Rapport inoculum/substrat (I/S) dans le test BMP : comment choisir la prise d’essai

L’I/S (ISR, inoculum-to-substrate ratio) est le rapport entre la masse de MOS (matière organique sèche) de l’inoculum et la masse de MOS du substrat dans le flacon. Les lignes directrices recommandent un I/S d’au moins 2 (MOS/MOS), et des valeurs plus élevées pour les substrats très facilement dégradables, afin d’éviter l’acidification et l’inhibition, qui sous-estiment le résultat. Un I/S trop élevé ne nuit pas au procédé, mais accroît la part du bruit de fond endogène, et donc l’incertitude de la soustraction de l’essai à blanc.

Formule

I/S = (m_inoc · MOS_inoc) / (m_substr · MOS_substr), où la MOS est exprimée comme fraction de la masse fraîche (kg de MOS/kg de FM), m — masse fraîche dans le flacon.

Prise d’essai de substrat avec un I/S donné :

m_substr = (m_inoc · MOS_inoc) / (I/S · MOS_substr).

Exemple

Hypothèses : dans le flacon, 200 g d’inoculum à MOS = 2,5 % (0,025 kg de MOS/kg) ; substrat : ensilage à 33 % de MS et 31 % de MOS de la masse fraîche (0,31 kg de MOS/kg) ; I/S cible = 3.

• masse de MOS de l’inoculum = 200 × 0,025 = 5,0 g,
• masse de MOS du substrat = 5,0 / 3 = 1,67 g,
• prise d’essai de masse fraîche = 1,67 / 0,31 ≈ 5,4 g.

Si l’on confond la MOS avec la masse fraîche et que l’on pèse 1,67 g d’ensilage, l’I/S sera d’env. 10 — le test fonctionnera, mais le signal du substrat sera faible par rapport au bruit de fond.

Pourquoi pas trop bas

Avec un I/S bas, l’acidogenèse rapide produit des acides plus vite que les méthanogènes ne peuvent les consommer. Le pH baisse, la méthanogenèse s’éteint, la production de méthane est sous-estimée ou retardée (long lag). Cela se manifeste par un grand écart entre les répétitions et une forme inadéquate de la courbe. Cela concerne surtout les substrats riches en sucres, en amidon, en graisses et les déchets alimentaires.

Pourquoi pas trop élevé

Avec un I/S très élevé, le signal du substrat est faible par rapport à la production endogène de l’inoculum. L’erreur relative de soustraction du bruit de fond augmente. De plus, la masse de substrat est si petite que l’hétérogénéité de l’échantillon influe sur le résultat. Le compromis est un I/S d’env. 2–4 pour la plupart des matériaux.

Recommandations pratiques selon le type de substrat

Limitation du volume et du pH

Le flacon doit contenir l’inoculum, le substrat, l’eau et l’espace libre pour le gaz. Un volume de liquide trop important réduit le ciel gazeux et complique la mesure. Si le substrat a un pH bas ou des AGV élevés, on corrige préalablement le pH et on ajoute un tampon (par ex. hydrogénocarbonate), en le précisant dans le rapport.

Vérification après le test

À la fin, vérifiez le pH dans les flacons (il doit rester dans la plage neutre), les AGV (faibles), l’absence de phase de lag anormalement longue. Si le pH est tombé sous env. 6,8, le résultat est suspect et le test est répété avec un I/S plus élevé.

Liste de contrôle

• [ ] MOS de l’inoculum mesurée sur le même lot.
• [ ] MOS du substrat mesurée en tenant compte des pertes volatiles, si elles sont significatives.
• [ ] I/S calculé et consigné.
• [ ] La prise d’essai se situe dans les limites du pipetage/pesage.
• [ ] pH initial dans la plage neutre.
• [ ] Nouveau test planifié en cas d’acidification.

Les valeurs d’I/S recommandées dans les lignes directrices découlent d’expériences interlaboratoires, mais il vaut toujours la peine de les vérifier pour des substrats donnés, surtout atypiques.

Série de dilutions pour les matériaux incertains

Pour un substrat nouveau, atypique ou potentiellement inhibiteur, il convient de réaliser le test à plusieurs niveaux d’I/S (par ex. 1, 2, 4). Si le BMP augmente avec l’I/S puis se stabilise, c’est que l’I/S le plus bas provoquait une inhibition. Si le résultat est constant, le substrat est sûr sur toute la plage. Cette approche coûte plus de flacons, mais fournit une justification solide de la prise d’essai choisie.

Conversion de l’I/S en masse de MS

Dans certaines publications, l’I/S est donné sur base MS ou DCO. Lorsque vous comparez des rapports, vérifiez la base, car la même prise d’essai donne des chiffres différents selon la définition. La conversion exige de connaître le rapport MOS/MS des deux composants.

Erreurs les plus fréquentes dans le choix de l’I/S

1. Calcul de l’I/S sur la masse fraîche au lieu de la MOS.
2. Utilisation de la MOS d’un inoculum d’un autre lot que celui introduit dans les flacons.
3. Prise d’essai fixe pour tous les substrats « parce que nous avons toujours fait ainsi ».
4. Absence de vérification du pH après le test, malgré un déroulement suspect de la courbe.
5. Pesée imprécise de très petites prises d’essai très hétérogènes (par ex. paille, déchets) sans broyage préalable.

Éviter ces erreurs est plus simple que d’expliquer ensuite des résultats bas ou dispersés.