La digestion anaérobie est un processus biologique par lequel, en l’absence d’oxygène, la substance organique contenue dans les matières d’origine végétale et animale est transformée en biogaz, composé principalement de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2).
Le pourcentage de méthane varie, selon le type de substance organique digérée et les conditions du procédé, d’un minimum de 50 à environ 80 %. Les micro-organismes anaérobies qui effectuent cette transformation présentent des vitesses de croissance et des vitesses de réaction faibles ; d’où la nécessité de maintenir, dans la mesure du possible, des conditions optimales du milieu réactionnel pour favoriser son métabolisme.
La digestion anaérobie peut être réalisée en conditions mésophiles (à des températures d’environ 35°C), thermophiles (à environ 55°C) ou, plus rarement, en conditions froides (digestion psychrophile). La température de réaction détermine aussi généralement la durée du procédé (temps de séjour ou de rétention). Les délais sont en moyenne compris entre 15 et 50 jours si le processus survient en mésophilie, entre 14 et 16 jours s’il survient en thermophilie et 60-120 jours en psychrophilie.
La digestion anaérobie est un processus très complexe opéré par différents groupes de bactéries agissant en série. La transformation s’effectue avec une succession de phases successives qui, dans une faible mesure, ont tendance à se chevaucher.
Les deux premières phases peuvent être considérées comme une préparation et ce n’est que dans la troisième phase qu’il y a production de biogaz. Plus précisément, dans la première phase, les bactéries hydrolytiques « décomposent » les composés organiques complexes (c’est-à-dire les glucides, les protéines et les graisses) en substances plus simples (phase d’hydrolyse).
Dans la deuxième phase, ces substances sont transformées en une première étape, dans les acides organiques par des réactions d’acidogenèse et, ensuite, dans l’acétate (COOH-CH3), le dioxyde de carbone (CO2) et l’hydrogène (H2), par des procédés d’acétogenèse (phase de fermentation). Dans la dernière phase, la plus délicate, les bactéries méthanogènes transforment les produits formés à la phase précédente en méthane (CH4) et dioxyde de carbone, les principaux constituants du biogaz (méthanogénèse).
La substance organique est alors dégradée libérant du biogaz, vecteur énergétique du procédé, dans une proportion allant de 30 à 85 %. Les faibles niveaux de production de biogaz peuvent être attribués à plusieurs facteurs : basses températures ; des temps de rétention trop courts pour une température donnée ; mauvaise gestion hydrodynamique du réacteur (zones mortes) ; présence importante de substances antibiotiques.
Le rendement en biogaz dépend également du type de biomasse utilisée. Le chapitre suivant contient un examen approfondi des matrices organiques et des caractéristiques fonctionnelles connexes de la digestion anaérobie (DA). Dans un premier temps, le rendement en biogaz et le pourcentage de méthane qu’il contient sont indiqués, corrélés à la composition organique des matières premières. La plus grande capacité méthanogène est attribuable aux graisses (≈ 0,85 m3/kg), suivies des protéines (≈ 0,5 m3/kg) et enfin des glucides (≈ 0,4 m3/kg).
