Couplage de la méthanisation et des électrotechnologies : intentisification de la production de biogaz et du séchage du digestat

Coupling of anaerobic digestion and electrotechnologies : enhancement of the biogas production and of drying of the digestate

• Auteur / Autrice : Mohamad Amr Chamaa
• Direction : Jean-Louis Lanoisellé, Thomas Lendormi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 10/09/2017
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Béline, Nathalie Bourgougnon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karim Allaf, Elisabeth Van Hecke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biogaz

Membrane cellulaire

Courants électriques

Méthanisation

Mots clés libres

Courants électriques pulsés

CEP

Biogaz

Désintégration cellulaire

Biogas production

Pulsed Electrical Field

PEF

Cell disintegration

Résumé

La limitation de la production de biogaz liée aux substrats mobilisables à faible potentiel méthanogène et, les contraintes d’épandage qui conduisent au séchage du digestat, en vue de sa stabilisation ou de son transport, sont deux enjeux pour le développement du procédé de méthanisation. L’effet de la désintégration cellulaire induite par un prétraitement par Champs Électriques Pulsés (CEP) sur la production de biogaz a été évalué sur différents substrats. L’intensité de champ appliqué a varié entre 500 et 3600 V∙cm-1 et les indices de désintégration cellulaire correspondants ont été calculés. L’influence du prétraitement par CEP sur la production de méthane en réacteur batch de 500 mL a été étudiée en utilisant la méthodologie des plans d’expériences et en intégrant différents modes de préparation (taille de particules, préchauffage, hygiénisation). Les résultats obtenus montrent que le traitement CEP peut significativement intensifier la production de biogaz (+5,2 à +12,5 % de CH4). Pour le séchage des digestats, un système de séchage convectif par air chaud à température modérée (40 à 70°C) a été utilisé. D’une part, les effets de la vitesse d’air et de la température de séchage ont été étudiés. D’autre part, les effets de prétraitements par CEP, par micro-ondes, et après un cycle de congélation/décongélation ont également été testés. Nous avons identifié, en utilisant la seconde loi de Fick, les coefficients effectifs de diffusion et conclu à l’inefficacité des CEP pour le séchage des digestats et dans les conditions de séchage testées.

The limitation of the biogas production related to the accessibility of the substrates with a low biochemical methane potential, as well as the constraints of spreading which lead to the drying of the digestate, in order to stabilize or to transport the dried digestate, are two issues for the development of the methanisation process. The cellular disintegration’s effect induced by Pulsed Electrical Field (PEF) pretreatment on biogas production is evaluated on different substrates. The applied field’s strength is varied between 500 and 3600 V/cm and the corresponding cell disintegration index were calculated. The influence of PEF pretreatment on methane production was examined in a 500 mL batch reactor using the experimental design methodology and integrating different methods of preparation (size of particles, preheating, hygenisation). The obtained results show that PEF treatment can significantly increase the biogas production (+5.2 to +12.5% CH4). For the drying of the digestates, a convective drying system with hot air at a moderate temperature (40 to 70°C) is used. On the one hand, the effects of air velocity and drying temperature are evaluated. On the other hand, the effects of pre-processing by PEF, by microwaves, and after a freeze thawing cycle were also tested. Using the second Fick's law, the effective diffusion coefficients are identified and it was concluded that PEFs are ineffective for drying the digestates under the tested drying conditions.