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Transformer nos déchets en énergie : la méthanisation

Importante source d’énergie renouvelable, la méthanisation est vouée à un fort développement en France ; elle est en effet encouragée par le plan national Energie Méthanisation Autonomie Azote et la loi de transition énergétique pour la croissance verte. Pour accompagner ce déploiement, les travaux d’Irstea visent à optimiser le procédé pour améliorer sa rentabilité économique. Mais aussi à optimiser la filière par une approche globale intégrant ses multiples services et impacts.

Optimiser les procédés de méthanisation

Pailles et autres déchets agricoles solides pour la production de biogaz

Irstea développe les procédés qui permettront d’intégrer efficacement les déchets solides et d’intensifier ainsi la filière de la méthanisation. Un triple bénéfice à la clé : une meilleure gestion des déchets agricoles, une hausse de la production d’énergie renouvelable et une réduction des émissions de gaz à effet de serre.

 

Identifier les sensibilités des microorganismes pour optimiser le rendement en biogaz

La dégradation des déchets en biogaz est assurée par une grande diversité de microorganismes, ici visibles grâce au marquage fluorescent© O. Chapleur / Irstea

Importante source d’énergie renouvelable, la filière de la méthanisation bien qu’opérationnelle peine encore à se développer. Parmi les raisons : des dysfonctionnements trop fréquents qui limitent le rendement en biogaz.

Optimiser la filière de la méthanisation : une filière multiservice pour les territoires

Pour une implantation pertinente et durable de la méthanisation sur le territoire

La méthanisation connaît un essor considérable en France. En appui aux décideurs et acteurs locaux, Irstea développe des outils pour permettre de construire les schémas de méthanisation les mieux adaptés aux caractéristiques locales et ainsi les plus pertinents pour le développement des territoires.

Valorisation des résidus de méthanisation : un risque sanitaire à la loupe

En plus du biogaz, la méthanisation génère des résidus appelés digestats. Quelle que soit la composition des déchets méthanisés, les digestats contiennent une matière organique résiduelle qui leur confère une valeur fertilisante. Cependant, du fait de l’origine des déchets méthanisés (fumier, lisier…), les digestats peuvent renfermer des bactéries pathogènes qui ont résisté à la méthanisation (le plus souvent réalisée à 35°-38°C) et sont susceptibles de se disséminer dans l’environnement.

Des travaux ont donc été entrepris pour mieux connaître le devenir de ces bactéries pathogènes. Lors du projet PRObiotic1, des chercheurs de l’Inra (coordinateurs du projet) et d’Irstea ont défini des facteurs (biodégradabilité, complexité de la matière organique…) qui conditionnent la survie des pathogènes lors du stockage des digestats. Parmi les cibles : Salmonella Derby et Listeria monocytogenes, des bactéries parfois présentes dans les élevages et qui peuvent causer des infections chez l’homme. Les chercheurs ont montré que la survie de Salmonella Derby augmente lorsque la matière organique est moins biodégradable, alors que Listeria monocytogenes survit plus longtemps dans les digestats plus biodégradables.

Mené par Irstea, le projet CloDia2 vise, quant à lui, à analyser l’impact du processus de méthanisation sur les pathogènes et notamment sur les Clostridium, des bactéries capables de former des spores (formes résistantes leur permettant de survivre en conditions défavorables). Le projet permettra de répondre à plusieurs questions : la qualité microbiologique du digestat varie-t-elle au cours d’une année ? est-elle influencée par les paramètres de la méthanisation (temps de séjour et charge organique) ? le prétraitement thermique des effluents d’élevage (une heure à 70°C) avant méthanisation, préconisé par la réglementation européenne, a-t-il l’effet escompté sur des bactéries aussi résistantes que les Clostridium ? Des données du plus grand intérêt dans la perspective de l’évolution du statut des digestats, de déchets à produits destinés à être mis sur le marché.

Contact : Anne-Marie Pourcher, unité de recherche Optimisation des procédés en agriculture, agroalimentaire et environnement (OPAALE), centre Irstea Rennes

1- PRObiotic (2013-2015), financement Ademe, coordination Inra (LBE Narbonne)
2- CloDia (2017-2019), financement Ademe, AAP Anses, en collaboration avec l’Anses de Ploufragan

Des micro-algues pour recycler les nutriments des digestats

Utiliser des micro-algues comme supports pour produire des matières premières (biofertilisants, biocarburants…) selon des procédés durables et peu coûteux s’avère une solution de plus en plus prometteuse. Parmi les pistes explorées pour faire pousser ces algues : utiliser les nutriments issus des digestats, les résidus de la méthanisation. « Lors de la méthanisation, l’azote et le phosphore qui entrent dans le digesteur se retrouvent finalement dans le digestat. Autant de nutriments qui peuvent être valorisés », explique Fabrice Béline, chercheur au sein de l’unité OPAALE. Etude de l’influence de la coloration du digestat sur la croissance des algues (pilote Algovalo). © C.Marcihlac / Irstea

Dans le cadre du projet Algovalo1 (2011-2014), les scientifiques ont ainsi démontré la faisabilité de cultiver des micro-algues à partir de digestats. En tenant compte des spécificités d’un tel procédé (besoin de lumière pour l’activité photosynthétique des algues, milieu non stérile favorisant la présence de bactéries…), ils ont défini les conditions permettant un développement optimal des algues : influence de la turbidité2 du digestat sur la pénétration de la lumière et donc sur la croissance des algues, influence du ratio azote/phosphore sur la compétition entre algues et bactéries. Bilan : 95 % des nutriments peuvent être ainsi récupérés au bénéfice des algues.
 
Forts de ces résultats, les scientifiques visent maintenant à prouver l’efficacité du procédé à plus grande échelle (réacteurs de centaines de litres) pour se rapprocher au mieux des conditions réelles de culture. S’ils confirment les premiers résultats, ces travaux permettront de transformer les digestats agricoles en une ressource inépuisable pour le secteur des bioraffineries environnementales et pourront ainsi contribuer au développement de la chimie verte.
 

Contact : Fabrice Béline, unité de recherche Optimisation des procédés en agriculture, agroalimentaire et environnement (OPAALE)centre Irstea Rennes

[1] - Piloté par Irstea Rennes, en collaboration avec l’Inra (LBE Narbonne). Financement : ADEME, Irstea, Région Bretagne.
[2] - Caractère plus ou moins trouble d'un milieu.