Modélisation des processus de transformation de l'azote en digestion anaérobie : application à l'optimisation de la valorisation des digestats

Modelling nitrogen transformation processes in anaerobic digestion : application to the optimization of digestate valorization.

• Auteur / Autrice : Younès Bareha
• Direction : Anne Jamois-Tremier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Statistique / Modélisation en écologie, géosciences, agronomie et alimentation
• Date : Soutenance le 20/12/2018
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Optimisation des procédés en agriculture, agroalimentaire et environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Matière organique

Azote

Biodégradation

Méthanisation

Mots clés libres

Digestion anaérobie

Azote

Biodégradabilité

Bioaccessibilité

Modélisation

Adm1

Anaerobic digestion

Nitrogen

Biodegradability

Bioaccessibility

Modelling

Adm1

Résumé

La valorisation des déchets par digestion anaérobie conduit à la production d’un résidu, appelé digestat, qui est composé de la matière organique non biodégradée et présente une forte teneur en azote ammoniacal et organique. De par cette richesse en azote, les digestats présentent un intérêt grandissant pour la substitution aux engrais minéraux. L’objectif de cette thèse est de comprendre les transformations de l’azote en digestion anaérobie afin de prédire la qualité azotée des digestats. Cette compréhension des processus de transformation de l’azote ouvrira la possibilité de dimensionner et piloter le procédé de digestion anaérobie pour une substitution optimisée des engrais minéraux par les digestats. Pour cela, deux approches ont été développées: (i) une approche compréhensive centrée sur la compréhension de la bioaccessibilité de l’azote organique en lien avec sa biodégradabilité, et la compréhension des transformations de l’azote en digestion anaérobie en conditions de laboratoire et pilote; et ; (ii) une approche numérique où les processus identifiés ont été intégrés à des outils de modélisation à bases statistiques et biocinétiques permettant de prédire les propriétés azotées des digestats en fonction des cocktails de substrats et du temps de séjour dans le digesteur.

Energetic recovery of waste by anaerobic digestion leads to the production of a residue called digestate, which is composed of non-biodegraded organic matter and has a high content of ammoniacal and organic nitrogen. Due to this high nitrogen content, digestates are growing interest for the substitution of mineral fertilizers. The objective of this thesis is to understand the transformations of nitrogen that occur during anaerobic digestion in order to predict the nitrogen quality of digestates. This understanding of nitrogen transformation processes will allows the design and management of anaerobic digestion plants aiming at the optimization of the substitution of mineral fertilizers by digestates. To this end, two approaches were used in this work: (i) an experiment approach focused on the understanding of the bioaccessibility of organic nitrogen in relation to its biodegradability, and the understanding of the transformations of nitrogen in anaerobic digestion under laboratory and pilot conditions; and; (ii) a numerical approach where previously developed knowledge has been integrated in statistical and biokinetic modeling tools to predict the nitrogen properties of digestates according to substrate cocktails and residence time in the digester.