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Caractérisation cinétique de la biodégradation de substrats solides et application à l’optimisation et à la modélisation de la co-digestion

Authors
  • Kouas, Mokhles
Publication Date
Jun 21, 2018
Source
HAL-INRIA
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

La digestion anaérobie représente un des acteurs majeurs du développement durable et de l'économie circulaire dans le concept « des déchets à l'énergie ». Compte-tenu de la grande diversité des déchets organiques, son développement passe par l'optimisation de la co-digestion. D’où la nécessité de développer des outils simples pour caractériser les substrats et pour prédire les performances des digesteurs afin d'optimiser leur fonctionnement. Cette thèse porte sur la caractérisation de la biodégradation des substrats solides par digestion anaérobie et l'optimisation de leur co-digestion à l'aide d'une approche de modélisation simple. En premier lieu, un nouveau protocole pour la quantification du potentiel méthane en mode batch a été mis en œuvre, intégrant une phase d'acclimatation entre l’inoculum et le substrat. Ensuite, un modèle simple a été développé sur la base du fractionnement de la matière organique en trois sous-fractions. Cette approche a permis de développer une base de données incluant les cinétiques et les potentiels en méthane (BMP) de 50 substrats. En second lieu, des expériences de co-digestion de deux substrats solides ont été menées en mode semi-continu à une charge appliquée (cva) constante puis à des charges appliquées croissantes. Les rendements expérimentaux en méthane ont toujours été supérieurs aux valeurs des BMP des mélanges calculées à partir des BMP de chaque substrat, soulignant l'importance de la respiration endogène. Quatre modèles incluant la respiration endogène avec des hypothèses différentes ont été proposés et évaluées pour prédire la production de méthane brute de digesteurs semi-continus en utilisant les données des substrats (BMP et cinétiques) acquises en mode batch. Deux modèles pour lesquels la production expérimentale de méthane à des cva croissantes correspondait bien aux données modélisées ont été validés. L'approche de modélisation retenue a été ensuite appliquée à des mélanges plus complexes de 3 et 5 substrats ainsi qu’à des biodéchets. Enfin, la réponse d’un digesteur fonctionnant en mode de production flexible, c’est-à-dire recevant des surcharges organiques ponctuelles régulièrement a été également modélisée avec succès. L'approche de modélisation proposée fournit un outil simple, pouvant être utilisé par les bureaux d'études, les constructeurs et les exploitants d’unités de méthanisation pour l'optimisation des mélanges de co-digestion et de la cva à utiliser en mode continu. Cela doit permettre de réduire le risque de défaillance et d’optimiser la rentabilité des unités de co-digestion.

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