Hygiénisation par technologie électrique de déchets alimentaires en vue de leur méthanisation

Hygienization of food-industry waste for anaerobic digestion by electro-technology

• Auteur / Autrice : Xiaojun Liu
• Direction : Jean-Louis Lanoisellé, Thomas Lendormi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et Bioprocédés
• Date : Soutenance le 05/12/2019
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Kempf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Mandin, Caroline Le Maréchal, Mohamad Amr Chamaa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Louka, Anne-Marie Pourcher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pasteurisation

Applications industrielles

Courants électriques

Abattoirs -- Sous-produits

Transformation

Déchets animaux

Mots clés libres

Champs Électriques Pulsés

CEP

Hygiénisation

Prétraitement

Hygienization

Food-industry waste

Pulsed electric field

Animal by-products

Anaerobic digestion

Pretreatment

Résumé

La législation (CE n°1069/2009) impose une étape d'hygiénisation (traitement thermique à température ≥ 70 °C pendant une durée ≥ 60 min sans interruption) avant méthanisation des sous- produits animaux. Ce traitement, consommateur d’énergie, réduit la rentabilité globale des installations de méthanisation. L’étude bibliographique montre que, en Europe, la consommation énergétique du procédé d’hygiénisation thermique représente 6 à 25% de l’énergie primaire générée par les unités de production de biogaz. Dans le cadre des travaux de thèse présentés, des solutions alternatives d’abattement microbien, notamment les électro-technologies (ex. Champs Électriques Pulsés, CEP) ont été étudiées. Ces technologies sont essentiellement développées pour l’inactivation athermique des micro-organismes des denrées alimentaires. Les souches Enterococcus faecalis ATCC 19433 et Escherichia coli ATCC 25922 ont été sélectionnées comme bactéries indicatrices. Une étude des cinétiques d'inactivation des indicateurs à différents paramètres électriques dans les procédés en batch et en continu a été réalisée. L’évaluation de l’efficacité du couplage des CEP et d’un chauffage ohmique, l'effet de la quantité d’énergie utilisée pour le traitement par CEP, la régénération cellulaire des bactéries endommagées et la modélisation cinétique et numérique du procédé sont également abordés. Les résultats obtenus confirment la capacité des CEP à hygiéniser les sous-produits animaux (i.e. une réduction de 5- log10 d’Ent. faecalis) dans les systèmes en batch et en continu. Ainsi, le couplage du traitement par CEP et du chauffage ohmique peut significativement réduire la consommation énergétique du procédé.

The European Union regulation (CE n°1069/2009) imposes a step of hygienization (thermal treatment at temperature ≥ 70 °C for a treatment time ≥ 60 min without interruption) before anaerobic digestion of certain biowaste issued from the agricultural and food processing industries. This energy-consuming treatment reduces the profitability of biogas production facilities. The literature review shows that, in Europe, the energy consumption of the thermal hygienization process accounts for around 6 to 25% of the primary energy produced by biogas plants. In the present PhD thesis, the alternative solutions for the microbial pasteurization, namely the electro- technologies (e.g. pulsed electric field, PEF) were studied. These technologies are essentially developed for the athermal inactivation of pathogens in food products. The bacterial strains Enterococcus faecalis ATCC 19433 and Escherichia coli ATCC 25922 were selected as indicator bacteria. A systematical study on the inactivation kinetics of the indicator bacteria treated at different electric parameters in batch and continuous system was realized. The efficiency of the treatment coupling PEF and ohmic heating, the effect of the specific energy delivered by PEF, the recovery of the injured bacteria and the kinetic and numeric modeling of the process were investigated as well. Results confirm the ability of PEF to hygienize animal by- products (i.e. a reduction of 5 log10 of Ent. faecalis) in batch and continuous system. The PEF treatment coupled with ohmic heating could significantly reduce the energy consumption of the process.