Paille de riz et fumier dans les études japonaises : BMP, codigestion et inoculum

La paille de riz est l’un des principaux déchets agricoles au Japon, et son utilisation énergétique fait l’objet de recherches depuis des décennies. Voici trois études réalisées à différentes époques : des mesures du potentiel méthanogène en 1999, une étude sur la codigestion de riz fourrager en 2012 et une codigestion en phase solide thermophile en 2022.

BMP de 1999 : fumier, paille et déchets d’abattage

Katou et Noike (Journal of the Japan Society of Waste Management Experts, 1999) ont étudié la digestion anaérobie de déchets agricoles et d’élevage. Les rendements en méthane (Nml CH₄/g MOS) étaient les suivants : fumier porcin 236, fumier bovin 158, fumier de volaille 320, abats de porcs 705, paille de riz 264 et résidus d’oranges 536. Les auteurs ont conclu que la paille de riz et les résidus d’oranges étaient particulièrement adaptés à la récupération d’énergie pendant la saison hivernale. Dans une étude de cas portant sur une unité de méthanisation traitant du fumier porcin (provenant de 35 000 têtes d’animaux ; « 35,000 heads/d »), du fumier bovin (provenant de 1 500 têtes ; « 1,500 heads/d »), des abats de porcs (4,2 t par jour) et des résidus d’oranges (30 t par jour), la production totale de méthane s’élevait à 8 400 Nm³ par jour, dont 6 400 Nm³ par jour constituaient un excédent pouvant être utilisé sans chauffage du processus. Les résidus comprenaient un surnageant liquide (300 m³ par jour) et du digestat déshydraté (60 t par jour) ; le liquide nécessitait un traitement supplémentaire (nitrification et dénitrification) en raison d’une concentration élevée en ammoniac, mais après une utilisation partielle, il s’est avéré être un engrais liquide efficace, et le digestat également un engrais utile.

Riz fourrager fertilisé avec des déjections (2012)

Zhou, Iino, Nakashimada et Hosomi (Water Science & Technology 66(2), 2012) ont étudié trois variétés de riz fourrager dans des rizières japonaises, fertilisées avec du lisier bovin ; la fertilisation avec des déjections peut réduire le besoin en engrais minéraux, et la paille convient à la production de biogaz. Le potentiel méthanogène total de la variété Leafstar était supérieur à celui des autres variétés, et sa phase de latence (lag) était nettement plus courte. La codigestion des résidus de fermentation éthanolique avec la paille Leafstar a montré que la concentration en N-NH₄⁺ diminue avec l’augmentation du rapport C/N, et que le potentiel méthanogène du mélange était supérieur à celui des résidus éthanoliques ou de la paille utilisés séparément. Les auteurs ont considéré Leafstar comme une variété prometteuse pour les systèmes de recyclage des ressources agricoles.

Déchets alimentaires, paille et balle de riz (2022)

Shimizu et ses coauteurs (Journal of Material Cycles and Waste Management 24(6), 2022) ont mené une codigestion en phase solide de déchets alimentaires (FW) dans des digesteurs thermophiles. L’inhibition par l’ammoniac a été limitée par l’ajout de paille de riz saisonnière (RS) et de balle de riz disponible toute l’année (RH), tandis que la dégradation de la biomasse lignocellulosique a été accélérée par l’ajout de contenu de rumen bovin comme source de micro-organismes. Avec les seuls déchets de restauration (C/N moyen = 13), l’accumulation d’ammoniac réduisait la production de méthane. Le méthane était produit de manière stable lorsque RS et RH étaient mélangés avec FW dans un rapport de matière sèche de RS et RH à FW égal à 2,0 (30–40 % MS, charge de 5,08 kg MOS/m³·j). Les rendements en méthane étaient les suivants : FW 0,573 m³/kg MOS, RS 0,259 m³/kg MOS (similaire au BMP de ces substrats), et RH 0,115 m³/kg MOS (supérieur au BMP). Dans le digestat, les méthanogènes hydrogénotrophes Methanoculleus et Methanothermobacter étaient dominants.

Comment interpréter prudemment les chiffres

• Les valeurs issues de différentes études varient selon la méthode (BMP vs. tests en réacteur), l’inoculum, la température et l’unité (mL/g MOS vs. m³/kg MOS).
• Conversions : 0,259 m³/kg MOS équivaut à 259 mL/g MOS, soit très proche du résultat de 264 de l’étude de 1999 pour la paille de riz.
• Le faible rendement du fumier bovin (158) par rapport à la paille (264) et aux déchets alimentaires (573 en réacteur) suggère que, dans un mélange, le fumier apporte plutôt une contribution modérée au méthane qu’il n’en est la source principale ; son éventuel rôle stabilisateur et sa contribution en tant que source de microflore doivent être confirmés séparément.

Conclusions pour la pratique

1. La paille de riz est un substrat au BMP modéré (environ 260 mL/g MOS dans les deux études), qui se combine bien avec des substrats riches en azote.
2. La codigestion améliore le bilan C/N et limite l’inhibition par l’ammoniac (2012 et 2022).
3. Lors de la planification d’un investissement, il est nécessaire de s’appuyer sur des analyses BMP propres aux échantillons de l’exploitation concernée, la littérature servant à définir une plage de référence.