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Contexte et thématique de recherche

Dans un contexte de réduction des émissions de gaz à effet de serre, de valorisation des déchets et du besoin de production d’énergie renouvelable, la méthanisation (ou digestion anaérobie) est une technologie suscitant de plus en plus d’intérêt. Ce procédé permet le traitement biologique de la matière organique par un consortium microbien pour la valoriser sous forme de biogaz (contenant une forte proportion de méthane, à fort potentiel énergétique) et de digestat (à potentiel agronomique).

Aujourd’hui, le digestat reste avant tout un déchet (i.e. ses caractéristiques agronomiques ne sont pas toujours conformes aux normes actuelles amendement organique et engrais azotés, NFU 44-051 et 44-001) et nécessite encore des traitements ou procédures d’homologation pour être valorisé en tant que produit, malgré ses caractéristiques agronomiques a priori intéressantes (matière organique stabilisée, teneur en nutriments assimilables, …).  En effet, la gestion de la fertilisation des cultures étant plus difficile en cas d’utilisation de matières fertilisantes d’origine résiduaire (MAFOR), les apports de fertilisants via les digestats peuvent excéder les besoins des cultures, pouvant générer des problèmes d’eutrophisation des eaux (lixiviation de nitrates excédentaires). Les digestats sont également très riches en azote sous forme ammoniacale et le risque de volatilisation d’ammoniac lors des épandages de digestats sont très importants. Enfin ces apports peuvent également générer des émissions de N₂O, puissant gaz à effet de serre. C’est pourquoi l’expertise MAFOR (Expertise scientifique collective INRA-CNRS-IRSTEA, 2014) met en exergue qu’une meilleure gestion des apports au sol de ces MAFOR permettrait d’éviter ces excès, si l’on veut optimiser la substitution totale ou partielle des engrais minéraux par ces MAFOR. Ainsi, une meilleure connaissance des caractéristiques des MAFOR permettrait de contrôler finement les apports et d’optimiser leur épandage en fonction des besoins des sols.

Or, malgré cela, les besoins des agrosystèmes sont variables en termes de matière organique et nutriments selon les caractéristiques des sols ciblés et les successions de cultures ne sont pas forcément en adéquation avec la MAFOR utilisée lors de l’épandage. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet dans lequel s’inscrit le stage proposé : CONCEPT-DIG (Outil d’aide à la conception de filière pour la valorisation agronomique des digestats) financé par l’ADEME.

L'objectif du projet est de (i) développer et de mettre en place une base de données de typologies de digestats sous forme de logigramme pour les agriculteurs et (ii) de développer un outil d'aide à la conception de filière pour la valorisation agronomique des digestats d'origine agricole. Basé sur une méthodologie de caractérisation fine de la matière organique et minérale des digestats visant à déterminer leur accessibilité et leur complexité, le projet vise, dans un premier temps, à définir une typologie optimale à atteindre afin de promouvoir leurs retours au sol. A partir de ce cahier des charges, et selon la qualité des différents digestats caractérisés, plusieurs post-traitements de divers digestats seront complétés par rapport à ceux déjà existants sur sites et à tester afin de répondre à cet objectif. Le stockage, la séparation de phase, le compostage, la pyrolyse, les traitements thermiques et chimiques alcalins seront évalués. Des tests de valorisation agronomique via des incubations sur sol agricole seront effectués sur les digestats et digestats post-traités, ainsi que l'évaluation des gaz à effet de serre émis afin d'évaluer les impacts environnementaux de leur épandage. A partir des données générées par d'autres projets antérieurs et des données générées durant le projet, une étape de modélisation dynamique du traitement des résidus agricoles par méthanisation puis par ces divers post-traitements et enfin de leur comportement après apport au sol sera effectuée via un calage et une validation des modèles déjà connus et à compléter. Cette étape permettra par la suite de réaliser des études de scenarii afin de générer des données et de la connaissance pour développer un outil plus simple et opérationnel de conception de filière de valorisation et de diagnostic de la valeur agronomique d’un digestat. Cet outil, basé sur des outils statistiques de traitements des données, sera finalement validé et testé sur une étude de cas puis mis à disposition des chambres d'agriculture et des agriculteurs.

Objectif et déroulement du stage

Dans un objectif de valorisation agronomique des digestats issus de la méthanisation agricole, le stage vise à:

• Tester un protocole expérimental mis en place par une étude précédente sur une large variabilité de digestats;
• Caractériser la qualité (accessibilité et biodégradabilité/disponibilité) de la matière organique et des nutriments des digestats par des méthodes innovantes avant et après post-traitements afin de mieux comprendre l’impact des traitements appliqués;
• Optimiser via un plan d’expériences le protocole de caractérisation que l’on veut par la suite standardiser et transférer aux laboratoires d’analyses en utilisant un nouvel appareil d’extractions automatisées récemment aquis par le LBE;
• Réaliser une étude statistique/modélisation sur données issus du projet et d’anciennes bases de données.

Conditions

• Les travaux seront effectués au LBE-INRA de Narbonne
• Début : Janvier/février 2019
• Rémunération mensuelle : environ 560 euros

Profil

Pour ce stage, le candidat en fin de Master ou d’Ecole d’ingénieur devra présenter les compétences suivantes :

• Connaissances générales en génie des procédés et savoir-faire en bilan matière
• Connaissances pratiques en réalisation d’expérimentations au laboratoire (analyses globales matières sèches, DCO, azote total)
• Connaissances basiques en analyses statistiques (corrélations) et plan d’expérience
• Anglais (oral, lecture de publication et rapport en anglais)
• Rigueur, autonomie et capacité d’adaptation

Contact

L’encadrement du stage se fera par:

• Dr Julie Jimenez, Chargée de recherche, LBE-INRA
• Dr Dominique Patureau, Directrice de recherche, LBE-INRA

Candidature : julie.jimenez (arobase) inra.fr