Contribution à l’amélioration du rendement en méthane dans la digestion en anaérobie des déchets de bovins, par leur association avec la plante macrophyte : Pistia stratiotes

Abstract

Afin d’améliorer les performances de la digestion anaérobie des déchets de bovins, aux de production et d’épuration des effluents, leur association avec une plante macrophyte, Pistia stratiotes, a été envisagée. La mise en place d’un système intégré, comprenant des digesteurs méthaniques alimentés par des déchets de bovins, qui produisent du biogaz et un effluent utilisé pour la culture en lagunage de la plante pistia stratiotes, a été nécessaire. L’étude a porté des potentialités de pistia stratiotes , par la détermination des conditions optimales de croissance de cette plante : croissance maximale trouvée de 0,85kg PS/M2 pour une dilution de l’effluent de 40%, et de sa composition en nutriments caractérisée par une forte teneur en matières minérales : 23,4%MS et en matières protéiques : 18.7%MS. Ensuite, les digesteurs expérimentaux ont été testés, et leur modèle d’écoulement déterminé, en vue de l’étude des paramètres de la fermentation, et de l’étude cinétique des processus de la digestion anaérobie des différents substrats pour la détermination du modèle mathématique correspondant. C’est ainsi que la digestion anaérobie des déchets de bovins seuls a été expérimentée, pour déterminer les rendements et les limites du substrat ainsi constitué. Les résultats obtenus donnent un rendement en méthane de 0,46m3/m3.j pour un TRH de 8 jours à 37°C, avec un pourcentage en méthane de 56% et un taux de réduction de la DCO de 52%. L’étude des processus dénote de l’existence d’une limitation, confirmée par la teneur élevée en AVG non dissociés, causée probablement par l’insuffisance de l’étape de l’hydrolyse. Par ailleurs, le pouvoir méthanisant de la laitue d’eau a été testé à différentes conditions expérimentales, en batch et en continu : essai en mésophilie et en thermophilie, effet de charge et de broyage. Les résultats qui dépendent du milieu de la culture de la plante, sont conformes aux données citées dans l’étude bibliographique. Enfin, l’expérimentation a porté sur les propriétés de la digestion anaérobie de l’association de la laitue d’eau aux déchets de bovins. Les essais ont été effectués en batch et en continu, en faisant varier les principaux paramètres, en zones mésophile et thermophile : proposition en plante dans le mélange, effet de charge, effet du broyage de la plante, effet de la température dans la zone optimale de rendement. L’étude cinétique a montré que le modèle de croissance des bactéries et de production de méthane est bien représenté par le modèle de Monod. Les processus fermentaires sont caractérisés par une stabilité remarquable, due à l’effet tampon du milieu créé vraisemblablement par l’apport en matières minérales et en matières protéiques de la plante. Le meilleur rendement en biogaz, pour le mélange déchets de bovins- pistia stratiotes broyée, pour une proportion de 50% en plante et un TRH de 15 jours, a été trouvé égal à 0,82m3/m3.j avec un pourcentage en méthane de 77%et un taux de réduction de la DCO de 67%. Contrairement aux données de la digestion anaérobie courantes, l’augmentation de la charge et de la température ne sont pas en faveur de l’optimisation du procédé ; une charge de 2,5Kg Mo/M3.j est considérée comme une limite supérieure. D’autre part, si l’élévation de la température entraine l’augmentation de la productivité du biogaz, il n’en est pas de même pour le méthane, dont la productivité baisse considérablement, diminuant ainsi l’intérêt économique du procédé. Aussi, dans la marge des résultats trouvés, une digestion anaérobie en phase mésophile, proche de 35°C, a été recommandée pour assurer la rentabilité du procédé.