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Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés pour l’eau et les déchets » Théodore Bouchez UR Hydrosystèmes et Bioprocédés [email protected]

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Page 1: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non

dangereux

Département Ecotechnologies Thème de recherche

« Technologies et procédés pour l’eau et les déchets »

Théodore BouchezUR Hydrosystèmes et Bioprocédés

[email protected]

Page 2: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

2 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Objectifs et démarche

• Optimiser l’exploitation– Question opérationnelle– Elaborer et évaluer des

solutions– Partenariat industriel

(Veolia-Env, Suez-Env, SAUR,…)

• Comprendre– Des outils scientifiques

pointus…– …pour renouveler la vision de

l’ingénieur– Partenariat académique (CEA-

Génoscope, Institut Curie, INRA-Jouy,…)

Interface

Comprendre et exploiter les fonctions microbiennes

dans les bioprocédés

Modélisation / Mécanique des fluides / Métrologie

Génie microbiologiqueMicrobiologie moléculaire

Biogéochimie analytique et isotopique

Page 3: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

3 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Exemple 1 : stratégies de gestion durable des déchets stockés

• Modes d’élimination des déchets ménagers

Données Ademe, 2008

Déchets “ultimes” au sens de la loi de 1992, contenant 50% de

biodégradables

Page 4: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

4 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Le stockage-bioactif : principe

Unité de valorisationdu biogaz

Circuit de recirculation des lixiviats

Circuit d’extraction du biogaz

Surveillance de la qualitédes eaux souterraines

Modifié à partir de http://www.wm.com/WM/environmental/Bioreactor/bioreactorbrochure.pdf

Page 5: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

5 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Nitrification du lixiviat avant recirculation

Massif de déchets

NH4+

NO3- Nitrification ex situ

(aérobie)

Recirculation de lixiviat nitrifié

NO3- N2

Collecte de biogaz

Dénitrification in situ

(anaérobie)

Page 6: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

6 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Approches expérimentales déployées dans le cadre du projet sur la recirculation de lixiviats nitrifiés

Caractérisation du devenir des nitrates (Mazéas et al., Rapid Com. in Mass Spec., 2008) Confirmation à l’échelle du pilote de laboratoire (Vigneron et al. Waste Manag., 2007) Evaluation des impacts sur installation industrielle (Tallec et al., Waste Manag., 2009)

Page 7: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

7 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Exemple 2 : De la compréhension à l’ingénierie métabolique des communautés microbiennes de bioprocédés

Substrats

Produits

Sous-système chimique

ADN ARN Protéine

Communauté

Sous-système biologique

Énergie/Matière

Biocatalyse

Matière/énergie

****

Marquage isotopique

Substrats

Produits

Sous-système chimique

ADN ARN Protéine

Communauté

Sous-système biologique

Énergie/Matière

Biocatalyse

Matière/énergie

****

*

Marquage isotopique *

*

Entrée Sortie

Rentrer dans la boîte noire ?

Page 8: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

8 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

La méthanisation de la cellulose

• Cellulose = principale source d’énergie chimique renouvelable sur terre, constituant 40 à 70% de la matière organique d’une ordure ménagère

Macromolécule : Cellulose

Oligomères : Oligosaccharides

Solubilisation, hydrolyse

Homoacetogenèse

CH4 / CO2

Méthanogenèse acétoclaste

CH4

Méthanogenèse hydrogénotrophe

Acides organiques : AGV

Acidogenèse

Alcools (éthanol)

H2CH3COOH

Acétogenèse

CO2

Oxidation syntrophique

Microorganismes

Qui fait quoi ?

Page 9: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

9 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Etude des microbes fonctionnels dans les bioprocédés

Microcosmes

Incorporation de 13C au sein des

groupes microbiens

fonctionnels

Injection de substrats

marqués au 13C

ADN

ADN 12C

Gra

dien

t d

e de

nsi

ADN 13C

Information génétique fonctionnelle

Page 10: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

10 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Analyse FISH des groupes présumés cellulolytiques

Acetivibrio

Cellulose fiber

UCL284

Li et al., Env. Microbiol. 2009

Page 11: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

11 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Day 42 of incubation

127I- 13C14N-32S-

All biomassAll biomass Hybridized cellsHybridized cells(Methanosarcinaceae)

Enriched cellsEnriched cells

39.7 % in 39.7 % in 1313C after C after SIMSISHSIMSISH

1313C enrichmentC enrichment

Traçage des réseaux métaboliques Traçage des réseaux métaboliques microbiens par SIMSISHmicrobiens par SIMSISH

Li et al., Env. Microbiol. 2008

Page 12: Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux Département Ecotechnologies Thème de recherche « Technologies et procédés

12 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010

Vers une ingénierie métabolique des communautés microbiennes de bioprocédés

&Termite

pH 9

& HoatzinpH 2

CowpH 1

&

Rabbit

pH 1

pH 3

HorsepH 1

A BC

D

F

J

I E

F

B

BC

DE

FG

C

C

C

D

D

B

BA

C

J

E

G

G

D

DE

E

G

F

F

C

C

&pH 1A

CD

E

F

B

Exemple du biomimétisme : projet ANR-Bioénergie DANAC 2009-2012 (Godon et al., soumis)INRA-LBE, PAPPSO, Suez-Env, IRD