procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non dangereux département...
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Procédés anaérobies de stabilisation et de valorisation des déchets non
dangereux
Département Ecotechnologies Thème de recherche
« Technologies et procédés pour l’eau et les déchets »
Théodore BouchezUR Hydrosystèmes et Bioprocédés
2 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Objectifs et démarche
• Optimiser l’exploitation– Question opérationnelle– Elaborer et évaluer des
solutions– Partenariat industriel
(Veolia-Env, Suez-Env, SAUR,…)
• Comprendre– Des outils scientifiques
pointus…– …pour renouveler la vision de
l’ingénieur– Partenariat académique (CEA-
Génoscope, Institut Curie, INRA-Jouy,…)
Interface
Comprendre et exploiter les fonctions microbiennes
dans les bioprocédés
Modélisation / Mécanique des fluides / Métrologie
Génie microbiologiqueMicrobiologie moléculaire
Biogéochimie analytique et isotopique
3 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Exemple 1 : stratégies de gestion durable des déchets stockés
• Modes d’élimination des déchets ménagers
Données Ademe, 2008
Déchets “ultimes” au sens de la loi de 1992, contenant 50% de
biodégradables
4 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Le stockage-bioactif : principe
Unité de valorisationdu biogaz
Circuit de recirculation des lixiviats
Circuit d’extraction du biogaz
Surveillance de la qualitédes eaux souterraines
Modifié à partir de http://www.wm.com/WM/environmental/Bioreactor/bioreactorbrochure.pdf
5 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Nitrification du lixiviat avant recirculation
Massif de déchets
NH4+
NO3- Nitrification ex situ
(aérobie)
Recirculation de lixiviat nitrifié
NO3- N2
Collecte de biogaz
Dénitrification in situ
(anaérobie)
6 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Approches expérimentales déployées dans le cadre du projet sur la recirculation de lixiviats nitrifiés
Caractérisation du devenir des nitrates (Mazéas et al., Rapid Com. in Mass Spec., 2008) Confirmation à l’échelle du pilote de laboratoire (Vigneron et al. Waste Manag., 2007) Evaluation des impacts sur installation industrielle (Tallec et al., Waste Manag., 2009)
7 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Exemple 2 : De la compréhension à l’ingénierie métabolique des communautés microbiennes de bioprocédés
Substrats
Produits
Sous-système chimique
ADN ARN Protéine
Communauté
Sous-système biologique
Énergie/Matière
Biocatalyse
Matière/énergie
****
Marquage isotopique
Substrats
Produits
Sous-système chimique
ADN ARN Protéine
Communauté
Sous-système biologique
Énergie/Matière
Biocatalyse
Matière/énergie
****
*
Marquage isotopique *
*
Entrée Sortie
Rentrer dans la boîte noire ?
8 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
La méthanisation de la cellulose
• Cellulose = principale source d’énergie chimique renouvelable sur terre, constituant 40 à 70% de la matière organique d’une ordure ménagère
Macromolécule : Cellulose
Oligomères : Oligosaccharides
Solubilisation, hydrolyse
Homoacetogenèse
CH4 / CO2
Méthanogenèse acétoclaste
CH4
Méthanogenèse hydrogénotrophe
Acides organiques : AGV
Acidogenèse
Alcools (éthanol)
H2CH3COOH
Acétogenèse
CO2
Oxidation syntrophique
Microorganismes
Qui fait quoi ?
9 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Etude des microbes fonctionnels dans les bioprocédés
Microcosmes
Incorporation de 13C au sein des
groupes microbiens
fonctionnels
Injection de substrats
marqués au 13C
ADN
ADN 12C
Gra
dien
t d
e de
nsi
té
ADN 13C
Information génétique fonctionnelle
10 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Analyse FISH des groupes présumés cellulolytiques
Acetivibrio
Cellulose fiber
UCL284
Li et al., Env. Microbiol. 2009
11 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Day 42 of incubation
127I- 13C14N-32S-
All biomassAll biomass Hybridized cellsHybridized cells(Methanosarcinaceae)
Enriched cellsEnriched cells
39.7 % in 39.7 % in 1313C after C after SIMSISHSIMSISH
1313C enrichmentC enrichment
Traçage des réseaux métaboliques Traçage des réseaux métaboliques microbiens par SIMSISHmicrobiens par SIMSISH
Li et al., Env. Microbiol. 2008
12 Visite de l’OPECST - 19 mai 2010
Vers une ingénierie métabolique des communautés microbiennes de bioprocédés
&Termite
pH 9
& HoatzinpH 2
CowpH 1
&
Rabbit
pH 1
pH 3
HorsepH 1
A BC
D
F
J
I E
F
B
BC
DE
FG
C
C
C
D
D
B
BA
C
J
E
G
G
D
DE
E
G
F
F
C
C
&pH 1A
CD
E
F
B
Exemple du biomimétisme : projet ANR-Bioénergie DANAC 2009-2012 (Godon et al., soumis)INRA-LBE, PAPPSO, Suez-Env, IRD