Modèle 3-D permettant de prédire la température du fumier liquide dans les réservoirs de stockage
Citation
Rennie, T.J., Baldé, H., Gordon, R.J., Smith, W.N., VanderZaag, A.C. (2017). A 3-D model to predict the temperature of liquid manure within storage tanks. Biosystems Engineering, [online] 163 50-65. http://dx.doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.08.014
Résumé en langage clair
Les systèmes de stockage du fumier contribuent grandement aux émissions de gaz à effet de serre. Il est important de modéliser la température des réservoirs de stockage du fumier pour modéliser avec exactitude les émissions de gaz à effet de serre, qui dépendent de la température. Un modèle 3-D a été mis au point pour déterminer la distribution de la température dans les réservoirs de stockage de fumier liquide au cours d’une année. Plusieurs facteurs ont été pris en compte pour élaborer le modèle de température, dont le rayonnement, le transfert de chaleur à travers les murs et le plancher, ainsi que la chaleur perdue et gagnée due à l’évaporation et la charge de fumier. Le modèle a été mis en œuvre et validé pour un réservoir circulaire en béton de 40 m de diamètre et de 2,5 m de profondeur en Ontario, au Canada. Sur une base annuelle, les estimations du modèle étaient proches de la température mesurée, avec un biais moyen de 0,12 °C. Le modèle a donné les meilleurs résultats en été et en automne, soit les saisons les plus importantes pour la modélisation de la température. En effet, la température et le volume du fumier sont le plus élevés en été et en automne, ce qui signifie que le risque d’émissions de gaz à effet de serre est le plus élevé pendant ces saisons. Une analyse de sensibilité a indiqué que les paramètres les plus significatifs du modèle étaient l’absorption solaire, l’épaisseur du fumier, la température du fumier entrant et la vitesse du vent. Les paramètres les moins significatifs du modèle étaient la quantité de solides dans le fumier et la conductivité thermique du sol autour du fond et des côtés du réservoir. Les résultats de l’étude montrent que le transfert de chaleur est principalement unidimensionnel, de sorte qu’un modèle 1D simplifié serait suffisant pour les applications futures.
Résumé
© 2017. Un modèle numérique a été mis au point pour déterminer la distribution de la température dans les réservoirs de stockage de fumier liquide au cours d’une année, ce qui est utile pour la modélisation des émissions de gaz à effet de serre et d’ammoniac en fonction de la température. Le modèle prend en compte le rayonnement net à ondes courtes et à ondes longues, la conduction de la chaleur à travers les murs et le plancher, le transfert de chaleur par convection en surface, la perte de chaleur par évaporation et la charge de fumier. Le modèle a été mis en œuvre et validé pour un réservoir circulaire en béton (de 40 m de diamètre et de 2,5 m de profondeur) dans une ferme laitière en Ontario, au Canada, où l’on suppose que le transfert de chaleur se produit dans les directions horizontale et verticale et présente une symétrie angulaire. La racine de l’erreur quadratique moyenne (REQM), l’efficacité du modèle Nash–Sutcliffe, le coefficient de détermination et le biais moyen entre les estimations du modèle et les valeurs mesurées étaient respectivement de 2,4 °C, 0,91, 0,95 et 0,12 °C. Le modèle a obtenu les meilleurs résultats en été et en automne (le REQM le plus faible), soit les saisons les plus importantes pour la modélisation de la température. En effet, ces saisons sont les plus propices à la formation de gaz, car la température et le volume de fumier y sont le plus élevés. Une analyse de sensibilité a indiqué que les paramètres les plus significatifs étaient l’absorption solaire, l’épaisseur du fumier, la température du fumier entrant, l’émissivité et la vitesse du vent. Pour chaque unité d’augmentation de la profondeur (m), de la température du fumier entrant (°C) ou de la vitesse du vent (m s−1), la température maximale pendant l’été variait de −7,3, 0,3 ou −2,4 °C, respectivement. Les paramètres ayant peu d’effet sur la température étaient la teneur en solides du fumier et la conductivité thermique du sol autour des parois et du fond du réservoir. Les résultats montrent que le transfert de chaleur est principalement unidimensionnel, de sorte qu’un modèle 1D simplifié serait suffisant pour les applications futures.