de séparer les diverses phases en vue d’un traitement spécifique, permettant d’extraire des boues qu’on peut définir, en première approche et pour cette phase du traitement, comme un concentré du contenu solide d’un effluent. Le type de décanteur le plus utilisé est le décanteur lamellaire, la stagnation de l’eau entre les lamelles augmentant le rendement de la décantation ainsi que sa vitesse.  La coagulation et la floculation La décantation ne permet pas de soustraire à l’effluent les matières en suspension de nature colloïdale : par exemple, une particule colloïdale de diamètre 10-9 mm, d’après la loi de Stokes en régime laminaire, il faudrait 200 ans pour décanter dans 1 m d’eau à 20°C. Aussi est-il nécessaire de déstabiliser les colloïdes en utilisant un produit chimique pour neutraliser les forces de répulsion qui les maintiennent en suspension. C’est le principe de la coagulation, le produit chimique s’appelant le coagulant. (Wikipédia) 24


Ensuite, l’agglomération des particules neutralisées en flocs décantables constitue la floculation qui peut être facilitée par l’utilisation d’un floculant. Les coagulants les plus fréquemment utilisés sont les sels de fer III et II, d’Aluminium III (le sulfate ferreux FeSO4, le sulfate d’alumine Al2SO4 le chlorure ferrique FeCl3, le chloro-sulfate ferrique FeClSO4) qui sont progressivement remplacés de nos jours par des composés poly-électrolytiques. Les floculats sont, quant à eux, des macromolécules ioniques ou neutres comme les copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique. Les mêmes techniques sont utilisées pour l’élimination du phosphore.  La flottation La flottation peut être naturelle ou assistée par insufflation d’air qui va faciliter, accélérer le phénomène qui se serait déroulé naturellement. La flottation peut également être provoquée, dans le cas où l’élément à faire flotter possède, dans les conditions initiales, une masse volumique supérieure à celle du liquide contenant. Dans ce cas, des attelages « solides-gaz » se forment suite à l’insufflation d’air et la masse volumique de l’attelage sera inférieure à celle du liquide contenant. Suivant la taille des bulles de gaz insufflées, on distingue :  la flottation mécanique qui utilise de l’air dispersé en bulles de 0,2 à 2 mm de diamètre ;  la flottation à l’air dissous qui utilise de très fines bulles de 40 à 70 μm de diamètre. Ces différents procédés ont des conséquences sur la vitesse ascensionnelle des particules, son ordre grandeur étant 20 cm.s-1 pour la flottation mécanique et 0,2 cm.s-1 pour la flottation à l’air dissous. (Wikipédia)

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DEUXIÈME PARTIE : PARTIE EXPÉRIMENTALE

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CHAPITRE I : MATERIEL ET METHODE II-1-

PRESENTATION DU CADRE D’ETUDE

I-1-1- Zone d’étude Les abattoirs de Dakar sont situés au km 9,5 sur la route de Rufisque (Figure n°6). Ils furent confiés à la Société d'Exploitation des Ressources Animales au Sénégal (SERAS) en octobre 1966, après une convention générale signée d'accord partie entre d'une part, l'administration de la commune de Dakar, et d'autre

part,

le

président-directeur

Général

de

la

Société.

Depuis janvier 1997, une société privée, la SOGAS (Société de Gestion des Abattoirs du Sénégal) a pris la relève de la SERAS. Cette société regroupe les repreneurs de la SERAS et les professionnels de la viande (chevillards). L'organe suprême de la SOGAS est le Conseil d'Administration. Elle est dirigée par un Président-Directeur Général et comprend trois directions et un bureau. Il s’agit : • de la direction administrative et financière ; • de la direction commerciale ; • de la direction de la production ; • de le bureau d'étude et de programmation. Le fonctionnement de l’abattoir produit plus de 207 tonnes de déchets, tous états confondus (liquide comme solide), qui sont vécus comme une nuisance tant sur le plan environnemental que sanitaire. Depuis 2011, la SOGAS sous-traite avec la société Thecogas qui traite les effluents des abattoirs et leur fournit de l’électricité. Thecogas Sénégal est une société de droit sénégalais créée par une compagnie des Pays-Bas « Thecogas.nl ». Le but de la nouvelle société est de participer au développement de la filière biogaz industrielle au Sénégal et dans la sous-région en réalisant des équipements clés en main et sur mesure après une étude minutieuse des besoins en énergie. 27


Figure 3: Carte de l’abattoir de Dakar Source : Direction de l’aménagement du territoire(2012) 28


Ce biogaz proviendrait des résidus agricoles, des déchets industriels ou agroindustriels. Pour donner de la visibilité à son projet, une unité pilote est installée sur le site de la société de gestion des abattoirs du Sénégal. Ce projet prend fonction en septembre 2013. Cette unité de 100kW de puissance installée fonctionne à partir des déchets de l’abattoir à savoir : - les fumiers des animaux qui séjournent sur le site avant abattage ; - le sang des animaux abattus sur le site ; - les déchets de panse provenant de ces mêmes animaux ; - l’eau chargée issue du traitement : le lavage de l’abattoir. À la fin du processus de biométhanisation, il se dégage un digestat sous forme de deux sous-produits. Une fraction liquide qui peut être directement utilisable pour arroser des champs et une fraction solide qui après quelques jours de séchage peut être utilisée comme compost pour de l’amendement organique. Les objectifs du projet Thecogas sont : -

la production de biogaz de plus de 1000 m3/jour pour produire chaque année au moins 876 mWh d’électricité à partir de la méthanisation ;

-

l’installation d’un système de traitement des produits de digestat pour éliminer le maximum de résidus organiques avant leur rejet à la mer ;

-

la valorisation des sous-produits de la digestion : amendement organique. I-1-2- Description du système de biométhanisation à l’abattoir de Dakar

Le système de biométhanisation de la Thecogas comprend :  Le puits de pré-mélange Le substrat est mélangé à l’eau dans le puits de pré-mélange et est acheminé par une pompe dans le digesteur. Le puits a une capacité d’environ 30 m3 et est équipé d’une pompe broyeuse mélangeuse. Ce puits sert également comme pré-stockage et puits de sédimentation. (figure 4) 29


Figure 4: Fosse de pré-mélange  Le digesteur de Thecogas C’est un digesteur en bâche d’une capacité brute de 4000 m3 dans laquelle il est ajouté un ensemble de substrats. À l’intérieur du digesteur, les matières en fermentation sont sous forme d’un « liquide » ne pouvant excéder, pour des raisons techniques, une teneur en matière sèche de 15%. Il est chauffé par des tuyaux en plastique spécialement conçus à cet effet et fixés au sol. Deux mixeurs submersibles munis d’un système d’ajustage horizontal et vertical sont installés dans le digesteur et assurent le mixage.

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Figure 5: Digesteur (production de biogaz et stockage)  Conversion de biogaz en énergie La conversion d’énergie est réalisée dans d’un moteur à gaz MAN couplé avec un générateur. La puissance électrique est 100 kva, avec une efficacité électrique de 38%.

Figure 6: Salle machine de Thecogas 31


 Sécurité, équipement de commande et mesure du biodigesteur L’installation de biogaz est équipée des dispositifs de mesure et de commande suivants :  Une commande de processus pour la mesure et le contrôle de la température du digesteur qui doit toujours être entre 25 et 40 °C par une vanne trois voies,  Un analyseur de gaz pour la mesure de la concentration de CH4, H2S (01000 ppm) et O2- dans le biogaz,  Une cabine de commande avec Siemens SPS-7, pour l’alimentation de courant des mixeurs, pompes, trémie d'alimentation de matières sèches.  Deux extincteurs.

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I-2- Matériel Pour la collecte et le traitement des données, les éléments suivants ont été utilisés :  des fiches d’enquête ;  un guide d’entretien du personnel des abattoirs sur la nuisance des odeurs ;  un appareil photo ;  des relevés et facture d’électricité de l’abattoir ;  un registres pour la collecte de production des effluents ;  des relevés des taxes de pollution au niveau de l’abattoir ;  un ordinateur.  Un analyseur de gaz I-3- Méthode Pour la collecte des données, deux fiches d'enquêtes ont été utilisées. Une première fiche adressée au responsable du projet Thecogas et une seconde au responsable de la maintenance de la SOGAS. I-3-1- Méthodologie d’enquête  Détermination des coûts d’implantation et de fonctionnement du bio digesteur Un entretien a été mené auprès du responsable de la Thecogas pour collecter les informations sur le montant des investissements nécessaires pour la mise en place du biodigesteur. Cet entretien a permis de collecter les factures d’achat et le coût d’entretien du biodigesteur.  Évaluation de l’impact économique et environnemental de la biométhanisation à l’abattoir de Dakar :

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L’impact de l’utilisation du biodigesteur a été évalué selon plusieurs critères mis en avant par l’abattoir dans le choix d’adoption de cette innovation (Tableau I). Tableau I: Liste des indicateurs utilisés pour évaluer les performances du biodigesteur. Impacts

Indicateurs

Économique

Réduction des dépenses énergétiques de l’abattoir Réduction du prix du kWh Réduction des taxes de pollution

Environnemental

Réduction des charges polluantes Réduction de la nuisance olfactive Amélioration du sol par le recyclage du digestat dans les champs Réduction des intoxications liées à la combustion du biogaz (H2S)

Sur le plan économique, une enquête rétrospective sur quatre ans a été réalisée sur la consommation en énergie au niveau de l’abattoir. En effet, les relevés de taxe et les factures d’électricité de l’abattoir ont été utilisés pour estimer la consommation en énergie avant (entre 2012 et 2013) et après l’implantation du biodigesteur (de 2014 à 2015). Pour ce faire, la réduction de la dépense énergétique de l’abattoir est calculée à travers cette formule :

X = prix du kWh de SENELEC et Y = prix du kWh de Thecogas S’agissant de l’impact environnemental, une enquête auprès des abattoirs a été menée et a permis de collecter les informations sur la gestion des effluents des 34


abattoirs. Ces données ont pour but de quantifier la proportion des effluents traités par la biométhanisation. La formule utilisée est :

RCP = quantitéeffluents total - quantitéeffluents traité. Par ailleurs, un sondage a été également réalisé auprès du personnel des abattoirs pour quantifier la nuisance des odeurs. En effet, 30 individus sont choisis de marinière aléatoire dans la zone sous influence des vents dominants (figure N°7). Ce sondage pour objectif de définir trois groupes :  groupe A : le personnel qui a senti la réduction des odeurs et connait la cause,  groupe B : le personnel qui a senti la réduction des odeurs et ne connait pas la cause ;  groupe C : le personnel qui n’a pas senti la réduction des odeurs.

Figure 7: Zones sous l’influence des vents dominants 35


Enfin, le taux soufre (H2S) dans le biogaz est mesuré avec un analyseur de gaz. C’est un appareil qui mesure la concentration de CH4, H2S (0-1000 ppm) et O2dans le biogaz.

Figure 8 : Analyseur de gaz I-3-2-Collecte des informations La collecte des informations s’est déroulée du 3 février au 02 avril 2017. Pour ce qui est de l’exploitation des registres, elle a été faite chaque matin avant les heures de pointe de l’abattoir. Les responsables de la Sogas et de Thecogas ont été interrogés individuellement. Pour la collecte des données sur la nuisance des odeurs auprès du personnel de l’abattoir qui ne parle pas le français, l’interprétation était assurée par un agent de la Sogas. I-3-3-Traitement et analyse des données Les données brutes recueillies (factures de l’achat du biodigesteur et facture des coûts d’entretien du biodigesteur ; relevés de taxe et facture d’électricité de l’abattoir ; registres pour la collecte des effluents) sur le terrain ont fait l’objet 36


d’un traitement informatique. Le traitement informatique a consisté à saisir et analyser les données sur logiciel Excel (Microsoft Office, 2013).Le sondage a été analysé par la statistique descriptive (sphinx). Ces derniers ont permis d’obtenir les différentes fréquences et moyennes. Les résultats ont été représentés sous forme des tableaux et figures.

37


CHAPITRE II : RESULTATS ET DISCUSSION II-1-

Résultats

II-1-1Détermination des coûts d’implantation et d’entretien du biodigesteur Le coût d’investissement du biodigesteur de la Thecogas est estimé à 393 696147 FCFA. Le tableau II donne les détails sur les coûts d’achat du biodigesteur et des accessoires. Tableau II: Coûts d’achat du biodigesteur et des accessoires Description 1/ Équipement et Installation Groupe électrogène 100 kW dans container valve de gaz électronique Système de récupération de chaleur Cabine électronique de raccordement au réseau de distribution d’eau chaude Digesteur Entretien initial du biodigesteur cabine électronique de raccordement au réseau de distribution d’eau chaude Total HTVA TVA 18% TOTAL TTC 2/ Génie Civil 3/ Étude Assistance et formation 4 / Transport et Matériel de transport Total Investissement

Prix unitaire en FCFA

Prix total en FCFA

23 689 200

23 689 200

1 765 200 5 837 400

1 765 200 5 837 400

4 129 200

4 129 200

179 742 171 47 569 176

179 742 171 47 569 176

2 606 400

2 606 400

37 997 400 360 000 303 696 147 50 000 000 15 000 000 25 000 000 393 696 147

393

38


II-1-2Évaluation de l’impact économique du biodigesteur aux abattoirs de Dakar II-1-2-1-Besoins en énergie de l’abattoir L’énergie consommée au sein de l’abattoir est le fait d'un ensemble d’installation dont les puissances installées sont répertoriées dans le tableau III Tableau III: Nature et puissance des installations de la SOGAS. Lieux

EQUIPEMENT

PUISSANCE EN kW

Compresseur à air

18

Robot de contention

10

Compresseur à air

20

Dépeceuse

22

Sous total

52

Tapis roulants

1

Moteurs de la chaîne

5

Convoyeuse de déchets

1

Sous total

7

Pince à Morphée

1

LAMPES

6,3

CLIMATISEURS ET AUTRES

33

Chambre froide

COMPRESSEURS

93

Forage

POMPE

42

Salle des ovins et caprins

Salle des bovins

Salle des équins et porcins Installations générales

TOTAL

268

Dans l’ensemble, la puissance installée au sein de l’abattoir est de : 252 kW. Le tableau qui donne la répartition selon les installations fait apparaitre nettement la prépondérance des chambres froides. 39


II-1-2-2-Dépense et Consommation en énergie de l’abattoir avant et aprés l’implantation du biodigesteur

Les dépenses en énergie étaient plus élevées en 2012 avec 124 932 890 FCFA contre 106 384 476 FCFA en 2013 (Le tableau IV). La SOGAS a utilisé 932 335 kWh en 2012 et 793 914 kWh en 2013. En 2014, la consommation globale était de 914 411 kWh. La SOGAS a acheté 809 860 kWh auprès de la SENELEC. Les 147 049 kWh restants, ont été fournis par la Thecogas qui représente 15, 4% du besoin énergétique global. En 2015, la SOGAS a consommé globalement 849 804 kWh de besoin énergétiques avec 765 394 kWh provenant de la SENELEC soit 75,95% et84410 kWh fourni par Thecogas soit 24% des besoins énergétiques globaux (figure 9). De 2014 à 2015, la consommation d’énergie de la SOGAS en provenance de la SENELEC est réduite d’environ 44466 kWh. Dans cette même période, la production énergétique de la Thecogas a augmenté de 97197 kWh.

40


Tableau IV: Consommation et dépenses de la SOGAS en énergie de 2012 à 2015 2012 Consommation en énergie 932 335

2013

2014

2015

793 919

809 860

765 394

------

147 049

242 246

793 919

956 909

1 007 640

SENELEC kWh/an Consommation en énergie -----Thecogas kWh/an Consommation

Totale 932 335

kWh/an Dépense

en

énergie 124 932 890 106 384 476 108 521 240

102 562 796

énergie -----

27 591 819

SENELEC FCFA Dépense

en

-------

16 748 881

Thecogas FCFA Total dépenses en FCFA

124 932 890 106 384 476 125 270 121

130 154 615

Les dépenses en énergie étaient plus élevées en 2015 avec 130 154 615FCFA contre 125 270 121FCFA en 2014.L’énergie produite par la biométhanisation est vendue à 113,9 FCFA le kWh à la SOGAS. En effet, l’abattoir bénéficie d’une réduction de 15% par rapport au prix de la SENELEC qui est fixé à 134 FCFA. À cet effet, elle a permis la réduction de ses dépenses énergétiques de 2,3 et 3,6% respectivement en 2014 et 2015. La répartition des dépenses énergétiques de la SOGAS est représentée au niveau de la (figure n°9).

41


100 90

86,6 78,8

80

pourcentage

70 60 50 40 30

21,2

20

13,3

10 0 2014

2015

année SENELEC

Thecogas

Linéaire (SENELEC)

Figure 9: Répartition des dépenses énergétiques de la sogas en 2014 et 2015. II-1-2-4- Autres impacts économiques de la méthanisation au niveau de l’abattoir L’Abattoir est une industrie qui pollue l’environnement. Chaque année la SOGAS payait des taxes de pollution s’élevant à environ 100 000 000 FCFA. Depuis 2013, les taxes ont chuté de 20%. Cette réduction s’explique par l’installation du biodigesteur qui diminue la pollution environnementale de l’abattoir. II-1-2-5- Recettes liées à la vente du digestat. La Thecogas a produit un mélange de 37 949,6 m3 de digestat qui représente 80% des effluents traités. Il est vendu à 100 FCFA le m3. Le tableau V montre les recettes liées à la vente du digestat.

42


Tableau V: Recettes liées à la vente du digestat Digestat

2014

2015

Total

Quantité de digestat vendu en

17 077,3

20 772,2

37949,6

1 707 732

2 077 228

3 784 960

m3 Recettes liées à la vente en FCFA II-1-3-

Impact environnemental du biodigesteur à l’abattoir

II-1-3-1- Évaluation de la pollution organique des eaux usées L’évaluation de la pollution d’une eau usée brute se fait par détermination d’un certain nombre de paramètres physico-chimiques caractérisant cette eau usée. Pour une meilleure appréciation de la pollution des eaux usées de ces effluents étudiés de l'abattoir de Dakar , le calcul des rapports DCO/DBO5, DBO5/DCO, et MES/DBO5 présente des intérêts très importants . L'utilisation de ces paramètres de caractérisation constitue un bon moyen de mesure du degré de pollution des effluents bruts d'abattoir et aussi d’optimisation des paramètres physico-chimiques de ces eaux usées afin de proposer un mode de traitement convenable. Les caractéristiques physico-chimiques des eaux usées de l’abattoir sont regroupées dans le Tableau VI.

43


Tableau VI: Caractérisation des eaux usées de la SOGAS

Concentration en pH

Rations des eaux usées

mg /L

T°c MES

DCO

DBO5 DCO/DBO5 DBO5/DCO MES/DBO5

Échantillon1

7,0

28

2 620

4 880

2 500

1,9

0,5

1,04

Échantillon2

7,1

28

1 350

5 280

2 052

2,5

0,3

0,6

Moyenne

7,1

28

1 985

5 080

2 275

2,2

0,4

0,8

Norme de rejet

6-9

30

50

200

80

La moyenne de la température des eaux usées du collecteur que draine l’abattoir de Dakar est de 28°C. D’une manière générale, les échantillons des eaux usées analysées ont un pH relativement neutre. La charge moyenne en DBO5 rejetée est de 12,6 kg/tonne produite et la charge en MES rejetée est de 11 kg/tonne. II-1-3-2 Traitement des eaux usées par le biodigesteur Aux abattoirs de Dakar, hormis le camion chargé de déchets divers qui va chaque jour déverser sa cargaison sur la décharge publique, les déchets solides et liquides sont soit rejetés en mer, soit traités par la Thecogas. En effet, la moyenne en eau chargée rejetée par la SOGAS en 2014 et 2015 est de 90 000 m3 par an (figure 10). Il s'ensuit donc une charge polluante considérable de ces eaux résiduelles (environ 256 m3 d'eaux par jour) chargées de divers déchets, auxquels s’ajoutent des résidus de lavage des sols et des graisses.

44


102 000 100 000 98 000

96 000

m3

94 000

92 000 90 000

88 000 86 000

84 000

VOLUME D'EAU CONSOMMER

VOLUME D'EAU CHARGEE

2014

94 240

90000

2015

99 693

90 000

Figure 10 : Volume d’eau utilisée et volume d’eau chargée au niveau de l’abattoir de Dakar Depuis 2014, le biodigesteur expérimental de la Thecogas a traité 36% des déchets solides et 8,2% des eaux chargées qui correspondent respectivement à 32 081 m3 du déchet solide et 15 356 m3 des eaux chargées. II-1-3-3- Impact sur la santé des travailleurs Le flux d’effluent traité a diminué considérablement les nuisances olfactives des acides gras volatils provenant des contenus des rumens. Sur les 30 personnes de l'abattoir interviewées, 65% ont affirmé avoir senti la réduction des odeurs avec l’installation du biodigesteur, 20% ont reconnu avoir senti la réduction des odeurs et ignorent la cause et 15 % affirment qu’il n'y a pas de réduction des odeurs.

45


nuisance des odeurs en %

70% 60% 50% Groupe A

40%

Groupe B

30%

groupe C

20% 10% 0%

groupe de personnes

Figure 11: Perception des nuisances olfactives au niveau de l’abattoir de Dakar Sur le plan sanitaire, la Thecogas a pris des mesures sécuritaires pour éviter l’intoxication au H2S. À cet effet, elle s’est dotée d’une raffinerie pour traiter ce gaz. Le tableau VII montre les taux de H2S traité par le raffinage du biogaz dans la bâche et du biogaz avant d’être injecté au niveau du moteur.

Tableau VII: Taux de H2S du biogaz dans la bâche et du biogaz avant utilisation Traitement du biogaz en février 2017 Biogaz dans le Biodigesteur

Biogaz avant l'utilisation

CO2%

H2S ppm

CO2%

H2S ppm

3 février

24

2

21

0,06

9 février

25

78

24

2

15 février

24

60

23

2

Moyenne

24,3

46,6

22,6

1,3

46


II-2-DISCUSSION II-2-1-Coûts d’implantation et d’entretien du biodigesteur Le coût d’investissement du biodigesteur de Thecogas est estimé à 393 696 147 CFA. Bien que l’installation d’une station épuration de type digesteur soit lourde,

la détermination de l’investissement pour une installation de

biométhanisation varie selon la taille, le site, les déchets à traiter et le niveau de l'équipement et d'automatisation. Le modèle installé par Thecogas a couté 3 936 961 FCFA /kW. Des auteurs ont en effet montré que les coûts des premières installations de biométhanisation étaient compris entre 3 120 000 et 5 160 000 FCFA/kW. Ce qui concorde avec les données obtenus sur le terrain. Par ailleurs les coûts d’entretien du biodigesteur s’élèvent à 569 176 FCFA par an. Les charges relatives à ce coût se répartissent entre les pièces de rechange du groupe électrogène et les matériaux de travail. Ce montant est inférieur à ceux annoncés par Sarl (2017) qui évalue ces coûts à 2 000 000 FCFA par an. II-2-2Analyse de l’impact économique de la biométhanisation à l’abattoir En 2014, la SOGAS a augmenté la capacité de ses chambres froides et de sa chaîne de production, ce qui explique l’augmentation de la consommation énergétique par rapport aux années 2012 et 2013. Cette même période a été marquée par le démarrage des activités de Thecogas qui traite les effluents et leur fournit de l’électricité. Sur le plan économique, la biométhanisation est particulièrement appréciée par la SOGAS où les dépenses en énergie électrique étaient très élevées. Elle a permis à l’abattoir d’acquérir une autonomie partielle en énergie. Le coût d’achat de l’électricité est réduit de 15% sur le prix de la SENELEC qui est fixé à 134 FCFA /kWh. En effet, elle a permis la réduction de ses dépenses énergétiques de 2,3% et 3,6% respectivement en 2014 et 2015.Ces résultats sont supérieurs à 47


ceux de LEVASSEUR (2010) qui a trouvé un coût de 72 FCFA/kWh en 2010 en France. En outre, le traitement des effluents par la biométhanisation a également eu un impact sur la taxe de pollution annuelle payée par l’abattoir. Celle-ci a été réduite de 20%. Nos résultats montrent que l’installation d’un biodigesteur a des impacts économiques divers. Le même constat a été fait par kabir (2012). Pour cet auteur, la qualification des avantages du biodigesteur est une étape cruciale dans l’évolution de la viabilité économique de la production du biogaz. Les impacts résultants de la mise en place et de l’utilisation d’un biodigesteur peuvent être ressentis

à

trois

niveaux :

social,

économique

et

environnemental.

Les avantages économiques sont notés sur les coûts des énergies substituées par le biogaz et sur le gain issu du digestat. La biométhanisation des déchets a produit un mélange de 37 949, 6 m3 de digestat par an qui représente 80% des effluents traités. Ce digestat est utilisé pour l’épandage des champs et des jardins publics. Ce digestat est un engrais biologique qui s’infiltre dans le sol. Selon Fatma (2015), la biométhanisation devrait être considérée sous un angle beaucoup plus large, particulièrement le rôle potentiel qu’il joue dans le recyclage des éléments fertilisants et facilite donc la pratique de l'agriculture biologique. En outre cette étude montre que le digestat était vendu aux agriculteurs à un prix abordable de 100F CFA le m3. Ces résultats sont inférieurs à ceux de Farinet (2008) qui a trouvé un prix 240F CFA le m3.

Sur le plan du bilan énergétique, la biométhanisation représente 15,4% en 2014 et 24% en 2015 de la consommation en électricité. Ce qui a entrainé une baisse d’environ 44 466 kWh de la consommation d’énergie électrique en provenance de la SENELEC. À cela s’ajoute une augmentation de 97 197 kWh de l’énergie produite par biométhanisation. Le même constat a été fait par CIRAD (2008).

48


II-2-3-Impact environnemental du biodigesteur dans l’abattoir II-2-3-1-Evaluation de la pollution organique des eaux usées Les valeurs de la température des eaux usées enregistrées sont inférieures à 30°C considérée comme valeur limite de rejet direct dans le milieu récepteur. De même, ces valeurs sont inférieures à 35°C, considérée comme valeur limite indicative pour les eaux destinées à l'irrigation. Le PH indique l’alcalinité des eaux usées et son rôle est capital dans la croissance des microorganismes qui ont généralement un PH optimum variant de 6,5 à 7,5. Lorsque le PH est inférieur à 5 ou supérieur à 8,5, la croissance des microorganismes est directement affectée. En outre, le PH est un élément important pour l’interprétation de la corrosion dans les canalisations des installations de l’épuration. Les valeurs de PH mesurées varient peu et restent autour de 7,5 en moyenne. Les valeurs obtenues sont comparables à celles trouvées ailleurs pour les eaux usées d'abattoir qui présentent généralement un PH neutre à légèrement basique . En revanche elles ne sont par en accord avec celles trouvées par Wéthéetal, (2002) au niveau deseaux usées provenant d’un abattoir du Burkina Faso. La charge moyenne en DBO5 rejetée est de 12,6 kg/tonne, ce qui est similaire à la charge typique des abattoirs européens et nord-américains qui est de 13,2 kg/tonne. La charge en MES rejetée est de 11 kg/tonne, ce qui est également près de la moyenne typique (Tecsult, 2004). Le rapport DCO/DBO5 permet de comparer si les eaux usées rejetées directement dansle milieu récepteur ont des caractéristiques des eaux usées domestiques (rapportDCO/DBO5 inférieur à 3) (Driss et al.,2009). Les résultats de ce ratio constituent une indication de l’importance des matières polluantes peu ou pas biodégradables. Les eauxusées de la SOGAS présentent un ratio DCO/DBO5 variant de 1,9mg/L à 2,2 mg/L (Tableau VI) conforme à celui des eaux usées 49


urbaines à dominance domestique. On peut donc conclure que même si les eaux usées de ce rejet urbain présentent une charge organique élevée, elles sont facilement biodégradables. Ces résultats concordent avec ceux rapportaient par Zerhouni (2003). Par ailleurs, pour caractériser une pollution industrielle, on considère souvent le rapport DBO5/DCO qui donne des indications très intéressantes sur l'origine d'une pollutiondes eaux usées et ses possibilités de traitement. Pour notre étude, ce rapport est relativement élevé de l'ordre de 0,4 (Tableau VI ), ce qui confirme que les eaux usées drainées sont fortement chargées en matières organiques . Ce résultat obtenu est confirmé par le résultat obtenu en faisant le

rapport

MES/DBO5 qui est de l’ordre de 2,66. Par contre, le rapport DCO/DBO5 est faible (2,2), ce qui permet de déduire que la charge en matières organiques dans les eaux usées de la SOGAS est facilement biodégradable selon Belghyti (2009). II-2-3-2- Traitement des eaux usées par le biodigesteur Bien que le biodigesteur expérimental de THECOGAS ne traite que 36% des déchets solides et 8,2% des eaux chargées qui correspondent à 213 873 m3 des déchets, il contribue néanmoins à la réduction de la pollution des effluents de l’abattoir et la pollution de l’atmosphère. Ces quantités de déchets traités restent sont inférieures à celles trouvées par Farinet(2008) correspondant annuellement à 585 000 m3. Toutefois, le principal intérêt de la biométhanisation demeure son potentiel de résolution des problèmes de gestion des effluents. Le traitement des effluents par biométhanisation permet la réduction de la charge organique et des agents pathogènes en partie responsables de la contamination des eaux de surface et des eaux souterraines. La méthanisation permet la valorisation du méthane issu de la digestion anaérobie des matières organiques. En cela, ce procédé contribue à

50


empêcher les émissions naturelles de méthane dans l’atmosphère (INERIS, 2006). Par contre, nos résultats sont différents de ceux mentionnés par CIRAD (2010) à Thiès car la totalité des effluents qui autrefois polluaient l’environnement de l’abattoir de Thiès sont aujourd’hui traités par la biométhanisation. Cela s’explique par le fait que la production des effluents au niveau des abattoirs de Dakar est supérieure à la production des déchets des abattoirs de Thiès. II-2-3-3-Impact sur la santé des travailleurs

Le traitement des effluents par biométhanisation facilite la réduction les odeurs comme le montrent les groupes A et B. À ce titre, il peut contribuer à résoudre des problèmes de cohabitation avec le voisinage. A chaque étape du processus, correspond un état de décomposition et un état odorant de la matière. De plus, toutes les étapes ne génèrent pas d’émissions d’odorants. La méthanisation ellemême se fait en milieu confiné et donc sans émissions (Club Biogaz, 2010). Nos résultats sont en contradiction avec ceux de Burelle (2011). Pour cet auteur, le procédé de la biométhanisation repose sur la dégradation de la matière organique par des micro-organismes en l’absence d’oxygène. Pour ce faire, il y aurait donc la présence sur le lieu de matières qui dégagent des odeurs, en raison de la libération de substances volatiles (acides gras, composés, azotés ou soufrés, cétones, aldéhydes, composés aromatiques, etc.) lors de la réception ou à diverses étapes du procédé. Le niveau d’odeur pourrait créer des nuisances au voisinage. Il faut aussi considérer la gestion des eaux provenant du digestat (eaux de procédé), la gestion du digestat lui-même et les risques de contamination des eaux de surface. Enfin, le biogaz est traité avant son utilisation, évitant tout risque d’intoxication humaine par l’hydrogène sulfuré .Nos résultats montrent que l’hydrogène sulfuré(H2S) dans le biogaz est éliminé déjà dans le digesteur, par un dé-soufrage 51


biologique jusqu’à un taux maximal 1,3 ppm. A ce niveau, nos résultats sont inférieurs à ceux de Burelle en 2011 qui mentionnent des teneurs en H2S comprises entre 50 à 150 ppm. Les éléments les plus critiques à tenir en compte pour la santé et la sécurité sur le site d’une installation de méthanisation sont liés à la production et à l’entreposage du biogaz. Le biogaz est un produit explosif et toxique. Le méthane mélangé à l’air est aussi explosif à certaines concentrations. De plus, selon sa teneur en sulfite, le biogaz peut agir comme un poison mortel (Balsam et Ryan, 2006).

52


CONCLUSION

53


Conclusion L’abattoir de Dakar est une source importante de pollution en raison des rejets fortement chargés qu’elle génère. En effet, l’abattage des animaux à la SOGAS, génère d’importantes quantités de déchets estimés en moyenne à 207 tonnes par jour. Leur élimination constitue une contrainte pour la société car ils sont très souvent acheminés (la partie liquide surtout) vers la mer sans traitement préalable contribuant ainsi à la contamination de la baie de Hann. La problématique de l’électricité se pose pour la SOGAS qui exploite huit (8) chambres froides qui tournent 24h/24. Les délestages de la SENELEC éprouvent les performances et la trésorerie de cette société. Pour pallier à ce manquement, la SOGAS s’est dotée d’un groupe électrogène de 300 kVA qui consomme 500 000 FCFA de carburant par jour. L’adoption de la technologie du biogaz à l’abattoir de Dakar constitue un grand potentiel en raison des principaux avantages qu’elle offre dans les secteurs de l’environnement, de l’agriculture et de l’énergie. C’est dans ce contexte que nous avons entrepris cette étude qui a pour objectif général d’analyser les impacts économiques et environnementaux de l’utilisation du biodigesteur comme technique de gestion des eaux résiduaires à l’abattoir de Dakar. De manière spécifique, il s’agit de déterminer les coûts d’implantation et de fonctionnement d’un biodigesteur, de calculer les dépenses en énergie de l’abattoir avant et après l’implantation du biodigesteur et enfin d’évaluer l’impact environnemental du biodigesteur dans l’abattoir. Pour ce faire, les responsables de la Thecogas et de SOGAGS ont été enquêtés. La collecte d’informations s’est faite à l’aide des questionnaires élaborés à cet effet et administrés de manière individuelle. Il ressort alors de ce travail les résultats suivants. Le coût d’investissement du biodigesteur de Thecogas est estimé à 393 696 147 FCFA. La détermination de l’investissement pour une installation de 54


biométhanisation varie selon la taille, le site, les déchets à traiter et le niveau d'équipement et d'automatisation. Sur le plan économique, les coûts d’achat d’électricité est réduit de 15 % sur le prix de la SENELEC qui est fixé à 134 FCFA le kWh. En effet, la biométhanisation a réduit les dépenses énergétiques de la SOGAS de 2,3 % en 2014 et de 3,6 % en 2015. Le traitement des effluents par la biométhanisation réduit de 20% la taxe de pollution au niveau des abattoirs de Dakar. Cette réduction est fonction de la quantité de déchets traités. Sur le plan énergétique, la biométhanisation représente 15,4 % en 2014 et 24 % en 2015 de la consommation globale en électricité. On constate également, une diminution de la consommation d’énergie en provenance de la SENELEC d’environ 44 466 kWh, mais aussi une augmentation d’énergie produite par la biométhanisation de 97 197 kWh. Sur le plan environnemental, le biodigesteur de Thecogas a traité 36 % des déchets solides et 8,2 % des déchets liquides, ce qui correspond à 213 873 m3 de déchets traités. Il contribue ainsi à la réduction des effluents de l’abattoir et la pollution de l’atmosphère. Sur le plan sanitaire, le biogaz est traité avant son utilisation, évitant tout risque d’intoxication humaine par l’hydrogène sulfuré. La biométhanisation des déchets des abattoirs produit un mélange de 37 950 m3 de digestat par an qui représente 80 % des effluents traités. Par conséquent, la biométhanisation a contribué à la fois, au règlement des questions environnementales d’élimination des déchets et a l’approvisionnement en énergie par la production de biogaz. Cependant, pour résoudre le problème de la gestion des déchets de l’abattoir, nous recommandons à la Thecogas d’augmenter la capacité du digesteur pour pouvoir traiter la totalité des déchets solides des abattoirs. Elle devrait mettre en place une 55


base règlementaire nécessaire pour résoudre les problèmes de gestion des matières résiduaires. Sur le plan sanitaire et hygiénique, la Thecogas devrait délocaliser le biodigesteur pour éviter le stockage des effluents solides au sein de l’abattoir et ainsi lutter efficacement contre les nuisances olfactives. Nos recommandations vont également à l’ endroit de l’État du Sénégal qui doit veiller à la mise en place d’une politique de subvention des installations de biodigesteurs de type industriel, permettant ainsi le développement de la production de biogaz à grande échelle.

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BIBLIOGRAPHIE

57


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développement

durable:

stratégies. Modèle

nouvelles

d’organisation

des

régulations services

et en

nouvelles réseaux

et

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62


ANNEXES


ANNEXE A : La production du biogaz et convection en énergie en 2014 par thecogas. 2014 Mois

Contenus de

Quantité

Biogaz

Biogaz

panse en m3

eau

produit/j

produit

uséepompée

/mois

en m3 Janvier

-

-

-

-

Février

130

279

Mars

140

1 005

990

29 700

Avril

134

699

716

21 480

Mai

143

687

786

23 580

Juin

104

792

935

28 050

Juillet

149

735

872

26 160

Août

124

578

822

24 660

Septembre

164

801

804

24 120

Octobre

99

423

709

21 270

Novembre

137

639

772

23 160

Décembre

171

723

748

22 440

1 494

7 361

8 154

244 620

Total annuel


Annexe B: La production du biogaz en 2015 de Thecogas. 2015 Mois

Contenus de

Quantité

Biogaz

Biogaz

panse en m3

eau usée

produit/j

produit

pompée en

/mois

m3 Janvier

104

738

846

25 380

Février

125

612

718

21 540

Mars

150

905

923

27 690

Avril

69

672

658

19 740

Mai

72

762

802

24 060

Juin

39

1 578

1 129

33 870

Juillet

176

528

525

15 750

Aout

88

352

450

13 500

Septembre

132

660

700

21 000

Octobre

176

528

675

20 250

Novembre

154

616

800

24 000

Décembre

132

660

950

28 500

1 417

7 995

9 176

275 280

Total annuel


Annexe C : production d’énergie en 2014 de thecogas. Production d’énergie en 2014 nombre

Mois

nombre

de jours

nombre

production

production

heures

de

jours

taux de

kWh

chaleur

fonction

présence

possibles

présence

Janvier

0

31

Février

0

28

Mars

15 600

23400

200

15

31

48%

Avril

17 500

26 250

199

14

30

47%

Mai

16 580

24 870

240

17

31

55%

Juin

15 326

22 989

211

16

30

53%

Juillet

13 895

20 843

250

15

31

48%

Aout

12 021

18 032

174

14

30

47%

Septembre

10 177

15 266

129

13

31

42%

Octobre

12 250

18 375

150

16

30

53%

Novembre

17 500

26 250

250

14

31

45%

Décembre

16 200

24 300

270

15

31

48%

Total 2014

147 049

220 574

2 073

149

365

41%


Annexe D : production d’énergie en 2015 de thecogas. Production d’énergie en 2015 nombre

nombre de

nombre

heures

jours de

jours

fonction

présences

33 502

312

13

31

42%

18 955

28 433

240

10

28

36%

Mars

24 367

36 551

260

11

31

35%

Avril

17 371

26 057

399

17

30

55%

Mai

21 173

31 759

350

15

31

47%

Juin

29 806

44 708

250

10

30

35%

Juillet

13 860

20 790

250

10

31

34%

Aout

11 880

17 820

174

7

30

24%

Septembre

18 480

27 720

129

9

31

29%

Octobre

17 820

26 730

150

10

30

33%

Novembre

21 120

31 680

250

10

31

34%

Décembre

25 080

37 620

270

11

31

36%

Total 2015

242 246

363 370

3 034

134

365

20 187

30 281

248

11

30

production

production

kwh

chaleur

Janvier

22 334

Février

Mois

taux de

possibles présence

37%

Moyenne mensuel

37%


Annexe E : facture de consommation électrique de l’abattoir de Dakar de 2014 à 2015 N0 FACT

Energie

DATE AI

NBJ

ACTIVE en

PMAX

MONTANT

COS

en Kw

en FCFA

PHI

kWh 451938

72368

20/01/2014

31

186

9 264 091

0.95

1100471

60026

20/02/2014

28

192

7 652 462

0.96

1563312

64827

20/03/2014

31

318

9 133 162

0.97

2385277

58349

20/04/2014

30

185

7 514 391

0.97

3001168

68650

20/05/2014

31

205

8 875 087

0.97

3667957

66889

20/06/2014

30

189

8 547 814

0.97

4287123

69269

20/07/2014

31

204

8 900 008

0.97

4924070

72329

20/08/2014

31

198

9 202 152

0.97

5600208

78641

20/09/2014

30

204

9 994 988

0.96

6290848

83180

20/10/2014

31

207

10 632 833

0.95

6964442

78651

20/11/2014

30

205

10 023 468

0.95

7643247

62827

20/12/2014

31

176

8 095 260

0.96

8302458

58312

20/01/2015

31

174

7 557 468

0.96

8981022

52595

20/02/2015

28

159

6 790 334

0.97

9475077

65412

20/03/2015

31

170

8 416 921

0.95

35268

59772

20/04/2015

30

187

7 774 241

0.95

708247

64077

20/05/2015

31

180

8 321 948

0.95

1326993

69782

20/06/2015

30

200

8 965 162

0.95

1936128

81279

20/07/2015

31

235

10 563 339

0.94

2600733

94423

20/08/2015

31

222

11 915 907

0.84

4601144

70508

20/11/2015

30

205

9 131 992

0,92


SERMENT DES VETERINAIRES DIPLOMES DE DAKAR

« Fidèlement attaché aux directives de Claude BOURGELAT, fondateur de l’enseignement vétérinaire dans le monde, je promets et je jure devant mes maîtres et mes aînés :  d’avoir en tous moments et en tous lieux le souci de la dignité et de l’honneur de la profession vétérinaire ;  d’observer en toute circonstance les principes de correction et de droiture fixés par le code de déontologie de mon pays ;  de prouver par ma conduite, ma conviction, que la fortune consiste moins dans le bien que l’on a, que dans celui que l’on peut faire ;  de ne point mettre à trop haut prix le savoir que je dois à la générosité de ma patrie et à la sollicitude de tous ceux qui m’ont permis de réaliser ma vocation. Que toute confiance me soit retirée s’il advient que je me parjure »


FONCTIONNEMENT D’UN BIODIGESTEURE A L’ABATTOIR DE DAKAR : IMPACTS ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTALS RESUME Ce travail a pour objectif général d’analyser les impacts économiques et environnementales de l’utilisation de la biométhanisation comme technique de gestion des eaux résiduaires à l’abattoir de Dakar. De manière spécifique, il s’agit de déterminer les coûts d’implantation et de fonctionnement d’un biodigesteur de type industriel, d’estimer les dépenses en énergie de l’abattoir avant et après l’implantation du biodigesteur et enfin d’évaluer l’impact environnemental du biodigesteur dans l’abattoir. Pour ce faire, les responsables de la THECOGAS et de SOGAS ont été enquêtés. La collecte d’informations s’est faite à l’aide de questionnaires élaborés à cet effet et administrés de manière individuelle. Le coût d’investissement du biodigesteur de Thecogas est estimé à 393 696 147 FCFA. Sur le plan économique, les coûts d’achat d’électricité sont réduits de 15% sur le prix de la SENELEC qui est fixé à 134 FCFA /kWh. En effet, la biométhanisation a réduit de 2,3% en 2014 et de 3,6% en 2015 les dépenses énergétiques. On constate que le traitement des effluents par la biométhanisation réduit de 20% la taxe de pollution au niveau des abattoirs de Dakar. Sur le plan énergétique, la biométhanisation représente 15,4% en 2014 et 24% en 2015 de la consommation globale en électricité. On constate également, d’une part une diminution de la consommation d’énergie en provenance de la SENELEC d’environ 44466 kWh, et d’autre part une augmentation d’énergie produite par la biométhanisation de 97197 kWh. Sur le plan environnemental, le biodigesteur a traité 36% des déchets solides et 8,2% des eaux chargées, ce qui correspond à 213 873 m3 de déchets. La biométhanisation des déchets des abattoirs a produit un mélange de 37 949,6 m3 par an de digestat qui représente 80% des effluents traités. Par conséquent, la biométhanisation a contribué à règle à la fois les questions environnementales d’élimination des déchets et de l’approvisionnement en énergie par la production de biogaz. Mots clés : Biométhanisation – économie d’énergie – traitement des effluents – Biodigesteur – abattoir – Dakar – Sénégal Auteur : Lawali BARMINI AKOURKI Tél : (+227) 92 70 83 17 / 77 315 04 93 Adresse : (Niamey Niger) E-mail : lawalibarminiakourki@gmail.com

Lawali BARMINI AKOURKI  

FONCTIONNEMENT DU BIODIGESTEUR DE L’ABATTOIR DE DAKAR : IMPACTS ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTALS

Lawali BARMINI AKOURKI  

FONCTIONNEMENT DU BIODIGESTEUR DE L’ABATTOIR DE DAKAR : IMPACTS ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTALS

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