Optimization of management practices of agricultural wastes before anaerobic digestion
Optimisation des pratiques de gestion des déchets agricoles en lien avec leur valorisation par méthanisation
Résumé
Like other European countries, France is currently mobilizing for the energy recovery of its agricultural wastes by anaerobic digestion. Nevertheless, the production of these resources undergoes several fluctuations throughout the year. Consequently, in order to allow the continuous supply of biogas plants, these raw materials must be often stored for long periods (several months). This thesis focuses on the optimization of agricultural wastes management practices before anaerobic digestion. Different storage conditions were studied, notably the open-air storage and ensiling, with the aim of improving the conservation of the biochemical methane potential and optimizing the conversion of organic matter during anaerobic digestion. An original experimental methodology was developed and implemented for the multiphasic characterization of biomass at different stages of its management and storage, including analysis on the different biochemical fractions and bioavailability of carbon for anaerobic digestion. First, this methodology was applied to the preparation and long-term storage of catch crops. This evidenced a major advantage of using ensiling rather than open-air storage for the preservation of biomass and methane potential. Second, long-term storage trials were conducted for cattle manure. These experiments highlighted the poor conservation of manure and the benefits of co-substrates in the improvement of storage performances under ensiling conditions. To explain the major mechanisms that occur during the ensiling process, a modelling approach was used to synthesize and interpret the results. Finally, this research work led to the identification of good conservation practices for the major feedstocks of agricultural biogas plants.
A l’instar d’autres pays européens, la France se mobilise actuellement pour la valorisation énergétique de ses déchets agricoles par méthanisation. Néanmoins, la production d’une partie de ces ressources n’est pas constante toute au long de l’année. En conséquence, afin de permettre l'approvisionnement continu des installations de biogaz, elles doivent être conservées parfois pendant de longues périodes (plusieurs mois). Cette thèse porte sur l’optimisation des pratiques de gestion des ressources agricoles avant méthanisation. Différentes conditions de stockage ont été étudiées, en particulier le stockage aérobie ainsi que l’ensilage, dans l’optique de l’amélioration de la conservation du potentiel bio-méthanogène et de l’optimisation de la conversion de la matière organique lors de la méthanisation. Grâce à une méthode expérimentale originale, la caractérisation multiphasique des déchets à différents stades de leur gestion a été mise en œuvre, à la fois sur les compartiments biochimiques et sur la biodisponibilité du carbone pour la méthanisation. Dans une première partie, la préparation et le stockage de cultures intermédiaires à vocation énergétique ont été étudiés au laboratoire. Les résultats obtenus ont permis de démontrer l’avantage majeur de l’ensilage plutôt que le stockage à l’air libre pour la conservation du pouvoir méthanogène. Deuxièmement, des essais de stockage de longue durée ont été réalisés pour des fumiers de bovin. Ces expériences ont permis de mettre en évidence la mauvaise conservation des fumiers et l’intérêt de l’utilisation de co-substrats pour améliorer la performance du stockage en conditions d’ensilage. Afin d’expliquer les mécanismes majeurs qui se produisent au cours de l’ensilage, une approche de modélisation a été utilisée pour synthétiser et interpréter les résultats. Ces travaux de recherche ont permis d’identifier les bonnes pratiques de gestion pour les intrants de méthanisation agricole afin d’optimiser au mieux la conservation des ressources.
Origine : Version validée par le jury (STAR)