S, LECLERCQ E, TINE E,S, DE SAINTE CLAIRE ...
S, LECLERCQ
E, TINE
E,S, DE SAINTE CLAIRE
FERMENTATIONS IYÉTHANIQUES
D E ~IACROPHYTES YARINS
DOCUMENT SCIENTIFIQUE
C E N T R E D E R E C H E R C H E S UCÉaNOGiRaPHIQUES U E D A K A R - TIARUYE
* INmuT sÉNÉ6aLaIs QE RECHERCHES AGRICOLES 4
- I l . “ - “ . - -
- - . - . - - - -
SEPTEMBRE 1985
1
FERMENTATIONS METHANIQUES
DE MACROPHYTES MARINS
Stepilarle L E C L E R C ) ( ’ ’ , E m m a n u e l T I N E (‘) e t
Erlmclrlue / SIJ IS’;C r!i S A I N T E CLAI R E (2)
R E S U M E
une importante biomusse algale s'échoue,chaque annee,
de novembre à juin, en certains endroits de la côte
du
Gnégal. Cette biomasse , qui n'est pas utilisée,
contri-
bue à la pollution des plages. C'est pour cela que
les
auteurs ont tenté, en utilisant des procédés de
biotech-
nologie de valoriser cette biomasse par la filière
bio-
gaz-compost, la transformant en deux sous produits : un
biogaz (combustible) et un compost à usage agronomique.
Le point de départ de cette recherche a consisté
à
trouver l'inoculum bactérien adapté à ce substrat et à la
fermentation en eau de mer. Cet inoculum a été extrait de
boues de mangroves. La microflore active a été progressi-
vement adaptée au substrat algal, dans des réacteurs
en
discontinu, puis utilisée dans des digesteurs en continu
de laboratoire et un pilote de 150 litres.
Les principaux résultats exposés dans
cet
article
sont constitués par l'analyse
de la composition algale,
la descr.iption des procédés de fermentations en disconti-
nu, puis en continu, et l'analyse des composts obtenus.
(1) Antenne ORSTOM de Microbiologie des fermentations
([JR 601) à l'ENSUT ORSTOM BP 1386 Dakar (Sénégal).
(2) Technicien supérieur ORSTOM, en poste au CRODT-
ISRA BP 2241 Dakar (Sénëgal).
-2-
S LTMMARY
A significant sea-weed biomass landed,
each
year,
!rom november to june, in some
parts of the senegalese
sea
shore. Such a biomass,
non used, contributes to the
beach pollution. SO, assays were settled-up to valorise
it by a biotechnical way, using methanogenic fermentative
processes producing biogas and organic fertilizers.
First step of research was to fund an
adaptated ino-
culate.
It was extracted from tfdal mai-igrq-ave soils, and
active microflora was progressively adapted to algal bio-
mass
in batch reactors,then used in continuous digestors
to optimize biogas production.
Main reported results concerned sea-weed composition,
batch fermentatives processes,assays on continuous diges-
tors and fertilizers' composition.
-3-
T A B L E D E S M A T I E R E S
INTRODUCTION
1. CONTEXTE LOCALISATION, ESTIMATION DU VOLUME D'ALGUES
2. MATERIEL ET METHODES D'ANALYSES
2.1. Fermenteur de laboratoire en discontinu
2.2. Fermenteur de laboratoire en continu
2.3. Analyses des gaz
2.4. Analyses des acides gras volatils
2.5. Autres analyses
3. RESULTATS ET DISCUSSION
3.1. Composition des algues
3.2. Sélection de L'innoculum
3.3. Fermentation discontinue des algues marines
3.4. Fermentation des algues en continu
3.5. Analyse du compost.
CO-JCLIJSIONS
- 4 -
I N T R O D U C T I O N
D'importantes qwantités d'algues marines s'échouent chaque année sur la
"Petite Côte" du Sénégal, entre Dakar et Goal-Fadiouth, parfois sur une hau-
teur de 50 cm le long des plages.
Cette accumulation d'algues sur l'estran constitue une biomasse végé-
tale non encore valorisée, et représente au contraire une gène par les nui-
sances provoquées par leur décomposition naturelle (en baie de Hann par
exemple).
Différentes filieres de valorisation ont été envisagées comme la fabri-
cation de compost ou l'extraction de composés utilisés en industries pharma-
ceutique ou alimentaire.
IJn des buts de recherche de l!antenne de microbiologie ORSTOM de l'ENSUT
à Dakar est de tester les possibilités de valorisation des déchets organiques
par fermentation méthanique (la filière biogaz-compost) en passant par la re-
cherche d'inoculums spécifiques. Ainsi nous avons lancé en collaboration
avec le CRODT des essais de fermentation méthanique des algues.
Quelques recherches ont été réalisées dans le monde sur ce theme, notam-
ment par RYTHER et al.,
-
-
1980, aux Etats-Unis et par BROUARD, BORICS et SAUZE,
19;32-83 en France (INRA, Narbonne).
Cependant ces essais peu nombreux fournissent peu de données sur la fer-
mentation méthanique des algues : aucune n'a été réalisée sur les côtes
d'Afrique de l'Ouest.
L'ensemble de nos recherches s'est déroulée en 4 phases, la dernière
état tan cour': de tialisation :
1) Sélection d‘un inoculum spécifique capable de dégrader un mélange
d'algues de caractéristiques constantes.
2) Essais de fermentation en discontinu sur des pilotes de laboratoire
de 2,5 1.
:i) Essai de fermentation en continu sur un pilote de laboratoire de
0;75 1.
4) Essai de fermentation en continu sur un pilote de 150 litres.
Ces pi.Lotes de fermentation ont été mis au point et i~lstalle au CRODT.
Ces essais nous ont permis, successivement, de sélectionner l'inoculum, de
connaltre la fermentescibilité des algues, les conditions optimales de tra-
vail, les rendements en biogaz et la qualité du compost obtenu.
1 .
C O N T E X T E ,
L O C A L I S A T I O N ,
E S T I M A T I O N
D u
V O L U M E D ' A L G U E S
Globalement,
des algues s'échouent tout le long de la "Petite Côte" du
Sénégal, entre Dakar 6?t Joal, avec une période dominante entre décembre et
juin.
/
MAURITANIE
Dakar
ITE
Joa.1
.TC"
GUINEE BISSAU
Les quatre principales espèces rencontrées sur cette côte sont :
- UZva Lac twa
- Cladophora s.p.
- Hypqe~ museifmmis ut fiypneir i8ruicornis
et on trouve moins fréquement : COdiW?l 8.1)., Sargasswn S.P. et i@odocea
nodosa (une phanérogramme).
Les trois espèces d'algues
I~LVi.Z, h!ypnea et CZadophora constituent
L)~US de 20 % des dépôts sur toute La côte.
Les données quantitatives sont très difficiles à estimer du fait de la
quantité d'algues flottantes, d'algues enterrées et de la difficulté de sé-
parer les algues fraiches de celles déjà décomposées et de connaltre leur
taux de renouvellement en mer.
De plus, on remarque des variations annuelles importantes, dues aux
conditions climatiques.
Cependant, des sorties mensuelles effectuées par le CRODT (1. GNING,
1985) ont permis d'évaluer les quantités et de localiser ces algues.
On note deux pôles principaux où les algues sont présentes : d'abord
à proximité de Dakar, en baie de Hann et jusqu'à Rufisque, on trouve essen-
tiellement l.‘i~a et Ciladophora dont on estime la quantité à 100 à 500 tonnes
de matière seche par an.
- 6 -
Ie deuxième pôle se situe entre Mbodiène et Joal, où l'on trouve de
grosses quantités d'un mélange : 40 “s Cladophora, 50 % Hypma et 10 % de
Q,?n&bcea et localement un peu d’lJh?ct.
On en estime la quantité à 300 à
500 tonnes de matières sèches sur 30 km de côte.Le dépôt peut atteindre par
endroits 2UO kg de matière fraîche par mètre linéaire de plage.
Entre ces deux pôles, on trouve localement un autre mélange : Hypwu
50 &, Cladcphra 30 %, Ulva 20 % surtout entre Mbour et Mbodiène, mais en
quantites moindres. Sur l'ensemble de la Petite Côte, la production annuelle
est estimée à environ 10 000 tonnes d'algues sèches (MOL:ION 1975).
3
*-
.
M A T E R I E L S E T
M E T H O D E S D ' A N A L Y S E S
2.t. FERMENTEURS DE LABORATOIRE EN DISCONTINU
Les réacteurs utilisés pour la fermentation en discontinu sont des mo-
dèles de laboratoire de 2,5 litres, maintenus à 35 - 37OC dans un bain marie
chauffé et brassé par un bloc thermoplongeur thermostaté (fig.1).
Le niveau est maintenu constant grâce à une réserve d'eau déminéralisée
reliée au bac par un tube de ver.re. L"évaporation est limitée par une feuil-
le de plastique recouvrant le bain.
Les fermenteurs sont agites manuellement en les secouant une à deux fois
par jour. Cette agitation sommaire et le fait que les algues ne sont pas bro-
yées expliquent que nous avons dû réaliser nos essais à de faibles concentra-
tions en matière sèche.
La production journalière de gaz est mesurée dans des éprouvettes graduées
plongées dans une solution acide de sulfate de potassium, pour éviter la solu-
bilisation du gaz carbonique (H2S04 - 30 ml/l, K2S04, Helianthine) .
L'evolution du pH est suivie tout au cours de la fermentation.
2.2. FERMENTEUR DE LAHORATO1R.E EN CONTINU
L'essai de fermentation en continu a été réalisé en réacteur de 0,75 1
(f:.cJ. 2)
* le substrat est constitue d'algues séchees, broyées, remises en
solution dans l'eau de mer. Le dispositif de chauffage est le même que celui
décrit pour la fermentation discontinue.
Le fermenteur est agité et alimenté chaque jour. Une pompe péristaltique
aspire le volume d'algues fermentées et par simple dépression un volume iden-
tique d'algues frarches est admis dans le réacteur. Au cours de 1"alimentation
la sortie de gaz est fermée par une pince de Mohr. L'alimentation se fait en
anaérobiose,
tous les les tuyaux Ptant remplis de substrat. Le prélevement se
fai.t dans une éprouvette graduée permettant ainsi une mesure précise du vo.lume
d'algues fraîches introduit dans le réacteur.
---
‘il--‘
..-I”_._s
A- Alimentation du fermenteur : algues sèches broyées en solution
B- Sortie du fermenteur : algues fermentées
a- fermenteur 750 ml
b- gazomètre 1000 ml
c - Bain-marie Polystat
d - Réserve d'eau distillée pour le maintien de niveau
e - Pompe péristaltique
2.3. ANALYSES DE GAZ
La composition du Biogaz (pourcentages en méthane, gaz carbonique et
air! est mesurée par chromatographie en phase gazeuse (CPG) dans les condi.-
tiens suivantes :
. Chromatographe Beckman GC 2120 à catharomètre
. Colonne en acier inox de 3 mm x 1,5 m rempli de charbon actif
. gaz vecteur : Hélium
. Pression du gaz vecteur dans la colonne : 2 bras
. Température du four : 50°C
. Température de l'injecteur : 60'~
. Température du détecteur : 1OO'C
. Catharomètre réglé à 150 mA.
Le pic composite d'air (0
+ N ) sort à 2 mn, le méthane à 6 mn et 1.e
yaz ::arbon.ique à 20 mn (fig. 37. 1 .2
1~ volume de gaz injecté est de 1 I!I;!.
L'établissement des courbes d'étalonnage se fait en fonction de la hau-
teur des pics d'air et de gaz carbonique et de la surface du pic de méthane
Figure .3.- Chromatogramme du biogaz.
-lO-
2.4. ANALYSES DES ACIDES GRAS VOLATILS
Les AGV contenus dans les fer-menteurs sont dosés par chromatographie
en phase gazeuse. La séparation chromatographique est réalisée à l'aide d'un
chromatographe DELSI 300 FF 1 EV muni d'un détecteur à ionisation de flamme.
.Colortne en acier inox 3 m x 0,5 mm remplie de Porapak S 80 - 100 mesh.
. Gaz vecteur : Azote
. Pressiondu gaz vecteur 2,3 bars
. Température du four 17O'C
. Température de l'injecteur 25O'C
. Température du détecteur 250“~
. Débits d'air et d'hydrogène 300 ml/mn et 30 ml/mn.
Les AGV sont directement introdu-ts canu le chrcmatographe sans traite-
ment préalable. Nous avons choisi pour calculer la concentration en AGV,
l'acide butyrique comme standard et le rapport Surface Acide Butyrique
~--
Surface Acide Butyrique témoin lml.
permet d'effectuer le dosage.
Les analyses de biogaz et des acides gras volatils en chromatographie
en phase gazeuse ont été réalisées à l'antenne de microbiologie OPSTOM de
L'ENSUT.
2.5. AUTRES ANALYSES
A l'analyse des différents éléments N, P, K Na etc... entrant dans la
com.position des algues et du compost a été réa1isé.e par le laboratoire de
I~OESTOM HANN de chimie des moyens analytiques.
Nous avons également effectué les analyses suivantes à l'antenne de mi-
crobiologie OESTOM de L'ENSUT :
. MS = Matières sèches : résidus sec à 105°C
. MM = Matières minérales : résidus sec à 5OO'C.
(Les MSU matières sèches volatiles sont obtenues en faisant la différence
t:nt:re les MS et les MM).
. TAC = Titre alcalimétique complet. Dosage titrimétrique au pH metre
avec de l'acide sulfurique (Normes Françaises - juillet 1977).
* DC0 = demande chimique en oxygène. Oxydation des matiëres organiques
en milieu acide et à chaud, puis dosage de l'excès d'oxydant (bichromate de
potassium) par du sulfate de fer et d'ammonium (sel de Mohr) en présence d'un
indicateur d'oxydation (Ferroïne).
(Normes Françaises - septembre 1971) *
Enfin les mesures de pH et de NH4+ (ammoniac) sur le surnageant fermenté
ont ét& réalisées au CROIT.
- 1 1 -
3 .
R E S U L T A T S E T
DISCUSSIOXS
3.1. COMPOSITION DES ALGUES
La composition élémentaire des algues révèle une forte teneur en matieres
minérales (30 à 40 % des MS), .et notamment en calcium (BROUARD, 1983). Le
calcium peut Précipite:r en carbonate de calcium augmentant ainsi le pouvoir
tampon du milieu vis-à-vis des acides gras volatils formés au cours de la
fermen,tation des algues.
- -. _ .._ - - .
-_ -.-
-I
!-----
I
I
, ? de la matière solide i::Sj
I
Algues de Joall Cladophora ;
Solides volatils
65 %
60 %
MSV
l
Cendres (Matières minéra-
35 %
40%
:
les MM)
--_--
-
L
Ainsi dans la suite de l'étude nous exprimerons les resultats en fonction
-tes MSV (matières organiques) et non des MS (matières organiques + matieres,
minérales),
la matière oryanique étant seule fermentescible.
La présence de soufre en quantité importante dans les matières sèches
(suivant les variétés d'algues, de 2 à 3,5 %) se traduit par la présence
d'hydrogène sulfuré au cours des essais (BROUARD, 1983) repérable à l'odeur.
La concentration en soufre de l'eau de mer étant 0,9 g/l, les algues séchées
renferment déjà 0,9 8; de soufre provenant de l'eau de mer.
Avec un titre alcalimétrique complet TAC = 6 000 mg/l, les algues en so-
iution dans l'eau de mer constituent un bon milieu tampon pour les acides
volatils (AGv).
L'analyse des êléments minéraux montre une forte teneur en azote et en
;>hosphates,
une teneur en carbone relativement faible. Ceci est une condition
favorable à la fermentation méthanique.
'tableau l.- Composition du mélange U?.Z?O, Hypnea, CZadophorcl à dominante
~4zpzea en '74 de poids sec
- - - - - -
- _ .-
C
N
P
K
Na
Ca
Mg
21,4
2,45
0,18
1,9
3,6
2
1,2
:
-.
Cette analyse permet de calculer un rapport C/N de 9/1 et un rapport
C/N,/P de 120/13,5/1.
En comparant ces résultats avec! ceux obtenus avec le fumier de Bovin
(LECKERCQ, PETITCLERC, 1985) on peut noter que la composition minérale des
algues marines est favorable au développement des microorganismes anaérobies.
-12-
Tableau 2.- Comparaison entre la composition moyenne des algues et le contenu
de pansesde bovins d'abattoirs en % poids
Contenus de Panses
Tableau :1.- Composition en % de poids sec d‘algues pures et mélangêes
I-
Substrat éléments
N P
K
Mélange d'algues
2,45 0,18 1,9
Hynea*
2,g
0,27 0,9
De même, ces résultats sont comparables avec ceux obtenus sur des algues
pures C*I. GNING ; 1985).
~a composition moyenne des algues marines tant en éléments minêraux
majeurs (C,N,P,K) qu'en oligoélêments nous laisse présumer que ce substrat
présente des conditions favorables à une fermentation méthanique par les ger-
mes anaérobies.
..s.2. SELECTION DE L'INOCULUM
La sélection de l'inoculum a été réalisée en ensemçant le mélange d'algues
de cJoal avec différents inoculums dans quatre réacteurs.
a) Boues de vasière prélevées à 200 m à l'intérieur des terres à la. pointe
SANY (boues à forte odeur sulfureuse).
- Fermenteur en eau de mer.
b) Algues préfermentées prélevées sous une épaisse couche à la pointe
SANTI sur la plage. Fermenteur en eau de mer.
-13-
c) Boues de Mangrove prélevées à 2 km de Joal sur la route de Djifère
(Boues grisatres, fortement sablonneuses, a faible odeur de vase). Fermenteur
en eau de mer.
(le choix de cet inoculum a été suggéré par V. JACQ à la suite de ses travaux
de microbiologie sur les rizières de mangrove).
d) Boues anaérobies résultant de la fermentation de fumier de bovins -
fermenteur en eau douce. Ces boues ont été prélevées au 40e jours de fermenta-
tion discontinue du fumier et ont été maintenues en température.
Ies résultats de ces essais nous ont montré que seul le réacteur inoculé
avec des boues de mangrove donnait des résultats satisfaisants : 12,7 1 de
biogaz dont 7,5 1 de méthane. Nous n'avons pas observé de fermentation dans
les réacteurs 1 et 4 ; le réacteur 2 n'ayant produit que 3 1 de biogaz après
une phase de latente de 15 jours.
Les boues de mangroves ont donc été choisies comme inoculum au cours de
L'Ptude de la méthanisation des algues marines.
3.3. FERMENTA'PION DISCONTINUE DES ALGUES MARINES
Nous avons ensemencé quatre fermenteurs avec différentes variétés d'al-
gues, de l'eau de mer et 1"inoculum ainsi présélectionné (cf. tableau 4).
Tableau 4.- Composition des essais de fermentation discontinue.
--_.-
--.
Espece d'algues
eau de mer
Mélange Joal
réfermentées
Le mélange d'algues de Joal est constitué de = 50 % de la variéte
i /y p 1 S!I? 3,, E 40 % de C?,adcpbra et de = 10 % d’iilva lactuca et de traces de
1 )jrnc ~&xwc~ akhw2 . La préfermentation a consisté à laisser les algues en tas
ij L'humidité de la rosée pendant un mois.
Les fermenteurs 1, 2, 3 ont produit dans les conditions d'anaérobiose
un biogaz à forte teneur en méthane proportionnelle à la charge en algues
! f.i.i;. d15),tandis que le réacteur 4 (Ulga hduca) ne donne pas de résultats
satisfisants : le volume de biogaz produit reste très faible.
Les courbes reportent les productions journalières de brogaz et de me-
thane et L'évolution du pH dans les fermenteurs 1 et 2.
Le réacteur 3 ayant reçu une charge organique plus faible (50 g d'algues
dans 2 1) les résultats ne sont portes que sur la courbe des rendements mas-
siques, le rendements volumique étant faible.
Ces courbes de fermentations montrent que la biodégradation des algues
peut etre disssociée en deux phases :
- 1 4 -
( Mi/i I Figure d.-
CLADOPHORA,
HYPNEA. U LVA
B O U E S
DE MANGROVE
P
\\ --
A---- 43--
,----A
.A
,/A--
\\
.-.-.- BlOGAZ
4 *Y
\\
o - - o - - o - - C H 4
1.j
1\\\\
I
\\
Figure 5.-
.-.-.-
VOLUME
G A 2
I
CLADOPHORA
HYNEA, ULVA.
BIOGAZ
FERMENTEUR 2
PREFERMENTEES
BOUES DE MANGROVE
901
l-----l
o - - - o - - o - - ÇHq
b - - A - - A - pH
i
80(
.L .J
8
301
601
soc
‘(00
3oc
6
-.-A-A-
,200
d.OC
-15-
- Une phase d'hdrolyse de la matière organique avec acidification diz
milieu. Sa durée est de 7 à 10 jours et est caractérisée par une évoluticn
du pW vers les valeurs acides (7 à 5,9/5, 8) et une production de CO2 essen-
tiellement (24 à 37 l/kg de MS).
-
.
. .
< .
- Une phase de méthanisation active (du geme/lOeme jour au 251eme/30Leme
jouri au cours de laquelle la flore méthanogène transforme les AGV formés
antérieurement en méthane et gaz carbonique.
(3n peut: observer alors une remontée du pH jusqu'à 7 et 7,5
et la gro-
duc:tion d'un biogaz à 80 à 90 % de CH4 (80 à 100 l/kg de MS).
Alors que pour d'autres substrats les phases d'acidogénèse et de métha-
-
-
nocénese sont simultanées,
~
-
la fermentation des algues marines en anaérobiose
pzsente 2 phases bien distinctes :
~--
1 phase acidogène et une phase méthanogènt:.
L'existence de ces deux phases successives peut s'expliquer par le fait que
les méthanogènes du milieu marin résistent à des pH bas (5,9/6) et à des con-
centrations élevées en AGV, mais ne deviennent actives qu'après une phase de
latente d'une semaine.
La fermentation anaérobie des algues dure 22 jours, la production de
biogaz décroissant rapidement. Le temps de latente étant long (7 à 10 jours)
la production optimum de CH4 se trouve réduite aux derniers 16 jours. Le bio-
gaz produit contient alors 80 % de méthane et des traces importantes d'hydro-
gène sulfure. Dans le milieu fermentaire on note la présence des acides gras
volati.Ls (acide butyrique) et de composés soufrés non identifiés, tous ii for-
te odeur, caractéristique.
Les résultats des essais des fermenteurs 1, 2 et 3 à 20 et 25 jours sont
résumés dans le tableau 5.
Tableau 5.- Résultats de fermentation discontinue des algues
--_
__- ._-^ -..___.- _.----
TEMPS DE SE
- - -
ESSAI 2
La faible charge volumique, l'agitation insuffisante l'absence de bro-
yage et la spécificité de ce substrat fermentant en 2 phases successives aug-
-
men-:ant ainsi le temps de rétention peuvent expliquer les rendements volumiques
en biogaz relativement faibles.
- 16 -
Figure 6.
-
-
'-4.r; rr(*?4ttCvr& .
/3'
E N D E M E N T S VOLUMIQUES
EN METHANE
, I
f II
#i \\i-t-r,,
:
.
b--i,
:
\\
\\IlII
Figure '7.-j RENDEMENTS MASSIQUES EN METHANE
-.-.-.- Fa~n~nt~u,, d
L CH4/ KG. MSV
MAT.VOLATILES)
INITIAL
J O U R S
-17-
ièrn$a courbe des rendements volumiques(fig. 6) montre qu'entre le $eme et 1.e
20'
jour la production de CH4 est de 7,2 1 soit 0,6 1 par jour (12 1
de biogaz).
Da phase méthanogène est caractérisée par un rendement volumique de
!II,>:4 1 de CEr4/1 de fermenteur/jour.
De tableau 6 résume les rendements massiques (fig.7) des differents fer-menteurs
en.bnction de La charg e en matière organi.que exprimée en poids de matières
sèches volatiles (MSV).
Tableau CI.- Essais discontinus - Rendements massiques en biogaz et CH~
(Algues Joal)
Avec un rendement en biogaz de 205 l/kg MSV (soit 125 1 CH4/kg MSV) le
fermenteur 1 donne des resultats comparables à ceux obtenus avec d'autres
substrats d'origine agricole. Le fermenteur 3 avec 100 1 CH4/kg MSV se rap-
proche également de ce resultat.
Déjà à ce stade de l'étude, la fermentation
discontinue des algues marines, en eau de mer, inoculées avec de la boue de
rnangrove donne des rendements massiques de transformation énergétique *de la
[natigre organique comparables avec les données obtenues sur substrats pail-
ILeux ou sur des algues fermentées dans d'autres laboratoire (tableau 7).
- 1 8 -
Tableau 7.- Comparaison des rendements massiques de fermentation de divers
algues
-_.
_.
.-.
_._-._
_I_---
I_-_I----
.-
.__..
.-
_
_-.
ESPECE
- - -
ESSAI 1
(Cladophora, Hypné
-__-_."----
ESSAT 2
(Cladophora)
- -
--~-
Hydrodyction f Cladophora
BINOT et al.
~- --' 1981
~----
-~-~---
Laminaria saccharina
TROJANO et aL,1976
-
-
/
Lemna sp.
130
26
WISE et a1
1981
- - L-’
i-----_
s
Illva lactuca
150/190
20
WISE et al., 1979
BROUARD,
1983
1
*--._-.---
-----l--
--~--~~
* temps de séjour.
) 1 CH4/KG MSV 1 TS. (j.)
r-- -..-
__- ---.
,
I
-
Contenu de panses de bovins
1 2 0
2 5
Cependant,
La fermentation en discontinu ne permet pas d'utiliser l'inccu-
lum de façon optimale, et a "L'inconvénient majeur de se produire en deux phases,
avec un temps de latente de 10 jours avant la phase méthanogène.
11. en résulte que mC-me avec de bons rendements massiques, le rendement et
La charge volumique restent beaucoup trop faibles.
Pour résoudre ce problème, et permettre d'augmenter la charge et le
rendement volumique de fermentation (c'est-à-dire pour diminuer le ,tem.ps de
séjour et par conséquent la taille des cuves), tout en conservant le même ren-
dement massique, nous avons testé une fermentation en continu.
3.4. FERMENTATION DES ALGUES EN CONTINU
La fermentation des algues en continu a été suivie pendant 145 jours,
au #cours desquels nous avons progressivement augmenté la charge en MSV {voir
fig. 8 et 9 r+t tab. 8),
Ceci nous permet de diviser le processus d'acclimatation en VI phases
!Comme indiqué sur la courbe d'alimentation). Nous avons alimenté le fermen-
t-eur avec unf3 solution à 10 % de MS, teneur équivalente à celle des algues
fralches.
-19-
- ALGUES MARINES -
r+tiJ1 eau 8.
Résultats de fonctionnement du fermenteur en continu sur
.-_--~-
-
145 jours
i.- ._.. --.-_- _- ._-. _-_-.-. __----~---.~__
i
--. ------~~.
Période
l Alimentation
Production de
Analyses de gaz
gaz
(jours)
(@EV)
(ml>
CH4 %
CO2 %
i
1
-_
5
BATCH 1
160
----.----.--IL-
--A-
I-~~--..
1
!
140
- 145
BATCH 2 : 21
t 'v
-----_-_ ~-..-.-...---..-
1
i
.---
g
3 520
- L - . - - - -
- 2 0 -
Phase T : durée 25 jours
Cette phase correspond à un fonctionnement du réacteur en discontinu
avec une alimentation en MSV de 0 à 1 g. La production moyenne de biogaz est
de 180 ml/j.
Phase .TI : durée 25 jours
-
AU bout de 25 jours nous avons commencé l'alimentation en continu du
fermenteur à raison de 2,6 g de MS/j ce qui correspond à l,!j g de MSV/'j ; le
rendement volumique s'éleva à 205 ml de biogaz/jour.
Phase 1x1 : durée 35 jours
Cette phase dénommée phase d'acclimatation correspond & une alimentation
de 3,5 g de MS/j soit 2 g de MSV/j est caractérisée par une production de bio-
gaz moyenne de 265 ml/jour avec une composition du biogaz variant entre 70
et 75 % de CH4 et de CO2 de 25 à 30 %.
Phase IV : durée 25 jours
-
AU bout de 85 jours nous avons amorcé la montée en charge. L'alimentation
est faite une fois tous les 2 jours à raison de 4,l g de MS/j (2,5 g de MSV/j).
Le rendement volumique en biogaz s'élève alors jusqu'à 345 ml/j.
Phase V : durée 30 jours
Cette phase V ou phase stabilisée correspond à un fonctionnement "opti-
mum" du fermenteur. Pendant les 20 derniers jours nous l'avons alimenté avec
'j g de MS/j (3 g MSV/j.). Le rendement volumique étant de 505 ml de biogaz/
-j.
Phase VI : durée 5 jours
Afin de verifier que le rendement du réacteur était optimum nous avons
réalisé un "Batch" final en.alimentant le fermenteur avec 35 g de MS e.n une
fois soit 21 g de MSV. Le rendement volumique est dans ce cas maximum ,ZI 740
;nl/j pour une fermentation complète obtenue en 5 jours.
Ce résultat montre que nous n‘avions pas atteint le rendement optimum
en fin de phase V.
L'ensemble des résultats des phases 1 à III montre que le rendement vo-
lumique du réacteur est en relation directe avec la charge organique. L'accli-
matation progressive des microorganismes peut exiger jusqu'à 50 jours et les
résultats satisfaisants du fonctionnement d'un tel fermenteur ne sont obtenus
qu'après 120 jours de montée en charge.
Lcts rendements massiques et volumiques de ces phases sont représentés
sur le tableau 9.
U 4J T-i
a,
0
N
‘II 0
k
H
H H
VI Li-l
0 I
M 0
0 I
fu Lt-l
0
r
-
.?
1
c\\1 0
0
-
.
Y 55
0
T 0
0
0
I
Ln 0
0
,
- ‘z! L -
Tableau 9. - Résultats de la fermentation en continu au cours des 6 phases
-1_-
RENDEMENT VOLUMI
1
-
-
-
----_--_I_
IV
V
VI
704
175
- - -i
le rendement volumique du fermenteur croît avec la charge en matière
organique,
il en est de même pour le rendement massique.
En fonctionnement stabilisé (phase V), le biogaz produit contient 7C Ci
?5 % de CH4. On décèle toujours une forte odeur d'hdrogène sulfuré.
Au cours de la phase stabilisée Les différentes analyses effectuées sur
1Le suxnageant ont donné les résultats suivants : le pH se stabilise à '7,4,
Le 'TAC (titre alcalimétrique complet) est de 6 500 mg/l. Le dosage de :L'acide
butyrique par chromatographie en phase gazeuse a permis de déceler une con,-
centration moyenne de 400 à 440 mg/1 cependant que NH~+ est présent dans le
milieu à la concentration de 120 mg/l.
Le DC0 résiduelle dans le surnageant relativement faible (3 000 III~/~)
zémoigne d'une bonne dégradation du substrat.
Dans ces conditions de fonctionnement stabilisé, les résultats fi.naux
&e La fermentation méthanique en continu des algues marines sont consignés
dans le tableau 10.
-23-
Figure 9.-
I
l
I
-24-
T a b l e a u lO.- Résultats de fermentation continue des algues - Phase V
Charge volumique
67 ml/1 ferm./j
Charge massique
I
4 g MSV/l ferm./j
i
Temps de séjour
15 jours
Production de biogaz
5 0 5 ml/j
I
/
Rendement volumique en biogaz
0,67 vol/vol ferm./j
Rendement massique en biogaz
168 l/kg MSV *
% CH4
70 à 75 %
-.
Rendement massique en CH4
125 l/kg MSV
-
-
*l m3 de biogaz à 75 % de CH4 équivaut à 0,9 1 d'essence ou 6 kwh élec-
trique.
Ainsi, en conservant le même rendement massique en méthane que lors de
l'essai discontinu (125 1 CH4/kg MSV), la fermentation en continu permet de
multiplier par 3 le rendement volumique par rapport à la seule phase métha-
.--
ilog&e en discontinu (0,67 vol/vol contre 0,24 pour les 12 derniers jours).
On peut diminuer par 4 le temps de séjour et multiplier par 4 la charge
-
-
cn alyuesg MSV/l cuve/j contre 1,OS). Le coat du m3 de cuve de fermenta-
tien sera amorti 4 fois plus vite en continu.
La phase finale (fiq. 10) (en batc:h : phase VI) nous montre que l'or1 pourrait
enccre améliorer ce résultat. Lors du batch, le temps de séjour descend 2
II) jours, le rendement volumique en biogae passe à 1 vol. de biogaz/vol. de
cuve/j en conservant le rendement massique précédent de 125 1 CH4/KG MSV.
Ceci confirme les résultats de transformation énergétique de la matière or-
ganique trouvés en discontinu et montre l'intérêt majeur de fermenter les
algues marines en continu.
3.4. ANALYSE DU COMPOST
Les boues résultant de la fermentation en anaérobiose des algues marines
contiennent 15 Y3 de matières sèches et présentent une bonne décantabilité
(voir fier.
3 1). La vj-tesse de décantation est de 2,5 mm/mn
on peut ainsi séparer facilement le compost d'algues de la phase liquide
.
_
_
_
+
_
x
*
._
i
‘r,
\\ “_
-
%
u
2
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5
*
P
-
--
l*
à
-
\\
-
-.
1..
,”
-26-
Figure 11.- DECANTATION DES BOUES FERMENTEES
-
2,5 mm/mn.
40 ) 1 , ,
;\\
10
20
30
temps (mn)
Tableau ll.- Analyse du compost % de poids sec
-
-
-
-
C
N
Ca
Mg
C/N
l_------.-.
- - .
i
Al.gues
17,5
1,7
2,7
l,l
lO/l
---.
~--.
/ Panses de bovins
_
c
..-- --~.
50,5
1‘09
0‘55- .
0,16 , 46/1
- - i
- -
le compost d'algues avec un C/N de lO/l a une valeur agronomique supé-
riec.re au compost obtenu par fermentation méthanique des contenus de panses
de bovins (PETITCLERC, LECLERC, 1985).
La teneur en sel (6,5 % de Na) peut constituer un frein à l'utilisation
ide ce compost. Cependant des essais effectués sur un compost d'algues marines
prépare en aerobiose (I. GNING, 1985) ont montré que son utilisation était
possible sur les sols sablonneux des Niayes du Cap-Vert.
Dans ce cas, le sel est lesivé lors de l'arrosage des plantes maraîchères,
mais la matike organiq,ue reste, et valorise fortement ces sols qui en onk
besoin. D"autre part, les composés organiques sont transformés, par fermenta-
tion méthaniyue, sous des formes généralement directement assimilables par les
plantes (notamment, l'azote se retrouve principalement dans une forme amonia-
cale qui se minéralise rapidement en nitrate).
1,e compost obtenu par fermentation méthanique, moins salé que le compost
précite serait d'usage plus facile. Malgré celà, une étude de projection dans
Le temps de la salinisation de la nappe phréatique s'avère indispensable.
-27-
C O N C L U S I O N S
Les essais de fermentation méthanique des algues marines échouées sur la
cote du Sénégal ont montré la faisabilité de cette technologie pour valoriser
un tel substrat, généralement inutilisé, pour produire du gaz combustible et
du compost a usage agronomique.
L'utilisation de boues de mangrove comme inoculum et l'adaptation de
cette microflore fermentaire anaérobie au milieu marin salé constitue la yran-
de originalité de ce projet. Leur réussite semble constituer une découverte
originale.
Les premiers essais en discontinu ont montré que la fermentation des
algues se fait en deux phases bien distinctes :
a) [Jne acidification des algues durant 10 jours, puis,
b) apres adaptation des bactéries méthanogènes originaires du biotope
mangrove (qui résistant à un pH intermédiaire de 5,9), la transformation des
composés intermédiaires en méthane et gaz carbonique, en 15 jours, avec des
rendements massiques équivalents à ceux obtenus sur substrats pailleux.
Durant l'essai en continu de 145 jours, la charge massique a été progres-
sivement. montee à 6 kg MS/m3 cuve/j et le temps de séjour limité à 15 jours
-
-
en travaillant sur une solution à 10 % MS soit une teneur équivalente â celle
des algues fraîches.
Les bons rendements massiques de la transformation énergétique ont été
confirmés (125 1 CHrl/kg MSV) et on a obtenu un rendement volumique compatible
avec les impératifs économiques d'un projet de fermentation méthanique (0,7
à 1 vol. gaz/volume/j avec 75 % de méthane).
-
Le compost ainsi fabriqué a une composition élémentaire favorable, et
constitue un bon amendement organique. Sa teneur en sel (NaCl) rend nécessai-
re de prévoir des essais agronomiques de longue durée. Cependant, des essais
menés au CRODT sur des composts aérobies d'algues marines ont déjà montré
qu'il est possible d'utiliser ces compost salés sur les sols sablonneux des
-
P
-
P
-
-
Niayes du Cap-Vert.
-
Les résultats de laboratoire nous ont incités à construire et faire
fonctionner un fermenteur pilote de 150 litres. Les résultats mesurés après
1 mois 1/2 de fonctionnement confirment déjà ceux des essais de laboratoire.
Ainsi, on peut se permettre d'envisager un projet de plus grosses d'unites
de fermentation en continu. A titre d'exemple si on extrapole les résultats
â une cuve de 1 m3, on peut s'attendre aux résultats suivants :
Charge en algues : 100 kg/j (6,5 kg MSV)
Production de biogaz : 700 l/j à 75 % CH4 (4 à 5 kwh)
Production de compost : 5 kg/j à 15 à 20 % MS.
Néanmoins, l'essai sur pilote de 150 litres devra être poursuivi et une
ti;tude socio-économique sera nécessaire pour déterminer la rentabilité reelle
du projet. 11 faut y intégrer notamment les données connues sur le coQt de
ramassage des algues (I. GNING, 1985) et tenir compte des autres aspects
socle-économiques, en particulier, de l'acceptabilité de cette technique par
les paysans-pêcheurs de la zone côtière.
-28-
Enfin, l'étude complète de la fermentation méthanique des macrophytes
marins doit se poursuivre suivant deux nouveaux axes de recherche : en micro-
- - - -
bio:Logie il est nécessaire d'isoler et d'identifier les bactéries fermentaires,
-
-
-
et en priorité, les méthanogènes présentes dans le biotope d'origine, 1,a
mangrove, puis celles qui se sont progressivement adaptées à la dégradation
des algues ; en biotechnologie, l'effort futur devra porter sur la conception
d'un fermenteur à deux étages, comportant une première cuve dans laquelle se
fera la phase d'acidification, une seconde cuve, alimentée en continu, où la
méthanisation se ferait dans les conditions optimales définies lors de la fin
de l'ess ai en continu (phase VI).
B I B L I O G R A P H I E
BROUARD (F.1, 1983.- Digestion anaérobie de la biomasse végétale aquatique.
Thèse de Docteur ingénieur - 120 p. TOULOUSE.
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GNINGUE (.r. ), 1985.- Les algues marines du Sénégal étude de leur action ferti-
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of aquatic biomass - Res. Rec. conserv. 4, 217-237.
A N N E X E
Schéma du pilote de fermentation méthanique de 150 LiQres
Le pilote a été construit à l’aide d’un tuyau de PVC (B) de diamètre
30 cm, percé en deux endroits pour l’entrée (C) et la sortie (E) des algues,
realisés en collant deux tronçons du même tuyau au corps du fermenteur comme
‘1. . “cheminees”.
Les bouts (B et D> sont fermés par des couvercles métalliques
ut l’étanchéité obtenue avec de la pâte à joint et complétée par des bandes
de caoutchouc (chambre a air). L’agitation est assurée par la rotation d’un
axe (A) sur lequel sont soudées 10 pâles en forme d’hélice.
Apres 1 mois 1/2 de fonctionnement, on introduit quotidiennement 500 g cl ’ a1 gucus
siaches (A 60% FEV) dans le fermenteur qui produit 30 litres de biogaz par jour.
On obtient dès six semaines un rendement massique de 100 litres de biogazlkg MSV
et un rendement volumiquc de 0,2 vol..gaz/vol utile de ferm./j.
T A B L E
D E S T A B L E A U X
I - Composition du mélange TJZva, Hyp~a, CZadophora en % du poids sec:,
b - Composition entre I.a composition moyenne des algues et le contenu de
panses de bovins en % du poids sec.
:: - Composition en '5 du poids sec d'algues pures et mélangées
(1 -
Résultats de fermentation discontinue des algues
5 - Résultats de fermentation discontinue des algues
6 - essais discontinus : Rendements massiyues en biogaz et CH4
7 - Comparaison des rendements massiyues de fermentation de divers algues.
il: - Résul.tat!; de fonctionnement du fermenteur en continu sur 145 jours par
tranches de 5 jours.
C) - Résultats de fonctionnement du fermenteur en continu pendant les 6 phases
1 C.i - Résultats de fonctionnement du fermenteur en continu pendant la phase V
11 - Analyse du compost - â du poids sec.
N O T E
F I N A L E
Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un accord de cooperation
gassé entre I'ORSTOM, 1 'ENSVX et I'ZZZ?.A-CRODX.
Les auteurs xemercient M. V..
JACQ et J.L. GARCIA (ORSTOM) Mme GNING et J. PAGES (CRODT) pour leurs con-
seils scientifiques, Mr J. CHANVT (ORSTOM, moyens analytiques) pour les
<analyses de composi.tion).
Les dessins sontdeRichard Maurice du Service audivisuel de I'ENSUT.
ORSTOM : Institut: Français de Recherches Scientifiques pour le Développement
en Cooperation.
CRODT :
Centre de Recherches Océanographiques de Dakar-Thiaroye.
ISRA :
Institut Sénégalais de Recherches Agronomiques
ENSVT : Ecole Nationale Supérieuxe Universitaire de Technologie.
E, TINE
E,S, DE SAINTE CLAIRE
FERMENTATIONS IYÉTHANIQUES
D E ~IACROPHYTES YARINS
DOCUMENT SCIENTIFIQUE
C E N T R E D E R E C H E R C H E S UCÉaNOGiRaPHIQUES U E D A K A R - TIARUYE
* INmuT sÉNÉ6aLaIs QE RECHERCHES AGRICOLES 4
- I l . “ - “ . - -
- - . - . - - - -
SEPTEMBRE 1985
1
FERMENTATIONS METHANIQUES
DE MACROPHYTES MARINS
Stepilarle L E C L E R C ) ( ’ ’ , E m m a n u e l T I N E (‘) e t
Erlmclrlue / SIJ IS’;C r!i S A I N T E CLAI R E (2)
R E S U M E
une importante biomusse algale s'échoue,chaque annee,
de novembre à juin, en certains endroits de la côte
du
Gnégal. Cette biomasse , qui n'est pas utilisée,
contri-
bue à la pollution des plages. C'est pour cela que
les
auteurs ont tenté, en utilisant des procédés de
biotech-
nologie de valoriser cette biomasse par la filière
bio-
gaz-compost, la transformant en deux sous produits : un
biogaz (combustible) et un compost à usage agronomique.
Le point de départ de cette recherche a consisté
à
trouver l'inoculum bactérien adapté à ce substrat et à la
fermentation en eau de mer. Cet inoculum a été extrait de
boues de mangroves. La microflore active a été progressi-
vement adaptée au substrat algal, dans des réacteurs
en
discontinu, puis utilisée dans des digesteurs en continu
de laboratoire et un pilote de 150 litres.
Les principaux résultats exposés dans
cet
article
sont constitués par l'analyse
de la composition algale,
la descr.iption des procédés de fermentations en disconti-
nu, puis en continu, et l'analyse des composts obtenus.
(1) Antenne ORSTOM de Microbiologie des fermentations
([JR 601) à l'ENSUT ORSTOM BP 1386 Dakar (Sénégal).
(2) Technicien supérieur ORSTOM, en poste au CRODT-
ISRA BP 2241 Dakar (Sénëgal).
-2-
S LTMMARY
A significant sea-weed biomass landed,
each
year,
!rom november to june, in some
parts of the senegalese
sea
shore. Such a biomass,
non used, contributes to the
beach pollution. SO, assays were settled-up to valorise
it by a biotechnical way, using methanogenic fermentative
processes producing biogas and organic fertilizers.
First step of research was to fund an
adaptated ino-
culate.
It was extracted from tfdal mai-igrq-ave soils, and
active microflora was progressively adapted to algal bio-
mass
in batch reactors,then used in continuous digestors
to optimize biogas production.
Main reported results concerned sea-weed composition,
batch fermentatives processes,assays on continuous diges-
tors and fertilizers' composition.
-3-
T A B L E D E S M A T I E R E S
INTRODUCTION
1. CONTEXTE LOCALISATION, ESTIMATION DU VOLUME D'ALGUES
2. MATERIEL ET METHODES D'ANALYSES
2.1. Fermenteur de laboratoire en discontinu
2.2. Fermenteur de laboratoire en continu
2.3. Analyses des gaz
2.4. Analyses des acides gras volatils
2.5. Autres analyses
3. RESULTATS ET DISCUSSION
3.1. Composition des algues
3.2. Sélection de L'innoculum
3.3. Fermentation discontinue des algues marines
3.4. Fermentation des algues en continu
3.5. Analyse du compost.
CO-JCLIJSIONS
- 4 -
I N T R O D U C T I O N
D'importantes qwantités d'algues marines s'échouent chaque année sur la
"Petite Côte" du Sénégal, entre Dakar et Goal-Fadiouth, parfois sur une hau-
teur de 50 cm le long des plages.
Cette accumulation d'algues sur l'estran constitue une biomasse végé-
tale non encore valorisée, et représente au contraire une gène par les nui-
sances provoquées par leur décomposition naturelle (en baie de Hann par
exemple).
Différentes filieres de valorisation ont été envisagées comme la fabri-
cation de compost ou l'extraction de composés utilisés en industries pharma-
ceutique ou alimentaire.
IJn des buts de recherche de l!antenne de microbiologie ORSTOM de l'ENSUT
à Dakar est de tester les possibilités de valorisation des déchets organiques
par fermentation méthanique (la filière biogaz-compost) en passant par la re-
cherche d'inoculums spécifiques. Ainsi nous avons lancé en collaboration
avec le CRODT des essais de fermentation méthanique des algues.
Quelques recherches ont été réalisées dans le monde sur ce theme, notam-
ment par RYTHER et al.,
-
-
1980, aux Etats-Unis et par BROUARD, BORICS et SAUZE,
19;32-83 en France (INRA, Narbonne).
Cependant ces essais peu nombreux fournissent peu de données sur la fer-
mentation méthanique des algues : aucune n'a été réalisée sur les côtes
d'Afrique de l'Ouest.
L'ensemble de nos recherches s'est déroulée en 4 phases, la dernière
état tan cour': de tialisation :
1) Sélection d‘un inoculum spécifique capable de dégrader un mélange
d'algues de caractéristiques constantes.
2) Essais de fermentation en discontinu sur des pilotes de laboratoire
de 2,5 1.
:i) Essai de fermentation en continu sur un pilote de laboratoire de
0;75 1.
4) Essai de fermentation en continu sur un pilote de 150 litres.
Ces pi.Lotes de fermentation ont été mis au point et i~lstalle au CRODT.
Ces essais nous ont permis, successivement, de sélectionner l'inoculum, de
connaltre la fermentescibilité des algues, les conditions optimales de tra-
vail, les rendements en biogaz et la qualité du compost obtenu.
1 .
C O N T E X T E ,
L O C A L I S A T I O N ,
E S T I M A T I O N
D u
V O L U M E D ' A L G U E S
Globalement,
des algues s'échouent tout le long de la "Petite Côte" du
Sénégal, entre Dakar 6?t Joal, avec une période dominante entre décembre et
juin.
/
MAURITANIE
Dakar
ITE
Joa.1
.TC"
GUINEE BISSAU
Les quatre principales espèces rencontrées sur cette côte sont :
- UZva Lac twa
- Cladophora s.p.
- Hypqe~ museifmmis ut fiypneir i8ruicornis
et on trouve moins fréquement : COdiW?l 8.1)., Sargasswn S.P. et i@odocea
nodosa (une phanérogramme).
Les trois espèces d'algues
I~LVi.Z, h!ypnea et CZadophora constituent
L)~US de 20 % des dépôts sur toute La côte.
Les données quantitatives sont très difficiles à estimer du fait de la
quantité d'algues flottantes, d'algues enterrées et de la difficulté de sé-
parer les algues fraiches de celles déjà décomposées et de connaltre leur
taux de renouvellement en mer.
De plus, on remarque des variations annuelles importantes, dues aux
conditions climatiques.
Cependant, des sorties mensuelles effectuées par le CRODT (1. GNING,
1985) ont permis d'évaluer les quantités et de localiser ces algues.
On note deux pôles principaux où les algues sont présentes : d'abord
à proximité de Dakar, en baie de Hann et jusqu'à Rufisque, on trouve essen-
tiellement l.‘i~a et Ciladophora dont on estime la quantité à 100 à 500 tonnes
de matière seche par an.
- 6 -
Ie deuxième pôle se situe entre Mbodiène et Joal, où l'on trouve de
grosses quantités d'un mélange : 40 “s Cladophora, 50 % Hypma et 10 % de
Q,?n&bcea et localement un peu d’lJh?ct.
On en estime la quantité à 300 à
500 tonnes de matières sèches sur 30 km de côte.Le dépôt peut atteindre par
endroits 2UO kg de matière fraîche par mètre linéaire de plage.
Entre ces deux pôles, on trouve localement un autre mélange : Hypwu
50 &, Cladcphra 30 %, Ulva 20 % surtout entre Mbour et Mbodiène, mais en
quantites moindres. Sur l'ensemble de la Petite Côte, la production annuelle
est estimée à environ 10 000 tonnes d'algues sèches (MOL:ION 1975).
3
*-
.
M A T E R I E L S E T
M E T H O D E S D ' A N A L Y S E S
2.t. FERMENTEURS DE LABORATOIRE EN DISCONTINU
Les réacteurs utilisés pour la fermentation en discontinu sont des mo-
dèles de laboratoire de 2,5 litres, maintenus à 35 - 37OC dans un bain marie
chauffé et brassé par un bloc thermoplongeur thermostaté (fig.1).
Le niveau est maintenu constant grâce à une réserve d'eau déminéralisée
reliée au bac par un tube de ver.re. L"évaporation est limitée par une feuil-
le de plastique recouvrant le bain.
Les fermenteurs sont agites manuellement en les secouant une à deux fois
par jour. Cette agitation sommaire et le fait que les algues ne sont pas bro-
yées expliquent que nous avons dû réaliser nos essais à de faibles concentra-
tions en matière sèche.
La production journalière de gaz est mesurée dans des éprouvettes graduées
plongées dans une solution acide de sulfate de potassium, pour éviter la solu-
bilisation du gaz carbonique (H2S04 - 30 ml/l, K2S04, Helianthine) .
L'evolution du pH est suivie tout au cours de la fermentation.
2.2. FERMENTEUR DE LAHORATO1R.E EN CONTINU
L'essai de fermentation en continu a été réalisé en réacteur de 0,75 1
(f:.cJ. 2)
* le substrat est constitue d'algues séchees, broyées, remises en
solution dans l'eau de mer. Le dispositif de chauffage est le même que celui
décrit pour la fermentation discontinue.
Le fermenteur est agité et alimenté chaque jour. Une pompe péristaltique
aspire le volume d'algues fermentées et par simple dépression un volume iden-
tique d'algues frarches est admis dans le réacteur. Au cours de 1"alimentation
la sortie de gaz est fermée par une pince de Mohr. L'alimentation se fait en
anaérobiose,
tous les les tuyaux Ptant remplis de substrat. Le prélevement se
fai.t dans une éprouvette graduée permettant ainsi une mesure précise du vo.lume
d'algues fraîches introduit dans le réacteur.
---
‘il--‘
..-I”_._s
A- Alimentation du fermenteur : algues sèches broyées en solution
B- Sortie du fermenteur : algues fermentées
a- fermenteur 750 ml
b- gazomètre 1000 ml
c - Bain-marie Polystat
d - Réserve d'eau distillée pour le maintien de niveau
e - Pompe péristaltique
2.3. ANALYSES DE GAZ
La composition du Biogaz (pourcentages en méthane, gaz carbonique et
air! est mesurée par chromatographie en phase gazeuse (CPG) dans les condi.-
tiens suivantes :
. Chromatographe Beckman GC 2120 à catharomètre
. Colonne en acier inox de 3 mm x 1,5 m rempli de charbon actif
. gaz vecteur : Hélium
. Pression du gaz vecteur dans la colonne : 2 bras
. Température du four : 50°C
. Température de l'injecteur : 60'~
. Température du détecteur : 1OO'C
. Catharomètre réglé à 150 mA.
Le pic composite d'air (0
+ N ) sort à 2 mn, le méthane à 6 mn et 1.e
yaz ::arbon.ique à 20 mn (fig. 37. 1 .2
1~ volume de gaz injecté est de 1 I!I;!.
L'établissement des courbes d'étalonnage se fait en fonction de la hau-
teur des pics d'air et de gaz carbonique et de la surface du pic de méthane
Figure .3.- Chromatogramme du biogaz.
-lO-
2.4. ANALYSES DES ACIDES GRAS VOLATILS
Les AGV contenus dans les fer-menteurs sont dosés par chromatographie
en phase gazeuse. La séparation chromatographique est réalisée à l'aide d'un
chromatographe DELSI 300 FF 1 EV muni d'un détecteur à ionisation de flamme.
.Colortne en acier inox 3 m x 0,5 mm remplie de Porapak S 80 - 100 mesh.
. Gaz vecteur : Azote
. Pressiondu gaz vecteur 2,3 bars
. Température du four 17O'C
. Température de l'injecteur 25O'C
. Température du détecteur 250“~
. Débits d'air et d'hydrogène 300 ml/mn et 30 ml/mn.
Les AGV sont directement introdu-ts canu le chrcmatographe sans traite-
ment préalable. Nous avons choisi pour calculer la concentration en AGV,
l'acide butyrique comme standard et le rapport Surface Acide Butyrique
~--
Surface Acide Butyrique témoin lml.
permet d'effectuer le dosage.
Les analyses de biogaz et des acides gras volatils en chromatographie
en phase gazeuse ont été réalisées à l'antenne de microbiologie OPSTOM de
L'ENSUT.
2.5. AUTRES ANALYSES
A l'analyse des différents éléments N, P, K Na etc... entrant dans la
com.position des algues et du compost a été réa1isé.e par le laboratoire de
I~OESTOM HANN de chimie des moyens analytiques.
Nous avons également effectué les analyses suivantes à l'antenne de mi-
crobiologie OESTOM de L'ENSUT :
. MS = Matières sèches : résidus sec à 105°C
. MM = Matières minérales : résidus sec à 5OO'C.
(Les MSU matières sèches volatiles sont obtenues en faisant la différence
t:nt:re les MS et les MM).
. TAC = Titre alcalimétique complet. Dosage titrimétrique au pH metre
avec de l'acide sulfurique (Normes Françaises - juillet 1977).
* DC0 = demande chimique en oxygène. Oxydation des matiëres organiques
en milieu acide et à chaud, puis dosage de l'excès d'oxydant (bichromate de
potassium) par du sulfate de fer et d'ammonium (sel de Mohr) en présence d'un
indicateur d'oxydation (Ferroïne).
(Normes Françaises - septembre 1971) *
Enfin les mesures de pH et de NH4+ (ammoniac) sur le surnageant fermenté
ont ét& réalisées au CROIT.
- 1 1 -
3 .
R E S U L T A T S E T
DISCUSSIOXS
3.1. COMPOSITION DES ALGUES
La composition élémentaire des algues révèle une forte teneur en matieres
minérales (30 à 40 % des MS), .et notamment en calcium (BROUARD, 1983). Le
calcium peut Précipite:r en carbonate de calcium augmentant ainsi le pouvoir
tampon du milieu vis-à-vis des acides gras volatils formés au cours de la
fermen,tation des algues.
- -. _ .._ - - .
-_ -.-
-I
!-----
I
I
, ? de la matière solide i::Sj
I
Algues de Joall Cladophora ;
Solides volatils
65 %
60 %
MSV
l
Cendres (Matières minéra-
35 %
40%
:
les MM)
--_--
-
L
Ainsi dans la suite de l'étude nous exprimerons les resultats en fonction
-tes MSV (matières organiques) et non des MS (matières organiques + matieres,
minérales),
la matière oryanique étant seule fermentescible.
La présence de soufre en quantité importante dans les matières sèches
(suivant les variétés d'algues, de 2 à 3,5 %) se traduit par la présence
d'hydrogène sulfuré au cours des essais (BROUARD, 1983) repérable à l'odeur.
La concentration en soufre de l'eau de mer étant 0,9 g/l, les algues séchées
renferment déjà 0,9 8; de soufre provenant de l'eau de mer.
Avec un titre alcalimétrique complet TAC = 6 000 mg/l, les algues en so-
iution dans l'eau de mer constituent un bon milieu tampon pour les acides
volatils (AGv).
L'analyse des êléments minéraux montre une forte teneur en azote et en
;>hosphates,
une teneur en carbone relativement faible. Ceci est une condition
favorable à la fermentation méthanique.
'tableau l.- Composition du mélange U?.Z?O, Hypnea, CZadophorcl à dominante
~4zpzea en '74 de poids sec
- - - - - -
- _ .-
C
N
P
K
Na
Ca
Mg
21,4
2,45
0,18
1,9
3,6
2
1,2
:
-.
Cette analyse permet de calculer un rapport C/N de 9/1 et un rapport
C/N,/P de 120/13,5/1.
En comparant ces résultats avec! ceux obtenus avec le fumier de Bovin
(LECKERCQ, PETITCLERC, 1985) on peut noter que la composition minérale des
algues marines est favorable au développement des microorganismes anaérobies.
-12-
Tableau 2.- Comparaison entre la composition moyenne des algues et le contenu
de pansesde bovins d'abattoirs en % poids
Contenus de Panses
Tableau :1.- Composition en % de poids sec d‘algues pures et mélangêes
I-
Substrat éléments
N P
K
Mélange d'algues
2,45 0,18 1,9
Hynea*
2,g
0,27 0,9
De même, ces résultats sont comparables avec ceux obtenus sur des algues
pures C*I. GNING ; 1985).
~a composition moyenne des algues marines tant en éléments minêraux
majeurs (C,N,P,K) qu'en oligoélêments nous laisse présumer que ce substrat
présente des conditions favorables à une fermentation méthanique par les ger-
mes anaérobies.
..s.2. SELECTION DE L'INOCULUM
La sélection de l'inoculum a été réalisée en ensemçant le mélange d'algues
de cJoal avec différents inoculums dans quatre réacteurs.
a) Boues de vasière prélevées à 200 m à l'intérieur des terres à la. pointe
SANY (boues à forte odeur sulfureuse).
- Fermenteur en eau de mer.
b) Algues préfermentées prélevées sous une épaisse couche à la pointe
SANTI sur la plage. Fermenteur en eau de mer.
-13-
c) Boues de Mangrove prélevées à 2 km de Joal sur la route de Djifère
(Boues grisatres, fortement sablonneuses, a faible odeur de vase). Fermenteur
en eau de mer.
(le choix de cet inoculum a été suggéré par V. JACQ à la suite de ses travaux
de microbiologie sur les rizières de mangrove).
d) Boues anaérobies résultant de la fermentation de fumier de bovins -
fermenteur en eau douce. Ces boues ont été prélevées au 40e jours de fermenta-
tion discontinue du fumier et ont été maintenues en température.
Ies résultats de ces essais nous ont montré que seul le réacteur inoculé
avec des boues de mangrove donnait des résultats satisfaisants : 12,7 1 de
biogaz dont 7,5 1 de méthane. Nous n'avons pas observé de fermentation dans
les réacteurs 1 et 4 ; le réacteur 2 n'ayant produit que 3 1 de biogaz après
une phase de latente de 15 jours.
Les boues de mangroves ont donc été choisies comme inoculum au cours de
L'Ptude de la méthanisation des algues marines.
3.3. FERMENTA'PION DISCONTINUE DES ALGUES MARINES
Nous avons ensemencé quatre fermenteurs avec différentes variétés d'al-
gues, de l'eau de mer et 1"inoculum ainsi présélectionné (cf. tableau 4).
Tableau 4.- Composition des essais de fermentation discontinue.
--_.-
--.
Espece d'algues
eau de mer
Mélange Joal
réfermentées
Le mélange d'algues de Joal est constitué de = 50 % de la variéte
i /y p 1 S!I? 3,, E 40 % de C?,adcpbra et de = 10 % d’iilva lactuca et de traces de
1 )jrnc ~&xwc~ akhw2 . La préfermentation a consisté à laisser les algues en tas
ij L'humidité de la rosée pendant un mois.
Les fermenteurs 1, 2, 3 ont produit dans les conditions d'anaérobiose
un biogaz à forte teneur en méthane proportionnelle à la charge en algues
! f.i.i;. d15),tandis que le réacteur 4 (Ulga hduca) ne donne pas de résultats
satisfisants : le volume de biogaz produit reste très faible.
Les courbes reportent les productions journalières de brogaz et de me-
thane et L'évolution du pH dans les fermenteurs 1 et 2.
Le réacteur 3 ayant reçu une charge organique plus faible (50 g d'algues
dans 2 1) les résultats ne sont portes que sur la courbe des rendements mas-
siques, le rendements volumique étant faible.
Ces courbes de fermentations montrent que la biodégradation des algues
peut etre disssociée en deux phases :
- 1 4 -
( Mi/i I Figure d.-
CLADOPHORA,
HYPNEA. U LVA
B O U E S
DE MANGROVE
P
\\ --
A---- 43--
,----A
.A
,/A--
\\
.-.-.- BlOGAZ
4 *Y
\\
o - - o - - o - - C H 4
1.j
1\\\\
I
\\
Figure 5.-
.-.-.-
VOLUME
G A 2
I
CLADOPHORA
HYNEA, ULVA.
BIOGAZ
FERMENTEUR 2
PREFERMENTEES
BOUES DE MANGROVE
901
l-----l
o - - - o - - o - - ÇHq
b - - A - - A - pH
i
80(
.L .J
8
301
601
soc
‘(00
3oc
6
-.-A-A-
,200
d.OC
-15-
- Une phase d'hdrolyse de la matière organique avec acidification diz
milieu. Sa durée est de 7 à 10 jours et est caractérisée par une évoluticn
du pW vers les valeurs acides (7 à 5,9/5, 8) et une production de CO2 essen-
tiellement (24 à 37 l/kg de MS).
-
.
. .
< .
- Une phase de méthanisation active (du geme/lOeme jour au 251eme/30Leme
jouri au cours de laquelle la flore méthanogène transforme les AGV formés
antérieurement en méthane et gaz carbonique.
(3n peut: observer alors une remontée du pH jusqu'à 7 et 7,5
et la gro-
duc:tion d'un biogaz à 80 à 90 % de CH4 (80 à 100 l/kg de MS).
Alors que pour d'autres substrats les phases d'acidogénèse et de métha-
-
-
nocénese sont simultanées,
~
-
la fermentation des algues marines en anaérobiose
pzsente 2 phases bien distinctes :
~--
1 phase acidogène et une phase méthanogènt:.
L'existence de ces deux phases successives peut s'expliquer par le fait que
les méthanogènes du milieu marin résistent à des pH bas (5,9/6) et à des con-
centrations élevées en AGV, mais ne deviennent actives qu'après une phase de
latente d'une semaine.
La fermentation anaérobie des algues dure 22 jours, la production de
biogaz décroissant rapidement. Le temps de latente étant long (7 à 10 jours)
la production optimum de CH4 se trouve réduite aux derniers 16 jours. Le bio-
gaz produit contient alors 80 % de méthane et des traces importantes d'hydro-
gène sulfure. Dans le milieu fermentaire on note la présence des acides gras
volati.Ls (acide butyrique) et de composés soufrés non identifiés, tous ii for-
te odeur, caractéristique.
Les résultats des essais des fermenteurs 1, 2 et 3 à 20 et 25 jours sont
résumés dans le tableau 5.
Tableau 5.- Résultats de fermentation discontinue des algues
--_
__- ._-^ -..___.- _.----
TEMPS DE SE
- - -
ESSAI 2
La faible charge volumique, l'agitation insuffisante l'absence de bro-
yage et la spécificité de ce substrat fermentant en 2 phases successives aug-
-
men-:ant ainsi le temps de rétention peuvent expliquer les rendements volumiques
en biogaz relativement faibles.
- 16 -
Figure 6.
-
-
'-4.r; rr(*?4ttCvr& .
/3'
E N D E M E N T S VOLUMIQUES
EN METHANE
, I
f II
#i \\i-t-r,,
:
.
b--i,
:
\\
\\IlII
Figure '7.-j RENDEMENTS MASSIQUES EN METHANE
-.-.-.- Fa~n~nt~u,, d
L CH4/ KG. MSV
MAT.VOLATILES)
INITIAL
J O U R S
-17-
ièrn$a courbe des rendements volumiques(fig. 6) montre qu'entre le $eme et 1.e
20'
jour la production de CH4 est de 7,2 1 soit 0,6 1 par jour (12 1
de biogaz).
Da phase méthanogène est caractérisée par un rendement volumique de
!II,>:4 1 de CEr4/1 de fermenteur/jour.
De tableau 6 résume les rendements massiques (fig.7) des differents fer-menteurs
en.bnction de La charg e en matière organi.que exprimée en poids de matières
sèches volatiles (MSV).
Tableau CI.- Essais discontinus - Rendements massiques en biogaz et CH~
(Algues Joal)
Avec un rendement en biogaz de 205 l/kg MSV (soit 125 1 CH4/kg MSV) le
fermenteur 1 donne des resultats comparables à ceux obtenus avec d'autres
substrats d'origine agricole. Le fermenteur 3 avec 100 1 CH4/kg MSV se rap-
proche également de ce resultat.
Déjà à ce stade de l'étude, la fermentation
discontinue des algues marines, en eau de mer, inoculées avec de la boue de
rnangrove donne des rendements massiques de transformation énergétique *de la
[natigre organique comparables avec les données obtenues sur substrats pail-
ILeux ou sur des algues fermentées dans d'autres laboratoire (tableau 7).
- 1 8 -
Tableau 7.- Comparaison des rendements massiques de fermentation de divers
algues
-_.
_.
.-.
_._-._
_I_---
I_-_I----
.-
.__..
.-
_
_-.
ESPECE
- - -
ESSAI 1
(Cladophora, Hypné
-__-_."----
ESSAT 2
(Cladophora)
- -
--~-
Hydrodyction f Cladophora
BINOT et al.
~- --' 1981
~----
-~-~---
Laminaria saccharina
TROJANO et aL,1976
-
-
/
Lemna sp.
130
26
WISE et a1
1981
- - L-’
i-----_
s
Illva lactuca
150/190
20
WISE et al., 1979
BROUARD,
1983
1
*--._-.---
-----l--
--~--~~
* temps de séjour.
) 1 CH4/KG MSV 1 TS. (j.)
r-- -..-
__- ---.
,
I
-
Contenu de panses de bovins
1 2 0
2 5
Cependant,
La fermentation en discontinu ne permet pas d'utiliser l'inccu-
lum de façon optimale, et a "L'inconvénient majeur de se produire en deux phases,
avec un temps de latente de 10 jours avant la phase méthanogène.
11. en résulte que mC-me avec de bons rendements massiques, le rendement et
La charge volumique restent beaucoup trop faibles.
Pour résoudre ce problème, et permettre d'augmenter la charge et le
rendement volumique de fermentation (c'est-à-dire pour diminuer le ,tem.ps de
séjour et par conséquent la taille des cuves), tout en conservant le même ren-
dement massique, nous avons testé une fermentation en continu.
3.4. FERMENTATION DES ALGUES EN CONTINU
La fermentation des algues en continu a été suivie pendant 145 jours,
au #cours desquels nous avons progressivement augmenté la charge en MSV {voir
fig. 8 et 9 r+t tab. 8),
Ceci nous permet de diviser le processus d'acclimatation en VI phases
!Comme indiqué sur la courbe d'alimentation). Nous avons alimenté le fermen-
t-eur avec unf3 solution à 10 % de MS, teneur équivalente à celle des algues
fralches.
-19-
- ALGUES MARINES -
r+tiJ1 eau 8.
Résultats de fonctionnement du fermenteur en continu sur
.-_--~-
-
145 jours
i.- ._.. --.-_- _- ._-. _-_-.-. __----~---.~__
i
--. ------~~.
Période
l Alimentation
Production de
Analyses de gaz
gaz
(jours)
(@EV)
(ml>
CH4 %
CO2 %
i
1
-_
5
BATCH 1
160
----.----.--IL-
--A-
I-~~--..
1
!
140
- 145
BATCH 2 : 21
t 'v
-----_-_ ~-..-.-...---..-
1
i
.---
g
3 520
- L - . - - - -
- 2 0 -
Phase T : durée 25 jours
Cette phase correspond à un fonctionnement du réacteur en discontinu
avec une alimentation en MSV de 0 à 1 g. La production moyenne de biogaz est
de 180 ml/j.
Phase .TI : durée 25 jours
-
AU bout de 25 jours nous avons commencé l'alimentation en continu du
fermenteur à raison de 2,6 g de MS/j ce qui correspond à l,!j g de MSV/'j ; le
rendement volumique s'éleva à 205 ml de biogaz/jour.
Phase 1x1 : durée 35 jours
Cette phase dénommée phase d'acclimatation correspond & une alimentation
de 3,5 g de MS/j soit 2 g de MSV/j est caractérisée par une production de bio-
gaz moyenne de 265 ml/jour avec une composition du biogaz variant entre 70
et 75 % de CH4 et de CO2 de 25 à 30 %.
Phase IV : durée 25 jours
-
AU bout de 85 jours nous avons amorcé la montée en charge. L'alimentation
est faite une fois tous les 2 jours à raison de 4,l g de MS/j (2,5 g de MSV/j).
Le rendement volumique en biogaz s'élève alors jusqu'à 345 ml/j.
Phase V : durée 30 jours
Cette phase V ou phase stabilisée correspond à un fonctionnement "opti-
mum" du fermenteur. Pendant les 20 derniers jours nous l'avons alimenté avec
'j g de MS/j (3 g MSV/j.). Le rendement volumique étant de 505 ml de biogaz/
-j.
Phase VI : durée 5 jours
Afin de verifier que le rendement du réacteur était optimum nous avons
réalisé un "Batch" final en.alimentant le fermenteur avec 35 g de MS e.n une
fois soit 21 g de MSV. Le rendement volumique est dans ce cas maximum ,ZI 740
;nl/j pour une fermentation complète obtenue en 5 jours.
Ce résultat montre que nous n‘avions pas atteint le rendement optimum
en fin de phase V.
L'ensemble des résultats des phases 1 à III montre que le rendement vo-
lumique du réacteur est en relation directe avec la charge organique. L'accli-
matation progressive des microorganismes peut exiger jusqu'à 50 jours et les
résultats satisfaisants du fonctionnement d'un tel fermenteur ne sont obtenus
qu'après 120 jours de montée en charge.
Lcts rendements massiques et volumiques de ces phases sont représentés
sur le tableau 9.
U 4J T-i
a,
0
N
‘II 0
k
H
H H
VI Li-l
0 I
M 0
0 I
fu Lt-l
0
r
-
.?
1
c\\1 0
0
-
.
Y 55
0
T 0
0
0
I
Ln 0
0
,
- ‘z! L -
Tableau 9. - Résultats de la fermentation en continu au cours des 6 phases
-1_-
RENDEMENT VOLUMI
1
-
-
-
----_--_I_
IV
V
VI
704
175
- - -i
le rendement volumique du fermenteur croît avec la charge en matière
organique,
il en est de même pour le rendement massique.
En fonctionnement stabilisé (phase V), le biogaz produit contient 7C Ci
?5 % de CH4. On décèle toujours une forte odeur d'hdrogène sulfuré.
Au cours de la phase stabilisée Les différentes analyses effectuées sur
1Le suxnageant ont donné les résultats suivants : le pH se stabilise à '7,4,
Le 'TAC (titre alcalimétrique complet) est de 6 500 mg/l. Le dosage de :L'acide
butyrique par chromatographie en phase gazeuse a permis de déceler une con,-
centration moyenne de 400 à 440 mg/1 cependant que NH~+ est présent dans le
milieu à la concentration de 120 mg/l.
Le DC0 résiduelle dans le surnageant relativement faible (3 000 III~/~)
zémoigne d'une bonne dégradation du substrat.
Dans ces conditions de fonctionnement stabilisé, les résultats fi.naux
&e La fermentation méthanique en continu des algues marines sont consignés
dans le tableau 10.
-23-
Figure 9.-
I
l
I
-24-
T a b l e a u lO.- Résultats de fermentation continue des algues - Phase V
Charge volumique
67 ml/1 ferm./j
Charge massique
I
4 g MSV/l ferm./j
i
Temps de séjour
15 jours
Production de biogaz
5 0 5 ml/j
I
/
Rendement volumique en biogaz
0,67 vol/vol ferm./j
Rendement massique en biogaz
168 l/kg MSV *
% CH4
70 à 75 %
-.
Rendement massique en CH4
125 l/kg MSV
-
-
*l m3 de biogaz à 75 % de CH4 équivaut à 0,9 1 d'essence ou 6 kwh élec-
trique.
Ainsi, en conservant le même rendement massique en méthane que lors de
l'essai discontinu (125 1 CH4/kg MSV), la fermentation en continu permet de
multiplier par 3 le rendement volumique par rapport à la seule phase métha-
.--
ilog&e en discontinu (0,67 vol/vol contre 0,24 pour les 12 derniers jours).
On peut diminuer par 4 le temps de séjour et multiplier par 4 la charge
-
-
cn alyuesg MSV/l cuve/j contre 1,OS). Le coat du m3 de cuve de fermenta-
tien sera amorti 4 fois plus vite en continu.
La phase finale (fiq. 10) (en batc:h : phase VI) nous montre que l'or1 pourrait
enccre améliorer ce résultat. Lors du batch, le temps de séjour descend 2
II) jours, le rendement volumique en biogae passe à 1 vol. de biogaz/vol. de
cuve/j en conservant le rendement massique précédent de 125 1 CH4/KG MSV.
Ceci confirme les résultats de transformation énergétique de la matière or-
ganique trouvés en discontinu et montre l'intérêt majeur de fermenter les
algues marines en continu.
3.4. ANALYSE DU COMPOST
Les boues résultant de la fermentation en anaérobiose des algues marines
contiennent 15 Y3 de matières sèches et présentent une bonne décantabilité
(voir fier.
3 1). La vj-tesse de décantation est de 2,5 mm/mn
on peut ainsi séparer facilement le compost d'algues de la phase liquide
.
_
_
_
+
_
x
*
._
i
‘r,
\\ “_
-
%
u
2
.-
5
*
P
-
--
l*
à
-
\\
-
-.
1..
,”
-26-
Figure 11.- DECANTATION DES BOUES FERMENTEES
-
2,5 mm/mn.
40 ) 1 , ,
;\\
10
20
30
temps (mn)
Tableau ll.- Analyse du compost % de poids sec
-
-
-
-
C
N
Ca
Mg
C/N
l_------.-.
- - .
i
Al.gues
17,5
1,7
2,7
l,l
lO/l
---.
~--.
/ Panses de bovins
_
c
..-- --~.
50,5
1‘09
0‘55- .
0,16 , 46/1
- - i
- -
le compost d'algues avec un C/N de lO/l a une valeur agronomique supé-
riec.re au compost obtenu par fermentation méthanique des contenus de panses
de bovins (PETITCLERC, LECLERC, 1985).
La teneur en sel (6,5 % de Na) peut constituer un frein à l'utilisation
ide ce compost. Cependant des essais effectués sur un compost d'algues marines
prépare en aerobiose (I. GNING, 1985) ont montré que son utilisation était
possible sur les sols sablonneux des Niayes du Cap-Vert.
Dans ce cas, le sel est lesivé lors de l'arrosage des plantes maraîchères,
mais la matike organiq,ue reste, et valorise fortement ces sols qui en onk
besoin. D"autre part, les composés organiques sont transformés, par fermenta-
tion méthaniyue, sous des formes généralement directement assimilables par les
plantes (notamment, l'azote se retrouve principalement dans une forme amonia-
cale qui se minéralise rapidement en nitrate).
1,e compost obtenu par fermentation méthanique, moins salé que le compost
précite serait d'usage plus facile. Malgré celà, une étude de projection dans
Le temps de la salinisation de la nappe phréatique s'avère indispensable.
-27-
C O N C L U S I O N S
Les essais de fermentation méthanique des algues marines échouées sur la
cote du Sénégal ont montré la faisabilité de cette technologie pour valoriser
un tel substrat, généralement inutilisé, pour produire du gaz combustible et
du compost a usage agronomique.
L'utilisation de boues de mangrove comme inoculum et l'adaptation de
cette microflore fermentaire anaérobie au milieu marin salé constitue la yran-
de originalité de ce projet. Leur réussite semble constituer une découverte
originale.
Les premiers essais en discontinu ont montré que la fermentation des
algues se fait en deux phases bien distinctes :
a) [Jne acidification des algues durant 10 jours, puis,
b) apres adaptation des bactéries méthanogènes originaires du biotope
mangrove (qui résistant à un pH intermédiaire de 5,9), la transformation des
composés intermédiaires en méthane et gaz carbonique, en 15 jours, avec des
rendements massiques équivalents à ceux obtenus sur substrats pailleux.
Durant l'essai en continu de 145 jours, la charge massique a été progres-
sivement. montee à 6 kg MS/m3 cuve/j et le temps de séjour limité à 15 jours
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en travaillant sur une solution à 10 % MS soit une teneur équivalente â celle
des algues fraîches.
Les bons rendements massiques de la transformation énergétique ont été
confirmés (125 1 CHrl/kg MSV) et on a obtenu un rendement volumique compatible
avec les impératifs économiques d'un projet de fermentation méthanique (0,7
à 1 vol. gaz/volume/j avec 75 % de méthane).
-
Le compost ainsi fabriqué a une composition élémentaire favorable, et
constitue un bon amendement organique. Sa teneur en sel (NaCl) rend nécessai-
re de prévoir des essais agronomiques de longue durée. Cependant, des essais
menés au CRODT sur des composts aérobies d'algues marines ont déjà montré
qu'il est possible d'utiliser ces compost salés sur les sols sablonneux des
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P
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P
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Niayes du Cap-Vert.
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Les résultats de laboratoire nous ont incités à construire et faire
fonctionner un fermenteur pilote de 150 litres. Les résultats mesurés après
1 mois 1/2 de fonctionnement confirment déjà ceux des essais de laboratoire.
Ainsi, on peut se permettre d'envisager un projet de plus grosses d'unites
de fermentation en continu. A titre d'exemple si on extrapole les résultats
â une cuve de 1 m3, on peut s'attendre aux résultats suivants :
Charge en algues : 100 kg/j (6,5 kg MSV)
Production de biogaz : 700 l/j à 75 % CH4 (4 à 5 kwh)
Production de compost : 5 kg/j à 15 à 20 % MS.
Néanmoins, l'essai sur pilote de 150 litres devra être poursuivi et une
ti;tude socio-économique sera nécessaire pour déterminer la rentabilité reelle
du projet. 11 faut y intégrer notamment les données connues sur le coQt de
ramassage des algues (I. GNING, 1985) et tenir compte des autres aspects
socle-économiques, en particulier, de l'acceptabilité de cette technique par
les paysans-pêcheurs de la zone côtière.
-28-
Enfin, l'étude complète de la fermentation méthanique des macrophytes
marins doit se poursuivre suivant deux nouveaux axes de recherche : en micro-
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bio:Logie il est nécessaire d'isoler et d'identifier les bactéries fermentaires,
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et en priorité, les méthanogènes présentes dans le biotope d'origine, 1,a
mangrove, puis celles qui se sont progressivement adaptées à la dégradation
des algues ; en biotechnologie, l'effort futur devra porter sur la conception
d'un fermenteur à deux étages, comportant une première cuve dans laquelle se
fera la phase d'acidification, une seconde cuve, alimentée en continu, où la
méthanisation se ferait dans les conditions optimales définies lors de la fin
de l'ess ai en continu (phase VI).
B I B L I O G R A P H I E
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A N N E X E
Schéma du pilote de fermentation méthanique de 150 LiQres
Le pilote a été construit à l’aide d’un tuyau de PVC (B) de diamètre
30 cm, percé en deux endroits pour l’entrée (C) et la sortie (E) des algues,
realisés en collant deux tronçons du même tuyau au corps du fermenteur comme
‘1. . “cheminees”.
Les bouts (B et D> sont fermés par des couvercles métalliques
ut l’étanchéité obtenue avec de la pâte à joint et complétée par des bandes
de caoutchouc (chambre a air). L’agitation est assurée par la rotation d’un
axe (A) sur lequel sont soudées 10 pâles en forme d’hélice.
Apres 1 mois 1/2 de fonctionnement, on introduit quotidiennement 500 g cl ’ a1 gucus
siaches (A 60% FEV) dans le fermenteur qui produit 30 litres de biogaz par jour.
On obtient dès six semaines un rendement massique de 100 litres de biogazlkg MSV
et un rendement volumiquc de 0,2 vol..gaz/vol utile de ferm./j.
T A B L E
D E S T A B L E A U X
I - Composition du mélange TJZva, Hyp~a, CZadophora en % du poids sec:,
b - Composition entre I.a composition moyenne des algues et le contenu de
panses de bovins en % du poids sec.
:: - Composition en '5 du poids sec d'algues pures et mélangées
(1 -
Résultats de fermentation discontinue des algues
5 - Résultats de fermentation discontinue des algues
6 - essais discontinus : Rendements massiyues en biogaz et CH4
7 - Comparaison des rendements massiyues de fermentation de divers algues.
il: - Résul.tat!; de fonctionnement du fermenteur en continu sur 145 jours par
tranches de 5 jours.
C) - Résultats de fonctionnement du fermenteur en continu pendant les 6 phases
1 C.i - Résultats de fonctionnement du fermenteur en continu pendant la phase V
11 - Analyse du compost - â du poids sec.
N O T E
F I N A L E
Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un accord de cooperation
gassé entre I'ORSTOM, 1 'ENSVX et I'ZZZ?.A-CRODX.
Les auteurs xemercient M. V..
JACQ et J.L. GARCIA (ORSTOM) Mme GNING et J. PAGES (CRODT) pour leurs con-
seils scientifiques, Mr J. CHANVT (ORSTOM, moyens analytiques) pour les
<analyses de composi.tion).
Les dessins sontdeRichard Maurice du Service audivisuel de I'ENSUT.
ORSTOM : Institut: Français de Recherches Scientifiques pour le Développement
en Cooperation.
CRODT :
Centre de Recherches Océanographiques de Dakar-Thiaroye.
ISRA :
Institut Sénégalais de Recherches Agronomiques
ENSVT : Ecole Nationale Supérieuxe Universitaire de Technologie.