Développement d'un outil d'aide à la décision permettant de simuler et d'optimiser la co-digestion anaérobie de différentes sources de matières résiduelles (CODIGEST)

 

Céline Vaneeckhaute

Université Laval

 

Domaine : environnement

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2018-2019

Dans le cadre des réglementations environnementales à travers le monde, la digestion anaérobie est devenue une technologie importante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et pour produire une énergie renouvelable à partir de déchets organiques. Cette technologie permet de produire un biogaz riche en méthane et de récupérer des nutriments comme engrais biosourcés.
 
La co-digestion, c'est-à-dire la digestion simultanée de divers substrats (déchets organiques), permet d'augmenter la performance du processus de digestion et d'améliorer sa faisabilité économique. Cependant, à ce jour, les avantages potentiels de la co-digestion sont loin d'être utilisés de manière optimale en raison de sa complexité opérationnelle. La décision aléatoire ou heuristique sur le rapport entre les différents substrats et la sélection inappropriée des co-substrats et des conditions opérationnelles entraînent souvent des instabilités du processus. Des expériences intensives sont requises pour chaque cas spécifique et pour chaque combinaison de substrats afin de stabiliser et d'optimiser les conditions du processus, ce qui entraîne des coûts excessifs et souvent des résultats peu fiables. Ainsi, il existe un besoin urgent pour un outil de modélisation pratique qui permet d'aider les praticiens de la co-digestion dans les décisions de conception et d'opération à grande échelle.
 
L'objectif général du projet de recherche proposé est de développer un outil fiable d'aide à la décision basé sur un modèle qui permet la simulation et l'optimisation du processus de co-digestion anaérobie et qui s'applique à diverses combinaisons de substrats. L'outil permettra d'optimiser les rapports de substrats et de sélectionner des co-substrats optimaux, tout en prédisant avec précision la composition du biogaz et du digestat en fonction des substrats. Cet outil novateur sera mis à la disposition des chercheurs, des consultants et des praticiens de la digestion anaérobie sous la dénomination CODIGEST.
 
Le projet appliquera une approche de modélisation mathématique dynamique combinée avec du travail expérimental afin d'étudier les interactions synergiques et antagonistes entre divers substrats et de recueillir des données précises pour la calibration et la validation du modèle. Concrètement, l'outil sera composé de deux modules originaux : 1) un module de caractérisation des déchets qui permet de convertir des données pratiquement mesurables en variables d'entrée complexes nécessaires à la modélisation, et 2) un module de co-digestion qui inclut la cinétique des réactions biochimiques et physicochimiques, en plus de calculs précis de la spéciation chimique et du pH. Sur la base des résultats expérimentaux, les paramètres cinétiques importants seront différenciés entre divers substrats et des seuils d'inhibition ou des facteurs de synergie seront incorporés dans le modèle. Finalement, l'outil sera calibré et validé en utilisant des données expérimentales, et sa fonctionnalité pour l'optimisation des processus de co-digestion sera démontrée.
 
Ainsi, ce projet contribuera à la mise en œuvre et au fonctionnement rentable d'installations de co-digestion à grande échelle sans nécessiter d'expérimentation excessive. De plus, il fournira un outil utile pour guider les futurs efforts de recherche aux échelles pilote et laboratoire. Tout cela peut contribuer à la réalisation d'objectifs environnementaux et accélérer le développement d'une économie circulaire durable.