La chaîne de transformation de la biomasse en énergie suit plusieurs étapes clé : la collecte, la méthanisation puis le traitement pour injection de biométhane dans le réseau ou la valorisation par cogénération par exemple.

Une phase de méthanisation cruciale

Après la préparation du substrat, son stockage, son traitement éventuel et son transport vers le bioréacteur, la seconde étape dite de méthanisation, est la phase la plus délicate pour la production du biogaz. Ce processus naturel de dégradation de la matière organique est assuré par différentes souches de bactéries. Les réactions biologiques mises en jeu pour aboutir à la formation du biogaz (méthane + CO₂) sont particulièrement sensibles aux caractéristiques du milieu dans lequel elles se déroulent.

La méthanisation proprement dite commence par une phase d'acidogénèse au cours de laquelle la matière organique est d'abord hydrolysée. Les longues chaines polymères des glucides, lipides et protéines sont décomposées en fragments plus petits qui seront eux-mêmes transformés au cours d'une phase d'acidification. Il y a alors formation d'acides gras à chaînes courtes tels que l'acide acétique, l'acide propionique ou l'acide butyrique.

Si la quantité de biomasse apportée est excessive, cette phase peut aboutir à une formation trop importante d'acides gras volatils (AGV ou FOS - volatile organic acids - en anglais). Si le pouvoir tampon du milieu, mesuré par le titre alcalimétrique complet (TAC), n'est pas suffisant, il y aura alors une acidification du milieu avec des conséquences qui peuvent être très préjudiciables : perte de la biomasse, redémarrage coûteux de l'installation. Un suivi biologique régulier d'une installation de biogaz est donc une garantie de son bon fonctionnement.

Les paramètres à surveiller

La mesure du rapport AGV/TAC (ou FOS/TAC), c'est-à-dire de la quantité d'acides gras volatils formés par rapport à la capacité tampon du milieu est un premier paramètre clé du suivi. Plusieurs solutions permettent de le déterminer à l'instar des méthodes potentiométrique et photométrique qui se distinguent par leur simplicité et leur facilité de mise en œuvre. L'utilisation d'un titrateur dédié (c'est-à-dire complètement préprogrammé) à la mesure du rapport AGV/TAC permet d'obtenir cette valeur en quelques minutes à partir d'un échantillon brut prélevé dans le méthaniseur. La simplicité d'utilisation de ce titrateur permet à chacun de s'approprier très rapidement cette mesure. Le choix d'une mesure photométrique peut également être envisagé après centrifugation de l'échantillon pour les plus chargés. Dans ce cadre, la mesure de DCO permet de quantifier les matières organiques présentes en amont de la chaîne de décantation. Il donne un "Potentiel énergétique" du substrat de base.

La présence d'ammonium (NH₄) est un second indicateur clé. Ce produit acide résultant de la fermentation des protéines présentes dans les matières organiques est toxique pour les bactéries. Il est donc déterminant de mesurer le pH durant l'ensemble des étapes de décantation pour qu'il reste proche de la neutralité (6,8 à 7,4).

Si la variation de pH peut être le signe d'une forte production de NH₄, elle peut également refléter l'excès d'AGV par apport trop important de nouvelles boues. Le dosage parallèle d'ammonium et des acides gras et (ces témoins de la concentration en protéines doivent généralement se situer entre 100 et 400mg/l d'acide acétique (CH3COOH)) permet donc de prévenir l'évolution du pH et de tamponner le milieu.

De l'utilité d'équipements sur site

Le suivi biologique d'un méthaniseur fait partie intégrante du contrôle de son fonctionnement. Chaque installation a ses propres caractéristiques. En routine, une mesure par semaine du rapport AGV/TAC peut suffire. Mais en cas de variation du résultat, des équipements sur site permettent d'effectuer très facilement un contrôle quotidien de la DCO, du NH₄ et du rapport AGV/TAC pour effectuer les correctifs nécessaires dans un délai très court. La finalité étant la recherche au meilleur coût d'un rendement maximal de son installation, et ce en toute sécurité.

Avis d'expert proposé par Frédéric Soumet, directeur des ventes chez Hach Lange