Caractérisation de la Matière Organique

Les matières sèches (MS) correspondent aux composés résiduels après une étape de séchage à 105°C.

Les MS sont déterminées par séchage à masse constante selon la norme NF EN 12880. Après homogénéisation, un échantillon de 100 ml de lisier environ et de masse connue (méchantillon) est déposé dans une coupelle préalablement tarée (mvide). L’ensemble est introduit dans une étuve pour séchage à 105 ± 5°C, puis est refroidi en dessiccateur et pesé. L’échantillon est jugé sec quand sa perte de masse est de moins de 0,5 mg en 24h (m_105°C). La teneur en MS, en g.kg^-1 (équivalent à des g.L^-1) est déterminée suivant l’équation III.5 :

n échantillo vide C m m m MS ₌ ^{( 105}_° − ⁾ (III.5)

mvide est la masse, en grammes, du ramequin vide,

m105°C est la masse, en grammes, du ramequin et du résidu sec,

m_échantillon est la masse, en kilogrammes, de l’échantillon.

Les matières volatiles (MV) correspondent aux composés volatilisés après une étape de calcination à 550°C des résidus secs (MS).

Les MV sont déterminées par calcination selon la norme NF EN 12879 et NF U44-171. L’échantillon sec obtenu précédemment est calciné dans un four à moufle à 550 ± 25°C pendant quatre heures, puis refroidi en dessiccateur et pesé. La teneur en MV, en g.kg^-1 (équivalent à des g.L^-1), est déterminée suivant l’équation III.6 :

n échantillo C C m m m MV _{= 105}^° − ₅₅₀^° (III.6)

m_550°C est la masse, en grammes, du ramequin et du résidu calciné,

m105°C est la masse, en grammes, du ramequin et du résidu sec,

Il est préférable d’utiliser le terme de matière volatile plutôt que matière organique. En effet, des composés minéraux, en quantités réduites tels que l’ammoniac ou les carbonates, peuvent être volatilisés lors de la calcination. De même, une partie de la matière organique, notamment les AGV, peut être volatilisée pendant le séchage.

Trois essais sont effectués pour chaque échantillon afin de vérifier la répétabilité du résultat.

III.2.1.2 Matières en Suspension et Matières Volatiles en Suspension

Les matières en suspension (MES) correspondent aux composés non-solubles et résiduels d’un échantillon après séchage à 105°C.

Les MES sont déterminées par centrifugation selon la norme NF T90-105-2. Après homogénéisation, un échantillon de 200 à 300 ml de lisier et de masse connue (m_échantillon) est centrifugé à 17700g, à 4°C, pendant 20 minutes. Le culot de centrifugation est récupéré dans un ramequin préalablement taré (mvide). L’ensemble est introduit dans une étuve pour séchage à 105 ± 5°C, puis est refroidi en dessiccateur et pesé (m_105°C). L’échantillon est jugé sec quand sa perte de masse est de moins de 0,5 mg en 24h. La teneur en MES, en g.kg^-1 (équivalent à des g.L^-1), est déterminée suivant l’équation III.7 :

n échantillo vide C m m m MES ₌ ^{( 105}_° − ⁾ (III.7)

mvide est la masse, en grammes, du ramequin vide,

m105°C est la masse, en grammes, du ramequin et du résidu sec,

m_échantillon est la masse, en kilogrammes, de l’échantillon.

Les matières volatiles en suspension (MVS) correspond aux composés volatilisés après une étape de calcination à 550°C des résidus secs (MES).

L’échantillon sec obtenu précédemment est calciné dans un four à moufle à 550 ± 25°C pendant quatre heures, puis refroidi en dessiccateur et pesé (m550°C). La teneur en MVS, en g.kg^-1 (équivalent à des g.L^-1), est déterminée suivant l’équation III.8 :

100 ) ( _{105 550} ⋅ − = ° ° n échantillo C C m m m MVS (III.8)

m_550°C est la masse, en grammes, du ramequin et du résidu calciné,

m105°C est la masse, en grammes, du ramequin et du résidu sec,

méchantillon est la masse, en kilogrammes, de l’échantillon.

Trois essais sont effectués pour chaque échantillon afin de vérifier la répétabilité du résultat.

III.2.1.3 Demande Chimique en Oxygène

La Demande Chimique en Oxygène (DCO) est la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder la totalité de la matière organique. L’oxydant employé est le dichromate de potassium.

La détermination de la DCO est réalisée selon la norme NF T90-101. Cette méthode est applicable lorsque la DCO est comprise entre 30 et 700 mgO2.L^-1. Dans le cas des lisiers, une dilution au 1/500^ème ou 1/1000^ème est nécessaire.

Le principe réside en une oxydation des composés organiques par une quantité connue et en excès de dichromate de potassium, dans des conditions d’ébullition à reflux pendant deux heures, à pH acide, en présence de sulfate de mercure (complexe les ions chlorure) et de sulfate d’argent (catalyseur). La réaction d’oxydation est réalisée sur un banc de digestion Behrotest TRS 200. La DCO est déterminée par le dosage de l’excès de dichromate à l’aide d’une solution titrée de sel de Mohr (sulfate de fer et d’ammonium). L’ensemble de l’opération est automatisé sur le Distributeur-Titrateur METROHM. Les données sont intégrées par le logiciel METROHM Tiamo 1.1^®.

Ce dosage est effectué à la fois sur la fraction totale du lisier (DCO totale), moyennant une homogénéisation préalable, et sur la fraction soluble (DCO soluble) obtenue en parallèle de la détermination des MES par centrifugation.

Trois essais sont effectués pour chaque échantillon afin de vérifier la répétabilité du résultat.

III.2.1.4 Acides Gras Volatils

La quantification des Acides Gras Volatils (AGV) dans les lisiers est essentielle car ils sont à la fois intermédiaires réactionnels et inhibiteurs à concentration élevée de la formation de méthane par digestion anaérobie. Leur contrôle permet une gestion optimum du procédé.

La détection et la quantification des AGV sont effectuées par chromatographie liquide à haute performance (Peu et al., 2004), sur la fraction soluble du lisier obtenue en parallèle de la détermination des MES par centrifugation. Cette méthode permet d’identifiée six AGV : acides acétique, propionique, butyrique, isobutyrique, valérique et isovalérique.

Le système de détection/quantification Waters^® est composé des modules suivants avec leurs caractéristiques analytiques associées :

- Pompe HPLC WATERS 590, 55-60 psi, - Injecteur WISP 712, 50µL,

- Conductimètre WATERS Model 430 Conductivity Detector, 55°C, polarité ON, - UV-mètre UV WATERS 486 Tunable Absorbance Detector, λ = 215 nm.

L’éluant est de l’acide méthane-sulfonique à 5.10^-3 % préparé dans de l’eau ultra-pure préalablement dégazée.

La double détection à la fois par conductimétrie et par détection UV permet de doser spécifiquement les AGV. En effet les détecteurs ciblent la charge du groupement carboxyle (conductimètre) et la double liaison C=O (réactive à 215 nm, UV-mètre), éléments caractéristiques des AGV. Les données sont intégrées par le logiciel WATERS Millennium. La quantification des AGV est réalisée par l’intermédiaire d’un étalonnage avec des solutions de références des six AGV. Deux injections sont effectuées pour chaque échantillon afin de vérifier la répétabilité du résultat.