Impact BIochimique des effluents agricoles et agroindustriels sur les structures/ouvrages en BEtOn dans la filière de valorisation par Méthanisation (ou codigestion anaérobie)

par Célestine Voegel

Thèse de doctorat en Genie civil

Sous la direction de Alexandra Bertron et de Benjamin Erable.


  • Résumé

    La digestion anaérobie est une succession d’étapes de dégradation de la matière organique, par l’intermédiaire de microorganismes, opérée industriellement dans des digesteurs en béton. Des métabolites microbiens (acides gras volatils (AGV), NH4+, CO2) produits au cours du processus de digestion attaquent la matrice cimentaire du béton. Afin d’assurer un développement pérenne de la filière de méthanisation, il est donc nécessaire de comprendre d’abord tous ces phénomènes d’altération pour ensuite proposer des solutions durables pour les matériaux de construction des digesteurs. Les objectifs de la thèse visaient à identifier et quantifier les agents agressifs pour le béton présents dans les milieux de la méthanisation, puis à comprendre leurs rôles dans les mécanismes d’altération des matrices cimentaires. Enfin, l’action de ces milieux a pu être comparée sur un panel de matériaux cimentaires réalisées à partir de différents liants : ciment Portland ordinaire, ciment de haut-fourneau, ciment d’aluminate de calcium et liant alcali activé. Dans des digesteurs de laboratoire, les concentrations maximales des agents chimiques agressifs mesurées pendant la digestion anaérobie d’un biodéchet modèle étaient de 3000 mg.L-1 d’AGV, de 800 mg.L-1 de NH4+, et de 140 mg.L-1 de CO2 dissous. La prolifération de microorganismes capables de métaboliser ces composés chimiques agressifs a été observée à la surface des matériaux cimentaires exposés dans le biodéchet au cours de sa digestion. La zone dégradée des matériaux cimentaires exposés est partiellement décalcifiée, vraisemblablement du fait de l’action des AGV et de l’ammonium NH4+, et carbonatée en raison de la présence de CO2 dissous. Des essais in situ, c’est à dire en conditions réelles, réalisées sur une plateforme expérimentale de méthanisation, ont permis de confirmer les phénomènes d’altération observés en laboratoire. En termes de durabilité, le ciment alumineux présente la meilleure résistance face aux attaques biochimiques lorsqu’on le compare au ciment ordinaire ou aux ciments composés de laitier de haut-fourneau au sein de systèmes de méthanisation en laboratoire ou in situ.

  • Titre traduit

    Biochemical impact of agricultural and agro-industrial effluents on concrete structures in anaerobic digestion field


  • Résumé

    Anaerobic digestion consists in the degradation of organic matter by the successive actions of microorganisms, industrially operated in digesters made of concrete. Microbial metabolites (volatile fatty acids (VFA), NH4+, CO2) produced during this process attack the cementitious matrix of the concrete. To ensure the development of this new industrial field, it appears essential to understand first the alteration phenomena, then to propose durable solutions for digesters’ construction materials. The thesis’ objectives were first to identify and to quantify the aggressive agents for concrete in anaerobic digestion media, then to understand their impacts on the cementitious materials’ alteration mechanisms. Finally, the impacts of those media were compared on different cement pastes made of : ordinary Portland cement, blast furnace slag cement, calcium aluminate cement or alkali activated materials. During laboratory tests, the maximal concentration in aggressive agents measured during the digestion of a synthetic biowaste were 3 000 mg.L-1 of VFA, 800 mg.L-1 of NH4+, and 140 mg.L-1 of dissolved CO2. The colonization of the microorganisms able to produce the aggressive agents has been observed on the cementitious materials’ surfaces exposed to the biowaste during digestion. The external degraded layers of the exposed cementitious materials are partially decalcified, most likely regarding to the action of the VFA and the NH4+. Carbonation has also been detected caused by the dissolved CO2. In situ experiments, in real conditions, achieved in an experimental anaerobic digestion platform, confirmed the alteration phenomena distinguished in the laboratory tests. In terms of durability, calcium aluminate cement present the best performances against the biochemical attacks compared to ordinary cement or blast furnace slag cement in laboratory or in situ anaerobic digestion systems.


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