Microbiologie de la Digestion Anaérobie - AILE

Microbiologie de la Digestion 

Anaérobie 

Philippe DELFOSSE 

delfosse@lippmann.lu 

AILE, Rennes, 21 juin 2011

Partie Théorique

Digestion Anaérobie ? 

• Processus biologique complexe de conversion de 

la matière organique en: 

CH 4, CO 2, NH 3, H 2S 

Equation générale: (Buswell & Müller, 1952) 

C cH hO oN nS s + y H 2O x CH 4 + n NH 3 + s H 2S + (c-x) CO 2 

SUCRES: C 6H 12O 6 3CO 2 + 3 CH 4 

LIPIDES: C 12H 24O 6 + 3 H2O 4.5 CO 2 + 7.5 CH 4 

PROTEINES: C 13H 25O 7N 3S 6.5 CO 2 + 6.5 CH 4 + 3 NH 3 + H 2S 

Substrats Production théorique 

de biogaz 

Nl/kg DOM CH 4 (%) CO 2 (%) 

hydrates de carbone 746 50 50 

Lipides 1390 72 28 

Proteines 800 60 40 

Composition théorique 

de biogaz Protéines: CO 2 se lie à NH 3 et 

H 2S reste principalement en 

phase liquide CH 4 60%

Solubilité des gaz dans l‟eau

Digestion Anaérobie ? 

• Processus biologique complexe qui peut 

être décrit en 4 phases de dégradation : 

1. Hydrolyse 

2. Acidogénèse 

3. Acétogénèse 

4. Méthanogénèse

La Digestion Anaérobie 

Polymères complexes 

Monomères, Dimères, a.a., ac. gras 

AGV, CO 2, H 2, Alcooles 

Acide Acétique 

CH 4, CO 2 

Hydrolyse 

pH 

4.5 – 6.3 

Caractéristiques 

temps O 2 

heures 

Acidogénèse 4.5 – 6.3 heures 

Acetogénèse 6.8 – 7.5 1-4 jours 

Méthanogénèse 6.8 – 7.5 5-15 jours

Les facteurs limitants et d’inhibition 



AGV, CO 2, H 2, Alcools 


CH 4, CO 2 

Hydrolyse lignine, mélange 

Acidogénèse 

Acetogénèse 

exo-enzymes 

H 2S, NH 3, sels, 

antibiotiques 

Excès H 2, H 2S, NH 3, 

sels, antibiotiques, T° 

Méthanogénèse O2, pH, T°, Cu, sels, 

carence en Ni 

Etroite association/actions concertées !

1 HYDROLYSE 

• Exoenzymes produits par des bactéries anaérobies 

facultatives ou obligatoires dégradent les substrats 

insolubles (polymères: cellulose, hémicellulose, amidon, 

protéines, lipides) en fragments solubles (monomères) 

• Les bactéries anaérobies facultatives consomment l‟O 2 

dissout dans l‟eau et causent de ce fait une réduction du 

potentiel redox nécessaire au développment des bactéries 

anaérobies strictes. 

• Glucides qqus heures 

• Protides et Lipides qqus heures à qqus jours 

• Lignocellulose qqus semaines 

• Lignine „ indigestible‟

Bactéries hydrolysantes 

Genre Species Description 

Bacteroides uniformis immobiles, Gram-neg, bâtonnets 

acidifaciens 

vulgatus 

ruminicola 

Lactobacilus pentosus immobiles, Gram-pos, bâtonnets 

plantarum endospores 

Propioni-bacterium microaerophilium immobiles, Gram-pos, bâtonnets 

propionicus 

cyclohexanicum 

spores X 

Sphingomonas subterranea présentes dans les sédiments profonds 

Sporobacterium olearium 

Megaspheara elsdenii rumen 

Bifidobacterium 

X

2 Acidogénèse 

Substrate Inorganic 

H2O Organic fraction 

Carbohydrates Proteins Lipids 

Monosaccharides Amino Acids Long Chain Fatty Acids 

Anaerobic 

Digestion 

Volatile Fatty Acids 

(VFA) 

HPr, HBu, HVa,… 

HAc 

CH 4 

HVa: valeric acid (C5) 

HBu: butyric acid (C4) 

HPr: propionic acid (C3) 

HAc: acetic acid (C2)

Bactéries acidogènes 

La majorité des acidogènes participent aussi à l’hydrolyse ! 

Genres: Clostridium, Ruminococcus, Paenibacillus 

1. Clostridium: grand groupe diversifié 

Clostridium tetani (tétanos) Clostridium botulinum (botulisme) ?

Bactéries acidogènes 

2. Ruminococcus: Glucides Acetate, Formate, Succinate, Lactate 

EthOH, H 2, CO 2 

3. Paenibacillus: Glucides Acetate, Formate, Lactate, Propionate

3. Acétogénèse 

Les acétogènes produisent obligatoirement H 2 

Inhibition si forte pression partielle en H 2 

Symbiose nécessaire avec des bactéries consommatrices d‟H 2

3 Acetogénèse 

Bactéries homoacetogènes réduisent l‟H 2 et CO 2 en Acétate

Bactéries acetogènes 

• Symbiose obligatoire avec des bactéries consommatrices de H 2 

• Régénération = 84 h 

• Acides organiques, Alcooles, a.a. Acetate, CO 2, H 2

4. Méthanogénèse 

Acétoclastiques Hydrogénotrophes

Bactéries methanogènes 

• Bactéries primitives = Archaea 

• Possèdent le co-facteur F420 (transporteur d‟H 2, autofluorescent) 

• Principaux = Methanobacterium, Methanospirillum, Methanosarcina 

• Archaea methanogènes = 

• Anaerobie stricte !!! 

• Substrats = acetate, formate, methanol/H 2, H 2/CO 2 

• Nikel dépendantes 

Methanosaeta 

Methanosarcina 

Bactérie méthanogène 

en symbiose avec le 

protiste Nyctotherus 

ovalis (dehydrogenase 

coenzyme F 420)

H 2 

CO 2 

acide acétique 

Bactéries methanogènes 

bactéries hydrognotrophes 

METHANOGENESE 

bactéries acétoclatiques CH 4 

methanol CH4 bactéries methyltrophiques 

CH 4 

CO 2 

1

Compétition Bactérienne 

• Bactéries réduisant les sulfates 

•Réduisent le SO 4 2- en H2S en utilisant l‟acétate et H 2 

• consomment les deux substrats principaux de la méthanogenèse 

• Il faut maintenir un ratio Substrat/ SO 4 2- > 3 

•Desulfobacterales 

•Desulfovibrionales 

•Syntrophobacterales 

•Thermodesulfobacteria 

Desulfovibrio vulgaris

Compétition Bactérienne 

• Bactéries homoacétogènes 

•Réduisent H 2 et CO 2 en Acétate 

• consomment l‟H 2 

•compétition avec les méthanogènes hydrogénotrophes (!) 

• favorisent les méthanogènes acétoclastiques (=acétotrophes) 

• Digesteurs agricoles 

• Passé: CH 4 70% viendrait AcAc et 30% CO 2 + H 2 = CH 4 

• Depuis Klocke 2007 et 2008 l‟inverse a été démontré !

Partie Pratique

Les paramètres utiles à suivre 

Biogaz à la ferme 

et les bonnes pratiques pour assurer une 

biométhanisation stable

La Biométhanisation à la ferme 

Substrats = Matière organique : 

•Déjections animales 

•Production végétale 

•Sous-produit de l‟agro- 

alimentaire, ménages,… 

V s (m 3 /j) 

A. Quel substrat ? (qualité, digestibilité) 

CH 4 , H 2 

Quel approvisionnement ? OLR = m S x [DOM] / Vr (DOM kg/m 3 j) 

Quel temps de séjour ? HRT = Vr / Vs (j) 

Vr (m 3 ) 

T°, pH 

CO 2 , H 2S, H 2O 

Digestats : 

•MO non digérée 

•N, P, K 

•Odeur réduite 

m s (kg/j) V D (m 3 /j) 

Mélange 

Et la BIOLOGIE 

Vg (m 3 /j) 

%CH 4 %CO 2 

m D (kg/j) 

C. Les digestats peuvent-ils 

encore produire du CH 4 de 

manière rentable ? 

B. Phénomènes d‟indigestion ? Acidose, Intoxication NH3, métaux lourds, antibiotiques, sels, T° 

?

La Digestion Anaérobie 



AGV, CO 2, H2, Alcoles 


CH 4, CO 2 

Hydrolyse 

pH 

4.5 – 6.3 

Caractéristiques 

temps O 2 

heures 

Acidogénèse 4.5 – 6.3 heures 

Acetogénèse 6.8 – 7.5 1-4 jours 

Méthanogénèse 6.8 – 7.5 5-15 jours

Les facteurs limitants et d’inhibition 



AGV, CO 2, H 2, Alcools 


CH 4, CO 2 

Hydrolyse lignine, mélange 

Acidogénèse 

Acetogénèse 

exo-enzymes 

H 2S, NH 3, sels, 

antibiotiques 

Excès H 2, H 2S, NH 3, 

sels, antibiotiques, T° 

O 

Méthanogénèse 

2, pH, T°, Cu, sels , 

carence Ni 

Etroite association/actions concertées !

Perturbations du processus 

• Intoxication due aux AGV (Acidose, pH3kg/m 3 dig.) 

• Intoxication due à H 2S (H 2S>50 mg/l dig.) 

• Intoxication due à l‟O 2 (O 2>0.1 mg/l dig.) 

• Intoxication due aux métaux lourds 

(Cu, Zn, Cr, Pb, Fe, Cd) 

• Intoxication due aux 

antibiotiques/désinfectants etc… 

– Que se passe-t-il ? 

– Origine ? 

– Comment les détecter ? 

– Comment y remédier ?

Acidose 

• Que se passe-t-il ? 

• Origine 

• Comment la détecter à temps ? 

• Comment y remédier ?

Acidose : Que se passe-t-il ? 

Signes annonciateurs 

Accumulation: 

• H 2 et CO 2 

• acides organiques 

Chute: 

•pH 

•CH 4, m 3 biogaz 

Polymères Complexes 

Carbohydrates, Lipids, Proteins, Ac nucléiques 

Hydrolysis 

monomères, dimères 

sucres, acides gras branchés, a.a., 

Acidogenesis 

AGV : Ac., Prop., But, 

Alcools, Acetone, CO 2 , H 2 

Acetogenesis 

Acetate H 2, CO 2 

Methanogenesis 

CH 4 + CO 2 

Bact.Hydrolytiques 

Bact. Acidogènes 

Bact. Acetogènes 

Bact. Methanogènes

Acidose : Origine ? 

• Alimentation excessive 

• Substrats trop fermentescibles 

• Inhibition des ACETOGENES par: 

– Antibiotiques, désinfectant 

– T° 

– H 2S (protéines) 

– Sels (STEP) 

• Inhibition des METHANOGENES par: 

– T° 

– Cu, Zn, Cr, Pb, … 

– O 2 (introduit avec les substrats) 

– Carence en Ni 

gas (m3/t) 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

Bourbes de vinification (riche en sucres solubles) 

CH4 (m3/t FM) 

CO2 (m3/t FM) 

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 

heures

Acidose : Comment la détecter ? 

1. Paramètres communément disponibles sur site 

• Chute de production de biogaz 

• Perte de qualité du biogaz (CH 4 < 50%, CO 2 > 50%) 

• pH < 7 

• Déplacement de l‟H 2S vers la phase gazeuse 

SOUVENT IL EST DEJA TROP TARD !!!

Acidose : Comment la détecter ? 

2. Paramètres plus sûrs car précurseurs de l‟acidose 

• Augmentation de la pression partielle en H 2 

• Chute de l‟alcalinité totale = pouvoir tampon 

= amortisseur d‟acidité 

• Accumulation des AGV et modification de la balance en 

AGV (proprotion d‟Ac Ac chute alors que Prop, But, 

Val augmentent)

Pression partielle en HYDROGENE (H 2) 

• Le plus précoce = H 2 puisqu‟il 

inhibe le processus 

• H 2 est quasi insoluble dans l‟eau et 

se retrouve donc dans la phase 

gazeuse 

mesurer la pression partielle en H 2 

dans le biogaz 1ppm < H 2 < 100 

ppm 

• Détecteur à H 2 à prix abordable 

existe aujourd‟hui sur le marché 

• Attention aux interférences avec 

H 2S et NH 3 capteur spécifique 

phase de développement 

Projet INTERREG IV A OPTIBIOGAZ

H 2S concentration (ppm) 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

Suivi de l‟Hydrogène 

Double feeding rate Temperature decrease 

09/08 11/08 13/08 15/08 17/08 19/08 21/08 23/08 25/08 27/08 29/08 

Date 

H2S biogas rate 

H2 feeding rate 

CH4 CO2 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

CH4, CO2 (%) and H2 (ppm) concentration, biogas production rate (mL/min) 

and feeding rate (g/100L)

H2 [ppm] 

1500.0 

1300.0 

1100.0 

900.0 

700.0 

500.0 

300.0 

100.0 

-100.0 

2011-04-07 00:00 

2011-04-17 00:00 

Suivi de l‟Hydrogène 

2011-04-27 00:00 

2011-05-07 00:00 

Hydrogen 

2011-05-17 00:00 

Date 

Pilot 1 Pilot 2 Pilot 3 Pilot 4 

2011-05-27 00:00 

2011-06-06 00:00 

2011-06-16 00:00 

2011-06-26 00:00

Source: Melanie HECHT, unpublished 

Chute de l‟alcalinité totale 

• Alcalinité totale = pouvoir tampon = “amortisseur” d‟acidité 

• Principal acteur = CO 2 = carbone inorganique (TIC ou TAC) 

• Tampon d'acide carbonique (H 2 CO 3 ) et de hydrogénocarbonate 

(HCO 3 - ) maintient le pH entre 7,35 et 7,45. 

AGV 

pH 

TIC 

6.5 10.4

Comment mesurer l‟alcalinité totale (TIC) ? 

Titrateur automatique 

www.hach-lange.de 

TIC 

TAC= 20ml 

V × M TAC× 250 

TIC: Total Inorganic Carbonate (mg/kg) 

V: volume of sample (mL) 

MTAC : amount of 0.05 M sulfuric acid im mL 

Problèmes: 

•Réalisé en laboratoire 

•Forte production de mousse (CO 2) 

•Utilisation H 2SO 4 [conc] 

•Sonde pH pour solution organique

Comment mesurer l‟alcalinité totale (TIC) sur site? 

http://www.biogaspro.de/index.html

Le QUANTOFIX ou l‟AGRO-LISIER pourraient être adaptés 

Coopagri Bretagne, mars 1995 

TIC 

CO 2 + H 2O H 2CO 3

Accumulation des AGV tot et modification de la 

composition en AGV 

• Lorsque l‟Acetogenèse est inhibée par l‟excès d‟H 2, les AGV de 

taille supérieure à l‟acétate (C2) s‟accumulent 

• Le premier à s‟accumuler est l‟Ac propionique (C3) 

Dans la pratique il n‟y a pas de 

valeur standard pour les AGV tot 

Chaque digesteur est unique !

• Spectre en AGV 

• C2 Ac Acétique CH 3-COOH 

• C3 Ac Propionique CH 3-CH 2-COOH 

• C3 Ac Lactique CH 3-CHOH-COOH 

• C4 Ac Butyrique CH 3-(CH 2) 2-COOH 

• C5 Ac Valérique CH 3-(CH 2) 3-COOH 

• C6 Ac Caproïque CH 3-(CH 2) 4-COOH 

• C8 Ac Caprylique CH 3-(CH 2) 6-COOH 

• C10 Ac Caprique CH 3-(CH 2) 8-COOH 

• Extraction par entraînement à la vapeur et 

titration (AGV tot), Chromatographie 

• Les premiers à s‟accumuler sont les AGV de 

taille supérieure à l‟acetate. Accumulation du 

propionique au détriment de l‟acétique 

• Les AGV branchés (isoBut, isoVal) sont plus 

difficilement transformés en Acétate 

• [Ac Acétique] / [Ac propionique] 3 est OK 

4.50 µS 

3.00 

2.00 

1.00 

0.00 

– Lactic acid 

- Acetic acid 

- Propionic acid 

10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 

- i-Butyric acid 

- n-Butyric acid 

min

Acidose : Comment y remédier ? 

• Stopper l‟alimentation !!! 

• Mélanger pour favoriser les échanges entre bactéries 

• Diluer ? 

• Ajout de NaHCO 3 (CaO, CaCO 3) 

•Réaction rapide 

•Augmentation du pH et de la capacité tampon des digestats 

•Faire un test préliminaire (10 litres de digestat + incrément de 1 g de 

NaHCO 3 jusqu‟à un pH de 7.8 puis extrapoler au volume du digesteur) 

•Un stock de sécurité de 500 kg est recommandable 

• Dévier le digestat acidifié vers un méthaniseur à lit fixe


• Intoxication due aux AGV (Acidose, pH 3kg/m 3 dig.) 

• Intoxication due à H 2S (H 2S > 50 mg/l dig.) 

• Intoxication due à l‟O 2 (O 2 >0.1 mg/l dig.) 






– Origine ? 



Intoxication à NH 3 


• Origine 



Intoxication à NH 3 : Que se passe-t-il ? 

•Excès de protéines dans la ration 



Hydrolysis 



Acidogenesis 



Acetogenesis 

Acetate H2, CO2 


CH4 + CO2 

•Accumulation d‟NH 3 dans le 

digestat pH augmente ! 

•Effet inhibiteur principal de NH 3 

sur les Acétogènes et les 

Acidogènes 

•L‟Hydrolyse et la Méthanogenèse 

fonctionnent 

•Accumulation de monomères, 

AGV de grande taille, acides 

aminés, sucres, alcools, acétone,… 

•CH 4/CO 2 reste favorable !!! 

•Nm 3 biogaz chute

Intoxication à NH 3 : Origine ? 

• NH 3 > 3 kg/m3 de digestat 

• Les bactéries montrent en 

général une bonne capacité 

d‟adaptation 

• Si le pH ou la T° augmente le 

N-NH 3 devient encore plus 

toxique (fragilité thermophile) 

• Substrats riches en protéines 

• Rapport C/N < 30 

• Gluten, protéines animales, 

lisiers, fumier de volaille,… 

NH3 + H2O NH4 + + OH - 

C‟est la forme N-NH 3 qui est toxique !

Intoxication à NH 3 : Comment la détecter ? 

Titrateur automatique Méthodes colorimétriques 

www.hach-lange.de 

Hors site 

Problèmes: 

•Préparation de l‟échantillon 

•Forte dilution nécessaire

Comment mesurer NH 3 sur site ? 

•Ajout d‟une base en excès 

•Et d‟un oxydant fort NaOCl 

•NH 4 + est converti en NH3 qui est a 

son tour oxydé en NCl 3 insoluble 

•On mesure le volume de NCl 3 

produit par déplacement de la 

colonne d‟eau 

•Pro: Simple et robuste 

•Con: NaOH [conc] et oxydant fort 

PROTECTION

Le QUANTOFIX ou l‟AGRO-LISIER pourraient être adaptés 

N-NH3 

NH3+NaOCl NH2Cl+NaOH 

NH2Cl+NaOCl NHCl2+NaOH 

NHCl2+NaOCl NCl3+NaOH 

Coopagri Bretagne, mars 1995

No 

laboratoire 

Désignation 

de 

l’échantillon 

Exemple d‟intoxication à NH 3 

pH Total des 

acides gras 

volatils en 

mg/kg dans 

la matière 

telle quelle 

Acide 

acétique 

en mg/kg 

dans la 

matière 

telle quelle 


propionique 

en mg/kg 


matière telle 

quelle 


isobutyrique 

en mg/kg 



quelle 


butyrique 

en mg/kg 



quelle 


isovalérique 

en mg/kg 



quelle 


valérique 

en mg/kg 


matière 

telle quelle 


caproïque 

en mg/kg 



quelle 

1726/09 Digesteur 1 7,9 9.433 3.906 4.418 314 71 593 119 12 

1727/09 Digesteur 2 8,0 1.597 187 1.390 10 2 8 - - 

1728/09 Digesteur 3 8,1 1.860 165 1.671 14 1 9 - -

Intoxication à NH 3 : Que faire ? 

• Peu de recommendation dans la litterature ! 

• Stopper l‟alimentation avec le substrat fautif riche en 

protéines et source du NH 3 

• Acidifier le digestat (AcAc), Diluer ?? 

• Réalimenter prudemment avec un substrat fortement 

fermentescible pour retrouver un rapport C/N favorable = 30 : 

production d‟acide 

chute du pH 

NH 3 passe sous forme NH 4 + 

toxicité diminue 

L‟Acetogenèse et l‟Acidogenèse reprennent










– Origine ? 



Intoxication à H 2S 


• Origine 



Intoxication à H 2S : Que se passe-t-il ? 



Hydrolysis 



Acidogenesis 



Acetogenesis 

Acetate H2, CO2 


CH4 + CO2 

•Excès de protéines dans la ration 

•Accumulation d‟ H 2S dans le digestat 

• Effet inhibiteur principal de H 2S sur les 

Méthanogènes hydro-génotrophes, moins 

sur les acétoclastiques, mais aussi sur les 

Acidogènes et Acétogènes 

•L‟Hydrolyse et la Méthanogenèse 

fonctionnent malgré tout 

•Accumulation de monomères, AGV de 

grande taille, acides aminés, sucres, 

alcools, acétone,… 


•Nm 3 biogaz chute

Intoxication à H 2S : Origine ? 

• H 2S > 50 mg/l de digestat 

• H 2S ± 2 000 ppm biogaz 

• Si le pH chute H 2S devient 

encore plus toxique (HS - H 2S) 

C‟est la forme H 2S qui est toxique ! 

• Substrats riches en protéines 

• Kératine = corne, peau, poils, 

plume… 

• protéines animales, lisiers, 

fumier, colza et autres 

crucifères (Brassicaceae) 

• Vitamines (biotine, thiamine, 

coenzyme A) 

-s-s- 

Méthionine Cystéine 

Structure spatiale des protéines

Plumes : 

MS : 26,5 % 

MOS : 95,6 % 

Production cumulée de CH4 [Nm³/ t FM] 

Intoxication à H 2S : Exemple 

35.0 

30.0 

25.0 

20.0 

15.0 

10.0 

5.0 

Plumes de poulet : Production cumulée de CH4 et de CO2 

(MATIERE FRAICHE) 

0.0 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 

Temps [Jours] 


•Nm 3 biogaz chute 

• Plumes: faible digestibilité et risque de corrosion pour les digesteurs et les 

groupes de cogénération. (cornes, poils, plumes, colza, …) 

CH4 

CO2

Intoxication à H 2S : Comment la détecter ? 

Analyseur de gaz sur site 

Capteur électrochimique 

700 ppm Mort Immédiate 

Rappel: 

•L‟intoxication à l‟ H 2S provoque 

principalement l‟inhibition des 

Acétogènes: 

Accumulation des AGV 

Chute du pH 

HS - H 2S 

Déplacement vers la phase 

gazeuse 

Détection accrue d‟ H 2S dans 

le biogaz 

CORROSION !!!

Intoxication à H 2S : Que faire ? 

• Peu de recommendation dans la litterature ! 

• Stopper l‟alimentation avec le substrat fautif riche en 

protéines soufrées, repos 

• Reprendre l‟alimentation prudemment avec un substrat 

fortement fermentescible pour retrouver un rapport C/N 

favorable = 30 : 

production d‟acide 

chute du pH 

H 2S est déplacé vers la phase gazeuse 

Insufflation d‟O 2 dans le biogaz 

2 H 2S + O 2 S 2 + 2 H 2O (fleur de soufre, élémentaire) 

L‟Acetogenèse et l‟Acidogenèse reprennent










– Origine ? 



Intoxication à O 2 


– O 2 > 0.1 mg/l digestat 

– Seul l‟Hydrolyse fonctionne bien 

– Accumulation de monomères 

• Origine 

– Introduction avec les substrats (pailles) 

– Désulfurisation biologique (O 2) 

• Comment la détecter ? 

– Capteur O 2 (biogaz) 

– Nm 3 Biogaz chute 

– CH 4 chute 

• Comment y remédier ? 

– Substrats denses 

– Contrôle de la désulfurisation biologique 

Hydrolyse 

Acidogénèse 

Acetogénèse 

Méthanogénèse










– Origine ? 



Intoxication aux métaux lourds

Intoxication aux métaux lourds 


– La méthanogenèse est inhibée 

– Les autres phases fonctionnent 

• Origine 

– Cu > 50 mg/l 

– Zn > 150 mg/l 

– Cr > 100 mg/l 


– CH 4 chute, AGV augmentent, pH chute = Acidose 

– Dosage des métaux lourds en laboratoire 

– ICP-MS (Inductively Coupled Plasma - MS) 


– Eviter les substrats d‟origine inconnue 

– NaHCO 3 

Hydrolyse 

Acidogénèse 

Acetogénèse 

Méthanogénèse










– Origine ? 



Intoxication aux AB désinfectants, etc… 


– Acidogenèse et Acétogenèse inhibées 

– Hydrolyse et Méthanogenèse fonctionnent 

• Origine 

– Médication animale (mammite) 

– Bactériostatiques (élevage porcin) 

– Désinfectants (salle de traite) 

– Poubelle “verte” (AB à usage humain) 


– CH 4 CO 2 biogaz chutent (Acidose ou Intox NH 3) 

– Monomères augmentent 

– Dosage des xénobiotiques en laboratoire 

– HPLC 

Hydrolyse 

Acidogénèse 

Acetogénèse 


– Eviter les substrats d‟origine inconnue Méthanogénèse 

– Séparer les animaux malades du troupeau 

– Stockage 2-3 semaines, la plupart sont dégradés

INTERROGATION 

Prenez un quart de feuille svp !

1. Les substrats rapidement hydrolysés 

Pomme de terre 

Mélasse, Fruits 

Céréales en grain 

Bourbes, Racines 

Substrat 

à digestion 

rapide 





Nl/kg DOM CH 4 (%) CO 2 (%) 




Biogaz 

Acides 

organiques CH 4 

Rq: Même effet si on suralimente le digesteur 

CO 2

2. Les substrats hydrolysés « idéalement » 

Cellulose 

Ensilage de maïs et de céréales immatures, fumier 

(apport en bactéries méthanogènes), … 

Substrat 



à digestion 

« régulée » Acides 

organiques 



Nl/kg DOM CH 4 (%) CO 2 (%) 




Biogaz 

CH 4 

CO 2

3. Les substrats lentement hydrolysés 

et fortement méthanogènes 

de part leur composition 

Graisses (insolubles dans l‟eau) 

Huiles 

Boues de laiterie, fromagerie, chocolaterie Biogaz 

Substrat 



à digestion 

lente Acides 

organiques 



Nl/kg DOM CH 4 (%) CO 2 (%) 




CH 4 

CO 2

4. Les substrats riches en protéines 

fortement méthanogènes 

Déchets d‟abattoire 

Touteau de Colza 

Protéines 



Acides 

organiques 



Nl/kg DOM CH 4 (%) CO 2 (%) 




Protéines riches en Méthionine et Cystéine Biogaz 

Si Excès NH 3 et H 2S 

CH 4 

CO 2

Digestion en 2 étapes 

• On surralimente l‟Hydrolyseur 

• Production rapide et importante d‟Acides organiques 

• Inhibition des Acétogènes et Méthanogènes 

• Production de CO 2 (80%) et d‟H 2 (20%) 

• Dégradation de molécules 

récalcitrantes (ulvanes) 

• Substrats fortement 

dégradables présentant un 

risque d‟acidose (fruits, 

légumes, racines, …) 

• Fumier, ensilages 

Hydrolyseur 

CO 2 H 2 

H 2S 

Ac org. 

Méthaniseur 

CH4 =70%

Diagnostic ? 

Ration: 

1500 kg/j de céréales 

750 kg/j de contenu de pense de vache 

750 kg/j graisses de flottation 

Echantillon pH 

AGV 

totaux 

en 

mg/kg 

de MS 


acétique 

en mg/kg 



propionique 

en mg/kg 


Analyse du digestat: 

FOS: 17.300 mg/l 

TAC: 24.800 mg/l 

FOS/TAC 0,70 

pH 7,95 

Ntot: 10 g/l 

N-NH 3: 7.9 g/l 


isobutyriqu 

e en mg/kg 



butyrique 

en mg/kg 



isovalériqu 

e en mg/kg 


Biogaz: 

CH4: 58% 

CO2: 41% 

Faible production 


valérique 

en mg/kg 



caproïque 

en mg/kg 


Digesteur 1 7.9 17300 6206 10018 514 71 593 119 12 

Digesteur 2 8.0 1597 187 1390 10 2 8 - - 

Digesteur 3 8.1 1860 165 1671 14 1 9 - -

Diagnostic ? 

Biogaz: 

CH4: 48% 

CO2: 50% 

Faible production 

Echantillon pH 

AGV 

totaux 

en 

mg/kg 



acétique 

en mg/kg 



propionique 

en mg/kg 



isobutyrique 

en mg/kg 



butyrique 

en mg/kg 



isovalérique 

en mg/kg 



valérique 

en mg/kg 



caproïque 

en mg/kg 


Digesteur 5.5 14 883 5 050 2 327 270 3 693 540 1 428 1 575

• Connaissance des substrats 

Conclusions 

• Suivi quotidien de la T°, CH 4, CO 2, H 2S, O 2, H 2 

• Suivi hebdomadaire du pouvoir tampon (TIC) 

• Suivi NH 3 si substrats à risques 

• Isoler les effluents des animaux malades 

• Attention aux métaux lourds sous forme soluble (Cu, Zn) 

• Attention au sels (KCl, NaCl) STEP 

• Attention aux cosmétiques (SiH4, siloxanes) 

• Contrôle rapproché de l‟insuflation d‟O 2 

• Chaque digesteur est unique !

Merci ! 

Références: 

CO 2 

Dieter Deublein and Angelika Steinhauser. 2008. Biogas from 

wastes and Renewable resources. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co 

KGaA, Weinheim, Germany. 443 pp. (ISBN 978-3-527-31841-4) 

Michael H. Gerardi. 2003. The microbiology of anaerobic 

digesters. Wiley-Interscience, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 

New Jersey. 177 pp. (ISBN 0-471-20693-8) 

CH 4

Microbiologie de la Digestion Anaérobie - AILE

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