Méthanisation

Définition

La méthanisation, ou digestion anaérobie, est le processus dans lequel les micro-organismes décomposent le matériel biodégradable en l'absence d'oxygène. Ce procédé génère divers gaz, parmi lesquels le dioxyde de carbone et le méthane sont les plus abondants.

Le modèle de méthanisation par digestion anaérobie avec un ensileur :

Si un modèle de ferme exploitant le méthanisation par digestion anaérobie avec un ensileur, on utilisera idéalement du maïs. Du biométhane est issu d'une biométhanisation.

Explications

La méthanisation qualifie le processus de production de méthane et des gaz associés par la digestion anaérobie de résidus organiques, y compris les déchets issus de différentes origines. Le matériel utilisé est un digesteur anaérobie ou biodigesteur.

Voir en détails la digestion anaérobie.

Étapes du processus

Il y a quatre principales étapes biologiques et chimiques de la digestion anaérobie :

• hydrolyse
• acidogenèse
• acétogenèse
• méthanisation

Dans la plupart des cas, la biomasse est constituée de grands polymères organiques. Pour les bactéries dans des digesteurs anaérobies pour accéder à l'énergie potentielle du matériau, ces chaînes doivent d'abord être décomposées en ses parties constituantes plus petites. Ces éléments constitutifs, ou monomères, tels que les sucres, sont facilement accessibles à d'autres bactéries.

Le processus de rupture de ces chaînes pour dissoudre les molécules plus petites dans la solution est appelée hydrolyse. Par conséquent, l'hydrolyse de ces composants de haute masse moléculaire, les polymères, est la première étape nécessaire à la digestion anaérobie. Grâce à l'hydrolyse, des molécules organiques complexes sont décomposés en sucres simples, acides aminés, et les acides gras.

De l'acétate et de l'hydrogène sont produits dans les premières étapes qui peuvent être utilisés directement par les méthanogènes. D'autres molécules, telles que les acides gras volatiles (AGV) avec une longueur de chaîne supérieure à celle de l'acétate doit d'abord être catabolisé en composés qui peuvent être directement utilisés par les méthanogènes.

Le processus biologique de l'acidogenèse résulte d'une ventilation plus détaillée des composants restants par des bactéries acidogène (fermentation). Ici, les AGV sont créés, avec l'ammoniac, le dioxyde de carbone, et du sulfure d'hydrogène, ainsi que sous-produits autres (donc, des gaz à effet de serre). Le processus de l'acidogenèse est similaire à l'acidification du lait.

La troisième étape de la digestion anaérobie est l'acétogenèse. Pour cette étape, les molécules simples créées par la phase acidogenèse sont digérées par des acétogènes pour produire l'acide acétique en grande partie, ainsi que du dioxyde de carbone et de l'hydrogène.

Le stade terminal de la digestion anaérobie est le processus biologique de méthanisation. Les méthanogènes utilisent les produits intermédiaires des étapes précédentes pour les convertir en méthane, dioxyde de carbone, et de l'eau. Ces composants constituent la majorité des biogaz émis par le système.

Les méthanisations sont sensibles à la fois à des pH élevé et faible et se situe entre pH 6,5 et pH 8. Il reste alors de la matière organique indigeste que les microbes ne peuvent pas utiliser e6t les restes morts bactériens : ils constituent le digestat.

Une équation chimique simplifiée générique pour l'ensemble des processus décrits ci-dessus est la suivante : C₆H₁₂O₆ → 3CO₂ + 3CH₄

Voir biogaz. Attention de ne pas confondre avec la méthanation.

Application au traitement des eaux usées

La méthanisation (oxydation anaérobie ou biodigestion anaérobie) est définie comme celle dans laquelle la décomposition est effectuée en l'absence d'oxygène dissous et l'oxygène des composés organiques, des nitrates et des nitrites, des sulfates et du CO₂ est utilisé comme accepteur d'électrons.

Dans le procédé connu sous le nom de dénitrification des eaux usées, les nitrates et nitrites sont utilisés par des bactéries facultatives, dans des conditions anoxiques, dans des conditions intermédiaires, avec formation de CO₂, d'eau et d'azote comme produits finaux.

L'utilisation de sulfates et de CO₂ comme accepteurs d'électrons nécessite des conditions strictement anaérobies, c'est-à-dire absence d'oxygène et de nitrates. Les glucides contiennent de l'oxygène qui peut être utilisé comme accepteur d'électrons; une partie de l'hydrate de carbone est oxydée avec du CO₂ et des acides organiques tandis qu'une autre partie est réduite dans les aldéhydes, les cétones et les alcools. Pratiquement, la décomposition anaérobie est possible avec tous les composés organiques contenant de l'oxygène dans leurs molécules.

En traitement anaérobie, on peut donc considérer que les processus basiques de décomposition anaérobie interviennent, à savoir : la dénitrification, la réduction des sulfates, l'hydrolyse et la fermentation acétophénique et méthanogène. Le processus microbien est très complexe et consiste en plusieurs réactions parallèles et en série, interdépendantes les unes avec les autres.

Dans sa forme la plus élémentaire, il est possible de considérer le processus de décomposition anaérobie de la matière organique composé de deux étapes : la fermentation acide et la fermentation du méthane, qui surviennent simultanément.

Dans la fermentation acide, les composés organiques de structure complexe, les protéines, les graisses, les hydrates de carbone sont d'abord hydrolysés en unités moléculaires plus petites et soumis à une biooxydation pour les transformer en acides organiques à chaîne courte, principalement l'acide acétique, propionique et butyrique; alcools, hydrogène et CO₂.

Dans la fermentation méthanogène, les organismes méthanogènes, dans des conditions strictement anaérobies, convertissent principalement les produits de fermentation acide en CO₂ et en CH₄.

En rapport avec "méthanisation"

• digestion anaérobie

  

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