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Contexte

Dans le concept du Power-to-Gas, les surplus de production électrique issus des énergies renouvelables intermittentes (solaire et éolienne) peuvent être convertis en H₂ grâce à des procédés d’électrolyse de l’eau. L’H₂ peut ensuite être combiné à du CO₂ exogène pour produire du méthane au moyen de procédés de méthanation, le méthane étant un vecteur énergétique facilement stockable et transportable. La méthanation biologique (biométhanation), qui permet de réaliser cette dernière réaction au moyen de microorganismes anaérobies, représente une brique technologique intéressante dans les filières de production de gaz renouvelable. De plus, les procédés de digestion anaérobie (appelée également méthanisation) permettent de dégrader la matière organique générée par l’activité humaine (secteurs agricole, industriel, domestique…) sous forme d’un biogaz qui est riche en méthane et en CO₂. Les procédés de biométhanation peuvent donc être mis en œuvre pour augmenter la teneur en méthane et peuvent donc se substituer à l’étape de purification du biogaz vis-à-vis du CO₂. La biométhanation in-situ correspond à l’ajout d’H₂ dans les méthaniseurs. Par rapport à d’autres procédés, il permet d’utiliser directement les infrastructures déjà présentes sur les sites industriels de méthanisation (bioréacteurs, valorisation du méthane). Toutefois, la méthanation biologique in-situ n’est pas à l’heure actuelle une technologie mature, et un effort de recherche important est nécessaire pour améliorer la compréhension des processus clefs et envisager une optimisation du procédé. En particulier, l’H₂ est un gaz peu soluble dans l’eau et le transfert de matière gaz-liquide est rapidement une étape limitante. De plus, les microorganismes de la biométhanation sont très sensibles à des concentrations élevées en H₂ dissous. Il est donc indispensable d’optimiser l’ajout d’H₂ dans ces systèmes biologiques.

Objectif

L’objectif du stage, d’une durée de 6 mois, portera sur l’optimisation d’un procédé de biométhanation in-situ à l’échelle du laboratoire.
En particulier, les performances de deux bioréacteurs (méthanisation vs méthanisation avec injection d’hydrogène) seront suivies en parallèle sur des systèmes alimentés en semi-continu par un substrat organique, afin de mieux comprendre l’impact de l’ajout de l’H₂ dans les méthaniseurs. Cette approche permettra d’adapter l’ajout d’H₂ dans le réacteur de biométhanation in-situ afin d’obtenir une productivité et une teneur en méthane optimales dans le biogaz produit. Ces expériences seront réalisées dans des bioréacteurs instrumentés de 3L environ. Un suivi journalier des produits de la réaction biologique (débit et composition du biogaz, pH et concentration en Acides Gras Volatils du milieu réactionnel) permettra d’évaluer les performances des deux systèmes (bilan de matière, calculs de productivités, rendements, etc…).
Ce stage s’inscrit dans la continuité de deux doctorats et sera réalisé en collaboration avec ENGIE. Ce stage pourra déboucher sur le financement d’un doctorat.

Profil du candidat

Ce stage s’adresse à des étudiants niveaux Ingénieur ou Master engagés dans une formation en Génie des procédés. Biologie, Environnement.

De plus, le(a) candidat(e) devra avoir, au cours de son cursus, démontré une aptitude à la recherche appliquée et devra faire preuve d’autonomie, de curiosité et de rigueur.

Lieu et durée du stage

Le stage se déroulera au Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement (LBE) de Narbonne. Le LBE est une unité propre de recherche de l’Institut National de la Recherche Agronomique (INRA). Il aura une durée de 6 mois.

Contact

Envoyer CV et lettre de motivation à :

• Renaud ESCUDIE (renaud.escudie_at_inrae.fr)
• Jean-Philippe DELGENES (jean-philippe.delgenes_at_inrae.fr)