Baisse du CH₄ et hausse du CO₂ : signification et recherche des causes

Une baisse de la teneur en méthane accompagnée d'une augmentation du CO₂ dans le biogaz est un signal à vérifier, mais ne constitue pas un diagnostic en soi. La cause biologique la plus fréquente est un déséquilibre entre les étapes de la méthanisation : les bactéries acidogènes produisent des acides gras volatils (AGV) plus rapidement que les archées méthanogènes ne les consomment, ce qui abaisse le pH et la part de méthane. Cependant, cela peut tout aussi bien être dû à une erreur de mesure, à un changement de substrat ou à une aspiration d'air. C'est pourquoi il convient toujours de procéder selon un ordre précis : mesure, tendance, paramètres du processus, cause.

Première étape : la mesure est-elle fiable

Avant de modifier le dosage, il faut écarter les artefacts :

• Calibrage de l'analyseur. Une dérive du capteur, un capteur électrochimique usé ou un manque de calibrage peuvent donner une valeur de CH₄ abaissée.
• Condensat et humidité dans la ligne de mesure. Le gaz peut être dilué ou perturbé par des condensats.
• Présence d'O₂ et de N₂. Si l'augmentation du CO₂ ne correspond pas à la baisse du CH₄ (la somme CH₄+CO₂ diminue), et que de l'oxygène et de l'azote apparaissent, de l'air pénètre dans le système (par exemple, à cause de la désulfuration biologique, de fuites ou du fonctionnement du surpresseur). Voir Désulfuration biologique.
• Point de prélèvement de l'échantillon. La composition du gaz diffère entre le digesteur, le stockage et l'alimentation du système de cogénération (CHP).

Deuxième étape : tendance et contexte

Une lecture ponctuelle ne suffit pas. Il est nécessaire de comparer la teneur en CH₄ et en CO₂ avec la quantité de gaz, le dosage, les changements de substrat, la température et la pression. Une bonne pratique consiste à comparer avec la variabilité typique de la composition décrite dans le document Variabilité de la composition et de la quantité de biogaz : la composition dépend naturellement du substrat, de sorte qu'une nouvelle livraison d'ensilage ou de déchet riche en glucides peut temporairement modifier la composition du biogaz (y compris la part de CO₂).

Troisième étape : paramètres du processus

Les indicateurs AGV et alcalinité doivent être interprétés comme une tendance, et non comme un seuil unique ; les seuils dépendent de l'installation et du substrat (voir AGV dans l'unité de méthanisation). La mesure du pH et son rôle tampon sont décrits dans le document pH dans le digesteur.

Causes biologiques possibles

1. Surcharge en charge organique. Augmentation trop rapide de la dose de substrats facilement fermentescibles.
2. Changement de composition du substrat. Augmentation de la part de glucides ou de lipides.
3. Inhibiteurs. Ammoniac, sulfure d'hydrogène, désinfectants, antibiotiques dans le lisier.
4. Carence en oligo-éléments. Voir Oligo-éléments.
5. Perturbations de la température ou du mélange. En hiver, notamment après une panne de chauffage ; voir Bilan thermique d'une unité de méthanisation en hiver.
6. Temps de séjour hydraulique (TSH) raccourci. Dosage trop intensif ou écoulement trop rapide.

Que faire

La réaction dépend du diagnostic. Un ensemble typique d'actions consiste à limiter ou à suspendre temporairement le dosage des substrats les plus réactifs, à rétablir des paramètres stables (température, mélange), à effectuer des prélèvements et des analyses plus fréquents, et en cas d'acidification, à appliquer les mesures décrites dans le document sur l'acidification du digesteur. Les additifs introduits dans le digesteur (tampons, suppléments) sont choisis sur la base d'analyses et de recommandations de laboratoire, et non « à l'œil ». Des changements brutaux de dosage dans les deux sens aggravent la situation.

Comment limiter les risques

• Introduire les changements de doses et de substrats progressivement.
• Maintenir un calendrier régulier d'analyses des AGV, de l'alcalinité, du pH et de l'azote ammoniacal.
• Calibrer l'analyseur conformément au planning et tenir un journal des changements.
• Établir des seuils d'alerte pour la composition et la quantité de gaz, ainsi qu'une procédure d'escalade.
• Utiliser les données BMP pour les nouveaux substrats avant d'augmenter leur part ; voir Qu'est-ce que le BMP.

Comment établir une procédure de réaction simple

L'installation peut adopter une courte procédure interne : seuil d'alerte pour la baisse de CH₄ (par exemple, un écart par rapport à la moyenne des derniers jours), ordre des contrôles (mesure, quantité de gaz, dosage, paramètres de laboratoire), personnes décisionnelles et conditions pour faire appel à un laboratoire ou à un conseiller en processus. Ainsi, la réaction ne dépend pas de la personne en poste. La procédure doit également préciser combien de temps observer la tendance avant de modifier le dosage, afin d'éviter des réactions excessives à une seule mesure.

Ce qu'il ne faut pas faire

• Ne pas augmenter le dosage pour compenser une baisse de production de gaz. En cas de surcharge, cela aggrave le problème.
• Ne pas ajouter de produits chimiques dans le digesteur sans analyse ni recommandations.
• Ne pas ignorer une tendance en supposant que l'analyseur s'est trompé, sans vérifier le calibrage.
• Ne pas introduire plusieurs changements simultanément, car on ne saurait alors lequel a été efficace.