RELOAD — Atteindre l'Opération Efficace et à Charge Elevée de Digesteurs Anaérobies

La digestion anaérobie (AD) génère du biogaz, duquel est extrait le biométhane, un biocarburant qui contribue à la mobilité propre. Les politiques de soutien à la filière biométhane en France, et notamment les tarifs d’achat, seront réduits dans les années à venir. Il est donc primordial d’intensifier le procédé de méthanisation et réduire les coûts de production du biométhane, afin de continuer à déployer ce vecteur d’énergie renouvelable. Les digesteurs les plus répandus sont de type CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor), opérés à une teneur en matières sèches de maximum 10-15%. L’agitation joue un rôle majeur dans le procédé, qui est d’homogénéiser le milieu, afin de maximiser la productivité et limiter les phénomènes de sédimentation. Toutefois, l’agitation ne doit pas être trop forte, afin de ne pas induire de stress sur les microorganismes et limiter la consommation énergétique du procédé. RELOAD permettra de développer un modèle scientifique complet de l’AD, qui couple biologie et hydrodynamique. Ce modèle sera ensuite réduit et intégré pour effectuer du contrôle commande et optimiser le procédé. Les objectifs sont multiples: optimiser le procédé en termes d’agitation, de pilotage et augmenter la teneur en solides acceptée, jusqu’à 20%. Le procédé sera ainsi intensifié et les coûts de production seront réduits. Le développement d’un nouvel outil numérique dans RELOAD est en ligne avec la feuille de route stratégique de l’ADEME (2017). Cela représente un des besoins en recherche, développement et innovation pour lever des verrous de la filière biométhane. Les travaux seront effectués sur de l’ensilage de céréales et du lisier, qui sont deux substrats parmi les plus représentatifs du gisement national. Toutes les échelles seront étudiées, depuis le laboratoire, au pilote puis finalement à l’échelle 1 sur un site industriel. Ce projet est innovant car aucun modèle complexe couplé hydro-biologique n’existe à ce jour pour le pilotage de la méthanisation, qui plus est à haute teneur en solides. Le consortium est complémentaire, avec le LBE (expert en AD et modélisation), CentraleSupélec (CS, expert en procédés et contrôle commande), LRGP (expert en procédés/bioréacteurs) et Air Liquide (AL, leader industriel des gaz). Le projet est construit ainsi: WP1 (lead AL) - coordination, WP2 (lead LRGP) - modélisation hydrodynamique, WP3 (lead LBE) - couplage du modèle hydrodynamique avec un modèle biologique, WP4 (lead AL) - validation pilote et industrielle, WP5 (lead CS) - implémentation du modèle: contrôle commande et optimisation du procédé (agitateur innovant, paramètres opératoires optimaux). Une subvention de 550 k€ est demandée à l’ANR, pour un coût total du projet à 1,6 m€. Ce partenariat public-privé très complémentaire permettra de transférer des connaissances fondamentales physiques et biologiques au pilotage et à l’optimisation de digesteurs industriels. Le modèle final sera facilement transférable à différents sites industriels, après ajustement de certains paramètres d’entrée (rhéologie, configuration du digesteur, caractéristiques du substrat). Son originalité est de coupler les modèles biologiques et hydrodynamiques, jusqu'alors séparés, à des teneurs en solides élevées. RELOAD est un projet ambitieux en ligne avec l’axe Bioéconomie de l’ANR. Les retombées du projet sont variées: (i) scientifiques, avec le développement de modèles fondamentaux et pilotage de bioprocédés complexes; (ii) industrielles, avec un transfert de l’outil sur de multiples sites de méthanisation, (iii) économiques, avec un gain potentiel immédiat de 2.1 m€/an et un marché pour la licence de l’outil de pilotage entre 6.1 et 8.1 m€/an en France d’ici 2028, selon une étude interne Air Liquide; (iv) sociétales, avec la contribution au secteur de la méthanisation, pour développer ce vecteur d’énergie renouvelable.