Composés organiques volatils du silicium : un frein à la valorisation énergétique des biogaz : "génèse et mécanismes de formation"

par Aurélie Ohannessian

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement industriel et urbain

Sous la direction de Patrick Germain et de Valérie Desjardin.

Soutenue en 2008

à Lyon, INSA .

mots clés

• Biogaz
• Composés organiques volatils
• Siloxanes
• Silicones
• Biodégradation

Résumé

Le principal verrou technologique au développement de la valorisation électrique des biogaz concerne les Composés Organiques Volatils du Silicium qui conduisent à des dépôts abrasifs dans les moteurs et engendrent une usure prématurée des systèmes de conversion du biogaz en électricité. Cette problématique des COVSi doit absolument être prise en compte, scientifiquement et techniquement, pour pérenniser la filière de valorisation des biogaz. Il s’agit d’une thématique très peu, voire mal connue. Les difficultés d’analyse des COVSi ainsi que leur apparition relativement récente dans les biogaz sont les principales raisons de ce manque de connaissances. La démarche de recherche de ces premiers travaux académiques sur les COVSi dans les biogaz a été construite selon trois axes : Le 1er axe est consacré à l’étude en laboratoire des mécanismes de dégradation bio-physico-chimique des silicones, qui sont à l’origine de l’apparition des COVSi dans les biogaz. Les influences du pH, des cations et du contexte biologique sur la dégradation d’huiles silicones ont été mises en évidence. Le 2ème axe est dédié à l’évaluation des teneurs en COVSi dans les biogaz d’Installation de Stockage de Déchets Non Dangereux (ISDND), ainsi que dans les boues de STations d’Epuration (STEP) et les biogaz issus de leur digestion. Une méthode d’analyse des COVSi fiable a été développée. Elle a permis de montrer que la nature des COVSi dépend du type de déchets organiques qui sont méthanisés. Enfin, le 3ième axe présente une étude macroscopique de la production et de la consommation des silicones. Elle a permis d’établir des hypothèses sur la répartition des silicones en fin de vie, selon les deux filières d’élimination.

Résumé

Numerous directives and laws, at different levels, national and european, support the development of biogas conversion as a renewable energy resource. The main problem concerning the developpment of biogas valorisation is Volatil Organic Silicon Compounds (currently named " siloxanes " in the litterature). Combustion of these compounds, when producing electricity, produces, abrasive microcrystalline silica that has chemical and physical properties similar to those of glass and causes serious damages to gas engines, heat exchangers… Consequently, VOSiC are considered as the most penalizing compounds in biogases. VOSiC problematic has to be took into account seriously to make this way durable in the future. The thematic is very bad known. Analysis difficulties and their recent apparition in biogases are one of the reasons of this lack of knowledge. The approach of this academic work on VOSiC in biogases has been built around three ways : The first one is dedicated to a laboratory scale approach on silicone degradation (that are the origin of the problem), especially chemical and biological influence. PH, cations and biological influences have been underlined during these experiments. The second one concerns the assessment of VOSiC levels in biogases from landfills and from sludge digesters. A way to analyse these compounds has been developepd. It has shown that VOSiC nature depends on the type of organic wastes that are degraded. The third one summarises the results of a macroscopic study dealing with silicone production and consumption. Assumption on silicone partition at the end of their life have been emitted, concerning the two ways taken by wastes during their treatment. This whole study gives a global vision of VOSiC problematic in biogases. It would help to determine future works to developp for biogas valorisation optimisation.