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RÉSUMÉ
Maillon technologique indissociable du développement de la bioéconomie, la bioraffinerie environnementale réserve une place de choix aux procédés de méthanisation. Ils permettent la valorisation de nombreuses composantes des agro-ressources, en particulier résiduaires, par la transformation durable de ces biomasses en énergie et en produits utilisables en agriculture, pour l’amendement ou la fertilisation des sols. L’objectif de cet article est de donner les bases fondamentales de compréhension des processus biologiques et des procédés de méthanisation et de fournir un guide de suivi et d’optimisation des digesteurs dans le cadre de filières de valorisation des produits issus de la méthanisation.
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Renaud ESCUDIE : Directeur de Recherches - Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement Institut National de la Recherche Agronomique, Narbonne, France
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Romain CRESSON : Directeur d’INRA Transfert Environnement - Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement Institut National de la Recherche Agronomique, Narbonne, France
INTRODUCTION
La méthanisation est aujourd’hui considérée comme le procédé de référence permettant la conversion des produits résiduaires organiques en énergie renouvelable ou en biocarburant. Portées par un contexte réglementaire et économique favorable, lié notamment à la prise en compte à l’échelle des pays industrialisés, de l’épuisement des ressources fossiles et de la nécessaire protection de l’environnement, les filières de traitement des produits résiduaires organiques intégrant la méthanisation connaissent un essor important. Outre la production d’énergie renouvelable, et selon la nature du produit traité, la méthanisation permet également d’atteindre deux objectifs supplémentaires : réduire la charge polluante des déchets ou des effluents organiques, et produire un digestat stabilisé utilisable comme fertilisant ou amendement organique en agriculture. La méthanisation constitue ainsi une brique technologique essentielle au développement de la bioéconomie, en lien étroit avec les territoires et leurs agrosystèmes.
Dans le contexte français de la méthanisation des produits résiduaires organiques liés à l’activité humaine, l’objectif de cet article est tout d’abord de dresser les bases fondamentales du processus de digestion anaérobie pour permettre de proposer des guides d’optimisation des digesteurs. La valorisation des produits issus de la méthanisation (biogaz et digestat) est également abordée.
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- Version archivée 1 de mai 2008 par René MOLETTA
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1. Processus biologique de digestion anaérobie de la matière organique
Lors du processus de digestion anaérobie, la conversion de composés organiques complexes en méthane et en dioxyde de carbone est réalisée par l’action complémentaire de micro-organismes appartenant à une communauté microbienne complexe, tant d’un point de vue taxonomique que fonctionnel. Plus les substances chimiques à dégrader sont complexes, plus le nombre d’espèces microbiennes en interaction est important. Le modèle simplifié développé par Zeikus (1980) pour décrire le processus de méthanisation fait consensus ; il comprend quatre étapes, réalisées par différents groupes microbiens (figure 1). Chaque étape mène à la formation de composés intermédiaires, servant à leur tour de substrats lors de l’étape suivante.
1.1 Hydrolyse et acidogenèse
Lors de l’hydrolyse, les macromolécules comme les polysaccharides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques sont clivées, généralement par des enzymes spécifiques extracellulaires, jusqu’à l’obtention de monomères (oses simples, acides gras, acides aminés et bases azotées) qui sont transportés à l’intérieur de la cellule où ils sont fermentés. Les bactéries participant à cette étape ont un métabolisme de type anaérobie strict ou facultatif et forment un ensemble phylogénétique hétérogène regroupant de nombreux groupes bactériens.
Au cours de l’acidogenèse, ces monomères sont métabolisés par des micro-organismes fermentaires pour produire principalement des acides gras volatils (AGV) (acétate, propionate, butyrate, isobutyrate, valérate et isovalérate), mais aussi des alcools, du sulfure d’hydrogène (H2S), du dioxyde de carbone (CO2) et de l’hydrogène (H2). Cette étape mène ainsi à des produits de fermentation simplifiés. Les bactéries qui participent à cette étape peuvent être anaérobies strictes ou facultatives avec un temps de duplication très court (de 30 minutes à...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ADEME (2011) - Qualité agronomique et -sanitaire des digestats. - Rapport final, octobre 2011.
-
(2) - ADEME (2013) - Estimation des gisements potentiels de substrats utilisables en méthanisation. - Rapport final, avril 2013.
-
(3) - ADEME (2013) - Réduire, trier et valoriser les biodéchets des gros producteurs. - Guide pratique, Novembre 2013.
-
(4) - ATEE (2013) - Guide professionnel applicable aux canalisations de transport de gaz de biomasse non épuré. - Club Biogaz ATEE, 112pp.
-
(5) - AWIPLAN (2004) - Étude de la caractérisation des déchets ménagers dans le département de la Somme. - Synthèse, mai 2004.
-
(6) - BOYLE (W.C.) - Energy recovery from...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Expo biogaz, salon national de la filière méthanisation : http://www.expo-biogaz.com/
Biogaz Europe, salon européen : http://www.biogaz-europe.com/
HAUT DE PAGE
Loi n° 2010-788 du 12 juillet 2010 portant engagement national pour l’environnement (version consolidée au 06 février 2017) JO du 13/07/2010 : JORFTEXT000022470434.
HAUT DE PAGE
AFNOR. NF EN 13039 (Décembre 2011), Amendements du sol et supports de culture – Détermination de la matière organique et des cendres
HAUT DE PAGEConstructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Unité de méthanisation Ametyst http://www.montpellier3m.fr/equipement/unit%C3%A9-de-m%C3%A9thanisation-am%C3%A9tyst
Unité...
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