Potentiel du nez électronique comme outil de détection d'évènements de suralimentation de digesteurs anaérobies

Le succès croissant des énergies renouvelables et locales provient du développement de politiques favorables aux énergies vertes dont le résultat est le développement croissant de la filière de méthanisation agricole en Belgique et au Grand Duché du Luxembourg. La plupart des stations de méthanisation agricole ne peuvent travailler à un rendement optimum afin d'éviter toute suralimentation des réacteurs qui conduit à une perturbation de la digestion. De plus, le monitoring du processus est réalisé par des analyses sur la phase liquide dont les délais ne permettent pas de gérer instantanément le processus de digestion. De cela apparait la nécessité d'un outil simple de suivi servant à prévenir en ligne toute perturbation du processus et de réagir rapidement.
Dans cette optique, le nez électronique est un outil potentiel du suivi en ligne des réacteurs anaérobies basé sur l'analyse de la phase gazeuse. Les nez électroniques sont composés d'un réseau de capteurs à gaz non spécifiques qui peuvent répondre à différentes substances dans une matrice complexe, comme le biogaz, et produire des réponses complexes qui sont traitées par analyses multivariées et par des systèmes de reconnaissance. L'objectif de cette étude est de démontrer la capacité d'un système type nez électronique comme un outil robuste, fiable et facile à utiliser pour le suivi du processus des réacteurs anaérobies à la ferme et prévenir des situations de suralimentation des digesteurs.
Un nez électronique composé de six capteurs gaz à semi-conducteurs a été testé pendant deux mois sur douze mini-digesteurs semi-continus inoculés avec de la boue anaérobie (1,5 L; 2,2% MS; 54,4% MOS). Les mini-digesteurs ont été nourris avec trois types de substrats: (i) saccharose; (ii) lipides et (iii) un mélange de lipides et saccharose en proportion 1:1. Deux stratégies d'alimentation ont été suivies: un contrôle avec un taux de charge organique de 1,33 g.L-1.jour-1 et une stratégie de suralimentation croissante évoluant de 1,33 à 5,33 g.L-1.jour-1. La concentration en méthane, dioxyde de carbone, sulfure d'hydrogène et monoxyde de carbone et le pH ont été mesurés quotidiennement sur le biogaz issu des mini-digesteurs. Les échantillons de biogaz ont ensuite été dilués 25 fois avec de l'air de référence avant d'être analysés sur le nez électronique.
Les résultats de l'analyse en composantes principales des signaux des six capteurs à gaz du nez électronique démontrent que les situations de suralimentation sont détectées par le nez électronique. Les taux de charge organique élevés (> 3 g.L-1.jour-1) sont séparés des contrôles (1,3 g.L-1.jour-1). Les différents types de substrats sont également distingués dans le graphique des composantes principales mais les contrôles de chaque type de substrat sont proches et forment un zone de digestion stable (taux de charge < 3 g.L-1.jour-1) indépendante du substrat.
Cela démontre le potentiel du nez électronique à prévenir des phénomènes de suralimentation des digesteurs anaérobies, indépendamment du substrat utilisé. L'intensité de la suralimentation peut-être estimée par la distance euclidienne par rapport au centre de gravité des scores des mini-digesteurs contrôles.
Ces résultats devront être validés sur des réacteurs pilotes et finalement sur des installations réelles.