Atelier Scientifique Eco Marathon et Méthanisation Lycée Emile Peytavin - Mende

Bilan du projet 2013 – 2014 :

Dans le cadre du projet Eco Marathon, cette année, nous avions choisi de travailler sur un nouveau vecteur énergétique : le bio-méthane. La problématique était, peut-on mouvoir notre véhicule Eco Marathon à partir nos déchets de cantine ?

L’atelier a accueilli dès la rentrée onze élèves : deux terminales S, deux premières S et sept élèves de seconde nouvellement inscrits dans notre établissement, qui avaient été initiés à l'occasion de leur participation à Course en Cours au Collège. Les 2 élèves de première S ont abandonné l'atelier dans le courant du premier trimestre, à cause d'une surcharge de travail dans leurs enseignements obligatoires.

Nous avons travaillé en parallèle sur les 2 volets : les élèves de secondes motivés initialement par l’ingénierie des véhicules de l'éco-marathon se sont bien mobilisés pour le protocole d’échantillonnage des déchets de la cantine. Les élèves de terminale S, deux filles, initialement intéressées par la démarche scientifique pour aboutir à la méthanisation des déchets de la cantine, se sont aussi intéressées à la partie ingénierie du véhicule.

Nous avons travaillé avec les 2 groupes en parallèle ou réunis, tous les mardis de 16h à 18h.

Des visites pour amorcer la réflexion et déclencher l'action :

Le début d’année, nous avons découvert la filière méthanisation du secteur agricole par la visite de l’exploitation de M. ROUSSET. Cette exploitation est la deuxième plus grande unité de production de biogaz à partir de lisier de bovins de France. Les élèves ont pu analyser toute la chaine d’énergie, du déchet jusqu’à la production d’énergies électrique et thermique.

Avec la visite au Centre départemental de traitement des déchets, nous avons pu voir comment la matière organique était réduite des ordures ménagères et nous avons découvert que du méthane était produit, d'abord de manière involontaire. Le potentiel méthanogène résiduel dans les matières qui sont compostées au Centre départemental, est une piste de travail pour nous les prochaines années : comment valoriser ce gisement ?

A Partir de cette étape, nous avons travaillé le potentiel de créer du bio méthane à partir de nos déchets de cantine. Pour cela nous avons sollicité Jean-Philippe DELGENES, chercheur au laboratoire LBE de l’INRA à Narbonne, qui a pu nous recevoir dans son laboratoire pour nous présenter son travail sur le potentiel méthane des déchets solides. Les élèves ont visité l'ensemble des installations du Laboratoire de biotechnologies de l'environnement : ils ont rencontré des chercheurs, des ingénieurs, des techniciens, des doctorants et des stagiaires. Monsieur Olivier AZAM nous a fait la démonstration de leur démarche et de leur protocole pour établir le potentiel méthanogène d'un déchet solide. Il nous a fourni un bidon de 5 l d’inoculum : le mélange de microorganismes méthanogènes fonctionnant de manière optimale à 39°C.

Volet éco-marathon :

Afin de préparer notre compétition à l’éco-mobilité (l’EducEco), les élèves ont travaillé aussi sur le développement de notre prototype. Le travail, le plus important c’est centralisé sur la création d’un nouveau tableau de bord. Ce tableau de bord, conçu avec une nouvelle solution d’informatique embarquée, nous permettra de réaliser des acquisitions de données pendant la course afin d’analyser le comportement de notre motorisation. Ce tableau de bord comprend les fonctions suivantes : calcul de la vitesse instantanée, calcul de la vitesse moyenne, dialogue avec le calculateur moteur afin d’acquérir les informations vitesse moteur, température moteur, niveau de richesse de la combustion, etc.

La

Durant cette année scolaire, les élèves ont pu

analyser et comprendre le fonctionnement du moteur thermique.

En fin d’année, nous avons organisé une séance d’essai afin de valider nos travaux et préparer dans de bonnes conditions la compétition EducEco.

L’année prochaine, l’objectif sera de convertir notre moteur au biogaz autoproduit à partir des déchets de la cantine.

Volet méthanisation :

Nous avons travaillé selon la démarche préconisée par le LBE de l'INRA de Narbonne.

Notre objectif était limité cette année à la mesure du potentiel méthanogène de nos déchets de cantine :

1. Collecte et préparation du déchet : le réduire de façon la plus homogène possible pour s'assurer de la représentativité de notre échantillon,

2. Broyage du déchet pour obtenir une pâte homogène,

3. Caractériser notre échantillon : mesure et calcul de la quantité de matière sèche et de matière organique de notre déchet brut. Pour cela, nous avons pu utiliser le « four à moufle » (500 °C) programmable dans la salle des BTS électrotechnique.

4. Réaliser la fermentation dans une « fiole BMP » de 500 ml, à 39°C, avec notre échantillon et l'inoculum fourni par le LBE de l'INRA de Narbonne.

5. Mesures des quantités de biogaz produit et réalisation d'une courbe pour évaluer

le potentiel méthanogène.

Nous avons pu réaliser toutes ces étapes, et aboutir à la production de 345 ml de biogaz à partir de 2g de déchets broyés (!), en prenant conscience des difficultés de réalisation et donc des limites de validité de notre travail …

… et donc du travail qui nous reste à accomplir l'année prochaine.

Conception et réalisation d'un prototype de méthaniseur des déchets solides

Dans le courant de l'année, les collègues professeurs en terminale STI2D se sont mobilisés pour présenter à leurs élèves un projet technologique de conception et de réalisation d'un méthaniseur de 5 litres de capacité. Les élèves de l'atelier scientifique sont venus présenter le cahier des charges aux professeurs et élèves de TSTI2D : malaxage en continu d'une pâte solide et consistante, système de thermostat pour maintenir une température de 39°C dans l'enceinte, résistance à la pression et système de récupération du biogaz produit.

L'ensemble de ce travail a été réalisé de septembre 2013 à mai 2014 dans le cadre de :

l'atelier scientifique encadré par M. Sébastien AZZOLA (STI) pour la partie véhicule éco-marathon et M. Alain JACQUET (SVT) pour la partie méthanisation.

et dans le cadre de projets dans les cours de Terminale STI2D encadrés par M. Laurent MACHADO, M. Laurent BRUZSCEK, M. Christophe RIOUST et M. Eric LAPORTE (professeurs de STI).

et avec le soutien de :

M. Jean-Luc ALLART (BTS électrotechnique) nous a préparé la manipulation avec le four à moufle de son atelier pour la mesure de la matière organique de notre échantillon.

Les chercheurs de l'INRA de Narbonne, M. Jean-Philippe DELGENES (directeur de recherche) et M. Olivier AZAM (Ingénieur de recherche) nous ont conseillés tout au long de ce projet et nous ont accueillis dans leur laboratoire.

Monsieur ROUSET (agriculteur) qui nous a donné de son temps pour une longue visite de son installation de méthanisation à Marvejols,

et Monsieur Gregory GARREL qui nous a fait visiter le Centre départemental de traitement des déchets.

Description détaillée du projet pour l'année scolaire 2014-2015 :

Les élèves de classe de seconde qui s'orientent dans les classes de première S et STI2D sont motivés pour continuer leur investissement dans l'atelier scientifique.

Dès la prérentrée, ils présenteront leur travail lors de l'accueil des nouveaux élèves de seconde. Nous recruterons ainsi de nouveaux élèves.

L’atelier sera ouvert en priorité aux élèves volontaires des classes de secondes, première S, et première STI2D, hors emploi du temps, dans un créneau laissé libre pour les professeurs et ces 3 classes par l'administration du lycée.

Le projet va continuer à s'articuler selon les 2 volets et s’appuiera sur les résultats de cette année :

• adaptation de notre moteur thermique pour ce nouveau carburant, le biogaz autoproduit et préparation de notre participation au Challenge national EducEco et, si nous obtenons les financements nécessaires, participation au Concours Européen Shell Eco Marathon qui se déroulera probablement comme cette année à Rotterdam.

• Continuer l'étude scientifique de faisabilité d'un système de fermentation des déchets solides de la cantine scolaire pour produire du biogaz : - Reprendre et valider le protocole de mesure du potentiel méthanogène de nos déchets de

cantine : travail au laboratoire des SVT avec les fioles BMP - Tester et mesurer la production de biogaz par le fermenteur de 5 l fabriqué cette année

par les élèves de T STI2D. - Renforcer la réflexion d'un point de vue du développement durable quant à la production,

au devenir et aux possibilités de valorisation des déchets organiques alimentaires.

La valorisation du travail des élèves se fera par une présentation au sein du lycée à l'occasion de la Fête de la science et par notre participation aux concours C'génial et/ou Faites de la science, et peut-être aux Journées académiques du développement durable.