Qu’est-ce que le BMP ? Potentiel méthanogène : définition, usages et limites

Le BMP (en anglais biochemical methane potential) est la quantité de méthane que l’on peut obtenir d’une unité de substrat dans un test anaérobie en batch, mené avec un inoculum actif, jusqu’à l’épuisement de la production de gaz. Le résultat est le plus souvent donné en NmL de CH₄ par gramme de matière organique sèche (MOS) ; c’est une valeur de référence pour comparer des substrats, et non une prévision de rendement dans une unité de méthanisation, car à l’échelle technique agissent des facteurs que le test ne reproduit pas.

Principe du test

L’échantillon de substrat est mélangé dans un récipient étanche avec l’inoculum (généralement du digestat d’une installation en fonctionnement), complété avec un milieu nutritif et de l’eau, puis incubé à température constante (mésophile ou thermophile). À côté, on réalise des essais à blanc (inoculum seul) et un témoin positif (cellulose). Le méthane produit est mesuré tout au long du test, et l’on soustrait du résultat de l’essai étudié la production endogène de l’inoculum. Divisé par la masse de MOS introduite, il donne le BMP.

Unités et conditions de référence

Il faut préciser si le résultat concerne le gaz sec et quelles conditions normales ont été utilisées, car les différentes conventions (0 °C ou 20 °C, 25 °C) modifient le chiffre de quelques à une quinzaine de pour cent.

À quoi il sert

1. Comparaison des substrats et leur classement.
2. Estimation de la production d’une unité de méthanisation pour un mélange prévu (avec correction pour l’échelle technique).
3. Évaluation de l’effet d’un prétraitement, par ex. broyage ou hydrolyse.
4. Évaluation du potentiel résiduel du digestat.
5. Détection de l’inhibition ou de la toxicité d’un substrat (baisse du rendement par rapport aux attentes).
6. Recherches scientifiques sur la cinétique, par ex. ajustement d’un modèle du premier ordre.

Ce que le BMP ne dit pas

• La vitesse à l’échelle technique. Le test dure plusieurs semaines, alors que le digesteur a un TSH de l’ordre de quelques dizaines de jours et fonctionne en conditions continues.
• La stabilité du procédé. Dans un test en batch, on ne reproduit ni la surcharge, ni le moussage, ni le lessivage de la biomasse.
• Les effets de synergie dans le mélange. Le résultat d’un substrat isolé ne s’additionne pas de façon linéaire lorsque, dans le mélange, l’inhibition ou le pouvoir tampon augmente.
• Les effets logistiques. Les pertes au silo ou le broyage dans l’installation ne font pas partie du test.

D’où vient la dispersion

Le résultat est influencé par l’origine et la préparation de l’échantillon, l’inoculum, le rapport inoculum/substrat, la température, la méthode de mesure du gaz et le mode de calcul. Les études interlaboratoires montrent une dispersion même avec des matériaux communs ; c’est pourquoi l’on a élaboré des lignes directrices (Angelidaki et al., 2009 ; Holliger et al., 2016) et des critères de validation du test (contrôle à la cellulose, répétabilité des triplicats). Les articles suivants de cette série décrivent ces éléments un à un.

Exemple simplifié

Supposons : dans un flacon, on a introduit 2,0 g de MOS du substrat étudié ; la production de méthane du flacon avec substrat après 30 jours a été de 1 050 NmL, celle des essais à blanc de 250 NmL en moyenne. BMP = (1 050 − 250) / 2,0 = 400 NmL de CH₄/g de MOS. Si l’essai à blanc était de 400 NmL, le résultat tomberait à 325 — on voit que l’activité endogène de l’inoculum (production de gaz dans l’essai à blanc) compte pour l’erreur.

En quoi le BMP diffère des autres indicateurs

• Le potentiel théorique (Buswell, Boyle) découle de la composition élémentaire et suppose une biodégradation complète.
• Le rendement à l’échelle technique est le résultat de toutes les pertes et de la cinétique.
• Les tests en continu (dans des réacteurs de laboratoire) reflètent mieux la stabilité du procédé.

Une bonne pratique consiste à toujours indiquer avec le résultat BMP : la méthode d’essai, la température, la durée, l’inoculum, l’I/S et le nombre de répétitions. Ce n’est qu’avec ce contexte que le chiffre a une valeur comparative.

Questions typiques des clients du laboratoire

Puis-je convertir directement le BMP du laboratoire en m³ de biogaz par tonne ? Pas directement. Le résultat en NmL de CH₄/g de MOS doit être converti via la matière sèche et la MOS du substrat, puis corrigé du taux de dégradation réel dans le digesteur, qui est généralement plus faible que dans le test. C’est pourquoi, pour la planification, on applique des coefficients de sécurité ou des données de sa propre installation.

Un seul résultat suffit-il ? Pour les substrats variables (ensilages, déchets), un échantillon décrit un seul lot. Une meilleure image est donnée par une série d’échantillons de dates et de lieux différents.

Un autre laboratoire donnera-t-il le même résultat ? Généralement un résultat voisin, mais avec dispersion ; plus le protocole est strict et meilleur est le contrôle à la cellulose, plus la dispersion est faible. C’est pourquoi il est préférable d’effectuer les comparaisons au sein d’un même laboratoire et d’une même méthode.

BMP, BMP₂₈ et valeurs « après durée »

Dans la littérature, on rencontre des notations du type BMP₂₈ ou BMP₃₀, qui désignent le rendement après une durée de test fixée, ainsi que le « BMP asymptotique », c’est-à-dire la valeur après extinction de la production ou extrapolée à partir du modèle. Pour les substrats facilement dégradables, la différence est faible, pour les substrats fibreux, elle peut atteindre une quinzaine de pour cent. Vérifiez toujours de quelle version il s’agit avant de comparer deux chiffres.