CHAPITRE V : FLEXIBILITE DU REACTEUR LENT ET DU REACTEUR INTERMEDIAIRE
3. F LEXIBILITE DU REACTEUR INTERMEDIAIRE
3.3 R ESULTATS A CHARGE DE BASE HAUTE : INFLUENCE DES SUBSTRATS .1INFLUENCE DU TYPE DE SUBSTRAT DE SURCHARGE
A une charge de base de 2,5 gMV.L-1.j-1, quatre substrats différents ont été testés en surcharge pour évaluer leur influence sur la flexibilité du réacteur. Ces quatre substrats sont : le mélange de base, la carotte, l’ensilage de maïs et le glycérol. Des surcharges de même intensité (+2,5 gMV.L-1) ont été menées sur ce réacteur.
La surcharge avec la carotte a été réalisée au jour 480, celle avec le mélange de base au jour 501,
celle avec l’ensilage au jour 515 et celle avec le glycérol au jour 550, après une première surcharge de même intensité au jour 543 (non présentée ici). L’ensilage et le glycérol n’avaient jamais été utilisés
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sur ce réacteur. La carotte a été ajoutée lors de surcharges ponctuelles précédentes à une CVA faible (cf. Section 3.1.2).
La surcharge présentée avec la carotte a été effectuée au jour 480 alors que la production de base
n’était pas complètement stabilisée. En conséquence, la semaine contrôle présente une production
supérieure à la production contrôle stabilisée (après deux temps de rétention) qui a été utilisée ensuite pour comparaison avec les autres surcharges. La production de méthane supérieure aux prévisions proviendrait de la consommation des matières très lentement dégradables accumulées
durant l’utilisation du lot de fumier dégradé du jour 225 à 396, additionnée à la montée du réacteur
à la CVA de 2,5 gMV.L-1.j-1 (soit durant deux temps de séjour, des jours 348 à 488). Les productions contrôle journalières mesurées sont en effet restées à un niveau élevé (734 mLCH4.L-1.j-1) des jours 430 à 473 et ont ensuite chuté aux alentours de 560 mLCH4.L-1.j-1 au jour 487.
La Figure 57 présente les résultats de production de méthane quotidienne suite à ces surcharges, comparés aux productions de méthane lors des semaines-contrôle correspondantes. Ces surcharges
ont été effectuées un jeudi, le réacteur a reçu une alimentation de base le lendemain et n’a pas été
alimenté durant le week-end. Elle montre clairement que la production de méthane maximale du réacteur dans les 24 heures diffère selon le substrat utilisé en surcharge.
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Figure 57 : Production de méthane journalière du réacteur intermédiaire après quatre surcharges effectuées avec quatre substrats différents à une CVA de base de 2,5 gMV.L-1.j-1
La surcharge avec la carotte présente une production le premier jour de 1164 mLCH4.L-1.j-1 (avec cependant une production de base plus élevée). La surproduction imputable à la surcharge est de 430 mLCH4.L-1.j-1pour la première journée. Cette surproduction correspond également à ce que l’on a
pu observer lors de surcharge avec des carottes à CVA basse sur ce réacteur (cf. Section 3.1).
Comme vu dans la section précédente, la surcharge avec le mélange de fumier et de gazon présente un maximum aux alentours de 700mL.L-1.j-1 et la surcharge est relativement étalée dans le temps (pendant 96 heures après la surcharge). La flexibilité est de +21% durant les premières 24 heures. La réponse à la surcharge effectuée avec l’ensilage de maïs présente des similarités avec celle de la
surcharge faite avec de la carotte : 395mLCH4.L-1.j-1 supplémentaires sont produits lors du premier jour. La flexibilité est de +71%. Cette similarité dans la production de méthane suggère des voies de dégradation similaires, comme précédemment discuté dans le Chapitre IV.
Suite à la surcharge effectuée avec le glycérol, la production maximale se maintient sur les deux premiers jours aux alentours de 850 mLCH4.L-1.j-1. La production supplémentaire due à la surcharge est
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de 289 mL CH4.L-1 par jour le premier jour et induit une flexibilité de +52%. Ce substrat possède la particularité de se dégrader en acide propanoïque (cf. Section 2.3.3), qui reste difficile à éliminer
rapidement, et sa dégradation est probablement limitée par cette vitesse. L’ajout régulier de ce
substrat pourrait permettre une réponse plus intense en termes de production de méthane.
Pour absorber 80% de la surcharge appliquée (donc produire 80% de la quantité de méthane supplémentaire attendue après la surcharge), il a fallu 120 heures, 42 heures, 52 heures et 72 heures
respectivement pour le mélange, la carotte, l’ensilage et le glycérol. Les deux substrats les plus aptes
à une grande flexibilité sur ce réacteur à cette charge de base sont la carotte et l’ensilage de maïs.
3.3.2 AUGMENTATION DES SURCHARGES
Deux surcharges avec de la carotte (jours 480 et 508) et deux surcharges avec de l’ensilage (jours 515
et 529) ont été comparées pour déterminer l’influence de l’intensité de la surcharge sur la production de méthane sur le réacteur intermédiaire. Pour s’affranchir de l’effet de la production contrôle qui a varié lors des essais, et se focaliser sur l’effet de l’augmentation de la surcharge appliquée uniquement, le Tableau 17 présente uniquement les productions supplémentaires mesurées sur le réacteur dans les premières 24 heures après les surcharges appliquées.
Tableau 17: Productions supplémentaires relevées sur le réacteur intermédiaire et temps nécessaires pour l’élimination
de 80% des surcharges à une CVA de 2,5 gMV.L-1.j-1suite à des surcharges avec de la carotte et de l’ensilage
Carotte Ensilage Intensité de la surcharge (gMV.L-1) +2,5 +3,5 +2,5 +3,5 Production supplémentaire en 24h (mLCH4.L-1.j-1) 430 631 397 518 Temps nécessaire pour éliminer 80% de la surcharge (heures) 47 51 52 53
L’augmentation de la surcharge appliquée avec la carotte de +2,5 gMV.L-1 à +3,5 gMV.L-1 a pour résultat
d’augmenter la production supplémentaire de 430 à 631 mLCH4.L-1.j-1, soit une augmentation de +47% pour une augmentation de 40% de la surcharge. La production supplémentaire liée à la surcharge de +3,5 gMV.L-1 est semblable aux vitesses estimées de dégradation de la carotte sur le réacteur rapide, et correspond également à la vitesse de dégradation de la carotte relevée sur le réacteur lent après « acclimatation » (630 mLCH4.L-1.j-1, cf. Section 2.3.1). Le réacteur met légèrement plus de temps (5 h) pour dégrader la surcharge de +3,5 gMV.L-1 que la surcharge de +2,5 gMV.L-1. La vitesse de dégradation
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changement dans le consortium ait également été provoqué par le changement des conditions (pH, azote ammoniacal) et ait augmenté la vitesse de dégradation de la carotte dans le réacteur. Cette
hypothèse est renforcée par la similarité de la diversité des populations d’archées dans les réacteurs
lent et intermédiaire aux jours 686 (cf. Figure 58) et par leurs niveaux hauts de FAN (2,45g.L-1 sur le réacteur lent, 1,85 g.L-1en moyenne sur le réacteur intermédiaire), ainsi que par l’acidification légère
du réacteur intermédiaire des jours 480 et 508 (7,82 et 7,83 contre 8,03 en moyenne, cf. Chapitre III).
Pour l’ensilage, les surcharges se sont faites sur une production de base stabilisée (559 mLCH4.L-1.j-1). Les productions supplémentaires ont augmenté de 397 à 518 mLCH4.L-1.j-1 entre les deux surcharges,
et la production totale sur le réacteur a augmenté de 18%. La vitesse de dégradation de l’ensilage ne semble donc pas saturée non plus lors de l’augmentation de la surcharge, d’autant plus que les
temps de dégradation sont très semblables entre les deux surcharges (à peine 1h d’écart).
Figure 58 : Comparaison de l’abondance relative des familles d’archées dans les réacteurs lent et intermédiaire au jour
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Pour conclure sur cette étude, l’augmentation de la flexibilité sur ce réacteur est possible avec les
deux substrats carotte et ensilage, en augmentant l’intensité de la surcharge ; cependant, elle peut
être le fait d’un changement des conditions dans le réacteur (acidification, baisse de l’azote
ammoniacal) suite à l’ajout de ces substrats, et pas liée directement à l’augmentation de la surcharge
appliquée. Les conditions optimales pour une grande flexibilité sur ce réacteur sont donc proches des cas où les surcharges de +3,5 gMV.L-1 ont été appliquées. Des recherches ultérieures seraient à faire
sur l’évolution des conditions dans le cas d’une CVA haute avec un mélange de base lentement
dégradable et des surcharges fortes avec un substrat rapidement dégradable. Ces tests mettent en
lumière l’importance de l’ajout de substrat de surcharge adaptés dans des proportions faibles sur l’évolution de la flexibilité, et la rapidité d’adaptation du réacteur à ces essais.
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