Projet ANR-08-BIOE-0011 – SYMBIOSE : Etude et Optimisation du Couplage MicroAlgue-Bactérie Anaérobie pour la Production d’Energie par voie biologique à partir de biomasse primaire et de déchets organiques
Programme : Bioénergies (Bio-E)
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : Monsieur Sylvain FREDERIC (NASKEO ENVIRONNEMENT)
Partenaires : Inria Centre Paris - Rocquencourt; Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer; Institut national de la recherche agronomique; Institut national de recherche en informatique et en automatique; PME
Montant : 1028568.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Couplage de la culture de microalgues et de la digestion anaérobie pour la production.
Valorisation conjointe d’effluents liquides, solides et gazeux pour la production de bioénergieL’objectif du projet a été de coupler des cultures de microalgues captant du CO2 d'origine industrielle à un procédé de digestion anaérobie pour recycler l’azote et le phosphore dans ces cultures et produire du méthane. Le projet s’appuie sur les avancéesrécentes tant en matière de maîtrise des cultures de microalgues que des procédés de digestion anaérobie, en tenant compte de l’écologie des communautés microbiennes et en intégrant une démarche d’éco-conception. Dès lors de nouvelles pistes de recherches ont étéexplorées : recherche de biomasses photosynthétiques complexes adaptées; utilisation d’un procédé de digestion anaérobie assurant la codigestion d’un résidu organique avec la biomasse algale et le recyclage vers la culture de microalgues des éléments nutritifsminéralisés. Le projet SYMBIOSE utilise des mécanismes rencontrés dans le milieu naturel, mais en les plaçant dans des conditions optimales pour répondre à des problématiques énergétiques, environnementales et industrielles. Les avancées réalisées vont contribuer à permettre de soutenir la plupart des projets qui s’intéressent à la production en masse de microalgues, le traitement des effluents et la production de bioénergie.
De la compréhension des processus biologiques dans le milieu naturel à un procédéNotre démarche s’inspire des phénomènes observés dans les milieux naturels aquatiques. La sélection des populations de microalgues capables de se développer rapidement à partir des résidus liquides de la digestion anaérobie a constitué une étape majeure du projet. La miseen évidence des interactions entre les microalgues et les bactéries aérobies a permis d’identifier des consortia microbiens optimisés. Des conditions optimales de conversion anaérobie de ces biomasses en biogaz et en éléments minéraux ont été identifiées, elles permettent de déterminer les performances attendues en termes de production d’énergie et d’éléments nutritifs à mobiliser vers la culture. Les résultats issus de ces deux tâches ont conduit à la conception de modèles mathématiques en mesure de représenter et d’optimiserles mécanismes biologiques impliqués. Ces modèles sont en outre utilisés pour mettre en oeuvre des dispositifs de contrôle/commande, ainsi que pour le dimensionnement des installations. L’analyse du système couplé ainsi que les perspectives de déploiementindustriel sont soutenues par une démarche d’éco-conception reposant sur l’analyse de cycle de vie.Enfin l’ensemble les concepts développés ont été testés sur un dispositif pilote couplant culture de biomasse phytoplanctonique et digestion anaérobie à l’échelle laboratoire, pilote et préindustrielle (bassin de culture de 60 m2 et digesteur de 1 m3).
Résumé de la soumission : L’ambition du projet Symbiose est de mettre au point un système intégré destiné à produire du méthane en utilisant à la fois une source de CO2 industrielle, une source de déchets organiques, et l’énergie solaire. Cette technologie permettra de réduire les coûts inhérents aux processus de transformation des biomasses algales en énergie. L’objectif du projet est de coupler des cultures de microalgues captant du CO2 industriel à un procédé de digestion anaérobie pour recycler l’azote et le phosphore dans ces cultures et produire du méthane. Le projet s’appuie sur les avancées récentes tant en matière de maîtrise des cultures de microalgues que des procédés de digestion anaérobie en y intégrant l’écologie des écosystèmes lagunaires et une démarche d’Ecoconception. Dès lors de nouvelles pistes de recherches sont envisagées : recherche d’écosystèmes associant algues/bactéries tolérants à des conditions « extrêmes » de culture; utilisation d’un procédé de digestion anaérobie en deux étapes assurant la codigestion d’un substrat organique avec la biomasse algale et le recyclage vers la culture des éléments nutritifs minéralisés, la production de méthane. Le projet SYMBIOSE a pour vocation d'utiliser des mécanismes ayant lieu dans le milieu naturel, mais en les plaçant dans des conditions optimales. Les avancées réalisées bénéficieront notamment à la plupart des projets qui s’intéressent à la production en masse de microalgues.
Résultats : Parmi les résultats majeurs du projet, la culture de microalgues sur un effluent de digesteur et la méthanisation de ces microalgues sont des opérations unitaires qui se sont avérées possibles et pour une grande variété de consortia microbiens. La digestion anaérobie de microalgues a permis d’identifier les étapes limitantes de ce processus et les stratégies
d’optimisation associées. La modélisation de ce processus a conduit à l’identification de conditions optimales de production d’énergie et de remobilisation des éléments nutritifs. Les impacts environnementaux associés au déploiement industriel du dispositif ont été évalués
et les processus unitaires les plus impactant ont été identifiés, pour à terme, pouvoir être optimisés.. La mise en oeuvre de deux systèmes couplés à l’échelle laboratoire, pilote et préindustrielle constitue une avancée significative, qui offre de nouvelles perspectives d’investigation sur les aspects fondamentaux et des débouchés industriels.
Perspectives : .
Publications et brevets : - 20 communications dans des conférences nationales et internationales
- 14 articles publiés dans des revues internationales à comité de lecture.
- Un brevet sur le procédé de couplage digestion anaérobie/culture de microalgues.