Méthanisation : optimiser le procédé de méthanisation

Depuis 30 ans, Irstea travaille à l’optimisation des procédés de méthanisation. Ces recherches s’inscrivent désormais dans une approche globale – environnementale, économique et territoriale, afin d’accompagner le développement de la filière. Le point sur les dernières innovations.

Les chercheurs d’Irstea travaillent, depuis 30 ans, à améliorer les performances de production des procédés de méthanisation, afin d’obtenir un maximum de méthane (biogaz) dans un minimum de temps.

Bon à savoir 

la capacité d’un déchet ou effluent organique à produire du biogaz diffère selon sa biodégradabilité, qui dépend en partie de sa composition et de sa structure.

Bactéries : un régime alimentaire scruté  à la loupe

Les chercheurs s’intéressent au moteur microbien, à savoir l’activité des bactéries à l’œuvre lors de la digestion anaérobie. Ainsi, pour augmenter la production de biogaz, les scientifiques combinent les ressources organiques pour apporter aux bactéries une alimentation équilibrée : ces déchets additionnels sont appelés co-substrats. Ils sont choisis en fonction de leur pouvoir  méthanogène, lié à une composition optimale en eau, graisses, sucres, protéines et vitamines. Des éléments nécessaires à l’activité des bactéries. Certains déchets comme les graisses, ont un potentiel méthanogène élevé et sont très facilement biodégradables ; d’autres déchets comme les résidus de culture sont difficilement biodégradables.

Bon à savoir

Le développement des bactéries responsables de la transformation de la matière en énergie est conditionné par de nombreux facteurs, dont la température ou le taux de matière sèche.

De plus, des perturbations y sont apportées - température, apport de substrats complémentaires, … L’objectif est d’observer les répercussions sur les microorganismes et sur les performances de dégradation : en effet, une meilleure dégradation mène à une plus forte production de biogaz.

Ces recherches permettent de mieux comprendre le fonctionnement de l’activité microbienne de la digestion anaérobie et ainsi de mieux évaluer les possibilités d’optimisation des étapes de la dégradation des déchets.

Recherches complémentaires

Par ses recherches sur la microbiologie fonctionnelle et ses applications à la méthanisation, en particulier sur la température optimale, Irstea contribue à l’amélioration de la rentabilité des unités de production, en privilégiant des bactéries travaillant à une température plus froide (15-20°C contre 35-40°C aujourd’hui).

Par ailleurs, des procédés de méthanisation par voie sèche sont utilisés en France, mais les utilisations se font de façon empirique : les effets des paramètres de fonctionnement et les transferts de matières mis en jeu sont actuellement méconnus, ce qui explique en partie le faible nombre d’unités actuellement installées.

Irstea évalue également l’impact du prétraitement biologique des résidus de culture (paille de blé) par des champignons ou des bactéries, qui faciliterait la production de méthane afin d’envisager leur intégration dans une filière de méthanisation.

Les digestats : de déchets à produits ?

Une fois la matière organique digérée par les bactéries, un résidu solide ou liquide est obtenu : le digestat, ou jus de déchets, qui contient des nutriments et de la matière organique, pouvant être valorisés en agriculture sous la forme de fertilisant ou d’amendement. Un potentiel à exploiter !

Irstea s’intéresse ainsi à la qualité et à la durabilité des filières de gestion des digestats. Ils sont aujourd’hui considérés comme des déchets et sont, à ce titre, soumis à des réglementations extrêmement dures concernant leur utilisation, notamment en termes d’épandage. Afin d’homologuer les digestats comme fertilisants et prouver leur valeur agronomique, Irstea travaille sur leur caractérisation et leur transformation (par compostage, par exemple).

Qu’avons-nous appris jusqu’à présent ? La composition des digestats reste stable dans le temps dans une même filière, sauf modification très importante des déchets traités. Les résultats des analyses ont permis d’apporter des données aux exploitants et aux pouvoirs publics sur leur valeur agronomique et leur non-toxicité. Il s’agit bien de faire évoluer le cadre réglementaire pour que les digestats passent d’un statut de « déchet » à un statut de « produit ».

Au-delà des aspects techniques et environnementaux, l’institut étudie aussi la dynamique des pathogènes lors du stockage et de l’épandage de ces produits.

Il existe, aujourd’hui, peu de méthodes pour récupérer, sans dépense d’énergie supplémentaire, les nutriments inorganiques tels que l’azote et le phosphore contenus dans les digestats. Le secteur de l’épuration utilise déjà la culture de certaines algues (spiruline) pour capter ces nutriments. Les premières études réalisées sur l’application de cette technique aux digestats agricoles montre une récupération à hauteur de 95 %. Les recherches se poursuivent pour optimiser cette technique et permettre la récupération des nutriments sous forme de bioengrais valorisable et potentiellement exportable.