Peu, Pascal, Gestion environnementale et traitement biologique des déchets (UR GERE), Centre national du machinisme agricole, du génie rural, des eaux et forêts (CEMAGREF), UNIVERSITE EUROPEENNE DE BRETAGNE FRA, Partenaires IRSTEA, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), and Doctorat Chimie, Université de Rennes 1
(trad auto)The main objective of the work carried out during this thesis was to study a management system for livestock manure (pig slurry) from production to anaerobic digestion treatment for hydrogen sulphide production. Hydrogen sulphide is a smelly gas that is produced during anaerobic effluent management. This gas, present in high concentrations in confined spaces, can be dangerous or even fatal. The first part of this thesis work focused mainly on the impact of pig diets on the amount of sulphur in manure. The sulphur load provided by each of the ingredients in the formulation was analyzed. Ingredients from agro-industrial processing have a high mineral sulphur load, but cereals, the main ingredients, have limited contents. The retention and excretion of sulphur ingested by animals (pigs) was evaluated by an in-vivo study. The sulphur absorbed by animals is poorly retained, beyond nutritional requirements, it is excreted mainly in the form of sulphates, by the urinary tract. In addition to this first study, the dynamics of sulphates in manure was evaluated by an anaerobic storage simulation reproducing normal animal manure storage conditions. Under these conditions, we show that the sulphates are consumed and that hydrogen sulphide is produced, which is either transferred to the gas phase or stored in the liquid phase. This consumption is directly dependent on the presence or absence of volatile fatty acids contained in the manure. The dissimilative reduction of sulphates by sufatoreducing microorganisms appears to be the main route of transformation of sulphates under anaerobic effluent storage conditions. The second part of this thesis work is devoted to the fate of sulphur in agricultural methanisation units where the production of hydrogen sulphide is dependent on digested co-substrate mixtures. In this context, the management of substrates entering methanisation units is important because it must respect the dimensioning of the biogas treatment system (biocatalytic desulphurisation) before its use. An inventory of the different substrates that can be used by methanisation units on the farm has therefore been carried out. The total sulphur contents and methanogenic potentials for each of these substrates were determined and a sulphur potential (maximum concentration of hydrogen sulphide in the biogas for a given substrate) was defined. Thanks to these data, a C/S ratio could be defined, which made it possible to classify the different substrates as to their potential to produce hydrogen sulfide. On the basis of this inventory, some co-substrates are distinguished by a higher potential to produce hydrogen sulphide, in particular stranding algae and some agro-industrial waste. The green stranding algae, a substrate with a low C/S ratio, were tested on anaerobic digestion pilots in co-digestion with pig slurry. For these algae, the low biogas production potential coupled with the high hydrogen sulphide content of the biogas measured with our tests severely limits the interest of their use in on-farm methanisation processes.; Le travail réalisé au cours de cette thèse avait pour objectif principal d'étudier une filière de gestion des effluents d'élevage (lisier de porcs) depuis leur production, jusqu'à leur traitement par digestion anaérobie vis-à-vis de la production d'hydrogène sulfuré. L'hydrogène sulfuré est un gaz malodorant qui est produit au cours de la gestion anaérobie des effluents. Ce gaz présent à forte concentration dans les espaces confinés peut être dangereux voire mortel. La première partie de ce travail de thèse s'est principalement intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. Les ingrédients issus des transformations agro-industrielles ont une charge en soufre minérale importante, cependant les céréales, ingrédients principaux, présentent des teneurs limitées. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. En complément à cette première étude, la dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie reproduisant les conditions normales de stockage des déjections animales. Dans ces conditions, nous montrons que les sulfates sont consommés et que du sulfure d'hydrogène est produit, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. Cette consommation est directement dépendante de la présence ou non d'acides gras volatils contenus dans le lisier. La réduction dissimilatrice des sulfates par des micro-organismes sufato-réducteurs semble être la principale voie de transformation des sulfates dans les conditions de stockage anaérobie des effluents. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Dans ce contexte, la gestion des substrats entrant dans les unités de méthanisation est importante car elle doit respecter le dimensionnement du système de traitement du biogaz (désulfurisation biocatalytique) avant son utilisation. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Sur la base de cet inventaire, certains co-substrats se distinguent par une potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré plus élevée, notamment les algues d'échouage et certains déchets agro-industriels. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.