Découvrez de nouvelles méthodes pour optimiser le processus entre la digestion anaérobie et le moteur de cogénération. Le sales managerdu Vaisala Lilian Robert explique de manière détaillée les points de mesure essentiels relatifs à l'humidité, au méthane, au dioxyde de carbone et montre comment augmenter la rentabilité de la production de biogaz tout en maintenant les frais d'exploitation à un minimum.

1. Intervenant : Lilian Robert, responsable des ventes
Bienvenue dans le webinaire de Vaisala
Allumez votre moteur
biologique :
améliorer la rentabilité des
processus
de production de biogaz

2. L'entreprise Vaisala
a été fondée en 1936
par le Dr Vilho Väisälä
(1889 - 1969) :
 Inventeur et scientifique
 Pionnier dans la météorologie moderne
Aux origines de Vaisala

3. Restricted
Étapes technologiques clés
Des sondages
en altitude
Révolution des technologies de
détection
Mesures industrielles
de l’humidité relative
et du point de rosée
Solutions applicatives
Technologies
de l'information
Mesures de détection
à distance du NDIR - dioxyde de
carbone
1970 –19901930 –1960

4. Restricted
Emploie
1850professionnels
dans le monde
entier
Possède plus de
30bureaux
37 %
des employés de
Vaisala travaillent
en dehors de la
Finlande
17pays
dans
A des clients
dans plus de
150pays chaque
année
S'engage à utiliser
d'électricité
renouvelable
d'ici à
100 %

5. Restricted
Réseau Vaisala
(Mesures industrielles)
(Météorologie et environnement)

6. Restricted
Présentations
 Lilian Robert cumule plus de 20 années
d’expérience dans la mesure et l’analyse
des gaz et liquides au service des
processus industriels.
 Titulaire d’un dîplome universitaire dans les
sciences liées à l’énergie et à la chimie; et
d’une maîtrise de commerce.
M. Lilian Robert, expert en mesure
du biogaz et sales manager chez Vaisala

7. Restricted
Ordre du jour
Des déchets à la valeur – une perspective
mondiale
Défis typiques en matière de mesure
et importance de la mesure de l’humidité
Points de mesure clés pour l'humidité,
le méthane et le dioxyde de carbone
Exemples d'installation

8. Des déchets à la
valeur – une
perspective
mondiale

9. Restricted
Des déchets à la production de valeur
 Avec l'accroissement de la population,
les déchets représentent un défi majeur
 La digestion anaérobie (ou méthanisation
ou biométhanisation) est l'un des
meilleurs moyens pour gérer les
biodéchets ; elle contribue à améliorer le
cycle des nutriments et à garantir un sol
sain
 Le fait de dégrader la matière organique
en méthane pour les autres processus
atténue l'impact des déchets sur le climat
et apporte de la valeur en tant que source
d'énergie

10. Restricted
Défis typiques en matière de mesure et importance
de la mesure de l’humidité

11. Restricted
Pour les précurseurs à la recherche
d'un avenir durable
 Les déchets organiques sont convertis
en biogaz par la digestion anaérobie
(DA) (aussi appelée méthanisation)
 Le biogaz sert de combustible dans
un moteur de cogénération pour
fournir électricité et chaleur
 Le biogaz peut également être purifié pour obtenir
du biométhane utilisable comme gaz naturel pour
les véhicules ou injectable sur le réseau de
distribution de gaz naturel
 Les mesures de gaz sont réalisées lors
de la digestion anaérobie et en amont du moteur de
cogénération ou de l'unité de purification pour
obtenir du biométhane
 Les mesures directes réalisées avec
l'instrument multigaz de Vaisala offrent
un contrôle des processus à la fois fiable
et précis

12. Restricted
Aide à l'amélioration de la rentabilité
de votre usine
Multiplier les revenus avec la mesure du méthane
 Optimiser la génération d’électricité et de chaleur
 Tirer plus de méthane des déchets
 Garantir un contrôle opportun avec une mesure fiable sur site
Réduire les frais d'exploitation avec la mesure
de l'humidité
 Protéger le moteur de l'usure et des arrêts
 Espacer le remplacement des filtres à charbon actif

13. Restricted
Aide à l'amélioration de la rentabilité
de votre usine
Multiplier les revenus avec la mesure
du méthane
 Mesurer le méthane et le dioxyde de carbone au niveau du
digesteur anaérobie permet d'en savoir plus sur les
bactéries présentes dans le méthaniseur ou réacteur
à biogaz
 La sortie du moteur peut être améliorée en réglant les
paramètres de celui-ci sur la concentration en méthane
mesurée

14. Restricted
Aide à l'amélioration de la rentabilité
de votre usine
Espacer le remplacement des filtres
à charbon actif
 La filtration sur charbon actif est une technique
communément utilisée pour nettoyer le biogaz
en amont du moteur de cogénération ou de l'unité
de purification pour obtenir du biométhane
 Les pellets de charbon actif ont une plage d'humidité
optimale dans laquelle ils filtrent au mieux
 Les recharges coûtent cher
Mesurer l'humidité au niveau
des filtres à charbon permet d'économiser
de l'argent.

15. Restricted
Aide à l'amélioration de la rentabilité
de votre usine
Éviter toute condensation non sollicitée
au niveau des régulateurs de pression
 En général, on diminue la pression gazeuse
en amont du moteur
 En réduisant la pression, on descend la
température du gaz
 Une condensation peut se former au niveau
du régulateur
 Si le biogaz est transféré via une conduite vers
une centrale locale hors site, la condensation
en transit représente un risque

16. Restricted
Aide à l'amélioration de la rentabilité
de votre usine
Protéger le moteur de l'usure et des arrêts
 Un biogaz trop humide dans un moteur de cogénération
augmente l'humidité dans l'huile du moteur
 Les changements d'huile se font en fonction de l'humidité,
de l'accumulation de sulfure (sulfure d'hydrogène) et de
silicium (siloxanes) dans l'huile
 Connaître le taux d'humidité du biogaz alimentant
le moteur permet d'identifier les problèmes et de
les corriger le plus tôt possible

17. Restricted
Pourquoi les instruments de biogaz actuels sont-ils
insuffisants ?
 Les instruments de biogaz typiques sont extractifs : ils ont besoin de pompes
et de tuyaux pour acheminer le gaz vers le panneau de l'instrument
 Les instruments de biogaz typiques sont basés sur la mesure infrarouge à
longueur d'onde fixe et les cellules électrochimiques, deux technologies qui
exigent de fréquents réétalonnages sur le terrain
 Les instruments de biogaz typiques ne mesurent pas l'humidité, elle est perdue
dans l'extraction d'échantillons et ne peut pas être mesurée sans instruments sur
site
 L'instrument de biogaz idéal est un appareil sur site directement intégré
dans le processus, sans pièces ni consommables et avec des intervalles de
vérification de l'étalonnage longs…

18. Introduction et aperçu
Sonde multigaz
Vaisala MGP261

19. Restricted
La différence clé
Le premier instrument de mesure du biogaz 3-en-1 sur site au monde, la sonde MGP261
Stabilité et précision révolutionnaires
 Appareil de mesure du méthane et du dioxyde de carbone et premier appareil au monde de mesure optique
de l'humidité pour le biogaz
 Auto-étalonnage CARBOCAP®
 Tête de capteur chauffée pour éviter la condensation
Faible coût d'exploitation
 En temps réel et sur site
 Pas de ligne d'échantillonnage, pas de pompe et aucune élimination d'humidité exigées
 Pas de gaz d'étalonnage exigé pour une utilisation de routine
Compact et robuste
 Certifié IECEx/ATEX
 Matériau résistant à la corrosion
 Protection IP66

20. Restricted
Technologie de 2ème génération CARBOCAP®
 Ampoule filament miniature remplacée par un Microglow,
un composant micromécanique fabriqué par Vaisala
 En comparaison avec une ampoule filament utilisée par
la plupart de nos concurrents, la source Microglow offre :
 Une durée de vie plus longue : >15 ans
 Une consommation électrique faible
 Une sortie lumineuse stable
 Une réponse rapide au démarrage
 Elle permet de fabriquer des produits certifiés Ex
hermétiquement scellés et protégés par un composé
d'enrobage
Microglow breveté
par Vaisala, un
émetteur MEMS
à rayonnement
infrarouge.
Émetteur
CadreMembrane
pour isolation
thermique

21. Restricted
Mesures multigaz avec CARBOCAP®
 Le filtre à infrarouge accordable à base
de silicium de Vaisala permet de mesurer
plusieurs gaz à l'aide d'un seul élément de
filtre accordable (interféromètre Fabry-Perot)
 Dans la sonde de biogaz MGP261, l'humidité
et le dioxyde de carbone sont mesurés avec
le même filtre optique
 Lors de chaque mesure, le filtre est accordé
à plusieurs longueurs d'onde dont
 la longueur d'onde d'absorption H2O
 la longueur d'onde d'absorption CO2
 la longueur d'onde de référence commune
 Le deuxième canal optique mesure le méthane
CO2H2O CH4
Longueur d'onde (µm)

22. Restricted
Structure de la sonde
A
B
C
D
E
F
G
A. Couvercle du boîtier de connexions
B. Entrée intrinsèquement sécurisée
de 4 à 20 mA (p ou T)
C. Sorties analogiques, connecteur RS-485, entrée
d’alimentation de 18 à 30 CC
D. Filetage NPT mâle de 1,5"
E. Électronique encapsulée dans la sonde
F. Cellule d'échantillonnage
G. Filtre de la sonde

23. Restricted
Connectivité

24. Restricted
Maintenance facile
Remplacement du filtre
 Changez le filtre s'il montre des
signes visibles de contamination
ou de saleté
Étalonnage et réglage
en utilisant le gaz d'étalonnage comme
référence avec cellule de circulation,
le logiciel Insight et le câble USB
Nettoyage de la sonde
Nettoyez la sonde en l'essuyant
avec un chiffon humide.
Tolérance aux produits chimiques
 H2O2 (2 000 ppm), agents nettoyants à base
d'alcool comme l'éthanol et l'isopropanol
(70 % d'alcool isopropylique, 30 % d'eau),
l'acétone, l'acide acétique, désinfectant Virkon™ S
(agent actif : l'oxone)

25. % du volume / point de rosée, base humide /
base sèche
Mesure optique de
l'humidité

26. Restricted
Unités de mesure pour la mesure optique de l'humidité
 La mesure optique de l'humidité donne la concentration en volume (parties par
million ou % vol) directement
 Autres unités de mesure communément utilisées : température du point de rosée
et humidité relative
 La concentration volumique et la température du point de rosée sont liées par
un simple facteur de conversion et l'instrument MGP261 est configurable pour
les deux paramètres de sortie
 La conversion de la concentration volumique en humidité relative dépend très
fortement de la température du gaz mesurée par le capteur de température de
référence externe, elle doit donc être calculée en dehors de l'instrument MGP261

27. Restricted
Au-dessus de la limite de
détection mais en dessous
de la spécification de précision
H2O 0,3 … 0,5 % vol
Plage de mesure typique pour
la surveillance des filtres à
charbon actif HR = 30…70
On s'attend à ce que l'instrument
MGP261 fonctionne bien dans
les gaz humides, Td > 0 °C et
température du process <65 °C
Température °C
% vol H20 / % d'HR et °C
Performances normales
H2O 0,5 … 25 % vol
Précision ±0,5 % vol
Au-dessous de la limite
de détection conservative
estimée H2O <0,3 % vol
Plage de mesure typique
pour l'entrée du moteur
de cogénération après
l'échangeur thermique
Plage de mesure typique
du gaz brut sans
échangeur thermique
Humiditérelative(%d'HR)

28. Restricted
À quoi correspondent la base sèche et la base humide
en % du volume ?
 Pour les instruments qui mesurent les gaz directement sans
extraire l'humidité, la concentration peut être exprimée en
gaz humide ou en gaz sec
 La différence devient considérable lorsque l'humidité
du gaz est supérieure à l'air ambiant (>2 % vol)
 La concentration en gaz sec est toujours supérieure
à la concentration en gaz humide
 Les analyseurs de gaz extractifs traditionnels extraient
généralement l'humidité avant la mesure pour fonctionner
sur une base sèche
 L'instrument MGP261 mesure sur une base humide mais
peut être configuré pour sortir les CH4 et CO2 dans l'un ou
l'autre des formats
HUMIDE SEC
H2O 20 % - - -
CH4 52 % 65 %
CO2 28 % 35 %
𝑐𝑐sec =
𝑐𝑐ℎ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑢𝑢𝑢𝑢
100 % − H2O

29. Restricted
Avertissement : utiliser une base sèche pour H2O n'est
pas conseillé
 Exprimer la vapeur d'eau sur une base
sèche donne des résultats inattendus
avec des concentrations élevées : un
verre d'eau à moitié plein est une base
sèche H2O à 100 % tandis qu'un verre
d'eau aux 3/4 plein est une base sèche
H2O à 300 % !?
 Exprimer la vapeur d'eau sur une base
humide (par défaut sur le MGP261) est
plus logique : un verre d'eau à moitié
plein est H2O à 50 % tandis qu’un
verre aux 3/4 plein est H2O à 75 %.
Est-il plein à 50 % ou à 100 % ?

30. Restricted
À quel moment dois-je privilégier une base humide ou
une base sèche ?
 Si la mesure de la vapeur d'eau est demandée, il semble logique de rapporter
tous les gaz sur base humide
 H2O + CH4(humide) + CO2(humide) ≈ 100 % vol car la concentration des
autres gaz du biogaz est proche de 0
 Si vous ne vous intéressez qu'aux CH4 et CO2 ou si vous souhaitez comparer les
relevés du MGP261 à ceux des autres instruments sur base sèche, la base
sèche est plus indiquée
 CH4(sec) + CO2(sec) ≈ 100 % vol
 Exprimer la concentration en eau sous la forme d'une température du point de
rosée fonctionne aussi bien avec des mesures du CH4 et du CO2 sur bases
sèche ou humide

31. Revue rapide
Zones explosives et
biogaz

32. Restricted
Dangers d'explosion dans le biogaz
 Le biogaz est principalement composé d'un mélange
de méthane/dioxyde de carbone
et de quantités variables de vapeur d'eau
 Une fois sec, le biogaz contient ~70 %
de CH4 et 30 % de CO2
 La plage des concentrations explosives est
plutôt ramassée dans le schéma en triangle
 Des mélanges explosifs se créent lorsque du biogaz
s'échappe dans l'air par les conduits, les soupapes et
les connexions des équipements d'une usine
Biogaz Méthane
Temp. d'allumage 700 °C 595 °C
Limite explosive inférieure dans l'air 6 % vol 4,4 % vol
Limite explosive supérieure dans l'air 22 % vol 16,5 % vol
Valeur calorifique 6 kWh/m3 10 kWh/m3
CH4 en % vol
Air/CO2/CH4 en % vol
CO2 en % vol
LES
LEI
Mélange méthane/CO2
70/30
Plage d'explosion

33. Restricted
 Ces illustrations sont données à titre d'exemple et montrent des cas typiques.
Reportez-vous toujours aux schémas de classification réels de chaque site.
 Zone 0 : des conditions explosives existent sur de longues périodes ou
fréquemment en fonctionnement normal
 Zone 1 : l'atmosphère explosive existe de temps en temps, en fonctionnement
normal
 Zone 2 : l'atmosphère explosive n'existe pas en temps normal ou, si elle existe,
elle est limitée à de courtes périodes
Salle de contrôle, zone sûre
Zone 1 : à l'intérieur des carters du
compresseur et autour des ouvertures
de ventilation, le reste de la salle du
compresseur étant la Zone 2
ZONE 2 - AUTOUR
DU RÉSERVOIR
EN x MÈTRES DE RAYON
ZONE 0 –
À L'INTÉRIEUR
DU RÉSERVOIR
AU-DESSUS
DE LA SURFACE
LIQUIDE
PAS DE ZONE –
À L'INTÉRIEUR
DU RÉSERVOIR
AU-DESSOUS
DE LA SURFACE
LIQUIDE
ZONE 1 - CUVE
À FUITES ET
DÉBORDEMENTS
ZONE 1 - AUTOUR
DU RENIFLARD
Classification des zones Ex dans une usine
de biogaz typique

34. Restricted
Explication des marquages de protection contre
les explosions
 Le code Ex peut être assez complexe. L'instrument MGP261 de Vaisala est un exemple
de produit certifié pour une limite entre deux zones :
 II – au-dessus du sol (sans mine)
 1/2 (1) - Pour une utilisation dans les Zones 0 et 1, avec un sous-assemblage pour la Zone 0
 G - Protection contre les gaz (pas la poussière)
 eb mb – Concepts de protection Sécurité améliorée et encapsulation de masse pour la Zone 1
 [ia] - Contient l'assemblage intrinsèquement sûr pour la Zone 0
 IIB – Groupe de gaz B (gaz les plus explosifs), toutefois pas > aux niveaux LEI du H2, acétylène)
 T3 – Groupe de température 3, température de surface la plus élevée en cas de défaut <200 °C
 Plage de température ambiante -40 ... +60 °C

35. Points de mesure
clés

36. Restricted
Points de mesure typiques
sur une usine de méthanisation
POINTS
DE MESURE
BIOGAZ
DIGESTEUR
RÉCEPTION BIODÉCHETS
TRAITEMENT BIOGAZ
FILTRATION PAR CHARBON ACTIF
STOCKAGE GAZ
MOTEUR DE COGÉNÉRATION

37. Restricted
Mesure au niveau des digesteurs
 Paramètres clés : méthane
et dioxyde de carbone
 Mesurer dans le digesteur ou
immédiatement après celui-ci
permet un contrôle automatisé
du réacteur
 Le taux de charge des déchets
et le temps de rétention dans le
digesteur sont des paramètres
importants pour optimiser la
production de méthane
 L'humidité est généralement
saturée à ce point
POINTS
DE MESURE
BIOGAZ
DIGESTEUR
RÉCEPTION BIODÉCHETS
TRAITEMENT BIOGAZ
FILTRATION PAR CHARBON ACTIF
STOCKAGE GAZ
MOTEUR DE COGÉNÉRATION

38. Restricted
Mesure au niveau de l'unité de traitement
du gaz  Paramètre clé : humidité
 Les mesures réalisées après
l'échangeur thermique et avant
la filtration ont deux objectifs :
1. Contrôler l'échangeur
thermique utilisé pour
sécher la gaz
2. Surveiller l'humidité
du gaz passant à travers
les filtres à charbon actif
pour éviter les problèmes
de condensation ou de
gaz trop sec
POINTS
DE MESURE
BIOGAZ
DIGESTEUR
RÉCEPTION BIODÉCHETS
TRAITEMENT BIOGAZ
FILTRATION PAR CHARBON ACTIF
STOCKAGE GAZ
MOTEUR DE COGÉNÉRATION

39. Restricted
Mesure au niveau du moteur de combustion
interne  Paramètres clés : méthane
et humidité
 La mesure du méthane offre
un contrôle plus précis et plus
efficace du moteur
 La mesure de l'humidité permet
de détecter les problèmes au
niveau de la qualité du gaz
avant qu'ils n'endommagent
le moteur ou provoquent des
arrêts
POINTS
DE MESURE
BIOGAZ
DIGESTEUR
RÉCEPTION BIODÉCHETS
TRAITEMENT BIOGAZ
FILTRATION PAR CHARBON ACTIF
STOCKAGE GAZ
MOTEUR DE COGÉNÉRATION

40. Exemples
d'installation

41. Restricted
Usine de méthanisation, déchets de l'industrie
agroalimentaire
 L'usine de biogaz traite actuellement des flux latéraux de l'industrie agroalimentaire
ainsi que des biodéchets collectés et conditionnés à part. Les matériaux
conditionnés sont livrés pour l'utilisation de l'énergie et les parties biodégradables
sont utilisées dans le biogaz.
 Le biogaz extrait de l'usine est vendu pour alimenter la chaudière et le moteur
de cogénération d'une société d'électricité locale pour la production d'énergie,
de chaleur et de vapeur.
 Un premier prototype de l'instrument MGP261 a été installé dans un adaptateur
à circulation et a servi d'analyseur extractif dans un boîtier Ex d résistant aux
explosions pendant une période test de 12 mois.
 Les résultats ont été comparés à ceux d'un analyseur extractif existant.

42. Restricted
Stabilité à long terme dans l'usine de méthanisation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Concentration,%vol
Temps, jours
Reference CH4
MGP261 CH4
MGP261 CO2
MGP261 H2O
Temps, jours
Concentration,%vol
CH4 de référence

43. Restricted
Usine de gaz de décharge
 L'une des plus grandes usines de gaz de décharge en Europe a été sélectionnée pour
le test sur site.
 Le site contient deux décharges et plusieurs stations de pompage du gaz dont une est
dorénavant équipée d'un MGP261 pour surveiller la qualité du gaz
 Le gaz est filtré et passe à travers plusieurs moteurs de cogénération et produit une puissance
électrique totale de 15 MW
 De plus, la chaleur produite au niveau des moteurs de cogénération assure l'auto-suffisance
énergétique du site.
 Les émissions de dioxyde de carbone provenant du site de traitement des déchets
sont réduites d'environ 3 000 tonnes par an par l'utilisation du gaz de décharge
 Dans les données en ligne présentées dans la diapositive suivante, le temps de réponse rapide
de la sonde de mesure sur site est souligné par les impulsions répétées sur le schéma. Elles
se produisent lorsque les filtres à charbon actif basculent automatiquement entre 2 batteries de
filtres.

44. Restricted
Mesure sur site dans une usine de gaz de décharge
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Concentration,%vol
Temps, jours
MGP261 CH4
MGP261 CO2
MGP261 H2O
REF CH4
REF CO2CO2 de RÉF.
Temps, jours
Concentration,%vol
CH4 de RÉF.

45. Restricted
Résumé
 Des mesures précises et fiables du biogaz sont nécessaires pour
optimiser les processus
 La mesure sur site réduit les coûts d'exploitation et simplifie l'analyse
des gaz en comparaison avec les analyseurs de gaz extractifs
 Le nouvel instrument MGP261 de Vaisala permet de mesurer
l'humidité, en plus du méthane et du dioxyde de carbone, et de
contrôler les processus

46. Merci pour votre participation ! Pour plus d'informations,
visitez www.vaisala.fr/biogas