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