Julien GROSSIN DEBATTISTA

Julien GROSSIN DEBATTISTA
Fractionnements isotopiques (13C/12C) engendrés par la méthanogenèse : apports pour la
compréhension des processus de biodégradation lors de la digestion anaérobie.
Application aux procédés anaérobies de traitement des déchets non dangereux.
Résumé :
Les procédés anaérobies de traitement de déchets apparaissent clairement pouvoir répondre à
l'enjeu socio-économique actuel que représente la valorisation énergétique de la fraction organique
contenue dans les déchets ménagers. En effet, les processus de dégradation anaérobies font intervenir
en cascade, différentes réactions et populations de micro-organismes permettant de transformer la
matière organique en biogaz riche en méthane. Une bonne connaissance des effets des paramètres
opérationnels sur l'orientation des métabolismes s'avère ainsi nécessaire à l'émergence de solutions
permettant d'optimiser ces procédés. Ceci est notamment le cas pour la dernière étape, appelée
méthanogenèse. Dans ce contexte, l'approche isotopique reposant sur la mesure de la composition
isotopique (13C/12C) du méthane et du dioxyde de carbone, devrait pouvoir répondre à cet objectif en
permettant l'identification des métabolismes à l'origine de la production du méthane.
La transposabilité à l'étude de la digestion anaérobie des déchets de cette approche isotopique
déjà utilisée dans les écosystèmes naturels, a tout d'abord été vérifiée expérimentalement. Les effets de
certains paramètres opérationnels connus pour avoir un impact fort sur le processus de digestion
anaérobie, tels que la température et la concentration en azote ammoniacal, ont ensuite été étudiés. Il a
été mis en évidence qu'en condition thermophile, la méthanogenèse acétoclaste observée en condition
mésophile, était remplacée par une oxydation syntrophique de l'acétate lors de la digestion anaérobie
des déchets ménagers. Des expériences sur acétate ont montré que cet effet sur les voies métaboliques
n'était toutefois pas systématique et pourrait ne pas être dû à un effet direct d'une augmentation de la
température, mais plutôt à l'accroissement de la concentration en ammoniac qui en résulte. D'autres
expériences ont clairement établi qu'une augmentation de la concentration en azote ammoniacal
conduisait également à la mise en place de l'oxydation syntrophique de l'acétate. Le couplage de
l'approche isotopique avec des analyses microbiologiques a révélé que cette réaction d'oxydation
syntrophique de l'acétate, à haute concentration en azote ammoniacal, pouvait s'établir telle que déjà
décrite, par la mise en place d'une relation symbiotique bactéries/archées hydrogénotrophes strictes,
mais également de manière différente en impliquant des membres de la famille Methanosarcinaceae
qui pourraient réaliser seuls les deux étapes de la réaction (oxydation et méthanogenèse
hydrogénotrophe). L'application de l'approche isotopique a également permis de mettre en évidence,
lors d'une expérience visant à simuler la recirculation de différents effluents au sein d'une installation
de stockage de déchets bioactive, l'influence de la nature de l'effluent sur l'orientation des
métabolismes méthanogènes. Enfin, l'influence de la proportion de déchets verts, lors de la codigestion biodéchets / déchets verts, sur la concentration en ions ammonium libérés ainsi que sur
l'orientation du métabolisme en résultant, a été étudiée. Les potentialités d'une utilisation de l'approche
isotopique sur site ont également été investiguées au travers d'une campagne de mesures sur une
installation de stockage de déchets non dangereux.