Certifié ISO 14001

1- FONDEMENTS BIOCHIMIQUES DE LE

MÉTHANISATION

Université de Glamorgan (UK)

Wales Centre of Excellence for Anaerobic Digestion

Professor Richard Dinsdale

Le contenu de ce document n'engage que la responsabilité de son auteur et ne représente pas l'opinion de la Communauté Européenne. La Commission européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations qui y figurent.

Certifié ISO 14001

Le principe• Dégradation de la matière organique en l’absence

d’oxygène, en dioxyde de carbone et méthane grâce à un consortium bactérien

– CxHyOz ---> CO2 + CH4 + biomasse bactérienne anaérobique

• Population bactérienne complexe– Des interdépendances entre les espèces bactériennes– Un rôle clé des bactéries méthanogènes

• Modélisation de la dégradation anaérobie en 4 étapes

Certifié ISO 14001

Org

aniq

ues

Inor

gani

ques

Mél

ange

de

subs

trat

s

Glucides

Protéines

Lipides

Lignines

Eau

Métaux lourds, minéraux (P,K,Na, Ca…)

En solution :Sucre (chaînes

courtes)Acides aminés

Acides gras

Acides (chaînes courtes)Alcools

CO2 et H2

Acides acétiquesAlcools

CO2 et H2

Hydrolyse Acidogénèse Acétogénèse Méthanogénèse

Lignines

Eau

Métaux lourds, minéraux

(P,K,Na, Ca…)

CH4, CO2 et H2O

H2SRéduction des sulfates

NH4 ,NH3

Produits de la dégradation protéique

Homoacétogène Biogaz

Digestat

Processus de méthanisation

Certifié ISO 14001

Facteurs clés pour favoriser l’activité des bactéries

• Hydrolyse– Taille des particules (plus elles sont petites mieux c’est !)– Accessibilité des substrats (pour dégradation

enzymatique, difficile avec lipides)– Temps de séjour dans le réacteur– Structure chimique des substrats (lignine pas

dégradable)– Teneur en MO des substrats

• Acidogénèse– Influence du pH et de la concentration en H2

Certifié ISO 14001

Les facteurs de contrôle à surveiller

• La température (psychrophile, mésophile ou thermophile)• Le pH compris entre 6,5 et 7,5 (inhibition en milieu acide)• La teneur en nutriment (macro et micronutriments)

– recommandation : C (500-1000)-N (15-20)-P (5)-S (3)– Micronutriments : Ni,Fe,Co,SE,Mg…

• La teneur en agents inhibiteurs (NH4+, H2S, Ca/Na/K,

détergents, solvants, métaux lourds…)• Le temps de séjour (garantir un temps suffisant pour le

régénération des bactéries)

Certifié ISO 14001

Conclusion

• Digestion anaérobie dépend de l’interaction entre un grand nombre de micro-organismes

• Processus naturel qui fonctionne depuis 3,5 milliards d’années

• De nombreuses possibilités de disfonctionnement, nécessite une gestion méticuleuse

Certifié ISO 14001

2- SUIVI ET CONTRÔLE DES UNITÉS DE MÉTHANISATION

Université de Glamorgan (UK)

Wales Centre of Excellence for Anaerobic Digestion

Dr. Sandra Esteves

Le contenu de ce document n'engage que la responsabilité de son auteur et ne représente pas l'opinion de la Communauté Européenne. La Commission européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations qui y figurent.

Certifié ISO 14001

Volontés d’un exploitant d’unité de méthanisation

• Utiliser les substrats quand ils sont disponibles (attention aux excès surtout avec les co-substrats sur lesquels on touche une redevance de traitement…)

• Stabiliser le process• Optimiser la production de biogaz• Produire un digestat de qualité• Minimiser les impacts environnementaux de l’unité• Compter sur un système de diagnostic et

d’automatisation des contrôles ?

Certifié ISO 14001

Qu’est-ce qui peut aider ?

• Les connaissances de l’exploitant• L’automatisation du suivi et du

contrôle• La flexibilité de l’unité pour faciliter le

suivi (conception astucieuse)L’exploitant doit avoir des connaissances car les automates ne font pas tout et c’est

un processus vivant !!

Certifié ISO 14001

Qu’est-ce qui peut être contrôlé ?• Les substrats

– Gestion des stocks, MS, MO, pH, C:N:P:S, teneurs en métaux lourds…

• Le digestat– MO, pH, matières fertilisantes, odeurs, pathogènes…

• Le biogaz

– Production de biogaz, teneur en CH4, CO2, H2, H2S…

• Le contenu du digesteur

– T, pH, pouvoir tampon (TAC), AGV, NH4+, communauté

microbienne

Suivi en ligne

Etapes clés : démarrage et changement de substrat dans la ration

Suivi hors ligne

Suivi hors ligne

Certifié ISO 14001

Exemple du suivi du contenu du digesteur

Indicateurs d’instabilité

Instabilité du digesteur

Certifié ISO 14001

Les principales techniques de mesures

• Chromatographie : séparation des substances par leur différence d’affinité (solubilité, absorption, taille, charge) entre la phase mobile et la phase stationnaire– AGV

• Électrochimie : mesure du potentiel électrique, du courant ou de la résistance en utilisant des électrodes– T, pH, teneurs en 02, H2S

• Spectrométrie : mesure de l’absorbance, de la diffusion ou de la fluorescence de radiations (UV, visible et IR)– Teneurs en CH4, CO2

• Titrimétrie : mesure de la quantité de réactif qui réagit avec la substance que l’on cherche à mesurer– AGVtotal, TAC, NH4

+

Certifié ISO 14001

Comment optimiser une unité de méthanisation ?

• Gestion basée sur la caractérisation des substrats et des performances du digesteur– Maintien des paramètres (T, pH, TAC…) du digesteur

à des valeurs compatibles avec les microorganismes– Adaptation de la charge organique appliquée et du

temps de rétention– Gestion des substrats– Contrôle des macro et micronutriments (Fe, Co, Ni,

Mo, Se, Ca, Mg, vitamine B…)– Pré et post-traitement si nécessaire

Certifié ISO 14001

Le suivi en ligne

• Intégration du suivi en ligne dans un système de supervision et de contrôle de l’unité de méthanisation– Supervision et acquisition de données– Contrôle de l’unité utilisant des algorithmes (encore en

développement pour les unités de méthanisation « grandeur nature »)

Les avantages Les obstacles• Permet un contrôle automatique• Suivi permanent des paramètres, anticipation • Fiabilité des informations sur le processus

• Coût des équipements• Dépendance vis-à-vis des équipement (en cas de défaillance)• Doit être utilisé activement dans la gestion de l’unité pour être justifié

Certifié ISO 14001

Certifié ISO 14001

Conclusion

De la gestion et du contrôle des substrats et des performances du digesteur résultent une meilleure

efficacité de traitement/récupération,et une haute qualité des produits

améliore l’économie de l’unité.