Couverture des silos d’ensilage pour la méthanisation : compréhension et estimation des impacts sur la production de biogaz et le bilan environnemental

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Présentation INRAE

INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

LBE

Le Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (LBE) est une unité propre de recherche du centre Occitanie-Montpellier de l’Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’alimentation et l’Environnement (INRAE), située à Narbonne. Les recherches menées au LBE visent à développer le concept de bioraffinerie environnementale qui consiste à valoriser les résidus, déchets, effluents organiques ainsi que certaines biomasses en produits d'intérêt industriel (bioénergies, biomolécules, amendement et fertilisant organique) tout en minimisant leur impact environnemental et sanitaire. Symbolisées par la production de bioénergies (eg., via le biométhane et le biohydrogène par des écosystèmes anaérobies), les recherches du LBE cherchent à traiter et/ou valoriser les rejets organiques, qu'il s'agisse d’effluents liquides (agroalimentaires en particulier), de résidus solides (résidus agricoles, déchets ménagers et boues issues des stations d'épuration) ou de biomasses spécifiques telles que les micro-algues ou les cultures intermédiaires à vocation énergétique (CIVE). Cette valorisation se décline en intégrant explicitement les contraintes d'innocuité sanitaire (eg., liées à la présence de résidus pharmaceutiques, de détergents et/ou de pathogènes…). L’ensemble de ses recherches couvre un très large spectre de compétences disciplinaires : microbiologie, écologie microbienne, génie biologique, génie des procédés, modélisation, automatique et transfert industriel. Le LBE bénéficie d’une implantation de 4757 m² de surface, dont 1882 m² de halle expérimentale, et d’un équipement scientifique et analytique permettant la mise en place et le suivi d'expérimentations à différentes échelles.

GRDF

GRDF, gestionnaire principal de distribution de gaz en France, joue un rôle majeur dans la transition énergétique. L'entreprise soutient la filière méthanisation, qui transforme de la matière organique en biométhane, injecté dans le réseau après épuration. Ce processus valorise des déchets et co-produits agricoles tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre, contribuant ainsi aux objectifs de neutralité carbone et à l'indépendance énergétique du pays d'ici 2050.

Environnement de travail, missions et activités

Contexte

Pour limiter la hausse des températures à +2°C (COP 21), la France s’est fixé comme objectif d’atteindre la neutralité carbone à horizon 2050 en divisant par 6 ses émissions de gaz à effet de serre (GES) et en doublant ses puits de carbone. L’agriculture, qui représente environ 20% des émissions nationales de GES, peut contribuer à la neutralité carbone en i) réduisant ses propres émissions (CH4 et N2O majoritairement) ; ii) en augmentant le stockage de carbone dans les sols agricoles ; iii) en produisant des sources d’énergie renouvelables qui se substituent aux énergies fossiles. 

La méthanisation constitue un levier majeur pour atteindre la neutralité carbone en 2050 en France, en transformant des matières organiques en biogaz renouvelable et en réduisant ainsi les émissions liées aux énergies fossiles. Elle participe également à une gestion plus durable des déchets tout en produisant un fertilisant naturel qui limite le recours aux intrants chimiques. Le secteur agricole est au cœur de ce développement, car il pourrait fournir l’essentiel des ressources mobilisables nécessaires au fonctionnement des unités de méthanisation. Parmi ces ressources, les Cultures Intermédiaires à Vocation Energétique (CIVE) représentent plus du tiers du gisement mobilisable. Implantées entre deux cultures principales successives elles permettent à la fois le stockage de carbone dans le sol et la production d’énergie renouvelable par méthanisation. Les récoltes (une à deux par an) doivent permettre d’alimenter les méthaniseurs tout au long de l’années et sont donc stockées grâce à la méthode de l’ensilage. La bonne réussite de l’étape de stockage est une étape déterminante qui conditionne la valorisation optimale du potentiel énergétique des récoltes.

Afin de garantir une bonne étanchéité, les silos sont traditionnellement couverts par des bâches en plastique à usage unique. L’utilisation de ces bâches génère des quantités importantes de déchets en plastique ainsi que des coûts importants liés à leur achat et leur manutention. Les opérations de bâchage et débâchage sont également des opérations pénibles et dangereuses qui poussent les exploitants de méthaniseurs à se tourner vers d’autres solutions, mais leur impact sur les performances de stockage n’est à ce stade pas connu. L’adoption de nouvelles pratiques alternatives à l’utilisation des bâches pourrait ainsi augmenter les pertes de potentiel énergétique au stockage et/ou générer des émissions de gaz à effet de serre (GES) venant alourdir le bilan de la filière méthanisation.

Objectifs

Ce projet de thèse a pour objectifs d’améliorer la compréhension de l’activité microbienne se mettant en place au sein des silos d’ensilage exposés à l’air, son impact sur le potentiel énergétique de l’ensilage et le bilan environnemental associé au stockage. Les principales questions de recherches auxquelles le travail de thèse s’adressera sont les suivantes : 

• Comment évoluent les caractéristiques de l’ensilage (paramètres physico-chimiques, émissions de GES, potentiel méthanogène) en fonction du niveau d’exposition à l’air et aux intempéries à long terme ?
• Quelles sont les propriétés d’étanchéité de potentiels matériaux couvrants alternatifs ?
• Comment prédire les performances de stockage en fonction des caractéristiques de la couverture, de la CIVE et du silo en utilisant des outils de modélisation ?

Missions et activités

En se basant sur un état de lieux biographique, le doctorant aura pour missions de concevoir et de réaliser les activités de recherche pour répondre aux objectifs décrits précédemment. Le LBE et la plateforme BIO2E dispose de l’ensemble des équipements nécessaires pour mener le travail de thèse :

• Dispositifs expérimentaux : réacteurs d’ensilage automatisés à l’échelle laboratoire, dispositifs de mesure de la perméabilité à l’air et à l’eau
• Analyses et suivi des réacteurs d’ensilage : équipements pour la caractérisation de la biomasse et le suivi des paramètres clés (composition des gaz, DCO, COT, NTK, anions, cations, AGV, autres métabolites).
• Analyse microbiologique : extraction d’ADN, séquençage, PCR en temps réel, traitement bio-informatique des données.

Lieu de réalisation du stage : Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement, Narbonne (déplacements ponctuels à Saint-Denis, siège de GRDF et employeur du doctorant).

Formations et compétences recherchées

Des compétences pluridisciplinaires seront nécessaires pour mener à bien les travaux de thèse. Des compétences en génie des procédés, chimie, microbiologie et modélisation sont attendues (formations de type génie des procédés/bioprocédés/ingénieur agro…).

Qualités attendues : 

• Rigueur et autonomie
• Expérience d’expérimentation en laboratoire, collecte et interprétation de données scientifiques.
• Bonnes capacités de rédaction et de présentation orale. 
• Anglais technique (lecture de publications scientifiques).
• Esprit d’initiative et force de proposition
• Une connaissance du milieu agricole est un plus

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

Le dossier complet (obligatoire : CV détaillé et lettre de motivation ; optionnel : liste des travaux scientifiques en lien avec la thématique du recrutement) est à adresser par voie électronique à :

• Ludovic Le Jeune : ludovic.le-jeune@externe.grdf.fr
• Francky Duchateau : francky.duchateau@grdf.fr 
• Clément Van Vlierberghe : clement.van-vlierberghe@inrae.fr
• Renaud Escudié : renaud.escudie@inrae.fr