Le pouvoir ou potentiel méthanogène, souvent dit BMP (acronyme de biochemical methane potential), correspond à la quantité de méthane produit par un substrat organique lors de sa biodégradation en condition anaérobie durant le processus de méthanisation. Ce volume de méthane, rapporté à la quantité de substrat frais, sec (MS) ou volatil (MV) est généralement exprimé dans les conditions normales de température et de pression (, ). Cet indicateur , est utilisé pour dimensionner des unités de méthanisation, doser les intrants et contrôler leur qualité, mais aussi pour évaluer les éventuelles pertes de carbone durant le temps de stockage.

Le calcul du BMP se fait en laboratoire et il présente l'inconvénient d'être long (). Des scientifiques cherchent donc des méthodes alternatives d'évaluation plus rapide (moins de 4 jours, voire moins encore) du potentiel méthanogène d'une matière ou d'un mélange, une piste étant par exemple la spectroscopie dans l'infrarouge proche qui pourrait peut-être permettre de beaucoup plus rapidement évaluer le potentiel méthanogène d'intrants de méthanisationWard A.J (2016) Near-Infrared Spectroscopy for Determination of the Biochemical Methane Potential: State of the Art. Chemical Engineering & Technology 39, 611-619. (résumé)Mortreuil P & al. (2017) Utilisation de la spectroscopie proche Infrarouge pour la détermination du potentiel méthanogène des intrants de méthanisation (voir P9 et p11 du Recueil des Résumés JRI 2017, 6).

Détermination du potentiel méthanogène La détermination de ce potentiel, pour chaque intrant ou pour des mélanges d'intrants, est un élément central pour l'analyse technique et économique d'un projet de méthanisation, le dimensionnement des installations de traitement et de valorisation, ainsi que l'évaluation des performances d'un procédé.

Calcul théorique L’équation de Buswell et Müller (1952)., complétée par Boyle (1976)., qui y intègre soufre et azote, permet de prédire la quantité et la composition théorique du biogaz produit lors de la biodégradation anaérobie d’un substrat, dont la composition élémentaire est connue.

Le potentiel méthanogène théorique d’un produit, peut alors être calculé selon la formule ci-contre.

Le résultat du calcul théorique est uniquement prédictif, car il ne peut pas tenir compte de nombreux facteurs liés notamment : à la biodégradabilité et à la biodisponibilité de ces éléments, à la croissance et au renouvellement cellulaire, aux vitesses de biodégradation des divers composés organiques, aux phénomènes de solubilisation (notamment du dioxyde carbone), de précipitations, d’inhibitions ou de carences. Elles ne doit pas être substituée à la mesure du potentiel méthanogène réalisée directement sur le substrat concerné.

Mesure La mesure du potentiel méthanogène réel est réalisée au laboratoire. La majorité des méthodes de mesures reposent sur la mise en culture, en bioréacteur fermé, d’une quantité connue de la matière organique à caractériser et d’une quantité également connue de micro-organismes anaérobies (inoculum), placés dans des conditions propices au développement d’une activité biologique anaérobie optimale. Au cours de l’essai, les microorganismes dégradent la matière organique apportée, ce qui se traduit par la production de biogaz. À la fin de cette phase de réaction, la vitesse de production de biogaz chute, signe de la fin de la biodégradation de la matière organique. La production de biogaz (ou directement de méthane après capture du ) est mesurée au cours du temps, et la composition du biogaz produit est généralement analysée par chromatographie en phase gazeuse. Le potentiel méthane de chaque échantillon est déterminé à partir de la quantité cumulée de méthane produit au cours de l’essai.

Limites, interprétation et portée de la mesure La mesure du potentiel méthanogène est généralement réalisée au laboratoire, en bioréacteur, en mode discontinu à partir d’un seul ajout de substrat, fortement dilué dans un milieu réactionnel dont la composition, largement influencée par la nature de l’inoculum anaérobie utilisé, varie d’un essai à l’autre. Une étude portant sur plusieurs dizaines de laboratoires donne une étendue de valeurs de 15 à selon les substrats.

Ces conditions opératoires limitent la validité de la mesure au seul volume de méthane produit. Ainsi, la vitesse de dégradation du substrat, le volume, la composition et la cinétique de production de biogaz mesurés au cours de l’essai, ne constituent en aucun cas des données reproductibles et ne sauraient être interprétés comme telles. Ce type de données qualitatives et cinétiques relatives à la production de biogaz, nécessaires pour dimensionner un procédé de méthanisation, ne peuvent être obtenues que grâce à la réalisation d’essais en bioréacteurs continus ou semi-continus qui ne pourront conclure qu'une fois le régime permanent atteint.

De plus, la forte dilution de l'intrant durant le test peut cacher l'effet d'un éventuel produit toxique (ou inhibiteur) pour les bactéries responsables de la méthanisation qui serait présent dans le substrat. Il ne permet pas non plus d'évaluer des carences nutritionnelles qui se révèleraient par la suite en processus continu.Pour cette raison, un autre test, test de toxicité, dit ATA (pour Anaerobic Toxicity Assays) est parfois également réaliséOwen, W. F., Stuckey, D. C., Healy Jr, J. B., Young, L. Y., & McCarty, P. L. (1979) Bioassay for monitoring biochemical methane potential and anaerobic toxicity. Water research, 13(6), 485-492. (il est plus rapide : quelques jours, mais ne peut prendre en compte d'éventuels phénomènes d'acclimatation des bactéries au composé toxique, ni l'éventuelle accumulation du produit contenu dans la boue jusqu'à des niveaux toxiques)Lara Moody P.E () Using Biochemical Methane Potentials & Anaerobic Toxicity Assays ; Iowa State University.

Valeurs indicatives du potentiel méthanogène de quelques produits organiques Les valeurs présentées dans le tableau suivant, sont données à titre indicatif et ne sauraient être considérées comme représentatives de l'ensemble des produits organiques concernés. En effet, les potentiels méthanogènes de substrats appartenant à une même classe de produits organiques (résidus alimentaires, graisses usagées, boues de stations d'épurations, fumiers bovins, ...) peuvent varier de manière très importante en fonction de la composition chimique du produit considéré. Seule une mesure réalisée par un laboratoire spécialisé, permet de connaitre le potentiel méthanogène d'un substrat organique.

+ Potentiel méthanogène de produits organiques. Identifiants : bugmenot/bugmenot Matière organique Quantité (m3CH4/t MB) Huile alimentaire 784 Paille de maïs 331 Semence déclassée 274 Graisse usagée 261 Graisse de flottation 244 Déchet silo séchage maïs 220 Rafle 182 Fientes de poule 160 Spathe 153 Alcool distillerie 152 Ensilage de maïs 99 Déchet vert (tontes) 81 Drêche de brasserie 75 Résidu alimentaire 63 Déchets légumes de conserveries 45 Matière stercoraire 36 Lisier de canard gras 32 Fumier de bovin mou 26 Lisier de porcelet 16 Lisier de bovin 13 Lisier de porc engraissement 13 Déchets de poisson 8 Résidu de distillation de fruits 7 Lisier de porc mixte 7 Lisier de truie gestante 4

Potentiel de production de biogaz à partir de résidus agricoles

Résidus de culture Rendement(tep/ha). Maïs 1,25 Colza (et navette) 1,13 Tournesol 0,54 Blé 0,25

Nota : pour la conversion, équivalent pétrole (tep) équivaut à .

Notes et références

Voir aussi Articles connexes

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