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PROCEDE DE TRAVAIL D'UNE MATIERE FERMENTESCIBLE D'UNE
INSTALLATION DE FERMENTATION ET MACHINE PERMETTANT DE LE
METTRE EN OEUVRE
DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention a trait à la fabrication de
mélanges fermentés en aérobie plus communément appelés
compost et utilisés généralement pour l'amendement des
terres agricoles.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRTEUR
D'une manière générale, la transformation en compost
de matières fermentescibles s'opère par une bioconversion
des matières qui, déposée dans des réservations (fosses,
conteneurs, couloirs) prévues à cet effet, est soumise à
un degré d'humidité et à une oxygénation suffisants pour
entretenir une vie active des micro-organismes bactériens
nécessaires au bon déroulement de la phase proprement dite
de fermentation. L'équilibre physico-chimique de cette
fermentation est obtenu plus précisément en alternant des
opérations de brassage pour favoriser la pénétration
d'oxygène dans la bio-masse de la matière fermentescible à
des opérations de repos au cours desquelles 1a
fermentation se développe en générant de la chaleur
favorisant 1a prolifération des micro-organismes et
permettant d'éliminer la plupart des agents pathogènes. La
qualité de compost obtenu en final est alors caractérisée
par sa stabilité dans le temps et par son homogénéité et
donc, est dépendant du procédé de brassage mis en ouvre.
I1 existe dans l'art antérieur plusieurs catégories
d'installations permettant de mettre en ouvre un procêdé
de fabrication de compost à partir de la transformation de
matière fermentescible.
La première catégorie de ces installations consiste à
déposer sur une plate-forme extérieure, la matière
fermentescible sous la forme d'andains qui seront enjambés
par un appareil automoteur qui, monté sur pneumatiques et
équïpé d'un moyen mécanique de brassage, retourne lesdits
andains au fur et à mesure qu'il avance. Une telle
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installation ne permet pas d'homogénéiser le brassage qui
reste statique ni de contrôler la température et
l'humidité de fermentation de la bio-masse de la matière
fermentescible en raison des variations climatiques
imprévisibles. En outre, la largeur des andains est
restreinte car limitée à celle du moyen mécanique de
brassage qui ne peut bien évidemment pas excéder le
gabarit de l'appareil automoteur autorisé par le réseau
routier.
Une deuxième catégorie d'installations consiste à
déposer la matière fermentescible dans une fosse dans
laquelle un ou plusieurs moyens de brassage verticaux en
forme d'hélices font monter et tourner en méme temps la
matière fermentescible. Ces fosses, très limitées en
volume, n'offrent pas une bonne oxygénation de la matière
fermentescible brassée.
Une troisième catégorie d'ïnstallations consïste à
dêposer la matière fermentescible dans des couloirs de
quelques dizaines de mètres comportant une sole plane
bordée de deux murs servant de chemins de roulement à un
dispositif de brassage constitué par un arbre-moteur
horizontal disposé transversalement et autour duquel sont
régulièrement disposées des palettes telle une roue à
aubes. Les efforts subis par ces palettes sont
considérables car ils sont concentrés aux extrémités des
palettes et transmis à chaque impact avec la matière sur
toute la longueur de ces dernières. I1 en résulte des
efforts de brassage considérables que doit assumer
l'arbre-moteur sur des largeurs de couloir de plus de dix
mètres. En outre, de telles palettes ont plus pour effet
de retourner sur place la matière fermentescible que de la
brasser. I1 a été imaginé de remplacer ladite "roue à
aubes" par un portique supportant une vis de brassage du
type de celle de la deuxième catégorie d'installations à
fosse et qui se déplace le long dudit portique de manière
à assurer un balayage sur la largeur du couloir et sur la
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longueur de ce dernier sous l'effet de l'avancement pas à
pas du portique. L'homogénéisatïon du brassage n'en est
pas pour autant améliorée car désorganisée par 1e faït
qu'une partie de la matière fermentescible remonte à la
surface de par le mouvement rotatif de la vis et une autre
partie est projetée latéralement sur les parois du couloir
et en arrière de par son mouvement de balayage.
Les différentes catégories d'installations décrites
ci-dessus présentent donc toutes des insuffisances
notables tant au niveau de l'homogénéisation du brassage
que de l'oxygénation permanente de la matière
fermentescible. Ces insuffisances ont alors de graves
répercussions sur 1a durée de fermentation ne permettant
de proposer à ce jour que des installations n'assurant la
fabrication de compost que sur des périodes de six mois
environ. Une durée de fermentation aussi importante
entraîne des stocks élevés de matières premières et une
disponibilité décalée du compost en raison de
l'alimentation saisonnière en matières fermentescibles.
DESCRIPTTON DE L'INVENTION
Partant de ces constatations et d'un cahier des
charges préétabli, la demanderesse a mené des recherches
qui ont abouti à un nouveau concept de machïne proposant
un brassage dynamïque de 1a matière fermentescible,pour
s'opposer au brassage statique des installations
antérieures. A cet effet, elle propose un procédé de
travail d'une machine qui consiste à brasser la matière
fermentescible en la retournant et en 1a projetant à
l'arrière de la machine de manière à la déplacer
progressivement le long dudit couloir d'une première
extrémité d'alimentation vers une deuxième extrémité
d'évacuation. Cette façon de brasser la matière
fermentescible en créant un déplacement régulier et
continu de celle-ci à chaque passage de la machine, permet
d'évacuer à. une extrémité du couloir, du compost à des
fins de récupération, et d'approvisionner en matière
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fermentescible l'installation à l'autre extrémité. Ainsi,
la matière fermentescible est remuée avec une projection
à l'arrière de la machine pour reformer un tas aéré donc
oxygéné en permanence pour entretenir la prolifération des
micro-organismes.
Pour mettre en oeuvre le procédé de travail de
l'invention, la demanderesse a imaginé également un
concept original de machine de brassage pour des
installations de fabrication de compost de la troisième
catégorie, c'est à dire du type de celle qui consiste à
brasser des matières fermentescibles déposées dans au
moins un couloir de fermentation. Cette machine est
constituée classiquement d'un organe de brassage se
composant d'un arbre-moteur aménagé périphériquement
d'outils de brassage et qui, disposé horizontalement et
transversalement audit couloir, est animé d'une part, d'un
mouvement de rotation sur lui même pour assurer le
brassage de 1a matière fermentescible et d'autre part,
d'un mouvement de translation le long dudit couloir pour
évoluer d'une extrémité à l'autre de ce dernier. Le
concept original de cette machine repose sur le fait que
les outils de brassage de l'organe de brassage permettant
de brasser la matière fermentescible en la projetant à
l'arrière de la machine, sont disposés périphériquement
autour dudit arbre-moteur horizontal selon au moins une
paire de spires à pas inversé disposées symétriquement par
rapport au plan médian perpendiculaire de symétrie dudit
arbre-moteur.
Les outils de chacune des spires d'une même paire qui
se trouvent disposés symétriquement de part et d'autre du
plan médian perpendiculaire dudit arbre-moteur horizontal,
exercent ainsi deux à deux des efforts identiques répartis
symétriquement sur toute 1a longueur dudit arbre-moteur
qui se trouve alors soumis à des contraintes mécaniques
parfaitement équilibrées.
Selon un mode de réalisation particulièrement
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avantageux de l'invention, les susdïts outils de brassage
de l'organe de brassage sont constitués par un ensemble
de bras montés individuellement sur l'arbre-moteur. Cette
organisation spiroïdale et individuelle des outils autour
de l'arbre-moteur permet, pour une rotation complète de
l'arbre-moteur, de jouer sur la fréquence des impacts
mécaniques sur la matière fermentescible de par la
définition du nombre d'outils disposés le long de chaque
spire et de multiplier les paires de bras agissant
simultanément de part et d'autre du plan médian vertical
dudït arbre-moteur de par la définition du nombre de
paires de spires. Un tel aménagement des outils de
brassage autour dudit arbre-moteur offre donc une
répartition séquentielle modulable des outils qui, en
agissant sur la fréquence et l'amplitude de l'impact
mécanique de chaque outil pour un. même effort de l'arbre-
moteur, améliore considérablement l'homogénéisation de
l'opération de brassage sur toute la largeur du couloir.
Cette organisation spiroïdale des outïls assure par effet
mécanique une meilleure attaque des particules et donc un
broyage et un éclatement superficiel continu de la
matière fermentescible qui augmente les surfaces
d'échange et donc un réensemencement microbiologique
permanent très favorable à la bioconversion de la
matière.
Cette amélioration de la qualité de brassage de 1a
matière fermentescible ajoutée à une bonne oxygénation de
la bio-masse car les couches inférieures et supérieures
sont bouleversées à chaque passage de la machine et à un
réensemencement microbiologique permanent, permet une
importante diminution de la durée de fermentation qui
passe ainsi de six mois environ à moins d'un mois.
Selon un mode de réalisation particulièrement
avantageux de l'ïnvention, la machine est constituée
d'une ossature qui, servant de structure logique aux
organes fonctionnels, se compose .
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- d'un bâti roulant permettant de déplacer en
translation l'ensemble de la machine le long de deux
chemins de roulement équipant le chant supérieur des deux
murs longitudinaux bordant le couloir,
- et d'un bâti qui, supportant ledit organe de
brassage, est monté mobile par rapport au premier bâti
roulant pour permettre audit organe de brassage d'évoluer
d'une position basse de travail où lesdits outils de
brassage sont en contact avec la matière fermentescible et
une position relevée où lesdits outils de brassage ne sont
pas en contact avec la matière fermentescible afin que.
l'ensemble de la machine puisse évoluer librement au-
dessus de la dite matière fermentescible. Cette
cinématique a pour objet d'autoriser un déplacement plus
~.5 rapide de la machine le long du couloir sans travail de
brassage de la matière fermentescible.
Selon un premier mode de réalisation préférentielle
de l'invention, le bâti mobile sera monté articulé sur le
premier bâti roulant autour d'un axe-support horizontal
portê par ce dernier perpendiculairement à l'axe
longitudinal du couloir de sorte que le susdit organe de
brassage sera animé d'un mouvement de basculement autour
d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe longitudinal
du couloir .
Selon un deuxième mode de réalisation préférentielle
de l'invention, le bâti mobile sera monté coulissant
verticalement par rapport au premier bâti roulant de sorte
que le susdit organe de brassage sera animé d'un mouvement
de translation le long d'un axe perpendiculaire à l'axe
longitudinal du couloir.
Selon un autre mode de réalisation particulièrement
avantageux de l'invention, le mouvement de rotation du
susdit arbre-moteur de l'organe de brassage est asservi
par des jauges de contrainte permettant de réguler les
mouvements de déplacement et de rotation de l'organe de
brassage par rapport à l'effort de brassage opposé par la
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matière fermentescible aux outils du susdit organe. Cet
asservissement de la machine à l'effort de brassage en
contrôlant notamment l'intensité du moteur d'entraînement
de l'organe de brassage pourrait par exemple déclencher
l'arrêt de la machïne (pour éviter que ledit effort ne se
répercute sur l'ensemble de la machine et ne provoque une
panne), ou mettre en oeuvre une phase originale du procédé
de travail quï sera décrïte en détails un peu plus loin et
qui consiste à reprendre, avec un retour préalable en
arrière de la machine, la matière fermentescible
présentant une résistance au brassage plus importante mais
avec une vitesse d'avancement moindre. De même, assocïée à
un affïcheur digital, cette jauge de contrainte peut
donner à l'utïlisateur, la possibilité d'ajuster la
vitesse d'avancement de sa machine en fonction de la
résistance mesurée et affichée.
Les concepts fondamentaux de l'invention venant
d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus
élémentaire, d'autres détails et caractéristiques
ressortïront plus clairement à la lecture de la
description qui suit et en regard des dessins annexés,
donnant à tïtre d'exemple non lïmitatif, un mode de
réalïsatïon d'une machine de brassage d'une installation
de fabrication de compost conforme à l'invention.
BR~VE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue de profil d'une telle
machine de brassage en position baissée.
La figure 2 est une vue de profil de la machine de
la figure 1 en position levée et/ou à l'arrêt.
SO La figure 3 est une vue en perspective d'un organe
de la machine de la figure 7., assurant l'opération de
brassage proprement dite.
La fïgure 4 est une vue de profil de la machine de
la figure 1 en position baissée et pendant un cycle de
brassage.
Les figures 5a, 5b, 5c,....51 sont des vues
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schématiques de profil illustrant les différentes phases
d'un cycle aller-retour de travail d'une machine selon
l'invention, dans un couloir rempli de matière
fermentescible.
La fïgure 6 est une vu.e de profil de Ia machine de la
figure 1 en position baissée et équipée de deux
dispositifs optionnels.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 1, la
machine de brassage référencée M dans son ensemble et
destinée à évoluer au-dessus d'une matière fermentescible
reposant dans un couloir de fermentation C repose sur une
ossature réalisée à partïr d'un assemblage métallique de
profilés et de tubes mécano soudés classiques
préalablement sablés pour enlever les éventuels points de
rouille, puis traités par rapport à l'environnement
corrosif où ils évolueront avant d'être peints. Cette
ossature élaborée classiquement pour servir de structure
logique aux organes fonctionnels de la machine M se
compose notamment .
- d'un bâti roulant 100 permettant de déplacer en
translation la machine M (Flèches T et T') le long de deux
chemins de roulement équipant le chant supérieur des deux
murs longitudinaux bordant le couloir C,
- et d'un bâti 200 articulé (flèches A et A') sur le
premier bâti 100 autour d'un axe horizontal
perpendiculaire à l'axe longitudinal du couloir C.
Le bâti roulant 100, évoluant sur deux chemïns de
roulement définis par deux rails ancrés sur les chants
30 supérieurs des deux murs longitudinaux C' (dont un seul
est représenté en traits mixtes) bordant le couloir C, est
équipé à ses quatre extrémités et via des sommiers, de
quatre galets 110 motorisés indépendamment pour autoriser
sans déséquilibre la circulation de la machine M le long
33 des murs C' (flèches T et T'). Ce bâti roulant 100,
convenablement arrimé aux rails, est également embarqué de
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détecteurs de fin de course non représentés pour limiter
les déplacements T et T' de la machine aux extrémités du
couloir C.
Le bâti 200, quant à lui, représenté ïcï dans un mode
articulé, supporte un organe de brassage 300 et est monté
pivotant (flèches A et A') autour d'un axe-support
horizontal 120 associé au bâti roulant 100, sous l'effet
de 1' extension (flèche A) ou de la rétraction (flèche A' )
de deux vérins de levage 130 calés de chaque côté de 1a
machine M entre le bâti roulant 100 et le bâti articulé
200. Ce bâti articulé 200 permet ainsi audit organe de
brassage 300 d'évoluer d'une position basse de travail tel
qu'il est illustré sur le dessin de la figure 1 à une
position relevée tel qu'il est illustré sur le dessin de
la figure 2 pour permettre à l'ensemble de la machine M
d'évoluer librement au-dessus de la dite matière
fermentescible déposée dans le couloir C entre les deux
murs C'.
.Selon le concept fondamental de l'invention, l'organe
de brassage 300 illustré plus en détails sur le dessin de
la figure 3 se compose d'un arbre-moteur 310 aménagé
périphériquement d'outils de brassage 320 disposés
périphériquement selon deux paires de spires à pas inversé
par rapport au plan médian perpendiculaire de symétrie
dudit arbre-moteur 310. Ainsi, par rapport au plan médian
vertical théorique de symétrie passant par la position 0
de l'outil central 320, les autres outils 320 se trouvent
disposés symétriquement deux à deux aux mêmes positions 1,
2, 3, 4, 5, 6 ... 16 de sorte que les deux paires d'outils
n°8 et n°16 agiront toujours simultanément de part et
d'autre de l'outil médian n°0 comme les deux paires
d'outils n°2 et n°9, ou encore les deux paires d'outils
n°2
et n°10, et ainsi de suite pour les huit outils de chaque
spire. Comme précisée au début du présent mémoire, cette
disposition a pour avantage de répartir uniformément sur
toute la longueur de l'arbre-support 310, les efforts que
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subissent les outils 320. Bien évidemment, le nombre
(deux) de paires de spires et le nombre (huit) d'outils
pour chaque spire pourront être adaptés à l'importance de
la machine et du volume de matière fermentescible à
travailler.
Selon une caractéristique particulièrement
avantageuse de l'invention, les outils de brassage 320
sont constitués par des bras individuels 320a montés de
manière amovible (par goupillage) sur l'arbre-moteur 310 à
des fins de remplacement rapide.
Selon une autre caractéristique particulièrement
avantageuse de l'inventïon, les bras 320a des susdits
outils de brassage 320 sont terminés par une extrémité
élargie 320b formant palette dont la forme rectangulaire
ou trapêzo.ïdale sera adaptée pour favoriser les fonctions
de raclage tangentiel, de transport et de projection de 1a
matière fermentescïble à l'arrière de la machine M comme
montrée sur le dessin de la figure 4 où elle est
représentée dans un cycle de travail où 1e bâti articulé
200 est en position abaïssée en appui sur le bâti roulant
100, les galets de roulement 110 du bâti roulant déplacent
lentement 1a machine dans 1e sens de la flèche T et
l'organe de brassage 300 est animé d'un mouvement de
rotation dans le sens de la flèche R.
Un autre objet de l'invention est d'asservir la
vitesse de rotation de l'arbre-moteur 310 à l'effort de
brassage de la matière opposé aux outils 320. Pour y
parvenir, le mouvement de rotation du susdit arbre-moteur
est asservi par des jauges de contrainte qui contrôlent
l'intensité des moteurs d'entraînement rotatifs permettant
d'arrêter la rotation des galets moteurs 110 du bâti
roulant 100 et d'engager une nouvelle phase du cycle de
travail de la machine M qui consiste à lui faire opérer un
retour en arrière sur une distance préétablie avec ou non
relevage de l'organe de brassage 300 afin de brasser à
nouveau ce tronçon de matière fermentescible plus
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résistante au broyage, et ce par exemple avec une vitesse
d'avancement plus lente.
Les dessins des figures 5a, 5b, 5d,... 51 ont pour
objet d'illustrer les différentes phases d'un cycle de
travail que la machine M peut mettre en application, ce
cycle étant donné à titre illustratif et susceptible de
paramétrages différents facilement mis en ouvre par un
homme de métïer. Pour mettre en ouvre ce procêdé, tous les
organes moteurs de la machine qui assurent les mouvements
de déplacements T, T' et T" du bâti roulant 100,
d'articulation A et A' du bâti 200 et de rotation R de
l'organe de brassage 300, sont assujettis à une centrale
programmée embarquée sur la machine M et. qui, en fonction
de détecteurs de fins de course, des jauges de
25 contraintes, de consignes de sécurités (protections
thermiques et électriques) et d'instructions préétablies,
coordonne le bon déroulement des opérations suivantes.
Sur le dessïn de la figure 5a illustrant le début du
cycle de travail, la machïne M est positionnée à une
extrémité de sortie Cs du couloir C rempli de matière
fermentescible D, avec son organe de brassage 300 abaissé
et l'arbre-moteur 310 animé du mouvement de rotatïon R.
Sur le dessin de la figure 5b, la machine M se
déplace lentement (flèche T) le long du couloir C avec son
organe de brassage 300 abaissé et en rotation (flèche R)
de sorte qu'un volume d de matiëre fermentescible venant
d'étre brassée est déplacé à l'arrière de la machine M. En
fait, ce volume d de matière fermentescible qui a subi un
déplacement équivalent à chaque passage précédent de la
machine M et progressivement depuis l'extrémité d'entrée
Ce du couloir C où il a été approvisionné, correspond à un
volume de compost évacuable à des fins de récupération. Ce
volume d pourra être récupéré à tout moment pendant le
parcours de la machine M vers l'extrémité d'entrée Ce du
couloir C.
Sur le dessin de la figure 5c, 1a machine M progresse
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(flèche T) 1e long du couloir C avec son organe de
brassage 300 abaissé et en rotation (flèche R), toujours
en déplaçant des volumes d de matière fermentescible à
l'arrière de la machine M.
Sur le dessin de la figure 5d, où l'on notera que le
volume d a été évacué, les outils 310 de l'organe de
brassage 300 rencontrent un volume de matière
fermentescible D' beaucoup plus compact donc plus
résistant au brassage de sorte que l'effort opposé aux
outils de brassage 320, via les jauges de contraintes, est
transmis à un module de commande de la centrale programmée
qui déclenche 1' arrêt de la machine M.
Sur le dessin de la figure 5e, la machine M après
s'être arrêtée, se déplace légèrement en arrière dans le
sens de la flèche T' inverse de celui de la flèche T, sur
une durée préprogrammée (de l'ordre de cinq à dix
minutes), à la fin de laquelle elle s'arrête, comme
montrée sur 1e dessin de la figure 5f pour repartir à
nouveau en avant dans 1e sens de la flèche T" de même sens
que la flèche T et avec l'organe de brassage 300 animé de
la rotation R (cf. dessin de la fïgure 5g) mais avec une
vitesse de translation moindre.
Sur le dessin de la figure 5h, la matière
fermentescible plus compact D', ne s'oppose plus au
passage de la machine M, de sorte qu'au bout d'une durée
préprogrammée, la machine M reprend sa vitesse normale
initiale (flèche T de 1a figure 5i) ét progresse jusqu'à
l'extrêmité d'entrée Ce du couloir C, tout en projetant à
l'arrière de la machine M des volumes de matière
fermentescible d.
Sur le dessin de la figure 5j, la machïne M arrive à
à l'extrémité d'entrée Ce du couloir C au bout de laquelle
des arrêts de fin de course déclenchent l'arrêt de la
rotation des galets moteurs 110 et de la rotation R de
l'arbre-moteur 310.
Sur le dessin de la figure 5k, le bâti articulé 200
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est articulé (flèche A) en position relevée dégageant
l'organe de brassage 300 de la matière fermentescible D.
Sur le dessin de 1a figure 51, la machine M est
déplacëe rapidement dans le sens de la flèche T' jusqu'à
l'extrémité Cs du couloir C où des arrêts de fin de course
déclenchent l'arrêt de la rotation des galets moteurs 110
et 1a machine M est prête pour un nouveau cycle de
travail. Dès que la machine M a rejoint l'extrémité de
sortie Cs, l'extrémité d'entrée Ce peut être à nouveau
approvisionnée en matière première.
Il va de soi que le procédé ci-dessus peut être
aménagé par exemple en commandant à l'organe de brassage
300 un déplacement et une rotation inverse à ceux des
flèches T et R de manière à brasser la matière
fermentescible en la déplaçant dans les deux sens pour
retarder l'évacuation du compost.
On comprend que le procédé de fabrication de compost
et la machine de brassage qui viennent d'être ci-dessus
décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation
plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers
aménagements, modifications et améliorations pourront être
apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du
cadre de l'invention tel que dêfïnie dans les
revendications.
Par exemple, des tôles ou capots de protection 220
pourront couvrir la partie transmission qui entraine
l'organe de brassage 300, pour éviter des projections de
matière fermentescible vers le haut et canaliser les
dégagements de gaz (vapeurs d'amoniac, d'eau, etc...) vers
une hotte d'évacuation 400 qui pourra être judicieusement
installée à l'arrière de la machine M, comme montrée sur
le dessin de la figure 6.
De même, il sera possible d'atteler de manière
amovible à l'avant de la machine M, une trémie 500 (cf.
figure 6) d'alimentation en liquide ou en boues avec un
système de vidange actionnable manuellement ou
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automatiquement pour réguler le taux d'humidité de la
masse de matière fermentescible sur toute la largeur et/ou
la longueur du couloir C.
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