BMP de la vinasse de canne à sucre : rapport F/M, dispersion des résultats et conclusions de la revue de 2023

La vinasse de canne à sucre – résidu liquide issu de la distillation de l'éthanol – compte parmi les substrats méthanogènes les plus abondants du Brésil. Les résultats des tests BMP (biochemical methane potential) dépendent fortement des conditions de mesure, en particulier du rapport substrat/inoculum (F/M). Une étude publiée en 2022 dans le Brazilian Journal of Chemical Engineering a atteint, après optimisation du rapport F/M, une efficacité de conversion en méthane de 95 ± 2,55 % du BMP théorique (pour un F/M de 1,34–1,42 g DCO soluble par g MVS), mais les auteurs déconseillent d'établir un rapport F/M standard unique pour la vinasse.

Ce qui a été réalisé dans l'étude

Cette étude porte sur la vinasse d'origine mixte. Les auteurs ont optimisé le rapport F/M, c'est-à-dire la relation entre la quantité de substrat (exprimée en matière organique) et la quantité de biomasse microbienne dans l'inoculum. Un rapport F/M trop élevé risque de surcharger et d'inhiber le processus (acidification, accumulation d'acides gras volatils), tandis qu'un rapport trop faible fausse les résultats en raison d'un excès d'inoculum et de difficultés de mesure.

Pourquoi ne pas standardiser le rapport F/M

La conclusion des auteurs est importante : la composition de la vinasse varie en fonction de la matière première, du procédé de distillation et de la saison. Un rapport F/M unique ne conviendra donc pas à tous les échantillons. En pratique, cela implique, pour les laboratoires, la nécessité de réaliser des tests préliminaires pour adapter le rapport F/M à chaque échantillon spécifique et de le décrire dans les rapports afin de permettre la comparaison des résultats entre différents laboratoires.

Plage de valeurs issue de la revue

Une revue publiée dans Fermentation en avril 2023 indique que le potentiel méthanogène de la vinasse se situe dans une fourchette de 215 à 324 L CH₄ par kilogramme de matière organique. Elle souligne également que le déploiement de cette technologie au Brésil reste limité. L'écart entre 215 et 324 montre à quel point les conditions expérimentales et la composition de l'échantillon sont déterminantes.

Le piège des unités

Les résultats BMP de la vinasse sont exprimés de différentes manières dans la littérature : en litres de CH₄ par gramme de matière organique sèche (MOS), par gramme de DCO éliminée, ou par tonne de masse fraîche. Par exemple, une étude cinétique sur les déchets de canne à sucre (vinasse, tourteau de filtration, bagasse, paille), publiée dans Int. J. Mol. Sci., rapporte des rendements en méthane allant de 5 à 181 Nm³ par tonne de masse fraîche, avec des propriétés très variables selon les matériaux. Comparer ces valeurs sans les ramener à une unité commune conduit à des conclusions erronées.

Comment interpréter la dispersion

La dispersion des résultats est influencée par : la composition de la vinasse (teneur en matière organique et DCO), le pH, la présence de sulfates et de potassium, la température du test, l'activité et l'adaptation de l'inoculum, la durée du test et la méthode de mesure du gaz. Pour de nouveaux projets, il est donc recommandé de s'appuyer sur des mesures réalisées sur ses propres échantillons, tandis que les valeurs issues de la littérature doivent être considérées comme des fourchettes indicatives.

La vinasse comme substrat

Selon la revue publiée dans Fermentation, la vinasse est produite lors de la fabrication d'éthanol à hauteur d'environ 360 milliards de litres. Elle présente une DCO moyenne d'environ 46 000 mg/L et contient encore environ 11 % de l'énergie initiale du jus de canne, mais sous une forme diluée. Elle est généralement valorisée comme engrais (fertigation) ou rejetée, tandis que la méthanisation n'était utilisée, selon les auteurs, que par environ 3 % des unités brésiliennes de bioéthanol, la plupart ayant abandonné cette pratique. Les résultats de Int. J. Mol. Sci. indiquent que, en raison de sa faible teneur en matière sèche, la vinasse est adaptée aux systèmes avec immobilisation de la biomasse, et que le tourteau de filtration peut compléter la production de biogaz en dehors de la saison sucrière.

Bonnes pratiques de rapport

• Indiquer le rapport F/M (exprimé en MOS) et la méthode utilisée pour le déterminer,
• Décrire l'origine et l'adaptation de l'inoculum ainsi que son activité (test de contrôle avec de la cellulose ou un autre substrat de référence),
• Préciser la température, la durée du test, le nombre de répétitions et les essais à blanc,
• Définir la méthode de normalisation du volume de gaz (Nm³ ou NmL dans les conditions normales),
• Indiquer clairement l'unité du résultat (par g de MOS, par g de DCO, par tonne de masse fraîche).

Du BMP au projet

Le BMP représente le potentiel maximal en conditions de laboratoire, mais la production réelle dans un réacteur dépend du temps de séjour hydraulique (TSH), de la charge, de la température et des inhibitions. Ainsi, la valeur BMP sert aux comparaisons et aux bilans préliminaires, tandis que des tests continus ou pilotes sont nécessaires pour concevoir une installation. Pour la vinasse, dont la composition varie au cours de la saison, il est judicieux de planifier des mesures à différents moments de la campagne.

Implications pour la Pologne et l'Europe

La leçon méthodologique est universelle : même pour un substrat unique comme la vinasse, les résultats BMP dépendent du rapport F/M, de l'inoculum et des unités utilisées. Pour les laboratoires polonais, cela plaide en faveur de l'application des protocoles recommandés (par exemple, VDI 4630) et de la description complète des conditions expérimentales, afin de faciliter la comparaison des données entre différents pays.