Les déchets organiques transformés en hydrogène

L’hydrogène est l’un des vec­teurs éner­gé­tiques pri­vi­lé­gié par le Gou­ver­ne­ment pour décar­bo­ner les trans­ports. À ce jour, 99,3 % de l’hydrogène mon­dial est pro­duit à par­tir d’énergies fos­siles. Seule la filière de l’électrolyse de l’eau génère un hydro­gène bas-car­bone. Par­mi l’ensemble des voies de pro­duc­tion bas-car­bone connues, le labo­ra­toire mixte inter­na­tio­nal BIOTEC H2 – inau­gu­ré en 2022 à Ham­ma­met – se consacre à la démons­tra­tion de la pro­duc­tion de bio­hy­dro­gène par fer­men­ta­tion obs­cure à haute température.

Hana Gan­noun. Ce pro­cé­dé est basé sur la valo­ri­sa­tion de déchets de fruits et légumes par fer­men­ta­tion acé­tique. Nous uti­li­sons une bac­té­rie marine, Ther­mo­to­ga mari­ti­ma¹. Les déchets et les bac­té­ries sont pla­cés avec de l’eau de mer dans un bio­réac­teur. Ce der­nier est chauf­fé à 80 °C, main­te­nu sans lumière ni oxy­gène et l’agitation et le pH sont contrô­lés : cela offre des condi­tions opti­males pour la crois­sance des bac­té­ries. La dégra­da­tion des bio­dé­chets par les bac­té­ries pro­duit du dihy­dro­gène (H₂), du CO₂ et de l’acétate.

Pierre-Pol Lieb­gott. Ce pro­cé­dé est connu depuis une ving­taine d’années, et il n’existe pas d’obstacle à la pro­duc­tion de bio­hy­dro­gène. Nous avons démon­tré la fai­sa­bi­li­té de ce pro­cé­dé dans un fer­men­teur de 2 L ali­men­té par des déchets issus de mar­chés ali­men­taires en Tunisie.

HG. Nous tenons à uti­li­ser des bac­té­ries marines pour pou­voir ali­men­ter le réac­teur en eau salée. Cela évite d’ajouter un usage sup­plé­men­taire à la res­source en eau douce.

PPL. Par­mi la car­to­gra­phie taxo­no­mique des microor­ga­nismes exis­tants, nous avons rete­nu Ther­mo­to­ga mari­ti­ma, qui est un micro-orga­nisme marin bien par­ti­cu­lier : il est poly­ex­tre­mo­phile. Cela signi­fie qu’il résiste à de très hautes tem­pé­ra­tures et une forte concen­tra­tion en sel. Dans la nature, cette bac­té­rie se déve­loppe dans les sources hydro­ther­males sous-marines. Pour­quoi avoir choi­si ces par­ti­cu­la­ri­tés ? Dans un milieu riche en sucre, de nom­breuses bac­té­ries conta­mi­nantes se déve­loppent : elles peuvent per­tur­ber la réac­tion. Or, à 80 °C, aucune conta­mi­na­tion ne peut se déve­lop­per nous assu­rant que seule Ther­mo­to­ga mari­ti­ma est à l’œuvre.

La fer­men­ta­tion à haute tem­pé­ra­ture pré­sente un autre avan­tage : elle est plus éco­nome éner­gé­ti­que­ment. La fer­men­ta­tion est un pro­ces­sus qui dégage de la cha­leur, et main­te­nir un fer­men­teur à une tem­pé­ra­ture de 20 °C néces­site de le refroi­dir. Le refroi­dis­se­ment néces­site plus d’énergie que le chauf­fage, pour lequel nous uti­li­sons un chauffe-eau solaire.

PPL. Les voies bio­lo­giques sont peu coû­teuses et requièrent moins d’énergie. Pour fabri­quer 1 mole d’hydrogène, il faut 0,2 mole d’énergie avec une pile à élec­tro­lyse micro­bienne. Ce chiffre grimpe à 1,7 pour l’électrolyse de l’eau. Sur­tout, la fer­men­ta­tion obs­cure per­met de valo­ri­ser un gise­ment énorme de matière orga­nique. En France, près d’un tiers des déchets ména­gers sont putres­cibles et leur col­lecte est désor­mais obli­ga­toire. En Tuni­sie, cette part grimpe à 70 % et une grande par­tie de ces déchets est direc­te­ment reje­tée dans des décharges publiques.

HG. Nous tra­vaillons à la meilleure carac­té­ri­sa­tion des déchets au cours de l’année. Nous avons pour cela trois sites d’études : un mar­ché de gros à Tunis, un mar­ché muni­ci­pal et un hôtel. L’État tuni­sien sou­haite mettre en place une ges­tion de ce type de déchets : notre objec­tif est de nous assu­rer d’un fonc­tion­ne­ment stable et per­for­mant du bio­réac­teur tout au long de l’année.

PPL. La métha­ni­sa­tion est plus simple à mettre en œuvre, et le pro­cé­dé est assez mature. Mais le méthane est moins inté­res­sant éner­gé­ti­que­ment par­lant. De plus, l’hydrogène est en voie de démo­cra­ti­sa­tion en Europe, pous­sé par de nom­breux plans d’investissements. En valo­ri­sant les déchets orga­niques en bioH₂, nous pro­po­sons de tirer par­ti au maxi­mum des infra­struc­tures – de pro­duc­tion, dis­tri­bu­tion, etc. – qui vont être déployées.

PPL. Le ren­de­ment théo­rique se situe aux alen­tours de 4 moles d’H₂ par mole de sucre, dans la réa­li­té, il est pour le moment infé­rieur à 3, ce qui demeure un bon résul­tat. En pra­tique, avec une tonne de déchets, nous pro­dui­sons un kilo de bioH₂.

HG. Nous cher­chons actuel­le­ment à amé­lio­rer ce ren­de­ment. Nous étu­dions pour cela d’autres microor­ga­nismes marins et éga­le­ment des consor­tia syn­thé­tiques – mélanges de plu­sieurs souches bactériennes.

PPL. Le pro­cé­dé n’est, en effet, pas encore mature : nous sommes à un niveau TRL 3–4, cor­res­pon­dant à un pro­to­type à échelle réduite. Nous allons pro­chai­ne­ment pas­ser d’un fer­men­teur de 2 L à 10 L. Mais nous ne visons pas la mise en œuvre de gros volumes, comme les grosses uni­tés de métha­ni­sa­tion. L’objectif est de mettre au point une uni­té des­ti­née à la pro­duc­tion domes­tique de bioH₂ à par­tir des déchets du foyer. Cela per­met d’adresser une cible moins concur­ren­tielle et d’offrir une indé­pen­dance éner­gé­tique à la population.

HG. Oui, nous par­lons de mou. C’est un aspect sur lequel nous tra­vaillons, car nous essayons d’avoir une approche d’économie cir­cu­laire com­plète. Il existe plu­sieurs freins à la valo­ri­sa­tion du mou, contrai­re­ment au diges­tat issu de la métha­ni­sa­tion : il est riche en sel et en acides gras orga­niques. Il n’est donc pas pos­sible de l’utiliser en agri­cul­ture sur les sols. Nous tra­vaillons sur la frac­tion solide du mou : en la com­pos­tant, il serait pos­sible de pro­duire des enzymes ou des poly­mères valo­ri­sables dans les emballages.

PPL. Si nous par­ve­nons à trai­ter le mou de fer­men­ta­tion, notre pro­cé­dé devien­dra concur­ren­tiel à la pro­duc­tion de méthane.

Anaïs Marechal