ETUDE ET CONCEPTION D’UNE UNITE DE TRANSFORMATION ET …

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

PARCOURS : GENIE INDUSTRIEL

ETUDE ET CONCEPTION D’UNE UNITE DE TRANSFORMATION ET DE VALORISATION DES FIENTES DE VOLAILLES EN ENGRAIS

BIOLOGIQUES

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur en Génie Industriel

Grade Master

Encadreur professionnel :

Professeur RAFAMANTANANTSOA Jean Gervais, Directeur de recherche

C .N.R.I .T /MESupReS

Encadreur pédagogique :

Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant chercheur à

l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

Date de soutenance : 28 mai 2015 Promotion : 2014

Présenté et soutenu par : NARINDRANIAVO Maherisoa

Présenté et soutenu par : NARINDRANIAVO Maherisoa

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

MENTION : GENIE MECANIQUE ET INDUSTRIEL

PARCOURS : GENIE INDUSTRIEL

ETUDE ET CONCEPTION D’UNE UNITE DE TRANSFORMATION ET DE VALORISATION DES

FIENTES DE VOLAILLES EN ENGRAIS BIOLOGIQUES

Président de jury

Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin

Membres de jury

Monsieur RANDRIANATOANDRO Grégoire, enseignant chercheur à l’ESPA

Monsieur RAVELOJAONA Johnson, enseignant chercheur à l’ESPA

Encadreur professionnel :

Professeur RAFAMANTANANTSOA Jean Gervais, Directeur de recherche C .N.R.I .T /MESupReS

Encadreur pédagogique :

Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant chercheur à l’ESPA

Date de soutenance : 28 mai 2015

Promotion : 2014

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Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur en Génie Industriel

Grade Master

Mémoire de fin d’études 2014

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REMERCIEMENTS

J’éprouve mes reconnaissances envers Dieu tout puissant pour sa grâce durant le long de mes

études à l’ESPA et l’accomplissement de ce mémoire.

Je tiens à accorder mes sincères remerciements à:

Monsieur ANDRIANARY Philippe, Professeur, Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo;

Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin, Maître de conférences, Responsable

de la mention Génie Mécanique et Industriel, et aussi Président de ce mémoire.

Je remercie vivement:

Monsieur, RANDRIANATOANDRO Grégoire, enseignant chercheur à l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, membre de jury de ce travail;

Monsieur, RAVELOJAONA Johnson, enseignant chercheur à l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo, membre de jury de ce mémoire.

J’exprime mes profondes gratitudes à:

Monsieur le Professeur RAFAMANTANANTSOA Jean Gervais, Directeur de

recherche C.N.R.I .T au sein du Ministère de l’Enseignement Supérieure et de la

Recherche Scientifique, mon encadreur professionnel;

Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant chercheur à l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, mon encadreur pédagogique.

J’exprime également mes reconnaissances envers:

tous les Enseignants et Personnels de l’Ecole Supérieure Polytechnique;

toute ma famille qui m’a offert leur soutien moral et financier très affectueusement;

mes amis et tout ce qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce

mémoire.


NARINDRANIAVO Maherisoa Page iv

TABLES DES MATIERES Page

REMERCIEMENTS ...................................................................................................................... iii TABLES DES MATIERES .............................................................................................................iv Liste des sigles et abreviations ...................................................................................................... viii Listes des nombres adimensionnels................................................................................................ xii Liste des figures............................................................................................................................ xiii Liste des tableaux .......................................................................................................................... xiv INTRODUCTION ............................................................................................................................ 1 Partie 1 : INTRODUCTION AUX ENGRAIS BIOLOGIQUES .................................................. 2 Chapitre 1 : NOTION SUR LES ENGRAIS ..................................................................................... 3

1.1 Généralités .............................................................................................................................. 3

1.2 Engrais chimiques minéraux .................................................................................................... 4

1.3 Engrais organiques .................................................................................................................. 4

Chapitre 2 : LES MATIERES PREMIERES ..................................................................................... 6 2.1 Les fientes de poules ............................................................................................................... 6

2.1.1 Généralités ....................................................................................................................... 6

2.1.2 Caractéristiques fientes de poules .................................................................................... 6

2.1.3 Apport des fientes sur la culture ....................................................................................... 7

2.2 Les composts........................................................................................................................... 8

2.2.1 Définition ......................................................................................................................... 8

2.2.2 Processus de compostage ................................................................................................. 8

2.2.3 Compostage du fumier ..................................................................................................... 9

Chapitre 3 : PROCESSUS DE FABRICATION ............................................................................. 10 3.1 Schéma du principe de fabrication ......................................................................................... 10

3.2 Etapes de la valorisation ........................................................................................................ 11

3.2.1 A la ferme ...................................................................................................................... 11

3.2.2 Séchage .......................................................................................................................... 11

3.2.3 Stockage, transport et entreposage .................................................................................. 12

3.4 Les produits .......................................................................................................................... 13

3.4.1 Engrais liquides .............................................................................................................. 13

3.4.2 Engrais granulés ............................................................................................................. 13

Partie 2 : ETUDE ET CONCEPTION DES MACHINES DE VALORISATION............................ 14 Chapitre 1 : LE SECHAGE ..................................................................................................................... 15

1.1 Le séchage solaire ................................................................................................................. 15


NARINDRANIAVO Maherisoa Page v

1.1.1 Généralités ..................................................................................................................... 15

1.1.2 Rôle et caractéristiques d’un séchoir solaire ................................................................... 16

1.1.3 Les différents types de séchoirs ..................................................................................... 17

1.2 Description générale et dimensionnement du séchoir solaire .................................................. 17

1.2.1 Le capteur solaire ........................................................................................................... 17

1.2.2 La chambre de séchage ................................................................................................... 19

1.2.3 Principe de fonctionnement ............................................................................................ 22

1.2.4 Dimensionnement du séchoir.......................................................................................... 23

1.3 Modélisation du système de séchage ..................................................................................... 24

1.3.1 Calcul de l’énergie à fournir pour une période de séchage .............................................. 25

1.3.2 Mise en équation du système .......................................................................................... 30

1.3.3 Résolution du système .................................................................................................... 31

1.3.4 Courbes représentatives de séchage ................................................................................ 36

Chapitre 2 : LE BROYAGE et LE TAMISAGE ............................................................................ 39 2.1 Définition ............................................................................................................................. 39

2.2 Les différents types de broyeurs .......................................................................................... 39

2.3 Le broyage à marteaux ........................................................................................................ 45

2.3.1 Description générale d’un broyeur à marteaux et du tamis .............................................. 45

2.3.2 L’étude de performance d’un broyeur à marteaux ........................................................... 47

2.3.3 Principe de fonctionnement ............................................................................................ 48

2.3.4 Dimensionnement et calcul ........................................................................................... 50

2.4 Entretien et maintenance ....................................................................................................... 56

2.4.1 Définition ....................................................................................................................... 56

2.4.2 Maintenance du broyeur ................................................................................................. 57

Chapitre 3 : PACKAGING ...................................................................................................................... 59 3.1 Généralités ........................................................................................................................... 59

3.1.1 Fonctions du Packaging .................................................................................................. 60

4.1.2 Application .................................................................................................................... 60

4.2 Mise en sachet ...................................................................................................................... 60

4.2.1 Schéma du principe ........................................................................................................ 61

4.2.2 Fonctionnement .............................................................................................................. 62

4.2.3 Grafcet du système ......................................................................................................... 63

3.3 Mise en bouteille ................................................................................................................... 67


NARINDRANIAVO Maherisoa Page vi

3.3.1 Description de l’installation ............................................................................................ 67

3.3.2 Fonctionnement .............................................................................................................. 67

3.3.3 Grafcet niveau 2 du système ........................................................................................... 69

3 .3.4 Circuit de commande de la mise en bouteilles sous Automation Studio ........................ 70

3.4 Capacité de production de la mise en conditionnement .......................................................... 71

3.4.1 Pour la mise en sacs des engrais granulés ....................................................................... 71

3.4.2 Pour la mise en bouteille des engrais liquides ................................................................. 71

Partie 3: EVALUATION ECONOMIQUE ET REGARD ENVIRONNEMENTAL ................. 72 Chapitre 1 : EVALUATION ECONOMIQUE ................................................................................ 73

1.1 Coûts de l’investissement ...................................................................................................... 73

1.1.1 Investissement unité (I) .................................................................................................. 73

1.1.2 Capital fixe (CF) ............................................................................................................ 74

1.1.3 Capital amortissable ....................................................................................................... 74

1.1.4 Fond de roulement.......................................................................................................... 74

1.2 Chiffres d’affaires prévisionnels ............................................................................................ 75

1.3 Charge lié à la production ...................................................................................................... 75

1.4 Investissement total ............................................................................................................... 76

1.5 Production estimée ................................................................................................................ 76

1.6 Coût estimatif des produits .................................................................................................... 77

Chapitre 2 : ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL ................................................................. 78 2.1 Définition .............................................................................................................................. 78

2.1.1 Définition étymologique : ............................................................................................... 78

2.1.2 Définition contextuelle: .................................................................................................. 79

2.1.3 La charte de l’environnement malagasy .......................................................................... 79

2.2 Etude d’impact environnemental EIE ................................................................................... 79

2.2.1 Impacts positifs .............................................................................................................. 80

2.2.2 Impacts négatifs ............................................................................................................. 80

2.2.3 Mesures d’atténuation .................................................................................................... 81

2.2.4 Impacts des déjections avicoles sur l’environnement ...................................................... 81

CONCLUSION .............................................................................................................................. 82 BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................................... V WEBOGRAPHIE ............................................................................................................................ V ANNEXE…………………………………………………………………………………………….VI


NARINDRANIAVO Maherisoa Page viii

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS

LISTES DEFINITIONS

AFNOR Association française de normalisation

Am Amortissement

C Utilité

Ccm Les capacités calorifiques massiques

CF Capital fixe

CNRIT Centre National de Recherche Industrielle et Technologique

GRAFCET Graphe Fonctionnel de Commande Etape Transition

EIE Etude d’impact environnemental

EPI Equipement de protection individuelle

FAO Food and Agriculture Organization

FF Frais financiers

FG Frais généraux et sièges

FS Frais divers

I Investissement unité

K Kalium (potassium)

M Entretien

MP Matières premières

N Nitrogenium (azote)

P Phosphore


NARINDRANIAVO Maherisoa Page ix

LISTE DES PRINCIPAUX SYMBOLES ET UNITES

SYMBOLES DESIGNATIONS UNITES SECHOIR

Densité de la fiente compostée kg/m3

m Vitesse de séchage kg/h

C Capacité thermique J/K

Cp ccm du fluide caloporteur J/kg.K

Cpf ccm des fientes J/kg.K

Cpi ccm de l’isolant J/kg.K

Cpn ccm de l’absorbeur J/kg.K

Cpv ccm de la vitre J/kg.K

Dt Pas de temps s

ed Epaisseur de la dalle m H Hauteur de la chambre de séchage m h ris Coefficient par rayonnement entre l’isolant et le sol W/ m2.K

h vv Coefficient par convection entre la vitre et l’air ambiant W/ m2.K

hcach,pi Coefficient par convection entre l’air et la paroi interne W/ m2.K

hcd,pe Coefficient par conduction dans les parois du séchoir W/ m2.K

hce Coefficient entre la paroi externe du séchoir et l’air extérieur W/ m2.K

hcf,ach Coefficient par convection entre l’air et les produits W/ m2.K

hci Coefficient par conduction dans l’isolant W/ m2.K

hcv Coefficient par conduction dans la vitre W/ m2.K

Hr Humidité relative %

hre Coefficient par rayonnement entre la paroi externe et la voûte céleste W/ m2.K

hrvc Coefficient par rayonnement entre la vitre et le ciel W/ m2.K

hrvn Coefficient par rayonnement entre la vitre et l’absorbeur W/ m2.K

hvai Coefficient par convection par convection entre le fluide et l’isolant W/ m2.K

hvan Coefficient par convection par convection entre le fluide et l’absorbeur W/ m2.K

hvvn Coefficient par convection entre la vitre et l’absorbeur W/ m2.K

L Largeur de la chambre de séchage M Lv Chaleur latente d’évaporation d’eau libre KJ/Kg

M Masse des fientes (sur une claie) Kg

Me Masse humide du produit Kg


NARINDRANIAVO Maherisoa Page x

Mi Moitié de la masse de l’isolant pour la section de longueur x Kg

mi Masse initiale introduite mi Kg

mmp Masse des matières premières Kg

Mn Masse de l’absorbeur pour la section de longueur x Kg

mp Moitié de la masse des parois dans la tranche Kg

Ms Masse sèche du produit Kg

Mv Moitié de la masse de la vitre pour la section de longueur x Kg

Pev Puissance d’évaporation W

Pnv Puissance captée par 1 m² de l’absorbeur W/m2

Pv Puissance absorbée par 1 m² de vitre W/m2

Qf Débit massique du fluide kg/s

Q Débit massique de l’air kg/s

R Résistance thermique K/W

S Surface d’échange produit –air pour une claie m2

Sc Superficie totale des 10 claies m2

Sp Surface des parois du séchoir dans la tranche m2

Surf Surface de l’insolateur m2

T Température K Ta Température ambiante K

Tas Température de l’air asséchant °C

Tc Température de la voûte céleste K

Tf Température des fientes (température superficielle) K

Tie Température de la face intérieure de l’isolant K

Tii Température de la face extérieure de l’isolant K

Tn Température de l’absorbeur K

Tp Température entre les deux parois K

Tpe Température de la paroi externe (en contact avec l’air extérieur K

Tpi Température de la paroi interne K

Tve Température de la face extérieure de la vitre K

Tvi Température de la face intérieure de la vitre K

U Vitesse de l’air asséchant m/s

V Vitesse du vent extérieur m/s

Vintr Volume de la fiente suffisant à introduire dans le séchoir m3

X Distance entre les claies M X0 Teneur en eau initiale (g d'eau/g de matière sèche), % base humide %


NARINDRANIAVO Maherisoa Page xi

Xeq Teneur en eau d'équilibre (g d'eau/g de matière sèche), % base humide %

Xf Teneur en eau après séchage %

Xi Teneur en eau initiale de la fiente %

Température de l’air asséchant (l’air chauffé) K

Conducteur thermique W/ m.K Flux W

BROYEUR

fc Masse volumique de la fiente kg/m3

dt Diamètre du trou du tamis mm dtm Densité de trous sur la grille tamiseuse trous/m2 dtm Densité de trous sur le tamis kg/m2

eb Epaisseur de broyage mm Gmax Quantité de fiente contenant dans le broyeur Kg

G Masse de l’échantillon à concasser Kg

lB Largeur du broyeur mm lB Largeur de la chambre de broyage mm

Lt Longueur du tamis mm Q Débit massique du concasseur Kg/h

Qff Quantité finale de la fiente (à la sortie de la grille) Kg

Qif Quantité initiale de la fiente (à l’alimentation) Kg

sd Surface de la face d’une seule dent mm2 Smax Section maximale de broyage mm2

St Surface tamiseuse m2

T Temps de broyage H

V Volume maximal de la fiente qu’on peut introduire dans le broyeur m3

x1 Etat granulométrique de la matière avant broyage mm

x2 Etat granulométrique de la matière après broyage mm

ext Diamètre extérieur de la chambre du broyeur mm

int Diamètre intérieur du broyeur mm

l Diamètre de la ligne de rotation des marteaux mm

r Diamètre du rotor à disque mm EVALUATION ECONOMIQUE

I1 Investissements en limites de fabrication Ariary

I2 Services généraux et stockage Ariary

I3 Engineering Ariary

I5 Frais de contraintes et redevances Ariary


NARINDRANIAVO Maherisoa Page xii

I6 Charge initial Ariary

I8 Frais de démarrage Ariary

I7 Frais d’intérêts intercalaires Ariary

I9 Fond de roulement Ariary

Itot Investissement total annuel Ariary

LISTES DES NOMBRES ADIMENSIONNELS

LISTES DEFINITIONS

a, b, c et k constantes empiriques du modèle de séchage

aw activité de l’eau dans le produit

Cvr constante caractéristique de la matière

Nd nombre de disques porteurs de marteaux

nd nombre de dents

nm nombre total de marteaux

R rapport de réduction

R coefficient de corrélation


NARINDRANIAVO Maherisoa Page xiii

LISTE DES FIGURES Page

Figure 1: Composition de fumier de poule ....................................................................................... 7 Figure 2: Schéma du processus de compostage ............................................................................... 9 Figure 3: Schéma du principe de valorisation d'engrais ................................................................. 10 Figure 4: Capteur à air incliné à 30° ............................................................................................ 18 Figure 5: Capteur solaire à simple vitrage ..................................................................................... 18 Figure 6: Chambre de séchage ....................................................................................................... 19 Figure 7: Vue de face de la chambre de séchage ............................................................................ 20 Figure 8: Schéma explicite d'un séchoir solaire .............................................................................. 22 Figure 9: Schéma du principe de fonctionnement............................................................................ 23 Figure 10: Représentation schématique des transferts thermiques dans le cas du capteur............... 25 Figure 11:Schéma électrique équivalent au transfert de chaleur dans une tranche du séchoir ........ 26 Figure 12: Echanges thermiques dans une tranche de séchoir ........................................................ 28 Figure 13: Schéma électrique relatif au transfert de chaleur dans une tranche de séchoir ............. 28 Figure 14: Courbes d’évolution type au cours du temps de la teneur en eau ................................... 33 Figure 15: Interface et la courbe de la teneur en eau en fonction du temps sous MATLAB ............. 36 Figure 16: Courbe indiquant la masse finale des fientes séchées selon le temps de séchage (%) ..... 37 Figure 17 : Mécanisme broyeur à disque ........................................................................................ 40 Figure 18: Broyeur à couteaux ....................................................................................................... 40 Figure 19: Broyeur à marteaux ...................................................................................................... 41 Figure 20: Broyeur à mortier ......................................................................................................... 42 Figure 21: Broyeur à meule ............................................................................................................ 42 Figure 22: Broyeur à rotor ............................................................................................................. 43 Figure 23: Broyeur à disque ........................................................................................................... 44 Figure 24: Broyeur à mâchoires ..................................................................................................... 44 Figure 25: Les différentes formes d'outils de broyeurs à marteaux ................................................. 46 Figure 26: Fonctionnement général d’un broyeur à marteaux ....................................................... 47 Figure 27: Schéma de principe de fonctionnement d'un broyeur à marteaux ................................... 49 Figure 28:Dimensionnement de la chambre de broyage fait sur AUTOCAD ................................... 50 Figure 29: Schéma simplifié de vue de gauche du broyeur .............................................................. 54 Figure 30: Schéma de principe de la mise en sachet ....................................................................... 61 Figure 31: Grafcet niveau 1 du remplissage des sacs...................................................................... 64 Figure 32: Grafcet de la préparation de la mise en marche du système .......................................... 65 Figure 33: Grafcet niveau 2 du remplissage des sacs...................................................................... 66 Figure 34: Schéma de principe de mise en bouteille des engrais liquides ........................................ 67 Figure 35: Grafcet niveau II du système de mise en bouteille .......................................................... 69


NARINDRANIAVO Maherisoa Page xiv

LISTE DES TABLEAUX

Page

Table 1: Composition en NPK .......................................................................................................... 5 Table 2: Extrait tableau 1 ................................................................................................................. 7 Table 3: Dimensionnement chambre de séchage ............................................................................. 23 Table 4: Correspondance entre grandeur électrique et grandeur thermique ................................... 24 Table 5: Caractéristique générale du broyeur ................................................................................ 48 Table 6: Les dimensions de la chambre de broyeur ......................................................................... 51 Table 7: Investissement en limite de fabrication .............................................................................. 73 Table 8:Chiffres d’affaires prévisionnelles ..................................................................................... 75 Table 9:Charge fixe ........................................................................................................................ 75 Table 10: Main d'œuvre .................................................................................................................. 75 Table 11: Charge variable .............................................................................................................. 76 Table 12: Charge liée à la production ............................................................................................ 76 Table 13: Production totale annuelle estimée ................................................................................. 76 Table 14:Coût annuel estimatif des produits ................................................................................... 77 Table 15: Les mesures d'atténuation des impacts négatifs ............................................................... 81


NARINDRANIAVO Maherisoa Page 1

INTRODUCTION Comme dans la plupart des pays en voie de développement, l’économie de Madagascar

repose essentiellement sur les activités du secteur primaire; trois-quarts de la population sont des

paysans qui cherchent de jour en jour à améliorer leur rendement de production.

Parmi ces activités, l’agriculture occupe d’une grande importance sur l’économie malgache.

Pourtant, la croissance dans le secteur agricole s’est montrée décevante au cours de ces dernières

décennies, faute de dégradation du sol sous l’effet d’une surexploitation ainsi que l’effet des produits

chimiques désherbants. En effet, 65% de la population malgache sont menacées par la famine (selon

la FAO, mars 2015).

Le développement de l’agriculture biologique, basée à l’origine sur la conduite d’un système

de culture équilibré, incitera les agriculteurs à se spécialiser pour atteindre les volumes nécessaires à

la demande du marché. Pendant des millénaires, culture et élevage ont été associés pour améliorer la

fertilité des sols ; si avant, les fientes et les déchets végétaux n’étaient que des déchets qui

remplissaient les bacs à ordures. Et grâce à la découverte que les fientes des volailles en particulier

celles des poules ont des apports fertilisants non négligeables pour les plantes, nous avons décidé de

les valoriser pour être transformées en matières fertilisantes plus stables en agriculture.

Toutefois, une mauvaise gestion ou de transformation des produits d’élevage risque de

nuire à l’environnement et à la santé par la pollution due aux déchets animaux. C’est en

effet que ce projet intitulé « Etude et conception d’une unité de transformation et de valorisation

des fientes de volailles en engrais biologiques » soit mis en place. Ce projet a pour objectif de

rétablir l’économie relative à l’agriculture que ce soit vivrière, maraîchère, céréalière ou potagère.

Sur ce, nous allons donc exposer dans la première partie l’introduction aux engrais

biologiques. Ensuite, dans la deuxième partie, nous allons entamer le vif du sujet « étude et

conception des machines de valorisation ». Et enfin, la troisième partie englobera l’étude d’impacts

environnementaux et l’évaluation économique.



Partie 1 :

INTRODUCTION AUX ENGRAIS BIOLOGIQUES



Chapitre 1 : NOTION SUR LES ENGRAIS

1.1 Généralités Les engrais sont des substances, destinées à apporter aux plantes des compléments

d'éléments nutritifs, de façon à améliorer leur croissance et à augmenter le rendement et la qualité

des cultures. L'action consistant à apporter un engrais s'appelle la fertilisation. Les engrais font

partie, avec les amendements, des produits fertilisants. La fertilisation se pratique en agriculture et

lors des activités de jardinage.

Les éléments nécessaires à la plante viennent de l’air et du sol. Nous n’allons pas décrire les

éléments fournis par l’air, mais ceux fournis par le sol. Si le sol est abondamment pourvu en

éléments nutritifs, les plantes poussent bien et donnent des rendements élevés.

Si le sol est pauvre en l’un seulement des éléments indispensables aux plantes, la croissance

de celles-ci est limitée et leurs rendements réduits. Si nous voulons obtenir de bons rendements,

nous devons fournir aux cultures les éléments dont le sol n’est pas suffisamment pourvu. Les engrais

permettent souvent de doubler et même de tripler les rendements.

Il existe deux grandes familles d’engrais:

les engrais simples, qui sont utilisés pour apporter un élément principal : N, P, ou K

les engrais composés sont utilisés pour apporter plusieurs éléments dans des quantités plus

faibles et adaptées à chaque plante. Ils sont constitués de différentes matières premières qui peuvent

être minérales, végétales ou animales. Et ils sont, à leur tour, composés de différents types:

les engrais organiques peuvent être d’origine animale : guanos, fumiers de

poules, farines de plumes, arêtes de poissons,…et/ou d’origine végétale : déchets

végétaux, cacao, pulpes d’olives,… Ils contiennent beaucoup de matière

organique qui n’est pas totalement décomposée et qui permettra de maintenir la

vie microbienne du sol.

les engrais minéraux proviennent des roches ayant subi des traitements

physiques et/ou thermiques, mais aucun traitement chimique.

les engrais organo-minéraux, comme leur nom l’indique, sont composés de

matières premières organiques et minérales.



1.2 Engrais chimiques minéraux Avec le développement de la chimie depuis le 19ème siècle, les engrais minéraux

chimiques furent de plus en plus utilisés. Les engrais minéraux sont des substances d'origine

minérale, produites par l'industrie chimique, ou par l'exploitation de gisements naturels de phosphate

et de potasse. [18]

L'industrie chimique intervient surtout dans la production des engrais azotés, passant par

la synthèse de l'ammoniac à partir de l'azote de l'air, moyennant un apport important d'énergie,

fournie par le gaz naturel (cette synthèse produit également l'hydrogène). De l'ammoniac sont

dérivés l'urée et le nitrate. Elle intervient également dans la fabrication des engrais complexes, qui

sont constitués de sels résultant de la réaction d'une base avec un acide. Les engrais composés

peuvent être de simples mélanges, parfois réalisés par les distributeurs, coopératives ou négociants.

1.3 Engrais organiques Les engrais organiques apparaissent en 1981 dans la norme d’application obligatoire NF

U 42-001. En principe, engrais « bio » et engrais « naturels » sont synonymes et font la plupart du

temps référence à des engrais organiques, c'est à dire des engrais issus de matière vivante, soit

animale, soit végétale.

Du cas général, il existe 4 différents types d’engrais organiques, tels que: le fumier, le

compost, le paillis et l'engrais vert.

Le facteur clef de l’amélioration de la structure du sol est la matière organique. La matière

organique issue du fumier ou du compost joue un rôle important dans la durabilité de la fertilité du

sol. En plus d’être une source d’éléments nutritifs pour les cultures, elle améliore les propriétés

biologiques et physico-chimiques du sol. Suite à ces améliorations, le sol devient plus résistant aux

agressions telles que la sécheresse, les maladies et la toxicité. Cela aide la culture à mieux prélever

les éléments nutritifs du sol et à garder un cycle nutritif de bonne qualité en raison d’une activité

microbienne vigoureuse.

En effet, la matière organique contient de grandes quantités de micro-éléments qui sont

essentiels à la croissance des plantes; elle améliore la capacité de rétention d’eau du sol. Elle induit

une production agricole durable. Il est avantageux d’utiliser du fumier ou du compost comme

engrais parce qu’en améliorant la structure du sol, il améliore sa fertilité pendant longtemps.



Le tableau ci-dessous va montrer la composition en NPK de différents engrais organiques.

Table 1: Composition en NPK [18]

Engrais Taux en NPK(%) N P K

Fumier de bœuf 6 1 7

Fumier de vache 4 1 4

Fumier de cheval 6 1 5

Fumier de porc 4 1 5

Fumier de poule 23 10 17

Fumier de mouton 8 1 7

Fumier de lapin 24 5 0,5

Fumier de guano 10 13 2

Plumes 80 0 0

Cendres de bois 0 1 10

Sang de desséché 12 1 1

Os 4 20 0

Corne 12 1 0

Farine de poisson 9 12 4

Un engrais dit complet, contient des minéraux et oligo-éléments, notamment les 3 principaux

constituants:

l’azote (N): développement des parties vertes. Il favorise la croissance et exerce une action

de choc sur la végétation. Il peut empêcher ou diminuer la floraison s'il est donné au mauvais

moment et en trop grande quantité;

le phosphore (P): développement des racines et des fleurs et renforcement de la plante.

le potassium (K): développement des racines (avec le phosphore), des parties vertes (avec

l'azote) et des fleurs. Il renforce la défense de la plante.



Chapitre 2 : LES MATIERES PREMIERES

2.1 Les fientes de poules 2.1.1 Généralités

Le fumier de poule est un engrais naturellement nourrissant pour les plantes. Ce sont des

engrais à haute valeur. Riche en éléments nutritifs comme l’azote, le phosphore, le calcium, le

potassium et le magnésium, il est reconnu, depuis longtemps, pour ses excellentes propriétés

favorisant la croissance des végétaux.

L’azote contenu dans la fiente de poule est rapidement disponible pour la plante qui

l’absorbe très vite. Il en est de même pour les autres éléments fertilisants, présents en concentrations

élevées.

Le fumier de poules pondeuses est un engrais de ferme traditionnel utilisable pour fertiliser

toutes les plantes de pleine terre et en pots. Il est particulièrement riche en éléments nutritifs majeurs

tels que l’azote, le phosphore et le potassium. C'est aussi une source d'oligo-éléments parmi lesquels

le fer, le magnésium, le zinc, le cuivre, le soufre et le bore. Sa décomposition produit l’humus, qui

améliore durablement la structure du sol qui devient meuble et perméable à l’air et aux racines. Le

fumier de poule permet de relever le pH du sol, favorisant une bonne nutrition de la plante et une

bonne activité biologique du sol.

2.1.2 Caractéristiques fientes de poules

Les fientes sont le résultat du mélange dans les bâtiments d’élevage, des déjections

animales avec une litière (paille, copeaux ou sciure). Leurs aspects varient en fonction de leur

humidité:

de 15 à 20% d'humidité, elles sont sèches, poussiéreuses, gris clair, elles sont

plus volontiers appelées" fumiers", et concernent les volailles de chair;

à 70% d'humidité, elles sont visqueuses, magmatiques, et très foncées, on parle

alors de fientes de poules pondeuses.

Les matières constituantes des fumiers sont: les fientes, l’eau et les litières.



Figure 1: Composition de fumier de poule [18]

Les compositions en matières fertilisantes des fumiers de poule:

Eléments

N(%)

P(%)

K(%)

Fumier de poule 23 10 17

Table 2: Extrait tableau 1

Les fumiers de poule ont de très hautes valeurs fertilisantes par rapport aux autres substances organiques.

2.1.3 Apport des fientes sur la culture

Les engrais de ferme sont de précieux fertilisants naturels. Les bonnes pratiques

d’entreposage favorisent une bonne conservation des éléments minéraux et une diminution des

pertes dans l’environnement. Ceci constitue la première étape de la valorisation des fumiers et

lisiers. Les fientes sont aussi un apport intéressant et bien équilibré pour un bon départ végétatif des

arbres. La fertilité d’un sol ne se limite pas à sa richesse en phosphore ou en potassium. Comparés

aux engrais chimiques, les engrais de ferme sont des engrais complets: les propriétés biologiques,

physiques et chimiques du sol bénéficient des apports réguliers de fumiers, tels que:

a) propriétés biologiques:

stimuler l’activité biologique;

accroître l’humus du sol;

favoriser la décomposition des résidus de culture.

b) propriétés physiques:

favoriser une bonne structure du sol (protection contre l’érosion);

permettre une meilleure aération du sol;

aider à résister à la compaction;

augmenter la capacité de rétention de l’eau.



c) propriétés chimiques:

libérer de l’azote, du phosphore, du potassium, du calcium;

fournir les oligo-éléments (zinc, cuivre, manganèse…);

retenir les minéraux.

2.2 Les composts Sachant que la teneur en azote (N) des fientes de poules est très élevée (tableau 2), ce qui

risque de brûler les plantes et les racines en cas de surdosage, il serait bien plus préférable de les

combiner avec d’autres composantes organiques pour stabiliser les proportions.

Pour ce faire, il est nécessaire d'incorporer ces fumiers aux composts des déchets végétaux

du jardin. Ainsi, cela réduit au maximum les mauvaises odeurs des fientes. Ce mélange va bonifier

la structure du sol en le fertilisant.

2.2.1 Définition

Le compostage est un processus naturel de «dégradation» ou décomposition de la matière

organique par les micro-organismes dans des conditions aérobies. Les matières premières

organiques, telles que les résidus de culture, les déchets alimentaires, restes animaux, certains

déchets urbains et les déchets industriels appropriés peuvent être appliquées aux sols en tant que

fertilisant, une fois le processus de compostage terminé. [2]

2.2.2 Processus de compostage

Le compostage est une opération qui consiste à dégrader, dans des conditions contrôlées, des

déchets organiques en présence de l'oxygène de l'air.

Deux phénomènes se succèdent dans un processus de compostage. Le premier, amenant les

résidus à l'état de compost frais, est une dégradation aérobie intense. Il s'agit essentiellement de la

décomposition de la matière organique fraîche à haute température (50 à 70 °C) sous l'action de

bactéries ; le deuxième, par une dégradation moins soutenue, va transformer le compost frais en un

compost mûr, riche en humus. Ce phénomène de maturation, qui se passe à température plus basse

(35 à 45 °C), conduit à la biosynthèse de composés humiques par des champignons.

Le compostage est une solution simple pour mettre en valeur les matières organiques (sous-

produits de la biomasse, déchets organiques d'origine biologique...) en un produit stabilisé,

hygiénique, semblable à un terreau, riche en composés humiques, le compost.

Généralement, le compostage sert à:

réduire le volume du sac de déchets : une façon écologique de disposer des matières

végétales et cela permet de limiter le transport des déchets.



améliorer la fertilité du sol : le produit du compostage stimule l'activité des micro-

organismes et libère les éléments nutritifs qu'il contient, favorise la croissance des végétaux en

enrichissant l'humus du sol.

2.2.3 Compostage du fumier

Le compostage se définit comme une fermentation aérobie (en présence d’oxygène)

contrôlée de matières organiques d’origine animale et/ou végétale, soit seuls soit en mélange,

s’accompagnant de dégagements gazeux et de chaleur. Le produit final est plus stable que le fumier

initial ou la moyenne des produits initiaux.

Le compostage consiste à aérer de la matière organique pour en accélérer l’évolution. Les

aérations assurent le développement rapide d’une flore aérobie préexistante dans la litière. Bactéries

et champignons transforment la matière organique fraîche en fractions humifiées de stabilité

variable. Les réactions provoquent des pertes importantes.

Le processus de compostage est un phénomène naturel qui s’amorce sans aération forcée

lorsque le produit à composter emmagasine de l’air grâce à sa propre granulométrie. En

quelques semaines, les cellulases des pailles et l’azote des fumiers évoluent conjointement sous

l’action des microorganismes. Les transformations qui auraient eu lieu dans le sol en plusieurs

années sont accélérées. Le produit final est un produit beaucoup plus stable que le fumier de départ.

Figure 2: Schéma du processus de compostage [15]

Les produits à composter doivent contenir suffisamment d’eau pour assurer la vie et le

développement des micro-organismes, mais sans excès cependant car un produit très humide ne

permet pas de maintenir une aération importante. Or les fumiers de volailles ont des teneurs en

matière sèche comprises entre 65 et 80, ce qui est très insuffisant pour assurer un processus de

compostage. En effet, le taux idéal de matière sèche doit être de l’ordre de 40 à 50 %. C’est

pourquoi, il est nécessaire d’apporter de l’eau en quantité suffisante en début de compostage.



Chapitre 3 : PROCESSUS DE FABRICATION

3.1 Schéma du principe de fabrication

Figure 3: Schéma du principe de valorisation d'engrais



3.2 Etapes de la valorisation 3.2.1 A la ferme

Pour faciliter la collecte des fientes, il faut aménager le bâtiment de la ferme. Le bâtiment

doit être aménagé pour éviter les entrées d’eau par le sol ou par les soubassements par:

drainage du sol du poulailler si nécessaire,

soubassements étanches,

évacuation des eaux pluviales (gouttière ou caniveau).

L’éclairage naturel conduit à l’obtention de litières plus sèches que l’éclairage artificiel (à

mettre en relation avec l’activité des animaux, plus importante dans le cas d’un d’éclairement

naturel). En élevage de poules pondeuses, les fientes devront être stockées sur des tapis placés sous

les cages.

L’endroit du compostage des fientes et déchets verts se situe à quelques mètres du séchoir

pour la facilité du chargement dans ce dernier.

Une séance de compostage artisanale peut atteindre jusqu’à plus de 400 jours (un an et

quelques jours), ce qui est une durée un peu long pour une production d’engrais. En effet, nous

avons décidé de la stopper à 6 semaines (le temps de dégradation aérobie), en gardant toujours les

valeurs fertilisantes convenables aux cultures. Ce qui nous amène au séchage et au broyage.

Lors de ce semi-compostage, nous observons une perte de 10% de la masse initiale du

mélange avec un surplus de teneur en eau.

Sachons qu’une poule peut produire environ 70 kg de fiente sur une année. Notre ferme de

2 500 poulets fournira, alors, jusqu’à 500 kg de fientes humides en 24 heures.

Pour le compostage, la quantité des déchets verts doit être égale à la moitié de celle de la

fiente, soit d’environ 250 kg.

Et tout ce que nous venons de constater nous amène au séchage, à l’analyse et au broyage.

3.2.2 Séchage

D’après ce qui a été dit auparavant, le compostage a augmenté l’humidité du mélange, il est

donc nécessaire d’adopter un système de séchage naturel se situant tout près du lieu de compostage

pour faciliter le chargement. Le séchage permet de diminuer toutes risques de pathogènes, d’atténuer

les mauvaises odeurs, de diminuer le volume pour faciliter leur transport jusqu’à l’usine ainsi que

pour faciliter leur broyage.



3.2.3 Stockage, transport et entreposage

Le mélange sec est entreposé dans un bâtiment conforme aux normes du Ministère de

l’Environnement en matière d’entreposage des fumiers. Les structures d’entreposage étanches

favorisent une bonne conservation des éléments minéraux contenus dans les engrais de ferme et une

diminution des pertes dans l’environnement.

Le stockage dans la ferme est instauré avant de transporter les matières premières à l’usine

pour être stockées dans un lieu aussi sûr.

Le camion à benne transportant le fumier séché de la ferme à l’usine de transformation

respectent, lui aussi, les normes de biosécurité.

Analyse Un analyse est fait pour chaque vague de matières séchées, soit donc à chaque 6 semaines.

C’est une étape essentielle pour la fabrication des engrais puisqu’il favorise une bonne qualité de

produits et nécessaire à la résolution du calcul du taux d’épandage, Il faut aussi s’assurer de bien

évaluer leur valeur fertilisante.

Broyage Dans l’usine, les composts secs seront transportés vers le broyeur, selon le débit de

performance de la machine, à l’aide d’un tapis convoyeur.

Le broyage est un stade favorisant de réduire les produits en petits morceaux. Les produits

ainsi broyés seront directement versés sur le tamis, et il se produit les phénomènes suivants:

tamisage: il s’agit de trier les morceaux broyés selon la dimension voulue par

la méthode granulométrique (en µ). Les grains passants (tamisât) du tamis seront les

produits, engrais, et les particules larges non qualifiées, les refus, seront broyés de

nouveau. Le tamis est lié avec le broyeur pour pouvoir profiter la vibration de ce

dernier.

soufflage: permettant d’enlever les poudres et les grains fins qui vont être les

sous-produits des engrais liquides ; ainsi, il sert à dépoussiérer les grains d’engrais.

malaxage : les poudres d’engrais du broyage seront mélangées avec de l’eau

après une analyse de taux d’azote des poudres. Cette analyse permet de déterminer la

quantité de l’eau qu’il faut y verser.



3.4 Les produits 3.4.1 Engrais liquides

Ces engrais liquides comportent une proportion d’eau qui peut varier entre 20 et 24 % pour

des teneurs en azote respectivement de 32 et 30 %. Le principal risque concernant ce type de dépôt

est la pollution des eaux et du sol.

La teneur en eau d’une quantité d’engrais liquide est de 20 à 24 % du taux d’azote des

poudres. Après le malaxage, les poudres d’engrais seront laissées macérer 24 heures dans la quantité

d’eau convenable, ce qui permet de garder tous ses oligoéléments. Puis le mélange passera sur un

filtre sans avoir perdu sa qualité nutritive mais juste pour retirer les grosses impuretés.

C’est un engrais plus concentré et beaucoup plus rapidement absorbé par les racines, le

risque de surdosage est donc important, ce qui peut endommager les végétaux en brûlant leurs

racines. La solution est de le diluer dans l’eau jusqu’à 20% avant tout arrosage.

Un engrais peut être appliqué sous diverses formes. Que ce soit pour l'agriculture ou le

jardinage, les engrais liquides sont couramment utilisés :

soit par arrosage du sol,

soit par fertilisation foliaire.

Un engrais liquide est absorbé par la plante immédiatement ce qui lui qualifie d’un engrais

d'entretien, mais non pas un engrais de fond, à utiliser :

soit pour soutenir la croissance tout au long de la période de végétation,

soit pour donner un coup de fouet, apporter rapidement des nutriments remédiant à une

carence.

L'engrais liquide est très pratique à l'emploi, il se répartit uniformément dans le sol. Il fournit

très rapidement aux végétaux les nutriments dont ils ont besoin à un moment précis. Mais, en le

comparant à d'autres formules (granulés, bâtonnets), il revient en général plus cher.

3.4.2 Engrais granulés

La qualité physique d’un engrais granulé est déterminée par sa granulométrie. Associé à un

broyage et à une déshydratation, la granulation associée aux déjections avicoles apporte de

nombreux avantages, tels que:

obtention d’un produit homogène, stabilisé, hygiénisé, générant;

plus grande densité, facilité de stockage et de transport;

produit facile à épandre avec des épandeurs d’engrais, ce qui garantit un bon dosage et une

bonne répartition avec précision.



Partie 2 :

ETUDE ET CONCEPTION DE LA MACHINE



Chapitre 1 : LE SECHAGE

1.1 Le séchage solaire 1.1.1 Généralités

Le séchage solaire est considéré comme l'opération unitaire qui consiste à éliminer par

évaporation l'eau d'un corps humide (produit). Ce dernier peut être solide ou liquide, mais le produit

final est solide. Le séchage est un procédé d’extraction d’eau d’un solide, d’un semi-solide ou d’un

liquide par évaporation. Cette opération nécessite une source de chaleur.

Plusieurs techniques sont possibles pour sécher: le séchage sur champ au soleil, les cabines

de déshydratation, l’ensilage pour les fourrages et le séchage en grange; le soleil est une source

d’énergie gratuite et inépuisable. Le séchage en grange permet d’obtenir des produits de qualité

constante, en grandes quantités et affranchit l’agriculteur des contraintes météorologiques, pour

un coût de fonctionnement modique. La technique de séchage traditionnelle, qui est généralement

réalisée sur sol, est la plus utilisée dans notre pays pour préserver nos produits.

Dans cette méthode traditionnelle, le taux de séchage est contrôlé par des facteurs externes,

tels que le rayonnement solaire, la température ambiante, la vitesse du vent et l’humidité relative, et

des facteurs internes, tels que la teneur en eau initiale, le type des produits et la masse du produit par

unité de surface d’exposition. Il y a des avantages considérables dans cette technique de séchage

puisque la source d’énergie est renouvelable.

Cela ne permet pas d’avoir une qualité convenablement bonne et reproductible du produit,

principalement à cause des limitations inhérentes dans le contrôle du processus de séchage et du

fait que les produits sont exposés à l’air, la pluie, les insectes et le vent, ce qui cause des pertes

énormes dans la qualité du produit.

Un grand nombre de travaux de recherche ont été donc réalisés sur les systèmes de

séchage solaire direct, indirect et mixte, pour remplacer les systèmes traditionnels et améliorer

leur rendement. Et nous avons tiré de l’étude que le choix du séchoir dépend de sa configuration, sa

capacité, des produits séchés et aussi du coût. Nous avons fait une revue sur plusieurs séchoirs

solaires, et avons comparé leurs performances et applicabilité dans les milieux ruraux.



1.1.2 Rôle et caractéristiques d’un séchoir solaire

Le séchage est, soit un moyen de conservation, soit une étape dans la transformation de

certains produits. Alors qu’ici, ces deux raisons s’appliquent en même temps. Les raisons et

avantages de séchage peuvent être regroupés comme suit:

- diminution du volume de stockage nécessaire;

- facilité de transport et diminution de son coût;

- obtention d’un produit stable, un produit facilement manipulable et transformable;

- une hygiénisation et une réduction des émissions/odeurs;

- diminution des risques pathogènes;

- une utilisation efficace de la chaleur résiduelle tout au long de l’année : coût d’énergie

moindre voire gratuit.

Dans l’évaluation d’un séchoir solaire, les paramètres généralement mesurés et reportés se catégorisent par :

1. leurs caractéristiques physiques: - type, forme et dimension du séchoir;

- capacité du séchage/ densité de charge;

- surface de la claie et nombre de claie (applicable);

- convenance de la charge et décharge des produits.

2. leurs performances thermiques: - temps de séchage et vitesse de séchage;

- température et humidité de l'air asséchant;

- flux de l'air asséchant;

- efficacité du séchoir.

3. la qualité du produit séché: - qualité organoleptique (couleur, saveur, goût, arome, texture)

- éléments nutritifs

- capacité de réhydratation

4. le coût - coût du séchoir

- période d’amortissement



1.1.3 Les différents types de séchoirs [13]

Les séchoirs solaires sont classés généralement, selon le mode de chauffage ou le

mode de leur fonctionnement en plusieurs catégories:

les séchoirs solaires directs: les rayons du soleil frappent directement les séchoirs.

Ce sont des appareils simples et rustiques d'un châssis vitré, sous lequel les produits à

sécher sont des clayettes.

les séchoirs solaires indirects: ils permettent de sécher les produits sans que les rayons

solaires atteignent directement. Le principe de ces séchoirs est de chauffer l’air grâce à un capteur

solaire. Les produits à sécher sont disposés sur des claies à l’intérieur d’une enceinte ou d’un local

en rapport avec l’importance des quantités à sécher.

les séchoirs solaires mixtes: combinent les séchages direct et indirect;

les séchoirs solaires hybrides: ils utilisent principalement de l’énergie solaire et mais

prennent aussi d’autre source énergie (électricité…).

Les séchoirs solaires à tunnels : Dans un séchoir tunnel, il y a sur la longueur du

séchoir, une succession d'états de température et d'humidité. Ils sont tous a ventilation mécanique,

soit à l'aide d'un simple ventilateur, placé en dehors du séchoir, soit par des ventilateurs multiples

placés à l'intérieur de celui-ci.

1.2 Description générale et dimensionnement du séchoir solaire D’après les études faites, pour raisons de performances du séchoir et de conservations des

éléments nutritifs de l’engrais, nous avons opté sur le séchoir solaire indirect composé d’un capteur

solaire plan, une chambre à séchage comportant 10 claies et un ventilateur assurant la convection

forcée.

1.2.1 Le capteur solaire

Les capteurs solaires sont des systèmes, qui captent et transforment l'énergie du rayonnement

solaire en énergie thermique. Cette transformation est obtenue à l'aide des collecteurs

thermiques. Il existe deux principaux types de capteurs solaires: les capteurs plans et les capteurs

concentrateurs. Ici, nous avons choisi un capteur solaire plan.

Un capteur solaire plan à simple vitrage contribue à l’élévation de la température sans

pour autant faire de gros investissements. Les matériaux simulés constituant le capteur sont : une

tôle peinte en noire (absorbeur), il est couvert de haut par un verre laissant passer le rayonnement

solaire, et en bas un polystyrène utilisé comme isolant. Il est incliné de 30° par rapport à

l’horizontale et orienté de sud vers le nord.



Figure 4: Capteur à air incliné à 30° [1]

Le capteur solaire à air à simple circulation et à simple vitrage capte les rayons solaires, il

permet de chauffer l’air ambiant qui circule à travers le capteur par convection naturelle.

Le type d’insolateur plan étudié est constitué de deux isolations dont les éléments constitutifs

sont montrés par le schéma suivant:

Figure 5: Capteur solaire à simple vitrage

Entrée de l’air



1 : voûte céleste 5 : absorbeur

2 : milieu ambiant avant 6 : conduite utile

3: couverture (en verre) 7 : isolant

4 : conduit isolant 8 : milieu ambiant arrière

L’écoulement forcé se trouve entre l’absorbeur et l’isolant. La couche d’air comprise entre

l’absorbeur et la vitre réalise l’isolation avant.

1.2.2 La chambre de séchage

Une chambre de séchage est une armoire qui abrite les produits et qui sert à le sécher.

Le matériau simulé constituant ce séchoir est la brique pleine en terre cuite. Il comporte 10 claies

galvanisées et grillagées sur lesquelles sont posés les produits à sécher. Les claies sont distantes les

unes des autres de 12 cm, un espace pour la circulation de l’air. Le ventilateur à la hauteur du

séchoir assure la convection forcée.

Figure 6: Chambre de séchage



Figure 7: Vue de face de la chambre de séchage

1 : cheminée 4 : claie

2 : ventilateur 5 : porte en bois

3 : chariot porte claies 6 : dalle en béton

h : hauteur de la chambre de séchage (1.5m)

l : largeur de la chambre de séchage (1.7m)

x : distance entre les claies (0.12 m)

ed : épaisseur de la dalle (0.1m)



Figure 5: Vue de dessus du chambre froide

7 : mur en brique

L : longueur de la chambre de séchage (3m)

: Diamètre ventilateur (0.4 m)

Dx : largeur d’une tranche (1 m)

ep : épaisseur brique

Dx



1.2.3 Principe de fonctionnement

Le collecteur capte l’énergie solaire. L’air chaud arrive jusqu’à la chambre de séchage où les produits sont disposés les produits à sécher sur des claies superposées.

Figure 8: Schéma explicite d'un séchoir solaire



Figure 9:Schéma du principe de fonctionnement

L’air frais capté de l’extérieur est chauffé dans le capteur solaire, par le contact air absorbeur

qui lui permet d’élever sa température. Cet air chaud dans le capteur arrive à l’entrée de la chambre

de séchage et traverse sur les claies. À la sortie de l’armoire, il y a un ventilateur qui aspire l’air de

séchage traversant les claies superposées, et l’évacue vers l’extérieur.

1.2.4 Dimensionnement du séchoir

La chambre de séchage

Table 3: dimensionnement chambre de séchage

Chambre de séchage Mur en brique Porte en bois

profondeur : [m] 3

Largeur : [m] 1.7 1.4

hauteur: [m] 1.5 1.2

Epaisseur : [m] 0.1 0.02

Les chariots et claies

Les claies seront disposées sur un chariot pour facilité le chargement et déchargement du

produit.

Tableau 4: dimensionnement chariots et claies

Claie Chariot

Longueur : [m] 3 3

Largeur : [m] 0.7 0.7

hauteur/claie: [m] 0.12 1.2



1.3 Modélisation du système de séchage Pour simplification, le modèle étudié est basé sur les hypothèses suivantes:

le transfert de chaleur est unidirectionnel ;

les échanges par conduction dans l’absorbeur et le vitrage sont négligeables;

le tuyau est isolé;

les produits ont la même température et la même teneur en eau;

l’ensemble des produits est considéré comme un milieu homogène qui sera caractérisé par sa

température de surface;

la porosité du séchoir chargé en produits reste constante au cours du séchage;

la température, l’humidité, le débit de l’air asséchant sont homogène et uniformes avant son

entrée et après son entrée au séchoir;

l’inertie thermique de l’air est négligeable devant celle des produits;

les parois ont une température uniforme;

les échanges radiatifs à l’intérieur sont négligeables;

les échanges thermiques relatifs aux claies sont négligeables;

les pertes au niveau de la porte et façade de derrière sont négligeables.

Et afin de mieux visualiser les différents transferts thermiques et déboucher sur une mise en

équation simple basée sur la loi d’Ohm, nous utilisons la méthode d’analogie électrique. Il faut alors

établir les correspondances entre les grandeurs thermiques physiques et les grandeurs électriques.

Table 4:correspondance entre grandeur électrique et grandeur thermique (Cours Calcul energetique )

Grandeurs électriques Grandeurs thermiques physiques

Potentiel V(Volt) Température T(K)

Conducteur électrique Conducteur thermique (W/ m.K)

Densité de courant Densité de flux

Intensité de courant I Flux (W)

Résistance électrique Resistance thermique R= (K/W)

Capacité électrique Capacité thermique C (J/K)



1.3.1 Calcul de l’énergie à fournir pour une période de séchage

a) Cas du capteur

La visualisation schématique des échanges thermiques dans une tranche du capteur se

présente comme suit:

Figure 10: Représentation schématique des transferts thermiques dans le cas du capteur

1 Voûte céleste 2 Milieu ambiant 3 Vitre 4 Conduit isolant 5 Absorbeur 6 Conduit utile 7 Isolation arrière e 8 Milieu ambiant arrière 9 Sol



Le schéma électrique relatif à cette tranche de capteur est:

Figure 11:Schéma électrique équivalent au transfert de chaleur dans une tranche du séchoir



Avec : Surf: surface de l’insolateur (m2) Q : débit massique du fluide (kg/s)

Les capacités calorifiques massiques (ccm) exprimées en (J/kg.K)

Cp: ccm du fluide caloporteur Cpv: ccm de la vitre Cpn: ccm de l’absorbeur Cpi: ccm de l’isolant

Les coefficients d’échange thermique (h) en (W/ m2.K) h vv: h entre la vitre et l’air ambiant et éventuellement entre l’isolant et l’air ambiant hvan : h par convection entre le fluide et l’absorbeur

hvai : h par convection entre le fluide et l’isolant

hcv: h par conduction dans la vitre

hvvn: h par convection entre la vitre et l’absorbeur

hci : h par conduction dans l’isolant

hrvc: h par rayonnement entre la vitre et le ciel

hrvn: h par rayonnement entre la vitre et l’absorbeur

h ris: h par rayonnement entre l’isolant et le sol

Les masses en kg Mv : moitié de la masse de la vitre pour la section de longueur x

Mi : moitié de la masse de l’isolant pour la section de longueur x

Mn : masse de l’absorbeur pour la section de longueur x

Les puissances en (W/m2) Pv : puissance absorbée par 1 m² de vitre

Pnv: puissance captée par 1 m² de l’absorbeur

T : température du fluide caloporteur (l’air)

Les températures en K

Ta : t° ambiante

Tc : t° de la voûte céleste

Tve: t° de la face extérieure de la vitre

Tvi: t° de la face intérieure de la vitre

Tn : t° de l’absorbeur

Tii : t° de la face extérieure de l’isolant

Tie : t° de la face intérieure de l’isolant



b) Echanges thermiques dans une tranche de séchoir

Figure 12: Echanges thermiques dans une tranche de séchoir

1 : Voûte céleste

2 : Milieu ambiant

3 : Mur en brique

4 : Fientes

5 : Milieu asséchant

6 : Claie

Et le schéma électrique de cette tranche se présente comme suit :

Figure 13:Schéma électrique relatif au transfert de chaleur dans une tranche de séchoir



Avec:

dt : pas de temps (s)

Pev : puissance d’évaporation (W)

Q : débit massique de l’air (kg/s)

Lv : chaleur latente d’évaporation d’eau libre (kJ/kg)

Les capacités calorifiques massiques (J/kg.K):

Cp : ccm de l’air

Cpf : ccm des fientes

Cp : ccm des parois

Les coefficients d’échange thermique (h) en (W/m2.K):

hce : h entre la paroi externe du séchoir et l’air extérieur

hcf,ach : h par convection entre l’air et les produits

hcd,pe : h par conduction dans les parois du séchoir

hcach,pi : h par convection entre l’air et la paroi interne

hre : h par rayonnement entre la paroi externe et la voûte céleste et éventuellement entre la voûte

céleste et le sol

Les masses en kg:

m : masse des fientes (sur une claie)

mp : moitié de la masse des parois dans la tranche

Les surfaces en m2:

S : surface d’échange produit –air pour une claie

Sp : surface des parois du séchoir dans la tranche

Les températures en K:

Ta : t° ambiante

Tc : t° de la voûte céleste

Tf : t° des fientes (température superficielle)

Tp : t° entre les deux parois

Tpe: t° de la paroi externe (en contact avec l’air extérieur

Tpi : t° de la paroi interne

: t° de l’air asséchant (l’air chauffé)



1.3.2 Mise en équation du système

a) Au niveau du capteur Echange au niveau de la face extérieur de la vitre

..

( ( ) ( )) = 2( ( )) ( ( )) ( ( ( ))

Echange au niveau de la face extérieur de la vitre

..

( ( ) ( )) = 2( ( ( )) ( ( ( )) ( ( ( ))

Echange au niveau de l’absorbeur

..

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ( 1) ( )) ( ( ( )) +

Echange au niveau de la face extérieur de la vitre

..

( ( ) ( )) ( ( 1) ( )) ( ( ( )) ( ( ( ))

Echange au niveau de la face extérieure de l’isolant

..

( ( ) ( )) ( ( 1) ( )) ( ( )) ( ( ))

Echange au niveau du fluide caloporteur (l’air)

.( ( ) ( 1)) ( ( ( )) 2. ( 1))

L’exposant * désigne le temps +



b) Au niveau de la tranche du séchoir A la surface de la paroi externe

.( ) ( )

. ( ) . ( ) . . ( ) ( )

A la surface de la paroi interne

.( ) ( )

. . ( ) ( ) . . ( 1) ( )

Echange entre le produit, la paroi interne et l’air asséchant

( ) ( 1) . . ( ) ( 1) . . ( ( ) ( 1))

Entre l’air et le produit

.( ) ( )

. . ( 1) ( )

Au niveau de la surface intermédiaire entre la paroi externe et interne

.( ) ( )

. . ( ) ( ) . . ( ) ( )

1.3.3 Résolution du système

a) Détermination des coefficients de transfert thermique

Soit au niveau du capteur ou chambre de séchage les échanges thermiques se font selon les

trois modes de transfert : par conduction, par convection et par rayonnement.

• Au niveau du Capteur

Le coefficient par conduction à travers la vitre

=

Le coefficient par conduction à travers l’isolant

=

Le coefficient d’échange par convection entre la vitre et l’air ambiant, ainsi l’isolant et l’air ambiant

= 5,67 + 3,86

V : est la vitesse du vent extérieur (m/s)

Le coefficient par convection entre la vitre et l'absorbeur

=



Le coefficient de transfert par convection entre l'absorbeur et le fluide, ainsi l'isolant et le fluide

=

Avec = 0,018 , , (Nombre de Nusselt)

= (Nombre de Reynolds)

= (Nombre de Prandtl)

= è =+

( + )

Le coefficient d’échange par rayonnement entre la vitre et le ciel

= ( )( )

=( )( )

+ 1 +

Le coefficient d’échange par rayonnement entre l’absorbeur et la vitre

= . ( )( )

Avec =

= 0,0852. ,

Le coefficient d’échange par rayonnement entre l’absorbeur et l’isolant

=( )( )

+ 1 +

b) La puissance de l’évaporateur :

C'est une puissance perdue par le produit à sécher. Elle est donnée par la formule :

=

Où msec: masse sèche du produit (kg)

Lv: chaleur latente d'évaporation de l'eau (J/kg)

c) L'activité de l'eau dans le produit et l’humidité relative

L’activité de l’eau dans le produit aW est une grandeur liée à l'humidité du produit, c’est le

rapport de la pression partielle de vapeur d'eau à la surface du produit (Pvp) à la pression de vapeur

de l'air saturé (Pvs).



=

Avec: Pvp: Pression de vapeur d’eau à la surface du produit;

Pvs: Pression de vapeur d'eau dans l'air saturé.

Ces deux pressions sont fortement dépendantes de la température, tandis que leur rapport

l’est beaucoup moins. Dans le même ordre d’idées, ils justifient que l’humidité relative (Hr) d’une

atmosphère (un nombre sans dimension compris entre 0 et 100) est donnée par la formule:

(%) =

On peut distinguer plusieurs phases dans le phénomène de séchage. La courbe (a) présente

l’évolution de la teneur en eau (rapport de la masse d’eau contenue dans le produit et de la masse

sec) d’un produit soumis à un séchage convectif. On y distingue trois phases, également visibles

sur la courbe (b) donnant la vitesse de séchage en fonction du temps t et la courbe (c)

illustrant l’évolution de la température du produit en fonction du temps. [7]

Figure 14: Courbes d’évolution type au cours du temps de la teneur en eau du produit (a), de la vitesse de

séchage (b) et de la température du produit (c)

d) Les teneurs en eau d’équilibre

Le séchage des fientes compostées commence avec une teneur en eau initiale de 74 -

78 % (base humide), et se termine avec une teneur en eau de 13 à 17 % (base humide).Après avoir



obtenu les masses humides et sèches de toutes les prises d’essais, les teneurs en eau d’équilibre sont

calculées à l’aide de la relation:

=

Me : masse humide du produit (kg)

Ms : masse sèche du produit (kg)

Xeq : teneur en eau d’équilibre du produit (base sèche) (kg d’eau/kg de ms)

Le modèle de la cinétique s'appuie sur une formule empirique dite

"modèle phénoménologique" [6]. Ce modèle est généralement intéressant, pour estimer la

valeur de la teneur en eau du produit à n'importe quel moment durant le processus de séchage, et

ce, après l'affectation de certains paramètres, comme la température de l'air chaud, l'humidité

relative, la vitesse de l'air et les dimension du produit. Dans ce modèle, le taux de la teneur en

eau dans le produit à sécher est exprimé comme suit:

= ( ) +

Avec :

= 1,13481 exp(0,018352 ) = 0,912

= 0,001269 + 0,000018 + 0,00105 = 0,951

1,16416 + exp1,6982

0,0138 = 0,804

c et k a sont b des constantes empiriques du modèle de séchage

X: la teneur en eau (g d'eau/g de matière sèche), % base humide

T: la température de l’air (°C)

t: le temps exprimés en heures (h)

U: la vitesse de l’air asséchant (m/s)

X0 : la teneur en eau initiale (g d'eau/g de matière sèche), % base humide

Xf : Teneur en eau finale après séchage (g d'eau/g de matière sèche), % base humide

r : coefficient de corrélation



e) Calculs des paramètres

Claie La superficie totale des 10 claies de la chambre de séchage est:

=

= 10 1 3=

volume Le volume de la fiente suffisant à introduire dans le séchoir pour une séance de séchage est donc :

=

Avec = 0,05 m

= ,

Vitesse de séchage

= ( , )

:température de l’air asséchant

Temps de séchage

= ( , , )

:vitesse de séchage

X : teneur en eau initiale de la fiente

X : teneur en eau après séchage

masse

La masse du produit à introduire dans le séchoir est fonction du volume

= ( , )

d :densité de la fiente compostée

Et la masse finale après séchage est donc :

= ( , )

t :temps de séchage qui est une fonction des teneurs en eau initiale et finale X et X .

La teneur eau eau initiale avant séchage des fientes compostées est de l’ordre de 70 à 80 % et

on souhaite avoir une teneur en eau après séchage de 13 à 15%.



La masse totale du produit frais à charger dans le séchoir :

=

: masse volumique de la fiente compostée frais

= à

AN :

= ,

= à

Dont les masses des matières premières brutes sont définies comme suit :

Masse de fientes fraîches: 46%

Masse des déchets verts : 24%

Masse d’eau due au compostage : 30%

1.3.4 Courbes représentatives de séchage

Figure 15:Interface donnant la courbe de la teneur en eau en fonction du temps sous le logiciel MATLAB



D’après la courbe de la teneur en eau en fonction du temps donnée par l’interface sous le

logiciel MATLAB, nous avons tiré que pour avoir une teneur en eau finale de 13%, il nous faut 9

heures de séchage. Et la courbe suivante fera correspondre ce temps avec le pourcentage en masse.

Figure 16: Courbe indiquant la masse finale des fientes séchées selon le temps de séchage (%)

La courbe du pourcentage en masse de séchage de la fiente est quasi-constante.

D’après ces deux courbes, nous tirons que pour avoir une teneur en eau de 13 à 15%, il nous

faut 9 heures de temps et la masse finale du produit sera de 47% de la masse initiale introduite. Soit

pour = de FC on aura un produit séché de:

= %

=

Et la masse des matières premières est donc :

= % (Sachant que la masse d’eau due au compostage est de 30%)

=

Dont les masses initiales de la fiente et des déchets verts sont :

= % =

= % =

0; 1001; 91 2; 86

3; 77 4; 72 5; 686; 61 7; 56 8; 51 9; 47 10; 43

11; 3612; 3013; 2614; 20

0 2 4 6 8 10 12 14 16

pourcentage de la masse finale des fientes séchées T°ambiante = 25,3 °C T°séchage= 55 °C

hr= 30%porcentage de la masse finale des fientes séchées T°ambiante = 25,3 °C T°séchage= 55 °C hr= 30%

temps(h)



Sachons qu’une poule peut produire environ 70 kg de fiente sur une année. Donc, pour

obtenir ce besoin de 330 kg par séchage (un séchage par jour), on aura besoin d’environs 1800

poules.

Le compostage demande une quantité de déchets verts qui doit être d’au plus égale à la

moitié de celle de la fiente, soit d’environ à 146 kg.



Chapitre 2 : LE BROYAGE et LE TAMISAGE

2.1 Définition a) Le broyage est une opération consistant à diviser un solide, pour augmenter sa surface

spécifique. Le broyage mécanique consiste à réduire la taille des particules et des grains de différents

types de matériaux. [17]

Le choix d’un broyeur dépend principalement de trois facteurs :

la nature de la matière première;

la distribution granulométrique du produit que l’on cherche à obtenir;

le volume de production que l’on recherche.

Pour le dimensionnement, un broyeur est caractérisé par plusieurs paramètres tels que :

le matériau des outils;

l’humidité de la matière à broyer;

le débit de broyage;

le produit fini, repose sur la relation liant l’énergie consommée et la taille des particules du

produit obtenu à partir d’une taille donnée.

On note trois types de broyage:

le broyage à sec (moins de 2 % d'eau dans le produit)

le broyage semi-humide (2 à 25 % d'eau dans le produit final) ;

le broyage en phase humide ou broyage à voie humide (25 à 100 % d'eau dans le produit)

b) Le tamisage est l’une des plus anciennes méthodes d’analyse granulométrique, et

aussi l’une des plus largement utilisées car il est peu coûteux. Son principe de base consiste à

diviser un matériau pulvérulent en le faisant passer à travers le tamis dont les caractéristiques sont

connues.

Notre tamis se définit par de tôles perforées à trous ronds de diamètre de perforation de

7mm.

2.2 Les différents types de broyeurs [15] 2.2.1 Broyeur à disque

Dans les broyeurs du type à disques et anneaux oscillants, le broyage se fait par les

mouvements circulaires à l'horizontale de l'organe de broyage sur un disque oscillant. Les anneaux et



le palet pulvérisent l'échantillon sous des effets intenses de choc, d'écrasement et de friction. Et ce

broyeur a pour ordre de granulométrie finale de 1 à 15 mm.

Figure 17 : Mécanisme broyeur à disque

Les domaines d’application d’un broyeur à disque sont :

secteur minier et sidérurgique : chrome-vanadium, carbure de tungstène, minerais, charbons ;

chimie : matières premières diverses ;

Géologie et minéralogie : granit, basalte, barytine, silicates, roches diverses ;

industries du verre : composés frittés, verres, matières premières ;

industries des céramiques : céramique dentaire, céramique frittée, porcelaine isolante ;

roches et minerais : bauxite, clinker, quartz, béton ;

2.2.2 Broyeur à couteaux

Le principe de fonctionnement d’un broyeur à couteaux se fait par effet de coupe.

Figure 18: Broyeur à couteaux

Il est destiné à broyer des matériaux sous différents domaines:

matériaux plastiques et textiles : plastiques, caoutchouc, produits en fi lm, cuir, textiles, fibres ;



secteur agricole et forestier : bois et substances ligneuses, végétaux, produits agroalimentaires,

céréales, graines, tourbe, tabac, paille, etc. même se présentant en longues tiges ;

environnement : papiers, cartons, produits de combustion, déchets divers hors métaux, déchets

ménagers, produits composites ;

directives environnementales : claviers de téléphone portable, composants électroniques;

analyse : charbons, substances osseuses, cornes, produits médicamenteux, liège, drogues ;

matériaux de construction : produits de combustion ;

industries chimiques : mélanges hétérogènes ;

produits alimentaires : maïs, malt, pâtes, herbes, condiments, épices, viandes séchées.

2.2.3 Broyeur à marteaux

La granulométrie finale de ce type de broyeur est comprise entre 0,12 et 10 mm.

Figure 19: Broyeur à marteaux

Ses secteurs d’utilisation sont:

secteur agricole et forestier: céréales, tourbe, semences, végétaux desséchés, produits pour

l‘alimentation animale, fumiers secs;

géologie et minéralogie: sels, gypse, potasse, minéraux, roches et terres, bauxite, calcaire,

argile séchée, pyrite, clinker de ciment, produits réfractaires;

secteurs minier et sidérurgique: minerais divers, charbons, cokes, schistes;

industries de la céramique : céramiques oxydes;

matériaux synthétiques et textiles: résines, cellulose, résines synthétiques;

métallurgie: scories.



2.2.4 Broyeur à mortier

Le principe de fonctionnement du broyeur à mortier: il broie, mélange et truite par pression

et friction les matières à broyer. Sa granulométrie finale atteint jusqu’à 200 µm.

Figure 20: Broyeur à mortier

Les broyeurs à mortier sont essentiellement utilisés dans les domaines suivants:

agriculture: sols, semences oléagineuses, morceaux de plantes ;

biologie: cellules de levure congelées ;

céramique, verre et produits chimiques ;

denrées alimentaires: épices, fèves de cacao torréfié, noix ;

matériaux de construction: clinker, briques ;

médecine et pharmacie: matières premières et produits pharmaceutiques et homéopathiques ;

minéralogie et métallurgie: quartz, sels, scories, silicates.

2.2.5 Broyeur à meule

Le produit est broyé entre deux meules en corindon pouvant être déplacées sur leur axe. Le principe de fonctionnement d’un broyeur à meule se fait par frottement et écrasement.

Figure 21: Broyeur à meule



2.2.6 Broyeur à rotor

Ce type de broyeur peut broyer les matières jusqu’à une très faible granulation < 100µm.

Exemples d‘application:

analyse: préparation pour l‘analyse chimique d‘échantillons de sol, de boues ou

d‘échantillons végétaux, spectroscopie;

biologie: végétaux, racines, feuilles, aiguilles, céréales, drogues, tourbe, semences, cendres

industries chimiques: produits chimiques divers, matériaux isolants, cires, paraffines, craies;

secteurs agricole et forestier: végétaux, bois, racines, feuilles, céréales, terres (sans roches),

engrais, produits pour alimentation animale;

produits alimentaires: riz, épices, produits alimentaires pour détermination des teneurs en

protéines et produits azotés, fruits séchés;

matériaux synthétiques et textiles: textiles, cuirs, cellulose, composites, caoutchouc, poudres

pour revêtement, styrène, polyesters, résines synthétiques, films, PVC;

industries pharmaceutiques: bases pharmaceutiques, comprimés, pilules;

composants électroniques, matériaux synthétiques, verre.

2.2.7 Broyeur planétaire à bille

Dans les broyeurs planétaires à billes, la pulvérisation de l’échantillon se fait

essentiellement par effets d’impact de billes à haute énergie cinétique. Les bols de broyage

contenant les échantillons à traiter et les billes sont disposés sur un disque en rotation rapide, les bols

tournant sur eux-mêmes en sens inverse.

C’est un type de broyage ultra fin puisque la finesse finale du produit est inférieure à 1µm.

Figure 22: Broyeur à rotor



Figure 23: Broyeur à disque

Ils sont souvent destinés à broyer les produits:

céramiques : porcelaine, réfractaire, matériaux frittés, argiles ;

chimiques : produits phytosanitaires, fertilisants, sels, composés minéraux et

organiques;

biologiques : plantes, feuilles, échantillons lyophilisés;

pharmaceutiques : gels, crèmes, pilules, comprimés, produits médicamenteux;

métallurgique : minéraux, scories;

sciences de matériaux : pigments, matériaux précieux, alliages métalliques.

2.2.8 Broyeur à mâchoires

Le broyage dans ce type de broyeur se fait par effet d'écrasement sous haute pression

entre deux mâchoires, une fixe et une mobile dans une enceinte fermée. La finesse finale du

broyat est déterminée par l'écartement entre les mâchoires.

Ce type de broyeur sert généralement à broyer des roches.

Figure 24: Broyeur à mâchoires



2.3 Le broyage à marteaux 2.3.1 Description générale d’un broyeur à marteaux et du tamis

Un broyeur se caractérise en fonction du matériau, de la matière à broyer, du débit de

broyage, du produit fini, repose sur la relation liant l’énergie consommée et la taille des particules du

produit obtenu à partir d’une taille donnée.

Le broyeur à marteaux broie la matière première par effet cinétique. À l‘intérieur d‘une

carcasse en métal tournent deux rotors sur lesquels des marteaux en acier sont montés. Les coups des

marteaux permettent de broyer les matériaux chargés. Les marteaux projettent les morceaux

contre la paroi du broyeur où l‘impact finit de les éventrer. La matière à broyer reste dans la zone de

broyage jusqu‘à ce qu‘elle soit suffisamment petite pour passer par un tamis défini. C‘est ce tamis

qui définit la taille de sortie du matériau. La sortie de forme sphérique est également une

caractéristique du broyeur à marteaux.

Les éléments principaux du broyeur à marteaux sont:

la carcasse: les carcasses peuvent être réalisées soit en fonte, soit en plaques d'acier

nervuré soudées.

la chambre de broyage : La forme de la chambre de broyage est importante pour le débit:

il faut éviter qu'elle ne soit complètement circulaire, cylindrique ou conique, afin que le grain

entraîné dans le sillage des marteaux rencontre suffisamment d'obstacles pour faciliter son

éclatement et sa pulvérisation. De plus, la chambre de broyage est munie d'obstacles pour accroître

la rapidité de l'écrasement. Ceux-ci peuvent être:

des contre-marteaux fixés sur les parois latérales de la chambre.

des plaques d'usure ou plaques de choc qui, placées à l'entrée de la chambre,

servent d'enclumes.

les marteaux: le rôle des marteaux est de frapper le grain et de lui fournir des vitesses de

rotation suffisamment élevées pour permettre sa pulvérisation contre les parois du broyeur. Pour

augmenter le débit, l'on peut multiplier les angles d'attaque des marteaux en leur donnant un profil

irrégulier. Les marteaux peuvent être mobiles, articulés sur leurs axes ou fixes. Ces derniers sont

parfois appelés marteaux à lames, les plus couramment fabriqués sont des lames épaisses d'acier

traité, de forme rectangulaire. Ils sont fixés sur un rotor entraîné par l'arbre.

Il existe plusieurs types de marteaux selon leurs formes:



Figure 25: Les différentes formes d'outils de broyeurs à marteaux [14]

le rotor: le rotor peut être réalisé en une seule pièce ou en plusieurs plaques circulaires

reliées par des entretoises. La première solution semblerait préférable car elle renforcerait

l'équilibre entre le rotor et les marteaux. L'arbre est maintenu par des bagues ou paliers. Afin

de prolonger la longévité de l'arbre et d'éviter des pertes de puissance par frottement, il est

préférable que les paliers soient montés sur des roulements à bille.

la grille de tamisage: elle se situe à la sortie du broyeur, la grille de tamisage assure la

continuité d'écrasement du grain jusqu'à ce que le produit fini atteigne une granulométrie

inférieure au diamètre des perforations de la grille. C'est donc le choix du diamètre des

perforations de cette grille qui détermine la finesse de la mouture obtenue. Plus le diamètre

des perforations est petit, plus le débit horaire diminue, le temps de passage du grain dans le

broyeur étant plus long. La granulométrie finale dépend du choix du tamis et des

caractéristiques du matériau à traiter: la granulométrie en finale peut descendre à 100 µm.



En général 100 % du broyat présente une granulométrie inférieure à 70 % de la taille des

passages du tamis utilisé.

L’alimentation: le débit de l’alimentation est conforme à la vitesse du convoyeur et cette

vitesse est en fonction du débit et capacité du broyeur. Si l'alimentation n'est pas correcte,

nombreux sont les blocs qui ne subissent pas de percussion de la part des marteaux

donc ne sont pas broyés. Si la vitesse de chute des grains est insuffisante, ils sont le plus

souvent frappés par la face externe du marteau. Ce dernier s'arrondit rapidement par usure.

Les blocs sont alors lancés dans une mauvaise direction et la capacité du broyeur diminue

considérablement.

Figure 26: Fonctionnement général d’un broyeur à marteaux [14]

2.3.2 L’étude de performance d’un broyeur à marteaux

Le débit d'un broyeur à marteaux est fonction de plusieurs paramètres:

la puissance développée par le moteur;

le nombre de trous par unité de surface de la grille de tamisage;

l'épaisseur de la grille: des grilles moins épaisses augmentent le débit mais s'usent plus

rapidement;

le diamètre des perforations de la grille: les grands diamètres produisent néanmoins une

granulométrie plus grossière;



le taux d'humidité du produit à broyer: il semble qu'une variation d'un pour cent du taux

d'humidité du grain comporte environ une diminution de 10 pour cent du débit. De plus,

un taux d'humidité trop élevé entraîne le colmatage de la grille;

la nature du produit à broyer:

L‘échantillon est introduit directement par la trémie dans l‘enceinte de broyage et la

pulvérisation se fait entre le croisillon à marteaux et les dentures du broyeur. Le choix du tamis de

fond détermine la finesse finale du broyat. Le croisillon à marteaux en rotation assure en même

temps une circulation d‘air par la trémie, circulation qui accélère la sortie du broyat vers le récipient

collecteur.

Le rotor à marteaux est formé de différents discs montés sur l’arbre et qui supportent les

marteaux.

Le tableau suivant montre la caractéristique générale du fonctionnement du broyeur.

Table 5: Caractéristique générale du broyeur

Chambre du broyeur Moteur

Type de broyage

Vitesse de rotation de l’axe

(tr/min)

Type

Puissance

(cv)

Consommation (l)

Par percussion

1500

Moteur thermique

15

1,5

2.3.3 Principe de fonctionnement

Nous appellerons notre machine par « broyeur-tamiseur à marteau » puisqu’elle est un

broyeur à marteau supportant une grille tamiseuse à la sortie, elle effectue le broyage et le tamisage

simultanément.

Le broyeur à marteaux agit à la fois par impact (action des marteaux) et par abrasion

(action de la grille). L’impact génère des particules généralement de plus grande taille que

l’abrasion. L’essentiel du broyage s’effectue au moment du premier contact avec les marteaux du

rotor, les phases suivantes ne servent qu’à accélérer les particules pour leur donner la même

vitesse que celle des marteaux. Il se forme une couche de produit d’environ 15 mm d’épaisseur

qui se déplace sur la face intérieure de la grille. Cette couche se compose d’un mélange de

particules encore trop grosses pour traverser la grille, de particules moyennes et d’autres déjà

assez fines. Les particules trop grosses sont les plus lourdes. Sous l’influence de la force

centrifuge, elles tendent à se trouver en contact direct avec la grille et empêchent les particules plus



fines de traverser les ouvertures pour quitter le compartiment de broyage. Les particules fines

peuvent ainsi effectuer 50 à 100 tours successifs avant de trouver par hasard une ouverture de

la grille.

Figure 27: Schéma de principe de fonctionnement d'un broyeur à marteaux

Boulon de fixation



2.3.4 Dimensionnement et calcul

Figure 28:Dimensionnement de la chambre de broyage fait sur AUTOCAD

Les dimensions seront montrées par le tableau suivant:



Table 6:Les dimensions de la chambre de broyeur

Symboles Désignations Dimensions /Nombres

r Diamètre du rotor à disque 240 mm

ext Diamètre extérieur de la chambre du broyeur 455 mm

int Diamètre intérieur du broyeur (porteur des

dentures)

445 mm

l Diamètre de la ligne de rotation des marteaux 409 mm

eb Epaisseur de broyage (variable) -

lB Largeur du broyeur 200 mm

Lt Longueur du tamis 400 mm

dt Diamètre du trou du tamis 7 mm

dtm Densité de trous sur la grille tamiseuse 8 000 trous/m2

Nd Nombre de disques porteurs de marteaux 3

nm Nombre total de marteaux 6

nd Nombre de dents 50

sd Surface de la face d’une seule dent 400 mm2

a) Le rapport de réduction

Pendant le broyage, il existe une réduction en volume des fientes et nous avons désigné par r

le rapport adimensionnel de cette réduction:

=

Où x1 et x2 sont respectivement l’état granulométrique de la matière avant et après broyage.



b) L’énergie nécessaire au broyage [11]

Historiquement, en matière de broyage, de nombreuses théories ont été. Cependant, trois

d'entres elles méritent une attention particulière pour avoir traversé les générations et être encore

citées, à l'heure actuelle, dans bien des publications. Les trois piliers de la théorie de broyage

(Michaël Temmerman, 2011) sont:

Loi de Von Rittinger (1867): c'est la plus ancienne. Elle établit que l'aire de la nouvelle

surface produite par le broyage est directement proportionnelle à l'énergie nécessaire au

broyage. L'aire de la surface d'une masse de particules de diamètre uniforme x étant

proportionnelle à 1/x, l'énergie nécessaire au broyage y est donc proportionnelle également.

Elle est exprimée par la formule générale :

=1 1

Où x1 et x2 sont respectivement l'état granulométrique de la matière avant et après broyage et

CVR une constante caractéristique de la matière.

Loi de Kick (1885): Kick, pour sa part, émet le postulat que le travail requis est proportionnel

à la réduction de volume des particules en cause. L'équation qu'il propose est la suivante :

= ( ) ( ) Où x1 et x2 sont respectivement l'état granulométrique de la matière avant et après broyage et

CK une constante caractéristique de la matière.

Loi de Bond (1952): d’un point de vue physique, la théorie de Bond suppose que l'énergie

transmise à un corps par effort de compression se répartit d'abord dans la masse et est

proportionnelle à x13, mais que dès le début de la fissuration en surface, cette énergie se

concentre sur les fissures et devient alors proportionnelle à x12. Elle conduit donc à admettre

que le travail de broyage proprement dit est intermédiaire entre x12 et x1

3. D'après cette

théorie, pour des particules de forme semblable, la longueur de fissure est équivalente à la

racine carrée de la surface. L'énergie nécessaire au broyage étant proportionnelle à cette

longueur de fissure, elle s'écrit comme suit :

=1 1

Où x1 et x2 sont respectivement l'état granulométrique de la matière avant et après broyage et

CK une constante caractéristique de la matière.



c) La section utile du broyeur

La section maximale de broyage est de:

= 2 2

= 4

Et la section utile du broyeur dépend de l’épaisseur utile eb variable et elle se définit par

=+

int : diamètre intérieur du broyeur (porteur des dentures) 445 mm

l : diamètre de la ligne de rotation des marteaux 409 mm

nd : nombre de dents 50 dents

sd : surface de la face d’une seule dent 400 mm2

eb : épaisseur de broyage (variable)

AN:

= 4(445 409 ) 50 400

= 4 146

d) Le volume de la matière à broyer

Le volume maximal de la fiente qu’on peut introduire dans le broyeur est:

=

lB : largeur de la chambre de broyage

lB : 200 mm

AN:

= 4 146 200

= 829 200

= 8 10



e) Détermination de la charge du broyeur

Pour déterminer le bilan de la capacité du broyeur, on doit considérer plusieurs paramètres

Figure 29: Schéma simplifié de vue de gauche du broyeur

On désigne par:

Qif : la quantité initiale de la fiente (à l’alimentation)

G : la quantité de la fiente dans le broyeur

Qff : la quantité finale de la fiente (à la sortie de la grille)

lB : la largeur de la chambre de la chambre de broyage

lB = 0,2 m

Les 3 quantités Qif, Q et Qff sont des valeurs non constantes;

Alors, l’équation d’équilibre du bilan de la quantité de la fiente dans le broyeur est donnée par la relation:

G



= +

La quantité G est déterminée par la relation suivante:

=

G : la quantité de fiente contenant le broyeur (kg)

: Masse volumique de la fiente (kg/m3)

= 450 /

V: volume de fiente à broyer (m3)

= 8 10 (Volume maximal)

AN:

= 0,36

f) La surface tamiseuse

=

lB : largeur du broyeur 200 mm

Lt : longueur du tamis 400 mm

AN :

= 400 200

= 80000 = 0,08

g) Le nombre de trous du tamis

=

dtm : densité de trous sur le tamis

St : surface tamiseuse

AN : = 8 000 0,08

= 640 trous



Le débit du broyage dépend beaucoup du caractéristique du tamis puisque plus les

perforations est petit, plus le débit horaire diminue, le temps de passage du grain dans le broyeur

étant plus long.

h) Le débit du broyeur

Le débit maximal du broyeur est

=

Avec

Qmax : débit maximal du broyeur

Gmax : quantité maximale de fiente contenant le broyeur (kg)

t : temps de broyage correspondant à Gmax (s)

Nous avons consulter le broyeur de même type, même puissance, et la matière à broyer a la

même teneur en eau que la fiente, le débit de broyage est de 200 kg/h.

Nous avons alors fixé le débit de notre production à 150 kg/h.

2.4 Entretien et maintenance 2.4.1 Définition [20]

Selon l’AFNOR, la maintenance c’est l’ensemble d’actions permettant de maintenir ou de

rétablir un bien dans un état spécifique ou en mesure d’assurer un service déterminé. Et

maintenir se définit comme étant effectuer des opérations permettant de conserver la potentialité

du matériel pour assurer la continuité de la production.

La maintenance regroupe ainsi les actions de dépannage et de réparation, de réglage, de

révision, de contrôle et de vérification des équipements de la machine.

Un service de maintenance peut également être amené à participer à des études

d'amélioration du processus industriel, et doit, comme d'autres services de l'entreprise, prendre en

considération de nombreuses contraintes comme la qualité, la sécurité, l'environnement, le coût, etc

Il existe deux façons complémentaires d'organiser les actions de maintenance :

La maintenance corrective: qui consiste à intervenir sur un équipement une fois que celui-

ci est défaillant. Elle se subdivise en :



Maintenance palliative : dépannage (donc provisoire) de l'équipement, permettant à celui-ci

d'assurer tout ou partie d'une fonction requise ; elle doit toutefois être suivie d'une action curative

dans les plus brefs délais.

Maintenance curative : réparation (donc durable) consistant en une remise en l'état initial.

La maintenance préventive: qui consiste à intervenir sur un équipement avant que celui-ci

ne soit défaillant, afin de tenter de prévenir la panne. On interviendra de manière préventive soit

pour des raisons de sûreté de fonctionnement (les conséquences d'une défaillance sont

inacceptables), soit pour des raisons économiques (cela revient moins cher) ou parfois pratiques

(l'équipement n'est disponible pour la maintenance qu'à certains moments précis). La maintenance

préventive se subdivise à son tour en :

Maintenance systématique : désigne des opérations effectuées systématiquement, soit selon

un calendrier (à périodicité temporelle fixe), soit selon une périodicité d'usage (heures de

fonctionnement, nombre d'unités produites, nombre de mouvements effectués, etc.) ;

Maintenance conditionnelle : réalisée à la suite de relevés, de mesures, de contrôles

révélateurs de l'état de dégradation de l'équipement ;

Maintenance prévisionnelle : réalisée à la suite d'une analyse de l'évolution de l'état de

dégradation de l'équipement.

2.4.2 Maintenance du broyeur

Il très indispensable de maintenir le broyeur pour faire fonctionner tous ses éléments.

La maintenance de notre broyeur consiste le:

nettoyage périodique du concasseur pour enlever les dépôts des poussières ;

graissage périodique de tous les tournants et mobile.

Une action de maintenance comporte plusieurs tâches successives. On peut considérer les

suivantes comme typiques:

vérifier la réalité de la panne ;

identifier la pièce défaillante;

démonter le système pour accéder à la pièce ;

retirer la pièce;

la remplacer par une pièce en bon état;

remonter le système;

contrôler le bon résultat de la réparation.



La défaillance panne est la cessation de l'aptitude d'un dispositif à accomplir une fonction

requise, avec tolérances. On distingue trois cas de pannes:

panne soudaine: qui n'aurait pas pu être prévu par un examen antérieur de la

caractéristique;

panne progressive: résultat d'une ou des caractéristiques au delà des limites

spécifiques mais telle qu'elle n'entraine pas une disposition complète de la fonction

requise;

panne complète: une déviation des caractéristiques tel qu'elle entraine une disparition de

la fonction requise.

La politique de maintenance est déterminée par:

accroitre la disponibilité des matériels de production;

réduire des couts de maintenance;

permettre une production de haute qualité;

diminuer les pertes en production;

tendre vers les zéro pannes de production.

L’entretien est fait périodiquement pour assurer le bon fonctionnement de toutes les pièces, il

est indispensable de l’entretenir d’au moins à chaque deux mois.



Chapitre 3 : PACKAGING

3.1 Généralités [21] Le mot « Packaging » confond les deux notions élémentaires de conditionnement et

d'emballage:

le conditionnement est l'enveloppe première du produit;

l'emballage est le contenant permettant dans les meilleures conditions: la sécurité, la manutention,

la conservation et le stockage des produits.

La fonction première du packaging est de contenir, protéger et conserver le produit contenu

et secondairement d'être un support d'affichage. A ce titre, il représente une opportunité forte:

d'identification: le client régulier perçoit spontanément le produit (surtout si vente en libre

service), ainsi que ses caractéristiques (dimensions, poids, couleur, destinations, mode d'emploi...);

de signalisation: la curiosité du client potentiel est excitée (mobilisation du design et des

techniques graphiques) et alertée sur la proposition d'une réponse particulièrement inédite ou

pertinente aux nouvelles attentes du consommateur;

de communication: le bénéfice produit est souligné par l'énoncé du nom du produit, d'une

marque, d'un logo ou d'un slogan. Le packaging constitue de facto un espace de communication

gratuit permettant de valoriser un produit placé au milieu de ses concurrents dans les linéaires des

grandes surfaces.

La formulation du packaging doit prendre en compte plusieurs dimensions qui peuvent être

éventuellement contradictoires :

être utilitaire : ergonomie, stockage , manutention adéquats ;

constituer une référence-facing aisément perceptible en linéaire: couleur, forme, format,

qui révèle le contenu du produit ;

fournir des informations : composition, mode d'emploi, limites de consommation, dangers,

contre-indications ou précautions d'emploi ;

assurer des fonctions techniques : certains packagings peuvent être conçus pour apporter

aux consommateurs des fonctionnalités plus spécifiques et/ou des bénéfices concrets depuis le début

de sa mise en œuvre jusqu’au moment de la consommation (emballages auto-chauffants ou

réfrigérants, par exemple).

correspondre à un positionnement concret : Le packaging représente un coût allant de

10 % à 80 % du coût total d’un produit.



3.1.1 Fonctions du Packaging

Les fonctions principales de conditionnement et d'emballage sont:

fonctions techniques:

contenir le produit;

protéger le produit contre le froid, la lumière, le vol;

assurer une bonne conservation;

facilitation de la manutention et du transport.

fonctions commerciales:

alerte : attirer et communiquer avec le consommateur;

attribution: identifier le produit ou la marque;

information : mentions légales et complémentaires;

service : faciliter l'utilisation;

commodité : gain de temps, liberté dans le mode consommation, liberté du lieu de

consommation;

positionnement : véhiculer une image;

promotion : mise en avant du rajeunissement de l'image du produit ou de la variation de la

capacité offerte sans variation du prix.

4.1.2 Application

Le packaging agit sur :

la matière du produit ;

la forme du produit ;

la taille du produit ;

la couleur du produit ;

le mode de consommation du produit.

4.2 Mise en sachet La mise en sachet des engrais granulés est très importante pour les fonctions techniques et

commerciales.

La machine de conditionnement en sachet a pour fonctions des étapes suivantes:

- dépilage des contenants;

- remplissage;

- pose opercules;

- soudure opercules ou film;



- dépose couvercles ou bouchons;

- enfonçage / vissage / sertissage;

- sortie sur convoyeur.

4.2.1 Schéma du principe

Figure 30: Schéma de principe de la mise en sachet

a 1 – Présence d’un premier sac sur la table

a 2 – Présence d’un deuxième sac sur la table

a 3 – Arrivée des sacs sous les remplisseurs

a 4 – Atteints de la quantité d’engrais voulue

a 5 – Arrivée du vérin V 1 à l’état initial

a 6 – Arrivée du vérin V 2 à l’état initial

a 7 – Arrivée du vérin V 2 en fin de course

Sac n°2 Sac n°1

a2 a1



a 8 – Présence de sac au bout du premier tapis

b 1 – Atteinte du niveau maximal du premier remplisseur

b 2 – Atteinte du niveau maximal du deuxième remplisseur

Dcy – Départ cycle

AVT1 – Avance du tapis 1

AV 1 – Avance di vérin V 1

AV 2 – Avance di vérin V 2

ART1 – Arrêt du tapis 1

RC – Remplissage des cartons

ARE – Arrêt de remplissage

RV 1 - Retour du vérin V 1

RV 2 - Retour du vérin V 2

RR1 – Remplissage du remplisseur 1

RR2 – Remplissage du remplisseur 2

ARR1 – Arrêt de remplissage du remplisseur 1

ARR2 – Arrêt de remplissage du remplisseur 2

IV 1 – Mise du vérin V 1 à l’état initial

IV 2 – Mise du vérin V 2 à l’état initial

4.2.2 Fonctionnement

Dans notre système, les conditions suivantes sont imposées:

le tapis 1 fonctionne pas par pas et dépend de certains capteurs;

le tapis 2, par contre, fonctionne en permanence;

la table de travail, où coulissent les cartons poussés par le vérin;

v 1, doit avoir un état de surface très lisse (le plus lisse possible);

une poste de commande sera à la disposition du manipulateur dans le choix des

travaux à faire (mise en marche du système;

préparation du système et arrêt d’urgence).



Les sacs amenés par le tapis seront déposés, par deux, devant le vérin V 1. Ce dernier les

poussera jusqu’en dessous des deux remplisseurs qui les remplira d’engrais simultanément. Une

jauge de poids vérifiera la quantité voulue. Ceci atteint, entraîne l’arrêt du remplissage et le

vérin V 2 évacue les deux sacs vers le tapis 2. Et le cycle se répète.

4.2.3 Grafcet du système

Le GRAFCET est un mode de représentation et d'analyse d'un automatisme, particulièrement

bien adapté aux systèmes à évolution séquentielle, c'est-à-dire décomposable en étapes. [19]

C’est donc un langage graphique représentant le fonctionnement d'un automatisme par un

ensemble :

d'étapes auxquelles sont associées des actions;

de transitions entre étapes auxquelles sont associées des conditions de transition

(réceptivités);

des liaisons orientées entre les étapes et les transitions.



a) Grafcet niveau 1 du système : REMPLISSAGE DES SACS A ENGRAIS

Figure 31: Grafcet niveau 1 du remplissage des sacs



b) PREPARATION DE LA MISE EN MARCHE

Figure 32: Grafcet de la préparation de la mise en marche du système

Existence de sac(s) sur la table Inexistence de sac sur la table

Arrivée des sac(s) sous les remplisseurs



c) Grafcet niveau 2 du système : REMPLISSAGE DES SACS

Figure 33: Grafcet niveau 2 du remplissage des sacs

1



3.3 Mise en bouteille 3.3.1 Description de l’installation

L’installation comprend:

1 tapis convoyeur d’approvisionnement commandé par le moteur KM1

1 tapis convoyeur d’évacuation commandé par le moteur KM2

1 poste de transfert de bouteille actionné par le vérin V1

1 trémie contenant les engrais liquides dont l’ouverture et la fermeture sont commandées par

l’électrovanne

Figure 34: Schéma de principe de mise en bouteille des engrais liquides

Les différents détecteurs sont:

a, b, e, d sont tous des contacteurs de fin de course

c est un contacteur dont c=1 quand le poids est atteint

DB est la détection de bouteille, et est formée de cellule et relais =1 lorsque la cellule n’est

pas éclairée; cela permet d’obtenir le fonctionnement désiré

3.3.2 Fonctionnement

Conditions initiales:



il n’y a pas de bouteille sur le tapis TA

le vérin V est en position retour donc:

DB=0

e =1

a = b = c = d = 0

la mise sous tension de l’installation s’effectue par action sur un bouton poussoir

START provoquant le fonctionnement du conducteur général

Déroulement d’un cycle:

La présence d’une bouteille est détectée par la cellule, contact DB=1, dès lors chaque action

provoque des phénomènes:

l’action sur le bouton poussoir START provoque la mise en rotation du tapis

d’approvisionnement TA par le moteur KM1; et à la fin du déplacement, le contact a

est actionné (a=1);

l’action sur le contact a entraine l’arrêt du tapis TA (moteur KM1) et la sortie de la

tige du vérin V1. La bouteille arrive en b et b=1;

l’action sur le contact b commande la rentrée de la tige du vérin, le contact e est

actionné (e=1);

l’action sur le contact e provoque l’arrêt du vérin V1et commande l’électrovanne EV

qui ouvre la trémie en libérant les engrais liquides;

quand le poids est atteint, le contact c est actionné (c=1);

l’action sur le contact c provoque la fermeture de la trémie (EV n’est pas alimentée)

et commande la mise en rotation du tapis d’évacuation TE, et à la fin de l’évacuation,

la bouteille agit sur le contact de passage d.

l’action sur le passage d provoque:

l’arrêt du cycle s’il n’y a pas de bouteille sur TA (DB=0);

le départ automatique d’un nouveau cycle si une bouteille se trouve sur TA

(DB=1);

si plusieurs bouteilles se trouve sur TA, mais ne sont pas détectées par DB,

leur remplissage s’effectuera par action manuelle sur le bouton poussoir de fin

de série ES.



3.3.3 Grafcet niveau 2 du système

Figure 35: Grafcet niveau II du système de mise en bouteille



3 .3.4 Circuit de commande de la mise en bouteilles sous Automation Studio



3.4 Capacité de production de la mise en conditionnement 3.4.1 Pour la mise en sacs des engrais granulés

Et pour la quantité , nous avons 2 variations

un sac de 5 kg

un sac de 2kg

=

: le débit de la mise en sac des engrais (kg/h)

: le nombre de sacs remplis durant un cycle de temps, nous avons 2 remplisseurs qui

fonctionnent simultanément, = 2 sacs

: la quantité d’engrais mis dans un sac (kg)

: le temps (h) mis par la machine dès que le sac arrive au tapis 1 jusqu’à sa sortie au tapis 2

Ce temps est de 30s pour 1kg de grains d’engrais et ce temps sera ajouté d’une seconde à

chaque remplissage de1kg.

AN :

=

= /

La moitié du produit sera mise dans les sacs de 5kg et l’autre moitié à 2kg.

3.4.2 Pour la mise en bouteille des engrais liquides

Le débit de la mise en bouteille est en fonction de plusieurs paramètres, tels que:

la vitesse du tapis convoyeur TA et TE

la vitesse d’une course de vérin de V1

le débit de remplissage par l’électrovanne EV

Puisqu’on a vu précédemment (cf. engrais liquides page 13), la teneur en eau d’une quantité

d’engrais liquide est égale au taux d’azote des poudres. Donc, les 6 tonnes de production annuelle

destinée aux engrais liquides deviendront alors de 7,8 tonnes (pour une teneur en azote 30%). Et

puisque la densité de l’engrais liquide vaut 1,279 kg/ l, nous aurons alors 6 100 litres d’engrais.



Partie 3 :

EVALUATION ECONOMIQUE ET ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL



Chapitre 1 : EVALUATION ECONOMIQUE Une analyse économique est nécessaire pour trouver la meilleure compromise entre les

performances thermiques et leur rentabilité économique. L’objet de cette étude est d’évaluer la

rentabilité du projet par rapport à tout investissement.

1.1 Coûts de l’investissement 1.1.1 Investissement unité (I)

Elle est donnée par la formule : I= I1 +I2 I1 : Investissements en limites de fabrication I2 : Services généraux et stockage

On parle d’Investissement en limite de fabrication, le coût total concernant toute la fabrication des machines et ses accessoires.

Table 7:Investissement en limite de fabrication

Description Prix unitaire (Ariary)

Nombre

Montant (Ariary)

Accessoires 200 000

Séchoir 493000 4 1 972 000

Broyeur 715 000 1 715 000

Tamis 58 000 1 58 000

Souffleur 20 000 1 20 000

Malaxeur 57 000 1 57 000

Machines de conditionnement 350 000 2 700 000

Tapis convoyeurs 50 000 6m 300 000

L’investissement en limite de fabrication I1 4 022 000

Services généraux et stockages: il s'agit de l'ensemble des services nécessaires au

fonctionnement normal d'une entreprise: achats de matériels, de fournitures, achat de terrains,

construction de bâtiments, gestion des locaux techniques et des fluides: électricité, froid, chauffage,

entretien des bâtiments. Les services généraux et stockage sont estimés à 20 % des investissements

en limites de fabrication :

I2 = 20 % d’I1 I2= 804 400 Ariary



D’où le coût des investissements unités I est de I=I1+I2

I= 4 826 400 Ariary

1.1.2 Capital fixe (CF)

Le capital fixe est l'ensemble des actifs corporels ou incorporels destinés à être utilisés dans le processus de production pendant au moins un an (ce sont des biens durables)

Le capital fixe est donné par la formule :

CF = I+I3+I5

I3: Engineering

I5: Frais de contraintes et redevances Une redevance est un paiement qui doit avoir lieu de manière régulière, en échange d'un droit

d'exploitation (brevet, droit d'auteur, droit des marques, mine, terre agricole, etc.) ou d'un droit d'usage d'un service.

I3 = 20[%] I = 965 280 Ariary I5= 10[%] I1 = 402 200 Ariary

D’où le capital fixe est CF = 6 193 880 Ariary

1.1.3 Capital amortissable

Il est donné par la formule

CA= CF+ I6+ I7+ I8 - Charge initiales : I6

I6 = 2*CAP = 40 000 Ariary - Frais d’intérêts intercalaires : I7

I7 = 7 [%] CF = 433 572 Ariary - Frais de démarrage : I8

C’est la valeur du frais opératoire (charge variable + Main d’œuvre) pendant le temps de démarrage d’environ 1 à 4mois

I8= 1/4 (CV+MO) I8 = 4 704 750 Ariary

D’où le capital amortissable : CA = 5 978 322 Ariary

1.1.4 Fond de roulement

C’est le double du coût des frais de démarrage

I9 = 2* I8

I9 = 11 956 644 Ariary



1.2 Chiffres d’affaires prévisionnels Ce sont les coûts des matières premières comprenant les coûts de collecte :

Table 8:Chiffres d’affaires prévisionnelles

Description Prix unitaire (Ar) Quantité (kg /jr) Quantité(kg /an) Montant (Ar)

Fientes 50 330 120 450 6 022 500

Déchets verts 146 53 290 1 065 000

CAP 7 088 300

1.3 Charge lié à la production La charge liée à la production est égale à la somme des charges variables, coût de main

d’œuvre et charge fixes.

Table 9:Charge fixe

Désignation Montant [Ar]

Amortissement (Am) : 4% investissement unité(I) 193 056

Frais financiers (FF): 12 % du fonds de roulement(I9) 1 470 172

Entretien (M) : 4% investissement unités(I) 193 056

Taxes et assurances (TX) : 2% investissement en limite de fabrication(I1) 80 440

Frais généraux et sièges (FG) : 1% investissement en limite de fabrication(I1) 40 220

Charge fixe = Am + FF + M + TX + FG 1 976 944

Le coût de la charge fixe est estimé 1 576 944 Ariary. Table 10: Main d'œuvre

Travail Nombre de

personnels

Salaire/heures

[Ar]

Durée de

travail/an[h]

Montant

[Ar]

Temporaire Travail en heure continue

Tout chargement et

déchargement

3

700

2690

5 649 000

Chauffeur 1 700 2690 1 883 000

Permanent

Responsable de l’usine 1 1500 2152 3 228 000

Agents de commande 2 1000 2152 4 304 000

Gardiennage 1 800 4035 3 228 000

Total MO/an 18 292 000



Table 11: Charge variable

Désignation Formule Montant [Ar]

Charge variable

CAP5 CAP5= CAP+ 5%CAP 7 442 715

Utilité C C=location camion à benne 6 220 000

Frais divers FS FS= 30% CAP 2 126 490

TOTAL 10 189 205

Table 12: Charge liée à la production

Désignation Montant [Ar]

Charge variable 10 189 205

Cout de mains d’œuvre 18 292 000

Charges fixes 1 976 944

Charge liée à la production 30 458 150

1.4 Investissement total L’investissement total annuel est donc la somme de tous les coûts d’investissements :

Itot = CA + I9 + CAP + CLP

Itot = 5 978 322+11 956 644 + 7 088 300+30 458 150

I tot= 50 081 415 Ariary soit de Cinquante millions quatre vingt un mille quatre cent quinze Ariary

1.5 Production estimée Table 13: Production totale annuelle estimée

ETAPES PRODUCTIONS

Journalière Annuelle Séchage (pour les 4 séchoirs) 1,3 t 460 t

Broyage 1,2 t 306 t

Stockage 0,1 t 154 t

Mise en sachets* 120 sacs de 5 kg 3 060 sacs 300 sacs de 2 kg 76 500 sacs

Mise en bouteilles - 2 000 bouteilles de 1,5 l

- 4 200 bouteilles de 75 cl



(*) Pour une commande de plus de 75 kg, le conditionnement se fera manuellement puisque

notre machine ne convient pas au grand sac.

Les séchoirs travaillent 7j/7 c’est-à-dire 360 jours en un an tandis que les autres machines ne

fonctionnent que durant les jours ouvrables et non fériés de l’année c’est-à-dire d’environ 255 jours.

1.6 Coût estimatif des produits Table 14:Coût annuel estimatif des produits

Produits Prix unitaire (Ar) Quantité Montant(Ar)

Engrais

granulés

Sac de 5 kg 1 800 30 000 sacs 54 000 000

Sac de 2 kg 800 70 000 sacs 28 000 000

Engrais

liquides

Bouteille de 1,5 L 2 000 2 650 bouteilles 5 300 000

Bouteille de 75 Cl 1 200 2 000 bouteilles 1 400 000

Total coût annuel des produits 88 700 000

Investissement total annuel 50 081 415

Bénéfices 38 619 000



Chapitre 2 : ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL

2.1 Définition 2.1.1 Définition étymologique :

Le mot « environnement » a beaucoup évolué. Il est devenu un terme qui recouvre des

sens relativement varié, un vocabulaire spécialisé. On constate qu’il existe plusieurs versions,

formulations, interprétations ou différentes variantes de définition de l’Environnement.

Le mot environnement est polysémique, c’est-à-dire que ce terme peut porter plusieurs

sens ou s’accompagner de connotations diverses selon que l’on est économiste, juriste, architecte,

mécanicien, agronome, politicien, religieux, etc. et même selon le type de métier. C’est pourquoi il

est intéressant, voir même très important de distinguer étymologiquement l’évolution de ce mot

« environnement » afin de pouvoir opter une définition consensuelle.

Etymologiquement parlant, le terme « environnement » trouve son origine dans le grec

(gyros) ; le latin (vivare) et le gaulois (viria) qui ont donné par la suite le terme « virer »,

« environ », « environner » qui signifie alentours, tournoyer, tourner, faire le tour, mettre autour.

Cette idée de tour, entour, d’autour traduit bien le concept de « milieu » local ou général

d’aujourd’hui. C’est un milieu lié aux problèmes d’échelle et de perception humaine (« géosphère »,

biosphère, écosphère et de technosphère à l’échelle globale).

Le préfixe « en » a été ajouté à « viron » de l’ancien français issu du « virer » pour

donner « environ » (attesté en 1080). D’ « environ » on a fait « environner » qui après a eu la forme

d’ « environnement » au 14èmse siècle.

Aujourd’hui la définition d’ « environnement » de l’évolution étymologique, le radical

« vir » qui signifie la forme du « tour » et de l’arrondi » a donné les mots entour, contours, autour.

Cette idée de tour, entour d’autour traduisent bien le concept de « milieu » local en général

(« géosphère », biosphère, écosphère et de technosphère à l’échelle globale).

Etymologie : on trouve « environnement » en français dès 1265 dans le sens de « circuit,

contour » puis à partir de 1487 dans le sens « action d’environner ». le mot provient du verbe

« environner », qui signifie action d’entourer. Ayant le sens de base de ce qui entoure, il peut

prendre le sens de cadre de vie, de voisinage, d’ambiance, ou encore de contexte (en linguistique).

L’environnement au sens d’environnement naturel qui entoure l’homme est plus récent et

s’est développé dans la seconde moitié du 10ème siècle



2.1.2 Définition contextuelle:

L’environnement peut être défini comme étant l’ensemble des caractéristiques physiques,

chimiques et biologiques des écosystèmes plus ou moins modifiées par l'action de l'homme.

C’est l’ensemble des éléments qui conditionnent et déterminent l’activité humaine,

notamment :

l’entourage biologique (l’homme, la faune : ensemble des espèces animales vivant

dans un espace ou habitat déterminé, la flore : ensemble des espèces végétales

croissant dans une région);

l’entourage physique : l’équilibre biologique, les ressources naturelles, le climat et le

sol;

l’entourage socioculturel, le patrimoine naturel ou culturel engendré par la nature ou

crée par l’homme, l’organisation sociale. L’interaction de ces différents éléments

ainsi que toute croissance directe ou indirecte engendrée par une exploitation abusive

de l’environnement.

2.1.3 La charte de l’environnement malagasy [4]

(Loi n° 90-033 du 21 décembre 1990, modifiée par les lois n° 97-012 du 06 juin 1997 et n° 2004-

015 du 19 août 2004relative à la Charte de l’Environnement malagasy).

A Madagascar, l’environnement est basé sur la charte de l’environnement malagasy. Elle

fixe le cadre général d’exécution de la politique de l’environnement dont les modalités seront

définies par des textes réglementaires d’application.

D’après l’article 2, on entend par environnement l’ensemble des milieux naturels et

artificiels y compris les milieux humains et les facteurs sociaux et culturels qui intéressent le

développement national.

Les normes de la série ISO 14000 qui concernent le management environnemental tandis

que les normes de la série ISO 9000 concernent le management de la qualité.

2.2 Etude d’impact environnemental EIE L’étude d’impact est un outil essentiel de la prévention des atteintes à l’environnement.

Elle permet d’évaluer au préalable les effets d’une activité sur l’environnement et d’en éviter

certaines conséquences dommageables. C’est est un instrument institué par une loi et des

réglementations afin d’assurer une meilleure intégration des considérations environnementales au

développement et une meilleure utilisation des ressources et du territoire.



L’EIE vise la prise en compte des préoccupations environnementales à toutes les phrases

de réalisation du projet, soient sa conception, sa mise en place, son exploitation et sa fermeture s’il y

a lieu. Elle aide le promoteur à recevoir un projet plus respectueux du milieu d’implantation, tout en

étant acceptable aux plans technique et économique.

L’EIE sert à prévoir et à déterminer les conséquences écologiques et sociales, positives et

négatives, d’un projet. L’importance relative attribuée aux impacts négatifs devrait aboutir à la

définition de mesures d’atténuation ou de mesures de compensation contribuant à réduire les

impacts. L’étude peut également permettre de développer d’autres alternatives ou variantes du projet

moins dommageables pour l’environnement.

L’examen d’options et de variantes de réalisation est intrinsèque à toute démarche

d’élaboration et d’évaluation environnementale d’un projet. L’objectif est donc de choisir une

variante qui répond le mieux aux objectifs du projet, tout en étant acceptable par les parties

concernées.

A cet égard, l’EIE prend en considération les opinions, les réactions, les intérêts et les

principales préoccupations de toutes les parties concernées, en particulier celles des individus, des

groupes et des collectivités dans la zone d’implantation du projet.

2.2.1 Impacts positifs

Ce projet a mené plusieurs points positifs sur l’impact environnemental, tels que:

- diminution voire suppression des déchets en fientes des fermes aux alentours de l’usine;

- respect de l’environnement;

- facilité de transport de produit pour l’exporter dans le marché international;

- amélioration de la condition de vie des agriculteurs malagasy;

- création de nouveaux emplois;

- réduction de la pauvreté.

2.2.2 Impacts négatifs

Nous avons constaté quelques impacts négatifs de ce projet sur l’environnement:

- les émissions des odeurs dans l’atmosphère;

- les bruits et vibrations ;

- coût d’investissement assez élevés.



2.2.3 Mesures d’atténuation

Cette étape consiste à présenter les actions ou les mesures appropriées pour prévenir,

supprimer ou réduire les impacts négatifs, ou bien pour accroître les bénéfices des impacts positifs

sur l’environnement.

Table 15:Les mesures d'atténuation des impacts négatifs

Impacts Mesures d’atténuation

Respecter les normes de production

Nuisances sonores,

Vibrations

Bien entretenir le moteur

Pas de travail supplémentaire pendant la nuit

Respect de la norme de tapage sonore 40 dB (ISO 14000)

Port d’un casque

Utilisation des cales élastiques

Nuisances olfactives

Mise en place de l’usine un peu éloignée des lieux publics (10 m aux

alentours)

Port de masque de protection respiratoire

Mise en place d’un lieu de stockage sûr et bien clos

Risques d’accident de travail Port d’EPI (équipement de protection individuelle) pour les ouvriers

Se tenir à distance de la machine en marche

2.2.4 Impacts des déjections avicoles sur l’environnement

L’utilisation des déjections animales pour fertiliser les terres agricoles est une pratique très

ancienne. Ainsi utilisées de manière raisonnée, les déjections avicoles (lisier, fumier ou compost,

fientes) contribuent, du fait de leur valeur fertilisante et amendant, à réduire la consommation

d’engrais minéraux, et ainsi le coût de la fertilisation. Elles permettent également d’accroître

le taux de recyclage des éléments en agriculture et à entretenir la fertilité, la stabilité

structurale et la biodiversité des sols, notamment par l'apport des composants de la litière.

Cependant, lorsque les apports d’effluents dépassent la capacité de recyclage des milieux naturels

récepteurs, des impacts négatifs apparaissent vis à vis du sol, des eaux ou de l’air. Pourtant, lorsque

la quantité épandue est supérieure aux besoins réels de la plante, cette même richesse va entraîner la

pollution des sols, des eaux et de l’air. Un traitement biologique bien maîtrisé avant l’épandage

permet de limiter les pollutions.



CONCLUSION

Bref, cette étude nous a permis de tirer que l’engrais un des facteurs et moyens déterminants

pour le développement agricole en vue de promouvoir la sécurité alimentaire et de maintenir la

productivité agricole des sols. Or, les conditions de production existantes ne répondent pas aux

demandes des sols malgaches, on a encore besoin d’un énorme tonnage d’engrais par an. Ce projet

garantit un système de valorisation à court-terme de plus de 300 tonnes d’engrais granulés et une

centaine de litres en liquides, ce qui bénéficiera à la fois les clients et le producteur. De plus, la

réalisation tient compte des normes de production et des exigences environnementales.

L’encouragement de concevoir des machines de série de valorisation telles que: le séchoir solaire, le

broyeur et les machines de conditionnement seront un grand atout pour l’économie malgache.

Nous pourrons encore augmenter la capacité de production en toujours améliorant les

caractéristiques de performance de chaque machine. Encore faut-il bien employer les différents

produits provenant de l’élevage en les connaissant et en les utilisant au bon moment.

Certains sont tentés d’acheter des engrais organiques du commerce qui représentent un coût

non négligeable alors qu’il existe des ressources dans les exploitations d’élevage qui méritent

d’être valoriser.


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Annexes Annexe 1


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ientess


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Annexe 2

Editor de Matlab


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[14] http://www.fritsch-france.fr / broyeur à marteaux et à rotor

[15] http://www.khun.fr / les broyeurs

[16] http:// www-old.agroparistech.fr / Aspects techniques du compostage

[17] http://www.wikipedia.org /broyage

[18] http://www.wikipedia.org /engrais organiques

[19] http://www.wikipedia.org /Grafcet

[20] http://www.wikipedia.org /maintenance

[21] http://www.wikipedia.org /packaging

THEME DU MEMOIRE

ETUDE ET CONCEPTION D’UNE UNITE DE TRANSFORMATION ET DE VALORISATION DES FIENTES DE VOLAILLES EN ENGRAIS BIOLOGIQUES

Nombre de pages : 83 Nombre de tableaux : 15 Nombre de figures : 35

RESUME Par rapport aux impacts que peuvent entraîner les produits chimiques, les produits biologiques

tiennent encore d’importants rôles sur notre environnement. Ce cas se situe surtout sur le secteur

agricole. C’est pourquoi que ce présent travail a lieu pour mettre en œuvre la valorisation des fientes

de poules en engrais biologiques. Pour ce faire, nous avons conçu une unité de machine de fabrication:

le séchoir solaire indirect, le broyeur à tamis et les machines de conditionnements des produits

avec une étude de rentabilité économique et un regard sur l’environnement. A travers ces dispositifs,

nous avons obtenu deux types de produits qui sont les engrais granulés et les engrais

liquides. Ces résultats sont prometteurs pour le développement agro-industriel de Madagascar.

Mots clés : fientes de volailles, valorisation, fabrication de machine, séchoir, broyeur, engrais

biologiques, conditionnement.

ABSTRACT

Compared to the impacts which chemicals can involve, biological products still hold significant

roles on our environment. This case is especially on agricultural sector. That is the raison why this

present work takes place to implement hen droppings valorization in biological manures. In order to

reach that point, we have conceived an unit of manufacturing machine tool: the indirect solar drier, the

sieve crusher and conditioning machines of the products with an economic viability study and a look

on the environment. Through these devices, we have obtained two variants of products which are

granulated manures and liquid manures. These results are promising Madagascar’s agro-industrial

developpement.

Key words: hen droppings, valorization, manufacturing machine, dryer, grinder, biological manures,

packaging.

Encadreur pédagogique : Monsieur ANDRIAMANALINA William

Encadreur professionnel : Professeur RAFAMANTANANTSOA Jean Gervais

Nom : NARINDRANIAVO Prénom : Maherisoa Adresse : lot VB 83 A Ambatoroka Antananarivo Téléphone : 034 46 213 85 e-Mail : [email protected]

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