Adaptation de la technologie ABR pour optimiser la biométhanisation des effluents agro-alimentaires: application aux secteurs de la brasserie et des plats préparés

Abstract

Aujourd'hui, les enjeux environnementaux liés au traitement des eaux usées sont majeurs. En Europe, et donc aussi en Belgique et en Wallonie, l'état des eaux de surface reste préoccupant. Pour y remédier, l'Union européenne et les autorités locales imposent des normes de rejet de plus en plus strictes aux acteurs de la société. Les PME agroalimentaires doivent donc limiter efficacement les polluants présents dans leurs effluents, qu'ils soient rejetés dans le réseau d'égouts ou directement dans le milieu naturel. Ces objectifs sont généralement atteints grâce à des technologies de traitement intensif, souvent énergivores. Dans le contexte climatique actuel, il devient cependant important d'imaginer des solutions plus sobres, voire autonomes en énergie.

Ce travail vise à évaluer l'adaptabilité d'un procédé de traitement peu énergivore : la digestion anaérobie en réacteur à chicanes (ABR). Cette technologie robuste permet de réduire la charge organique tout en produisant du biogaz valorisable sur site. Pour ce faire, ce travail est structuré en quatre grandes parties. Le premier chapitre présente le contexte général, les principes de la digestion anaérobie, ses conditions de fonctionnement et les technologies existantes. Le deuxième chapitre décrit le réacteur pilote utilisé ainsi que les protocoles d'échantillonnage et d'analyse mis en place. Le troisième chapitre rassemble les résultats expérimentaux : essais de biométhanisation sur des effluents agroalimentaires, modélisation hydraulique du pilote, performances épuratoires observées sur site, ainsi qu'une évaluation simplifiée du potentiel énergétique et économique. Le dernier chapitre propose une synthèse des résultats et plusieurs pistes d'amélioration.

Les essais de biométhanisation ont été menés sur deux types d'effluents agroalimentaires : des eaux de brasserie et des eaux issues d'une usine de plats préparés.

La digestion psychrophile (20–25°C) a été testée sur les eaux de brasserie. Comparée à la digestion mésophile (37°C), elle a montré des rendements finaux satisfaisants, bien que légèrement inférieurs, avec une cinétique de conversion nettement plus lente. Malgré une meilleure pureté du biogaz à basse température, l'atteinte de performances équivalentes nécessiterait des temps de séjour plus longs ou des volumes de réacteur plus importants. La suite de l'étude s'est donc concentrée sur un fonctionnement mésophile.

La possibilité de co-digestion en conditions mésophiles a ensuite été testée sur les effluents issus de l'usine de plats préparés avec des déchets de pâtes alimentaires. Cette stratégie s'est révélée pertinente, apportant une charge organique facilement dégradable, rapidement convertie en méthane, sans augmenter le volume d'eau à traiter. Ce substrat mixte a produit plus de 340 mL de méthane par gramme de DCO.

Une fois le potentiel de biométhanisation déterminé, le pilote ABR a été testé pour traiter les effluents de plats préparés. Son comportement hydraulique a été modélisé numériquement, puis ses performances ont été évaluées sur site. Un taux d'abattement de 93 % a été obtenu entre la DCO totale en entrée et la DCO soluble en sortie, confirmant la faisabilité technique du procédé. Toutefois, la production réelle de biogaz est restée inférieure aux attentes, atteignant seulement 68 % du potentiel théorique. Ce décalage s'explique notamment par l'accumulation de graisses à la surface du réacteur. Leur faible densité et la production de gaz favorisent leur flottaison et empêchent leur évacuation. Des pistes d'amélioration sont proposées, telles que la mise en place d'un système de débordement ou l'ajout d'enzymes.

Enfin, une évaluation énergétique et économique simplifiée a montré que ce type de traitement pouvait être financièrement avantageux. En fonction des scénarios étudiés, la valorisation énergétique pourrait générer jusqu'à 243 000 € par an, faisant de ce procédé une solution prometteuse sur le plan économique, mais aussi sur le plan écologique.