Conception et réalisation d’un gazogène downdraft à usage domestique : application à la gazéification des

éclats d’eucalyptus Rijalalaina RAKOTOSAONA a,d, Robinson M. RAKOTOMALALA a, Jaconnet O.

ANDRIANAIVORAVELONA a, Jean de Dieu RAMAROSON b, Philippe ANDRIANARY a, Fréderic RANDRIANARIVELO c

a École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département Génie chimique, bCentre National de Recherches Industrielle et Technologique. Département Matériaux et Génie Civil, c École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département Science des Matériaux et Métallurgie dAuteur correspondant : Email : kotolala@gmail.com__________________________________________________________________________

Résumé

La constatation des gaspillages d’énergie par les cuiseurs traditionnels souvent utilisés à Madagascar a motivé la confection du gazogène. Le choix s’est porté sur le type downdraft pour sa souplesse, du point de vue combustibles, mais aussi de l’utilisation du syngas produit. Le gazogène construit à partir des matériels disponibles à Madagascar contient les éléments suivants : la chambre de réaction, son enveloppe et la trémie (qui constituent le corps du gazogène) mais aussi le cyclone, le ventilateur centrifuge, le moteur, le variateur de vitesse et le refroidisseur de gaz (qui constituent les équipements auxiliaires). Nous avons ensuite utilisé le logiciel EES « gasifier » , un programme de modélisation pour les gazogènes downdraft afin de déterminer la composition du gaz. Les tests du gazogène ont été effectués avec des éclats d’eucalyptus avec une humidité de 10,92% et de formule CH1,37 O0,63. A la vitesse maximale, on a obtenu un débit de biomasse de 3,09 kg/h qui décroît avec la diminution de la vitesse et se retrouve à 2,06 kg/h à vitesse minimale. La composition du syngas ne présente pas de différence majeure pour les trois tests concluants, la composition moyenne est CO : 21,3%, H2 : 15%, CH4 : 2%, CO2 : 11,23%, N2 : 50,47 % en base sèche. Ces résultats se sont donc avérés concluants pour les éclats d’eucalyptus.

I INTRODUCTION

Le recours à des sources d’énergie alternatives est incontournable pour continuer à satisfaire les besoins énergétiques, tout en préservant l’environnement. Pour la majorité des ménages malgaches, le bois reste le premier choix en matière de combustible. Celui-ci est pourtant utilisé d’une manière encore très primitive, ce qui ne permet pas de profiter les innombrables potentiels qu’elle peut offrir. La problématique se pose sur la manière dont il faut exploiter la biomasse afin de rentabiliser le plus possible. La principale raison de cette étude est la conception et la réalisation d’un gazogène à petite échelle dans le but de valoriser la biomasse, considérée comme des déchets à Madagascar, en la transformant en gaz utilisable ainsi que de réduire la consommation en bois pour la cuisson et pour la fabrication de charbon dans les ménages malgache.

II MATERIEL ET METHODE

A Choix du type de gazogène. [1][2][3]

Parmi les différents types de gazogène, nous avons choisi de réaliser un gazogène à lit fixe de type co-courant (downdraft) pour les raisons suivantes :

• Les gazogènes à lit fixe sont les mieux adaptés aux contextes des pays en voie de développement comme Madagascar car la taille des installations est convenable à l’utilisation domestique (cuisson) ou à la production d’électricité à petite échelle.

• Le gazogène downdraft est préféré par rapport à l’updraft, pour la qualité du gaz produit qui contient

moins de goudron et donc à usage multiple.

• Les matériaux de construction sont faciles à se procurer. On a choisi l’acier ordinaire pour le corps du gazogène et l'acier galvanisé pour les tuyauteries, qui sont des matériaux non seulement résistants à l’usure du temps mais aussi disponibles sur le marché local.

B Les composants du gazogène [2] [3] [6] [8]

Les composants du gazogène sont divisés en deux groupes. Il y a les composants qui constituent le corps du gazogène et les équipements auxiliaires.

1-Le corps du gazogène

Afin de faciliter la maintenance ou éventuellement la modification de l'appareil, Le corps du gazogène est divisé en deux éléments séparables : La chambre de réaction avec la trémie et l'enveloppe.

La chambre de réaction avec la trémie constitue le cœur du gazogène. C’est à l’intérieur de celle-ci que se passent les quatre étapes de la gazéification. Elle a été faite à l’aide d’un tube cylindrique en acier ordinaire de hauteur 450 mm, de diamètre intérieur 260 mm et d’ une épaisseur de 4 mm. En bas du tube est soudée une plaque épaisse (5mm) perforée qui maintient le combustible et permet le passage des gaz. Il y a un rétrécissement niveau de la zone de combustion du gazogène pour réduire la quantité de goudron qui se dépose à ce niveau.

L’air est alimenté à la partie basse du gazogène, au tiers de la longueur de la chambre de réaction (une hauteur très commune dans les gazogènes downdraft). D’abord, l’air est amené dans une chambre placée en haut sur le périphérique du réacteur avant d’être distribué à l’aide de trois conduites et ensuite injecté par des buses dans la zone de combustion. Le nombre de buses doit être un nombre impair de telle sorte que le jet d'une buse ne touche pas le jet du côté opposé, en laissant un espace mort entre les deux.

Afin de permettre l’assemblage de la chambre de réaction avec son enveloppe, une bride est soudée à 100 mm du haut. Des trous sont percés sur la périphérie de la bride pour l’assemblage par boulon. Les différentes vues de la chambre de réaction est présenté sur la figure suivante.

FIG 1 : Différentes vues de la chambre de réaction avec : (a) entrée d’air principale, (b) buse, (c) grille, (d)

conduite de distribution d’air et (e) bride

FIG 2 : Photographie de la chambre de réaction

Le réacteur est surmonté d’une trémie dont l’usage permet un approvisionnement continu de

biomasse dans le réacteur pendant un certain temps. Les dimensions de la trémie sont respectivement pour la hauteur et le diamètre de 500 mm et 400 mm. Elle est fermée par un couvercle sur la partie supérieure qui empêche l’air d’entrer par le haut. La figure suivante montre les différentes vues de la trémie de stockage de la biomasse.

FIG 3 : Différentes vues de la trémie avec : (a) couvercle, (b) corps de la trémie, (c) poigné et (d) écrou de serrage à la main

L’enveloppe permet de stocker temporairement le gaz produit qui sort ensuite par la grille. Cette dernière permet de maintenir le combustible et de récupérer les cendres. Une bride est soudée sur son bord supérieur, permettant l’assemblage du corps du gazogène.

FIG 4 : Différentes vues de l’enveloppe avec : (a) bride, (b) sortie du syngas, (c) récupération du cendre et (d) fixation avec le cadre

L’espace entre l’enveloppe et le réacteur doit être hermétique et le gaz ne peut être évacué que par une perforation réalisée sur la surface latérale de l'enveloppe. Le gaz passe ensuite dans les équipements auxiliaires du gazogène. Une ouverture a été installée au fond de la cuve, pour récupérer les cendres. La figure N°4 montre l’enveloppe de la chambre de réaction sous différentes vues.

2 Les équipements auxiliaires

Les équipements auxiliaires comprennent : un système de séparation solide-gaz (le cyclone), un ventilateur centrifuge, un moteur, un dispositif mécanique de variation de tour et un refroidisseur.

a. Le cyclone

A la sortie de la chambre de combustion, le syngas contient des particules en suspension. Le séparateur largement utilisé dans les procédés de gazéification est un cyclone à flux inversé. Le cyclone est construit avec un tôle d’épaisseur 2 mm. Les différentes vues du cyclone se trouve dans la figure suivante.

FIG 5 : Différentes vues du cyclone avec : (a) entrée du syngas impur, (b) diaphragme de sortie du gaz purifié et (c) récupération des particules de charbon

b. Le ventilateur centrifuge

Le ventilateur centrifuge est le poumon du gazogène. Cet appareil permet en même temps l’entrée de l’air dans le gazogène et l’évacuation du syngas produit. La figure N°6 illustre un ventilateur centrifuge avec ses différents composants.

Le ventilateur à pales inclinés vers l’arrière a été choisi du fait de son efficacité par rapport aux ventilateurs à pales radiales. Le nombre de pales utilisées est de 6. La figure N°7 montre le schéma de notre roue avec les 6 pales.

FIG 6 : Les composantes d’un ventilateur centrifuge avec : (a) carter, (b) roue, (c) porte roue, (d) palier et (e) arbre

Le ventilateur centrifuge est placé en aval de la chambre de réaction. Lorsque l’hélice tourne, elle crée une dépression qui aspire l’air depuis l’entrée d’air principale vers la zone de combustion. Le gaz produit passe à travers le cyclone avant d’être expulsé dans le refroidisseur. La vitesse de rotation de la roue

détermine le débit de gaz déplacé. Le ventilateur est fabriqué à partir de d'une tôle d’acier de 4 mm d’épaisseur.

FIG 7 : Schéma de l’assemblage roue-pales

c. Le moteur

Le moteur utilisé pour faire fonctionner le ventilateur est un moteur électrique asynchrone monophasé dont les caractéristiques sont données dans le tableau suivant.

Marque GEORG SAHM

Puissance nominale 0,75 kW

Tension d’alimentation 220-230 V

Courant nominal 5,40 A

Vitesse de rotation 2800 tr/ min à 50 Hz et 3360 tr/min à 60 Hz

Facteur de puissance cos( φ ) 0,82

Condensateur permanent 25 µF 450 V

Tableau 1 : Les caractéristique du moteur utilisée

d. Le variateur de vitesse

Le débit d'air qui passe dans l'appareil dépend de la vitesse de rotation du ventilateur. Sur le plan technologique, un variateur de vitesse mécanique est conçu pour varier en continu la vitesse au niveau du ventilateur sans arrêter le moteur. Ce type de variateur est moins performant que celui d’un variateur électronique mais le moyen financier de laboratoire ne permettra pas l'acquisition de ce dernier.

Le variateur est composé d’une roue menante de 130 mm de diamètre montée sur arbre du moteur et d’une roue menée de 100 mm placée perpendiculairement à la première. Cette deuxième roue peut coulisser librement sur l’arbre de transmission à l’aide de la manivelle (f). Pour améliorer le transfert de mouvement entre les deux roues, une gaine en caoutchouc est fixée sur la roue menée

Lorsque la roue menée s’éloigne de l’arbre du moteur, la vitesse de rotation de cette dernière augmente. Une poulie est assemblée sur l’arbre de transmission

FIG 8 : Variateur mécanique de vitesse avec : (a) arbre du moteur, (b) roue menante, (c) roue menée, (d) caoutchouc, (e) arbre de transmission, (f) réglage de la position de la roue menée et (g) poulie menante

En supposant qu’il n’y a pas de glissement entre les deux roues, les vitesses linéaires de la roue menée et de la roue menante sont les mêmes,

Avec

dr1 le diamètre d’un cercle se trouvant sur le plan de la roue menante, de centre O et passant par le point de contact entre les deux roues.

dr2 le diamètre de la roue menée.

N1 et N2 respectivement la vitesse de rotation de la roue menée et de la roue menante .

FIG 9 : disposition de la roue menante et la roue menée

Le déplacement de la roue menée est limité à dr1 (min) = 40 mm et dr1 (max) = 130 mm. La vitesse de rotation de la roue menée est comprise entre N2(min) = 1120 tr / min et N2(max) = 3640 tr / min. Cette valeur est également la vitesse de rotation de la poulie menante.

En fixant la vitesse de rotation maximale au niveau de la pale du ventilateur à 5500 tr/min et le diamètre de la poulie menante du variateur à 40 mm de diamètre, le diamètre de la poulie au niveau du ventilateur est égal à 60 mm.

Après calcul, la plage de vitesse de rotation de la pale est entre 1680 tr/min à 5500 tr/min.

e- Le refroidisseur

Le syngas produit contient une certaine quantité d’eau sous forme de vapeur qui réduit considérablement le pouvoir calorifique du combustible gazeux, donc il est nécessaire de l’éliminer par une simple condensation sur une paroi possédant une grande surface. Le refroidisseur est composé d' un seul tube de grand diamètre et d’une bonbonne qui sont soudés ensembles. La surface totale est suffisamment grande pour permettre la condensation de la vapeur d’eau. Le refroidisseur fait aussi office de réservoir tampon pour le syngas produit.

Une fois assemblé l’image en 3D de l'appareil conçu est présenté sur la figure suivante

FIG 10 : image du gazogène conçu

FIG 11 : chambre de réaction

FIG 12 : envelloppe – cyclone - refroidisseur - ventilateur

FIG 13 : variateur de vitesse

III-Mise en marche de l'appareil

A La biomasse utilisée

Le bois d’eucalyptus a été choisi pour tester le gazogène pour les raisons suivantes :

• l'eucalyptus est très utilisé à Madagascar comme bois de chauffe et de fabrication de charbon de bois. Il est alors intéressant de trouver une mode de valorisation énergétique d’eucalyptus plus efficace que celui du bois de chauffe et du charbon de bois.

• On peut en trouver facilement d'une quantité importante.

• L’eucalyptus ne contient pas beaucoup de résine, on peut espérer d'obtenir un gaz plus propre.

L'eucalyptus utilisé provient des chutes de bois récupérés dans les scieries dans la ville d’Ambatolampy (50 km sud d'Antananarivo, la capitale de Madagascar). Elles ont été coupées en petit morceaux d'environ de 1cmx1cmx5cm à la hache. La taille des échantillons devrait, en effet, être assez petite pour permettre son passage à travers l’engorgement situé dans la zone de combustion du gazogène. Les échantillons sont ensuite séchés au soleil pendant 2 jours pour réduire son taux d’humidité. La figure suivante montre la photographie des morceaux de bois d’eucalyptus après séchage.

FIG 14 : Photographie du combustible utilisé lors des tests

1-Humidité du bois

L’humidité est une donnée capitale pour tous procédés de gazéification. La méthode d’analyse de l’humidité utilisée repose sur le principe de séchage/pesage de l’échantillon. Le principe de la méthode est la suivante :

• Pesée de l’échantillon humide avec une précision supérieur à 0,5g.

• Séchage dans l’étuve à 103°C jusqu’à séchage complet de l’échantillon

• Pesée de l’échantillon après séchage jusqu'à en avoir une masse constante.

L’humidité sur base humide en pourcentage est alors donnée par la formule

La durée du séchage est de 1h30min, un temps largement suffisant pour un échantillon de 50 g. L’humidité des différents échantillons ainsi que l’humidité moyenne de l'eucalyptus est présenté dans le tableau suivant :

Echantillon Humidité [%]

Echantillon 1 11,07

Echantillon 2 11,56

Echantillon 3 10,14

moyenne 10,92

Tableau N°2 : humidité de l’échantillon

B-Mode opératoire

Le protocole expérimental à suivre pour réaliser les tests de gazéification des éclats d’eucalyptus est la suivante. Avant tout démarrage, vérifier le serrage de tous les boulons ainsi que les ouvertures au fond du gazogène, sur le cyclone et sur le refroidisseur.

1. Ouvrir le couvercle de la trémie.

2. Peser le combustible.

3. Démarrer le moteur et régler la vitesse jusqu’au maximum.

4. Mettre du combustible facile à brûler (déchet de papier, de copeaux de bois, ...) au fond de la chambre de réaction.

5. Allumer le feu

6. Verser une poignée du combustible pesé.

7. Attendre 2 minutes pour que le feu prenne et verser le reste du combustible.

8. Fermer le couvercle de la trémie.

9. Tester l’inflammabilité du gaz avec un bruleur à gaz à la sortie du refroidisseur toutes les minutes.

10. Lorsque le feu se stabilise, choisir la vitesse voulue.

11. Attendre jusqu’à l’extinction de la flamme.

12. Arrêter le moteur.

13. Laisser le gazogène se refroidir.

14. Récupérer et peser le mélange de cendre et de charbon tombé à travers de la grille qui supporte les combustibles.

15. Récupérer et peser le reste de combustible non brûlé dans le gazogène.

Ce mode opératoire est une compilation de plusieurs essais préliminaires.

C Résultats et discussions

Les résultats obtenus sont basés sur les observations au cours du test de gazogène

1-Test 1

Après 12 min et 48 s de marche, la fumée présente un signe d’inflammabilité. A l’approche du bruleur, quelques flammes apparaissent dans l’épaisse fumée. Elles ne sont pas encore stables, et s’éteignent aussitôt dès qu’on enlève le brûleur. En continuant de temps à autre de bruler la fumée, on a obtenu une belle flamme de couleur bleue à la base surmontée d’une couleur orange (témoigne de la présence de CO et H2)

A t = 16 min et 59 s cette flamme ne contient aucune fumée et elle est capable de se maintenir par elle-même. La vitesse du ventilateur est toujours au maximum (Vp = 5208 tr/min). La flamme s’est maintenue jusqu’à t = 2 h 23 min et 52 s. Ce qui donne une durée de 127 min de flamme stable . A la fin de l'opération, lorsqu’on observe l’état du combustible dans le gazogène, les combustibles dans le réacteur sont tous consumés sauf ceux qui sont retenus dans les volumes morts. La figure suivante montre l’évolution de l’inflammabilité du syngas.

FIG 15 :Evolution de l’inflammabilité du syngas

2-Test 2

Tous les paramètres sont les mêmes que celui du test 1 sauf qu’ on a réduit la vitesse du ventilateur à Vp= 4284 tr/mn. La fumée commence à être inflammable à t = 9 min : 30 s. La flamme se maintient à t =

18 min et 19 s jusqu’à t = 2 h : 22 min et 18 s. Une durée totale de 124 min.

3-Test 3

On a réduit la vitesse du ventilateur à Vp = 3528 tr/min. La fumée commence à être inflammable à t = 24 min et 15 s, elle se maintient à t = 33 min : 16 s jusqu’à t = 3 h : 21 min et 19 s, une durée totale de 168 mn.

4-Test 4

On a démarré le gazogène avec une vitesse de rotation du ventilateur entre 3528 tr/mn et 4284 tr/mn, une vitesse intermédiaire entre le test 2 et le test 3. La fumée commence à être inflammable à t = 17 min et 32 s. Au bout de t = 26 min et 45 s, une belle flamme bleue-orange se maintient. On réduit au fur et à mesure d'une manière continue la vitesse du ventilateur jusqu'à 2520 tr/mn et on observe que la flamme s’éteint.

5-Consommation de combustible

Le débit de combustible est le rapport entre la quantité de combustible consommé et la durée de l’expérimentation. La quantité consommée étant la différence entre la masse de combustible pesé et la masse de combustible non brûlé dans le gazogène à la fin de l’expérimentation. La durée de l’expérimentation est comptabilisé à partir du moment où le couvercle du gazogène est fermé jusqu’à l’extinction de la flamme produit par le syngas.

Ainsi, le tableau suivant donne les différentes masses, les durées de l’expérience et les débits de bois calculés des quatre tests.

Test Vp [tr/min] m 1 [g] m2 [g] t [min] DB [g/min]

Test 1 5208 8053 631 144 51,54

Test 2 4284 8158 937 142 50,85

Test 3 3528 8111 1212 201 34,32

Test 4 2520 5029

Tableau 3 : Relevé des différentes masses et du temps pour le calcul de débit

Vp : vitesse au bout des pales en [tr/min]

m1 : masse du combustible utilisé en [g]

m2 : masse de combustible imbrulé en [g]

t : durée de l’expérimentation en [min]

DB : débit de biomasse humide en [g/min]

Lors du test 4, la flamme produite par le syngas s’éteint lorsque la vitesse 2520 tr/mn est atteinte. Le test est donc considéré comme un échec. La vitesse minimale de la ventilateur pour que l'appareil fonctionne est donc 2520 tr/mn.

Le débit de la biomasse DB décroît avec la diminution de la vitesse de rotation des pales. A 5208 tr/min qui est la vitesse réelle maximale qu’on peut atteindre avec le variateur, le débit de biomasse (éclats d’eucalyptus) est de 51,54 g/ min soit 3,09 kg/h.

IV Modélisation de l’appareil par le modèle « gasifier » sous EES

Le programme de simulation du gazogène est nommée « EES GASIFIER » et a été développé par Fock et al [9] au Department of Energy Engineering de Technical University of Danemark. C’est un modèle stationnaire qui n’est basé sur aucun gazogène spécifique. Le modèle est encore réduit aux gazogènes à co-courant. En utilisant le programme, on peut calculer la composition de de syngas à la sortie de l’appareil.

Les paramètres d’entrée du logiciel sont présenté sur le tableau suivant:

Test DBH [kg/h] Humidité [%] DBS [kg/h] charbon T1 (air) [°C] T2 (air) [°C] Tg [°C]

Test 1 3,09 10,92 2,76 4,04 25 25 950

Test 2 3,05 10,92 2,73 2,35 25 25 950

Test 3 2,06 10,92 1,84 3,79 25 25 950

Tableau 4 : Paramètres d’entrée des simulations

DBH : débit de biomasse humide en [kg/h]

Humidité : humidité de la biomasse. (Base humide)

DBS : débit de biomasse sèche en [kg/h]

Charbon : pourcentage du charbon récupéré au fond du gazogène par rapport à la biomasse sèche en [%]

T1 (air) : température ambiante de l’air en [°C]

T2 (air) : température de l’air à l’entrée du gazogène en [°C]

Tg : température de gazéification en [°C]

L’autre paramètre d’entrée est la composition de la biomasse. On peut déterminer la formule brute de la biomasse à partir de la composition centésimale de l’eucalyptus. Le tableau suivant donne les valeurs moyennes issue de la littérature des différents composants de l’eucalyptus en termes de composition élémentaire ainsi que les normes utilisées pour les analyses.

Eucalyptus Composition immédiate (base sèche)

Composition élémentaire (base sèche)

Carbone fixe Matière volatile cendre C H O N S % masse 18,4 81,2 1,2 49,89 5,71 42,29 0,05 0,01

Tableau 5 : composition élémentaire de l’eucalyptus

A partir de ces valeurs, on peut déduire la formule chimique de la biomasse : CH1,37O0,63N0,0008S0,00007. Les valeurs des rapports molaires de l’azote et du soufre par rapport au carbone est très faible, on peut faire l’hypothèse que ces deux constituants sont négligeables et qu’ils n’influent en rien ni le contenu énergétique de l’eucalyptus ni la composition du syngas après gazéification. De plus le logiciel « gasifier » ne requiert que les rapports molaires des trois constituants principaux qui sont C, H et O. la formule chimique de l’eucalyptus devient alors CH1,37O0,63.

A-Composition du syngas

Après simulation, la composition du syngas est présenté dans le tableau et la figure suivants.

Composition du syngas CO CO2 CH4 H2 H2O N2

Test

BH BS BH BS BH BS BH BS BH BS BH BS Test 1 18,8 21,1 10,1 11,3 1,8 2,0 13,4 15,1 11,0 0,0 44,9 50,4 Test 2 19,3 21,6 9,9 11,1 1,8 2,0 13,3 14,9 10,4 0,0 45,3 50,6 Test 3 18,9 21,2 10,1 11,3 1,8 2,0 13,4 15,0 10,9 0,0 44,9 50,4

Tableau 6 : Composition du syngas en base humide et base sèche des différents tests (pourcentage en volume)

Avec : BH : base humide BS : base sèche

FIG 16 : La composition du syngas (% en volume)

A partir de cette figure, on peut déduire que presque la moitié de la composition du syngas pour les trois Test est du diazote, ceci est dû à l’utilisation de l’air qui contient une proportion élevée de N2 (71%) comme agent de gazéification. On remarque aussi qu’entre les trois tests, la différence de composition est moindre.

B-Rapport stœchiométrique

Le rapport stœchiométrique est défini comme étant le rapport entre la quantité réelle d’air utilisée sur la quantité stœchiométrique nécessaire à la combustion complète d’une quantité de biomasse.

En posant et on a

A partir de la réaction de combustion complète du biomasse, on peut calculer la valeur de α0 qui est égale à 1,03.

La masse molaire de la biomasse est égal à 23,45 g/mol et l’air est composé de 79% d’azote et 21 % d’oxygène. Les valeurs de α et Φ pour les différents tests se calculent à partir des données résultant des simulations et présentées dans le tableau suivant.

Test biomasse air O2 α α0 Φ Unité kg/h mole/h kg/h mole/h mole/h - - - Test 1 2,76 117,70 5,80 200,00 42,00 0,36 1,03 0,35 Test 2 2,73 116,42 5,90 203,45 42,72 0,37 1,03 0,36 Test 3 1,84 78,46 3,90 134,48 28,24 0,36 1,03 0,35

Tableau 7 : Données pour le calcul de α

D’après ce tableau, la valeur du Φ est égal à 0,35. En pratique [4], pour la gazéification du biomasse, cette valeur se situe entre 0,2 et 0,3. Une valeur trop faible de Φ (

IV CONCLUSION

La constatation des gaspillages d’énergie générés par les cuiseurs traditionnels fréquemment utilisés à Madagascar a motivé la confection du gazogène. Le choix s’est porté sur le type downdraft pour sa souplesse du point de vue combustibles et de l’utilisation du syngas produit. Le gazogène construit contient les éléments suivants : Le corps du gazogène composé de la chambre de réaction, de son enveloppe et de la trémie, et les équipements auxiliaires composé du cyclone, du ventilateur centrifuge, du moteur, du variateur de vitesse et du refroidisseur de gaz. Ces éléments sont réalisés avec de l’acier ordinaire.

Les tests du gazogènes ont été effectués avec des éclats d’eucalyptus avec une humidité de 10,92% et de formule CH1,37O0,63. A la vitesse de rotation maximale du ventilateur qui est égale à 5500 tr/mn, on a obtenu un débit de biomasse de 3,09 kg/h qui décroit avec la diminution de la vitesse et se retrouve à 2,06 kg/h à la vitesse minimale. La température de gazéification se situe vers 950 °C. Après simulation avec le logiciel « gasifier »

la composition du syngas ne présente pas de différence majeure pour les trois tests concluants, la composition moyenne est de CO : 21,3%, H2 : 15%, CH4:2%, CO2 : 11,23%, N2 : 50,47 % en base sèche, et un rapport stœchiométrique de 0,35. Ces résultats se sont donc avérés concluants pour les éclats d’eucalyptus. Il faudra par la suite effectuer des tests avec d’autres combustibles avant de pouvoir apprécier le vrai potentiel de l’appareil.

Dans cette étude, le gazogène conçu se limite encore à un usage domestique. Il peut être combiné à un groupe électrogène il servira à la production d’électricité. Son utilisation pourra ainsi s’étendre vers l’électrification rurale.

Références

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[2] Rakotomalala Robinson Mbolanantenaina, conception et realisation d’un gazogene downdraft à usage domestique: application a la gazeification d’eclats d’eucalyptus. Mémoire d’ingénieur en Génie chimique, Ecole supérieure Polytechnique d’Antananarivo, (2013)

[3] Chawdhury, M. A. et Mahkamov, K. Development of a Small Downdraft Biomass Gasifier for Developing Countries. Journal of Scientific Research. Vol. 3, n° 1. DOI 10.3329/jsr.v3i1.5613.( 31 décembre 2010)

[4] Arthur Mc Carty James Rivas. The effect of biomass, operating conditions, and gasifier design on the performance of an updraft biomass gasifier. Manhattan, Kansas : Kansas State University, (2012).

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[8] Institute Solar Energy Research et Energy, U. S. Department of. Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2014. ISBN 9781496082749. (2014)

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[11] Brown, Robert C. Thermochemical Processing of Biomass: Conversion into Fuels, Chemicals and Power. Édition : 1. Wiley, (2011).