Description du poste

La valorisation des biodéchets des ménages et des gros producteurs (cantines, retaurants, etc.)
représente un enjeu incontournable tant du point de vue environnemental (limitation des GES, des
lixiviats, des odeurs, etc.) que du point de vue énergétique mais également du point de vue du
recyclage de la matière organique. De par leurs caractéristiques très humides et fortement
méthanogènes, les déchets de cuisine sont très adaptés pour une valorisation par digestion
anaérobie. De plus, compte tenu de la forte incitation à un tri à la source des fractions organiques des déchets ménagers, des coûts inhérents aux collectes de déchets et du marché que peuvent représenter les « gros producteurs » (cantines scolaires, GMS), le développement de procédés de méthanisation à petite échelle (10 à 100 T de déchets par an) pourrait voir un essor important.

Cependant, pour valider cette échelle de fonctionnement, la stabilité et l’efficacité du procédé de traitement vont représenter des enjeux cruciaux de développement. Or concernant les procédés de méthanisation, l’étape d’hydrolyse reste l’étape limitante à deux titres. Premièrement, en raison de cinétiques relativement lentes, l’étape d’hydrolyse conditionne la cinétique de production de biogaz.
D’un autre côté, lorsque des substrats très facilement hydrolysables alimentent le procédé de
méthanisation, la production rapide d’AGV peut conduire à leur accumulation dans le milieu et à une inhibition de l’activité microbienne et remettre en cause la stabilité du fonctionnement du digesteur.

Afin de surmonter les problèmes liés à l’étape d’hydrolyse, de nombreux travaux ont été menés sur les prétraitements mécaniques, thermiques, ou chimiques de la matière organique à introduire dans les digesteurs. En comparaison, l’utilisation d’une pré-étape biologique aérobie a été relativement peu étudiée. La dégradation aérobie peut en effet éliminer les fractions les plus biodégradables pour limiter les risques d’acidose dans le digesteur. Le dégagement de chaleur lié à la dégradation aérobie peut également permettre un préchauffage du déchet avant méthanisation limitant ainsi le coût
énergétique pour atteindre les conditions mésophiles voire thermophiles optimales de la digestion.

Enfin, l’activité aérobie pourrait augmenter la synthèse et l’activité d’enzymes hydrolytiques
extracellulaires. Toutefois il convient de bien maitriser le temps de traitement aérobie et/ou son alternance avec le traitement anaérobie pour ne pas oxyder excessivement le potentiel
méthanogène des déchets organiques prétraités.
Il apparait donc intéressant de pousser plus avant l’étude de l’intérêt et la faisabilité de mise en oeuvre d’un couplage de traitements aérobie et anaérobie en vue d’optimiser la valorisation par digestion anaérobie des biodéchets solides et en particulier des biodéchets de cuisine. L’objectif de la
thèse proposée sera donc de valider l’efficacité d’un prétraitement aérobie pour améliorer
significativement la digestion anaérobie par voie sèche de ces déchets et de proposer les meilleures voies de mise en oeuvre de ce prétraitement.

Cet objectif pourra être atteint en développant les 3 étapes de recherche suivantes :
1. Caractérisation de gisements types de biodéchets dits « de cuisine »
Les gisements seront caractérisés afin de connaitre : la composition biochimique en particulier sucres, lipides, protéines ; la biodégradabilité aérobie (respirométrie aérobie) ; la biodégradabilité anaérobie (BMP, respirométrie anaérobie) ; les espèces microbiennes en présence et leur lien avec
des activités aérobies et anaérobies ; la capacité calorifique dans le cas d’une dégradation aérobie.

Cette caractérisation servira de point de référence
2. Etude de l’impact du prétraitement aérobie sur la traitabilité anaérobie des biodéchets de
cuisine. L’objectif de cette étape du projet sera de déterminer l’influence du prétraitement aérobie sur la traitabilité anaérobie du déchet, c'est-à-dire : sa composition biochimique ; son potentiel méthanogène ; les espèces microbiennes impliquées ; l’activité hydrolytique ; la chaleur dégagée. Les données seront acquises au travers d’un plan d’expérience à mener sur un pilote expérimental à développer

3. Mise en oeuvre du prétraitement en amont d’un digesteur de laboratoire : étude du
déroulement de la digestion anaérobie
A ce stade, il conviendra de vérifier l’impact du prétraitement sur le déroulement de la digestion anaérobie et non plus seulement sur la traitabilité du substrat. Pour cela la chaine de traitement « pré-étape aérobie + digestion » sera mise en oeuvre en pilote (à développer) à l’échelle du laboratoire. On cherchera ainsi à comparer le fonctionnement du digesteur avec ou sans prétraitement du déchet et pour deux modes d’alimentation : batch ou semi-continu.