La présente invention concerne un procédé de production d'éthanol à partir de déchets organiques renfermant des matières biodégradables, tels que des déchets issus d'ordures ménagères, ainsi que l'installation pour la mise en œuvre dudit procédé.

La présente invention se situe dans le contexte général de la production de biocarburant, c'est-à-dire un hydrocarbure liquide issu de la biomasse. Les biocarburants présentent l'avantage d'être une source d'énergie renouvelable car les matières dont ils sont issus se reconstituent rapidement. On distingue actuellement trois générations de biocarburants :

- les biocarburants de première génération qui sont produits directement à partir de produits "alimentaires", à savoir à partir de plantes sucrières (canne à sucre, betterave à sucre) ou amylacées (maïs, blé, manioc), le sucre étant directement fermenté en éthanol

- les biocarburants de deuxième génération qui sont produits directement à partir de produits "non-alimentaires", à savoir à partir de biomasse lignocellulosique (renfermant de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine), et

- les biocarburants de troisième génération qui sont produits directement à partir de microalgues. Les résultats obtenus avec les biocarburants de première génération présentant un bilan environnemental discutable, les recherches actuelles portent notamment sur les biocarburants de deuxième génération ; cependant les premiers développements de ces procédés s'avèrent onéreux, en effet ils nécessitent l'obtention des sucres fermentescibles par voie chimique ou par voie enzymatique. Dans ce dernier cas, un prétraitement est nécessaire afin de faciliter l'hydrolyse de la fraction cellulosique et éventuellement hémicellulosique.

Certains travaux se sont donc tournés vers des matières premières bon marché, à savoir les déchets issus d'ordures ménagères pour produire de l'éthanol. Cependant ces procédés sont complexes incluant le plus souvent une étape de prétraitement.

Un premier but de la présente invention est de proposer un procédé de production d'éthanol, qui soit simple et rustique, ne nécessitant pas d'étape de prétraitement.

La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de production de bioéthanol à partir de déchets organiques renfermant des matières biodégradables, telles que des matières fermentescibles et des matières lignocellulosiques, tels que des déchets issus d'ordures ménagères.

A ce jour on sait que les levures sont les organismes de référence pour la production de bioéthanol (et sont utilisées pour la production de bioéthanol de première et de deuxième génération), et que les bactéries sont également capables de synthétiser de l'éthanol, et surtout capables de dégrader le déchet contrairement aux levures. En conséquence les essais actuels de production de bioéthanol à partir d'ordures ménagères ont été mis en œuvre avec introduction d'inoculum bactérien, par exemple un inoculum provenant d' un méthaniseur de déchets ménagers. L'inoculum doit parfois être préalablement séparé et mis en culture pendant plusieurs semaines préalablement à son utilisation dans le fermenteur.

Des travaux réalisés par Dogan et al. (Chemosphere, 2009 74(6) pages 797-803) à partir d'ordures ménagères, renfermant des fruits, des légumes et des déchets de cuisine selon un rapport pondéral 3 :2 : 1 , en présence d'un inoculum à activité acidogène, ont permis d'obtenir des acides organiques et des alcools, l'éthanol étant le principal alcool produit, pour des pH compris entre 3 et 3, 5, avec production rapide d'éthanol dans les cinq premiers jours. Le pH n'est pas stable et la concentration en éthanol produit fluctue au cours du temps. II apparaît néanmoins que le pH est un élément important pour la production d'éthanol, mais que les informations sur la valeur du pH optimal divergent dans la littérature (le pH optimal variant de 3, 5 à 7,9).

Un autre facteur qui semble également important pour la production d'éthanol est la présence de dihydrogène, cependant ce paramètre est difficile à mettre en œuvre au niveau industriel.

Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de production de bioéthanol à partir de déchets organiques renfermant des matières biodégradables, qui ne nécessite pas la surveillance de paramètres complexes, ni d'étape de prétraitement, ni la préparation préalable d'un inoculum particulier. Ces buts, ainsi que d'autres, sont atteints par le procédé de la présente invention qui propose un procédé de production d'éthanol à partir de déchets organiques renfermant des matières biodégradables, telles que des matières fermentescibles et des matières lignocellulosiques,

comportant les étapes successives suivantes :

- placement d'une quantité de déchets organiques renfermant des matières biodégradables, telles que des matières fermentescibles et des matières lignocellulosiques dans un réacteur dans des conditions anaérobies et d'humidité relative supérieure à 60 %, de préférence supérieure à 80 %, pour provoquer une fermentation desdites matières, pouvant générer une acidification du milieu par production d'acides organiques, tels que des acides gras volatils,

- suivi, et contrôle éventuel, du pH,

- éventuelle régulation de la température au sein du réacteur,

- interruption de la fermentation, séparation de la fraction liquide et de la fraction solide des déchets organiques partiellement fermentés avant que la valeur de pH de ladite fraction liquide ne descende au-dessous de la valeur de 4,5, appelée valeur seuil, de préférence ne descende au-dessous de la valeur seuil de 5,5, puis récupération de la fraction liquide et/ou gazeuse produite par la fermentation anaérobie des déchets organiques, ladite fraction liquide et/ou gazeuse renfermant de l'éthanol,

- concentration et/ou séparation de l'éthanol d'au moins une partie de ladite fraction liquide et/ou gazeuse,

le procédé étant caractérisé en ce que l'énergie nécessaire à l'éventuelle étape de régulation de la température du réacteur anaérobie et/ou nécessaire à l'étape de concentration ou de séparation de l'éthanol est apportée par l'énergie produite par une opération de traitement ou de stockage de la fraction solide des déchets organiques fermentés, partiellement fermentés ou non fermentés, ladite opération de traitement ou de stockage étant notamment effectuée dans un méthaniseur, un incinérateur ou un centre de stockage avec récupération et valorisation du biogaz.

En effet il a été constaté que la simple surveillance du pH permet d'obtenir, pour un pH inférieur à 8, mais supérieur à 4,5, avantageusement compris entre 5,5 et 7,5, et plus avantageusement encore entre 6,5 et 7,5 une production maximale en éthanol. Une régulation du pH est possible, pour la maintenir entre ces valeurs préférées.

Contrairement à tous les procédés décrits dans la littérature, il a été découvert, de manière surprenante, que les déchets organiques renfermant des matières biodégradables, telles que des matières fermentescibles et des matières lignocellulosiques, issus d'ordures ménagères, la fermentation peut avantageusement être conduite essentiellement avec la flore endogène du réacteur et notamment la flore des déchets organiques issus d'ordures ménagères. Donc de préférence aucune levure, ni enzyme, ni inoculum n'est introduit dans le réacteur anaérobie. Dans ces conditions, de l'éthanol est néanmoins généré dans les gammes de pH mentionnées précédemment.

Ceci simplifie considérablement le procédé de production d'éthanol. Il est ainsi possible de s'affranchir d'une étape de prétraitement, ainsi que de l'étape de préparation d'un inoculum adéquat. Seul un dispositif de surveillance du pH est alors nécessaire.

Le procédé selon la présente invention est ainsi un procédé rustique et peu coûteux. Au contraire des procédés de l'art antérieur, il ne nécessite pas non plus de prétraitements lourds. Lors de la conduite du procédé selon la présente invention, il a été observé que la flore endogène des ordures ménagères renferme majoritairement des populations de bactéries de la Classe Bacilli lors de la fermentation dans le réacteur anaérobie, selon un premier mode de réalisation de l'invention, à des températures comprises entre 1 5 ° C et 50 ° C, lorsque le pH est aux alentours de la valeur seuil de 6, 5.

Cette population de bactéries de la Classe Bacilli représente alors au moins 60 % de préférence au moins 70 %, de préférence encore au moins 80 % de la population bactérienne totale dans le réacteur anaérobie, la mesure étant réalisée par séquençage de l'ADNr et l'affiliation phylogénétique des séquences effectuée par analyse bioinformatique, notamment au moyen du logiciel QIIME (Quantitative Insights Into Microbial Ecology, de Caporaso, Kuczynski et al. , Nature Methods, 7(5) : 335-336, 2010)

Avantageusement, les déchets organiques introduits dans le réacteur anaérobie renferment une fraction fermentescible et lignocellulosique d'au moins 20 % en masse, de préférence d'au moins 25 % en masse (fraction mesurée à l'état sec).

Il a été constaté que le pH peut avantageusement se situer encore à une valeur supérieure aux valeurs seuils décrites précédemment. Ainsi, de manière avantageuse, l'interruption de la fermentation est effectuée avant que la valeur de pH de ladite fraction liquide ne descende au-dessous de la valeur de 5, 8, de préférence ne descende au-dessous de la valeur de 6,0. Un degré d' humidité relative important est nécessaire, à savoir supérieur à 60 %, ce degré d'humidité relative peut avantageusement être supérieur à 70 %, de préférence encore supérieur à 80 %. Selon un premier mode de réalisation du procédé de la présente invention, la fermentation est conduite avec immersion totale ou partielle dans l'eau des déchets organiques placés dans ledit réacteur.

Pour une meilleure régulation et contrôle du pH de fermentation, l'eau d'immersion est avantageusement tamponnée à un pH compris entre 6 et 9, de préférence entre 6, 5 et 8.

Selon un second mode de réalisation du procédé de la présente invention, la fermentation est conduite sous aspersion continue ou intermittente et percolation d'eau au travers des déchets organiques placés dans ledit réacteur.

De même, pour une meilleure régulation et contrôle du pH de fermentation, l'eau d'aspersion est tamponnée à un pH compris entre 6 et 9, de préférence entre 6, 5 et 8, avec de préférence une recirculation de l'eau d'aspersion et de percolation au travers des déchets organiques en cours de fermentation au sein dudit réacteur.

Le lixiviat chargé en éthanol est alors recueilli, lorsque son pH atteint la valeur seuil choisie ou avant que cette valeur seuil ne soit atteinte. Cette valeur de pH peut être obtenue le plus souvent entre 2 et 5 jours de fonctionnement anaérobie en milieu humide du réacteur, à une température comprise entre 1 5 ° C et 50° C environ.

L'étape de concentration ou de séparation de l'éthanol de la fraction liquide (lixiviat) est réalisée par une technique choisie parmi la distillation, la pervaporation, ou un stripping gazeux. Selon un second mode de réalisation du procédé selon la présente invention , la fermentation dans le réacteur anaérobie est régulée à une température comprise entre 50° C et 80 ° C, conduisant à une population de bactéries renfermant majoritairement des bactéries du genre Thermoanaerobacter. Dans ce cas la sélection de ces bactéries thermophiles peut avantageusement provenir de la flore endogène du réacteur, notamment de la flore des ordures ménagères.

A ces températures comprises entre 50° C et 80° C environ, l'éthanol produit peut être facilement extrait du réacteur de fermentation par stripping gazeux.

Comme indiqué précédemment, l'énergie nécessaire à la régulation de la température et/ou à l'étape de concentration ou de séparation de l'éthanol est apportée par l'énergie produite par le traitement ou le stockage de la fraction solide des déchets organiques fermentés, partiellement fermentés ou non fermentés, l'opération de traitement ou de stockage pouvant être effectuée dans un méthaniseur, un incinérateur ou un centre de stockage avec récupération et valorisation du biogaz. Ainsi le procédé selon la présente invention est un procédé rustique, ne nécessitant pas ou peu d'énergie extérieure pour sa mise en œuvre.

Pour augmenter encore le rendement énergétique du procédé de l'invention, le gaz produit au cours de la fermentation, qui peut renfermer de l'hydrogène par exemple, peut avantageusement être envoyé aussi vers un méthaniseur, de préférence le même que celui qui reçoit la fraction solide des déchets organiques fermentés. Ce gaz produit au cours de la fermentation est avantageusement, avant envoi vers le méthaniseur, débarrassé notamment de l'éthanol produit, de préférence par condensation ou adsorption.

La présente invention concerne également l'installation pour la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend :

- un premier réacteur de fermentation anaérobie des déchets organiques, renfermant des matières biodégradables, telles que des matières fermentescibles et des matières lignocellulosiques, équipé d'une entrée de liquide, pour l'immersion ou l'aspersion desdits déchets, et d'une sortie de liquide, dénommé lixiviat et/ou d'une sortie de gaz produit durant la fermentation,

- un second réacteur, de type méthaniseur ou incinérateur ou centre de stockage, destiné à recevoir au moins une fraction solide des déchets organiques fermentés, partiellement fermentés ou non fermentés et à produire de l'énergie ;

- des moyens de recueil de la fraction liquide, appelée lixiviat, des déchets organiques fermentés et un dispositif de concentration et/ou de séparation de l'éthanol recueilli au sein de ladite fraction liquide et/ou des moyens de recueil de la fraction gazeuse et un dispositif de concentration et/ou de séparation de l'éthanol recueilli au sein de la fraction gazeuse ;

- ledit dispositif de concentration et/ou de séparation d'éthanol étant couplé au second réacteur, de type méthaniseur ou incinérateur ou centre de stockage, et étant apte à utiliser au moins partiellement l'énergie produite au sein de ce second réacteur. Selon un mode avantageux de réalisation de l'installation la sortie du gaz du premier réacteur de fermentation est couplée au second réacteur de type méthaniseur pour envoyer le gaz produit au cours de la fermentation pour servir à la production de méthane. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 présente les courbes de pH obtenues lors d'une fermentation selon l'exemple 1 ; La figure 2 présente les courbes de production d'éthanol à 35 ° C à différents pH selon l'exemple 1 ;

La figure 3 présente des comparaisons de production d'éthanol à 20° C et 35 ° C à différents pH selon l'exemple 2 ;

La figure 4 montre la production d'éthanol à 70° C selon l'exemple 2 ;

La figure 5 montre la variation du pH en fonction de l'inoculum selon l'exemple 3 ; La figure 6 montre la production d'éthanol en fonction de la quantité d'inoculum en fonction du temps selon l'exemple 3 ;

La figure 7 montre l'évolution du pH de fermentation des différentes fractions biodégradables des déchets issus d'ordures ménagères ;

Les figures 8A, 8B et 8C présentent la production d'acides gras volatils (AGV) et d'éthanol de différentes fractions biodégradables des déchets issus d'ordures ménagères ;

La figure 9 montre les profils ARISA bactériens lors de la fermentation de différentes fractions biodégradables des déchets issus d'ordures ménagères ;

La figure 10 montre l'évolution du pH au cours de fermentation avec différentes teneurs en matière sèche ; Les figures 1 1 A et 1 1 B présentent la production d'acides gras volatils (AGV) et d'éthanol à différentes teneurs en matières sèches (MS) ; La figure 12 présente une installation pour la mise en œuvre du procédé de production d'éthanol selon la présente invention incorporant un réacteur apte à produire de l'énergie

La figure 13 montre les résultats du séquençage dans les expériences de fermentation sans inoculum.

Dans les exemples qui suivent, les déchets organiques testés renferment des matières biodégradables telles que des matières fermentescibles et des matières lignocellulosiques. La composition de ces déchets issus d'ordures ménagères reconstituées est présentée en détail dans le tableau 1 ci-dessous.

Les caractéristiques de ces déchets sont les suivantes : 69,44 % MS, 61 , 14 % MV, soit MV/MS 88,05 %, avec : MS = Matière Sèche (déterminée suivant la norme NF12880 et exprimée en % massique) MV = Matière Volatile (déterminée suivant la norme NF12879 et exprimée en % massique).

Par matière fermentescible on entend dans l'ensemble du texte des matières pouvant fermenter rapidement, correspondant aux matières de la catégorie « putrescibles » du tableau 1 .

Nomenclature

Nomenclature Modecom 2007 % % en

Irstea/Modecom 2007 % en masse masse

masse n Sous Sous Eléments humid humid

Catégorie sèche catégorie catégorie constitutifs e e

Biscotte 5,39 7,32

Steak haché

(bœuf 15% de 7,41 4,07

Déchets MG)

Putrescible alimentaires Marc de café 4,08 2,95

1 Riz 48,82

s 4,54 2,03

Pommes de

22,00 5,53 terre

Déchets de

Foin 5,39 7,09 jardins

Journaux - Journaux -

Journaux 4,95 6,71 brochures brochures

Magazines- Magazines-

Magazines 6,60 9,25

2 Papiers Publicités Publicités 22, 13

Autres papiers

Papier de

Emballages Autres papiers 10,59 14,78 bureau

papier

Carton plat

Carton plat 5,22 7, 19

3 Cartons divers 10,43

Carton ondulé Carton ondulé 5,22 7, 12

Emballage de

Composite

4 Complexes liquide 2,55 2,55 3,58

ELA

alimentaire

Emballages

en textiles

5 Textiles Textiles Drap en coton 2,91 2,91 4, 1 1

Autres

textiles

Textiles Textiles

6 Couches 13, 15 13, 15 18,29 sanitaires sanitaires

Total 100 100 100

Tableau 1

Exemple 1 - Influence du i. Inoculum

Afin d'avoir un inoculum capable de dégrader les déchets nous avons choisi de travailler avec un inoculum provenant d'un digesteur mésophile d'ordures ménagères (Varennes Jarcy (91 )). Des étapes de préparation ont été nécessaires. Les boues ont tout d'abord été lavées puis filtrées et enfin une pré-incubation à 35°C a été réalisée en condition anaérobie afin de permettre la stabilisation des boues. On estime que ces dernières sont stabilisées quand la production de biogaz devient quasi-nulle, stade auquel on considère que tous les substrats endogènes permettant la synthèse de biogaz ont été dégradés. Une fois la stabilisation atteinte, la boue a été centrifugée (10 000 g pendant 15 min à 4°C) et aliquotée (100ml_ de boue) puis conservée à -80° C. Les caractéristiques de l'inoculum sont les suivantes : 35,65 % MS, 14,22 % MV, MV/MS 39,89 %. ii. Milieu

Le milieu est un milieu aqueux avec des tampons phosphates pour stabiliser le pH (force 200mM, tableau 2). Trois pH ont été testés : les pH initiaux de ces tampons étaient de 2,5, 5 et 8. Les pH des différentes incubations se sont ensuite respectivement stabilisés à 4,5, 5,2 et 6,6. Ce sont ces dernières valeurs de pH (pH de stabilisation) qui sont notées sur les figures 1 , 2 et 3.

Tableau 2 iii. Substrat

Seule la fraction biodégradable des ordures ménagères (c'est-à-dire les fractions 1 , 2 et 3 du tableau 1 ) a été utilisée. Les caractéristiques de ce substrat étaient : MS : 69,44% et MV : 61 ,14%. iv. Fermentation (incubation anaérobie)

L'inoculum (1 ,72 g), le milieu (140 mL) et le substrat (10g) ont été mélangés dans une bouteille en verre de 330 mL pour obtenir une concentration en matière sèche de 5% et un ratio inoculum/substrat de 1 /25 en termes de MV. Les bouteilles ont ensuite été fermées avec un septum en caoutchouc et un anneau métallique. Les expériences étant réalisées en condition anaérobie, le dioxygène a été retiré du ciel gazeux, au moyen d'une rampe à vide (Swagelock). Afin d'obtenir un pourcentage volumique en dioxygène inférieur à 0,3 %, cinq cycles vide/N ₂ sont réalisés. Le gaz utilisé est un gaz inerte, le diazote (pureté 4, 5, Linde Gas SA). Enfin, après cette étape le ciel gazeux des bouteilles est analysé au moyen d'une microGC (micro-chromatographie en phase gazeuse, appareil microGC Varian CP4900). Cet appareil est équipé de 4 circuits chromatographiques parallèles à détection TCD. Ainsi, il est possible de déterminer la présence et de quantifier les gaz suivants : O2, N ₂ , CH , CO2, H ₂ S, N ₂ 0, H ₂ et NH ₃ . Pour l' hydrogène le gaz vecteur utilisé est de l'argon (pureté 5.0, Linde Gas SA) et pour les autres il s'agit d' hélium (pureté 6,0, Linde Gas SA). On vérifie ainsi le pourcentage en oxygène souhaité. Les réacteurs ont ensuite été placés à 35 ° C (± 2 ° C) sous une agitation de 1 10-120 rpm.

L'éthanol produit est analysé grâce à un couplage GC-MS chromatographe en phase gazeuse - spectromètre de masse. Le chromatographe en phase gazeuse utilise une colonne capillaire (TR-WAX : longueur 30 m, diamètre interne 0,25 mm) avec une phase polyéthylène glycol (épaisseur 0,25 pm). Les molécules sont séparées dans la colonne GC selon leur temps de rétention, puis sont brisées en fragments ionisés dans le spectromètre de masse. Ces fragments sont ensuite détectés grâce à leur rapport masse sur charge noté m/z. Ce couplage permet d'identifier et de quantifier les alcools produits, notamment l'éthanol et le butanol. La fraction liquide prélevée dans les flacons de fermentation sont placés dans des tubes en verre fermés. Pour l'analyse, ces tubes en verre sont chauffés à 90° C pendant 10 min pour faire passer l'éthanol, présent dans la fraction liquide, en phase vapeur. Puis avec une seringue de 2, 5 mL (HD Type Seringue, CTC Analytics) montée sur l'autosampler (TriPlus sampler) un aliquot de 1 mL de cette vapeur est prélevé à travers le septum du tube, et directement injecté dans le chromatographe (la seringue étant à 100° C pour éviter la condensation sur ses parois). La température initiale du four est de 45 ° C puis augmente de 5 ° C/min jusqu'à atteindre 100° C, puis augmente de 50° C/min jusqu'à la température de 200° C maintenue pendant 2 minutes. La température de l'injecteur est de 200° C (mode split, flux de 40mL/min, ratio 20), la ligne de transfert ainsi que la source sont à 220° C. L'hélium est utilisé comme gaz vecteur à un flux de 2mL/min. La calibration de l'appareil a été réalisée avec des standards de 0, 1 , 0,25, 0, 5, 1 , 5, 10 et 25 mg/L.

Les résultats sont présentés sur les figures 1 et 2. Dans cet exemple, la fermentation a été réalisée à une température de 35 ° C.

On note que la concentration en éthanol est nettement plus élevée à pH proche de 7 (maximum : 500mg/L à pH 6,6) dans les deux premiers jours, l'éthanol se dégradant dès le 3 ^eme jour. Cependant, plus le pH est faible et plus la dégradation de l'éthanol est lente.

Exemple 2 - Influence de la température Les essais ont été réalisés dans les mêmes conditions que celle de l'exemple 1 , seule la température a été modifiée pour comparer les résultats à 20° C et à 35° C. Ces résultats sont présentés sur la figure 3 (les valeurs de pH sont les valeurs après stabilisation).

L'intérêt de travailler à 20° C est de diminuer les dépenses énergétiques.

A pH proche de 7, on note un décalage dans le temps pour le pic d'éthanol et la dégradation semble plus lente à 20° C qu'à 35° C.

A pH 5,2, on note également que la production d'éthanol est plus lente, la concentration maximale est atteinte plus tardivement.

A pH 4,5, le fait d'avoir abaissé la température entraîne une diminution de la production d'éthanol.

Les expériences ont également été réalisées à 70° C (cf. figure 4). Une production d'éthanol a été observée dans un flacon dont le pH initial était de 5, qui s'est ensuite stabilisé à 5,9. Des concentrations beaucoup plus importantes en éthanol qu'à 20° C et qu'à 35° C sont observées sans phénomène de dégradation sur les 25 jours de suivi. La concentration maximale est observée à 14 jours. La présence d'une population majoritaire et très importante de bactéries Thermoanaerobacter a été détectée (99,5 % au jour 2).

Exemple 3 - Influence de l'inoculum

Afin d'éviter le problème de dégradation de l'éthanol des expériences avec des quantités différentes d'inoculum ont été testées.

Les mêmes conditions opératoires que celles des exemples 1 et 2 ont été mises en œuvre à une température de 35° C. Seule la quantité d'inoculum varie. Le rapport I : S correspond au rapport massique entre la matière volatile de l'inoculum et celle du déchet reconstitué. Ainsi un rapport I : S de 0 correspond à une incubation sans ajout d'inoculum, seule la flore endogène du déchet est utilisée. Les volumes sont également différents afin de conserver un pourcentage massique en matière sèche constant de 5 %. Les quantités d'inoculum sont présentées dans le tableau 3

Tableau 3

Le pH est initialement tamponné à 8.

Les résultats sont présentés sur les figures 5 et 6.

On note que le pH chute j usque vers 6, 5 dans les deux premiers jours. On observe pour le ratio I : S = 0,04 (quantité d'inoculum ajoutée la plus importante) que la production d'éthanol est plus faible que pour les autres rapports.

On note également que la vitesse de dégradation est identique pour les deux rapports les plus élevés mais qu'elle diminue pour le rapport I : S = 0,01 . Pour le rapport I : S = 0 l'erreur- type est assez importante car le fait de ne pas ajouter d'inoculum pose problème pour la répétabilité des expériences, après 7 jours.

Néanmoins, on remarque l'intérêt majeur de ne travailler qu'avec la flore endogène du déchet, car c'est avec ce ratio I : S = 0 que la production d'éthanol est de loin la plus importante (le double de celle des ratio I : S = 0,01 et I : S = 0,02) et atteint des concentrations supérieures à 1 500 mg/ L lorsque le pH est entre 7 et 6, 6 environ (dans le cas présenté à la figure 6, ces concentrations en éthanol sont obtenues entre 3 et 1 1 jours).

Exemple 4

Dans cet exemple a été testée la fermentation des différentes fractions de la partie biodégradable des ordures ménagères (putrescibles, papier/carton et textile).

Les caractéristiques des fermentations sont les suivantes :

- tampon phosphate au pH initial de 8 ;

- pas d'ajout d'inoculum ; - 5 % MS ;

- 35 ° C.

Les pH des différentes fractions testées ne se sont pas stabilisés aux mêmes valeurs (figure 7). Le pH de l'incubation des putrescibles s'est stabilisé à 5,2, celui de la fraction papier/carton à 7, 5 et celui de la fraction textile a varié entre 8, 5 et 7, 5. Ces variations sont probablement dues à des fermentations très différentes selon la fraction incubée (figure 8). Le pH de stabilisation des différentes fractions diffère de celui observé lors des incubations réalisées dans les exemples précédents avec la totalité des fractions biodégradables (stabilisation à pH 6, 5).

Les différents profils de fermentation observés sont présentés sur les figures 8A (fraction putrescibles), 8B (fraction papier-carton) et 8C (fraction textiles).

La production d'AGV (acides gras volatils) la plus importante a eu lieu lors de la fermentation de la fraction putrescible (figure 8A). L'AGV majoritaire est l'acide butyrique, suivi de l'acide acétique. On note également une production importante d'acide formique. La production d'éthanol est également la plus importante (800 mg/L) et aucun phénomène de dégradation n'a été constaté. On note que la production d'éthanol a principalement eu lieu pendant les deux premiers jours, lorsque le pH était supérieur à 5, 5. L'augmentation de la concentration en éthanol est ensuite faible. Il en est de même pour les AGV. L'incubation de la fraction papier/carton donne également lieu à une faible production d'AGV principalement de l'acide acétique. Une production non négligeable d'éthanol a également été observée avec une concentration maximale au jour 4 de 230 mg/L. Il est toutefois intéressant d'avoir pu observer une production d'éthanol à partir de cette fraction et ceci au bout d'un temps relativement court d'incubation, car le papier et le carton représentent généralement plus de 20 % de la masse humide des ordures ménagères.

Enfin, la fraction textile (figure 8C) n'a pas donné lieu à la production d'AGV. Une faible production d'éthanol a toutefois pu être observée à partir du jour J4 (30 mg/L atteint au jour 9).

Les profils ARISA des bactéries ont été réalisés pour les différentes fractions au cours des incubations afin d'observer les populations bactériennes et leur évolution au cours du temps. Ces profils sont présentés sur la figure 9.

Au jour J0, des profils différents ont pu être observés selon les différentes fractions. Entre le jour J0 et le jour J2 d'importantes modifications des populations bactériennes ont eu lieu dans les 3 types d'incubations. De plus, au jour 2, les variations étaient moins importantes dans un même triplicat, mêmes inexistantes pour la fraction papier/carton. Il semblerait donc que les mêmes micro-organismes présents sur les déchets soient sélectionnés grâce aux conditions de l'incubation. Les populations bactériennes se sont ensuite globalement stabilisées pour les incubations avec les putrescibles. Pour les incubations avec les fractions papier/carton et textile, la stabilisation des populations est plus tardive, à partir du jour 7.

Afin de pouvoir identifier plus clairement les micro-organismes présents dans les incubations, le pyroséquençage d'une portion du gène codant pour l'ARN 16S a été réalisé pour les échantillons prélevés sur les incubations des putrescibles et des papier/carton au jour 2.

Après le trimming, le nombre séquences est de 4249 pour la fraction totale, 8051 pour la fraction putrescible et 6424 pour la fraction papier/carton. Le nombre d'OTUs (Operational Taxonomic Units) est similaire pour chaque échantillon, il est respectivement de 46, 40 et 44. De plus, la diversité a été estimée grâce à l'indice de Shannon dont les valeurs sont respectivement de 2,9, 2, 9, et 3,4. Dans l'incubation des putrescibles, les séquences sont majoritairement attribuées au genre Clostridium (plus de 90 % des séquences) (voir figure 13). Un autre genre a également été retrouvé, il s'agit de Bacillus. Les résultats obtenus pour la fraction papier/carton sont très proches des résultats observés sur la fermentation des déchets totaux avec environ 70 % de séquences attribuées au genre Bacillus. En analysant les résultats au niveau des OTUs, il est apparu que deux OTUs majoritaires étaient communes à ces deux expériences. Elles représentaient respectivement 67 % et 43 % des séquences totales des échantillons de la fraction papier/carton et de celle des déchets totaux (voir figure 13).

Ceci confirme bien que les populations bactériennes sont proches dans ces deux incubations. De plus, ceci laisse à penser que les Bacilli retrouvés dans l'incubation de la fraction totale proviennent en quasi-intégralité du papier et du carton. Cependant, en raison des différences de stabilisation du pH selon les fractions, il est difficile de l'affirmer avec certitude.

Exemple 5 - Influence de la teneur en Matière Sèche (MS) La fermentation de la fraction biodégradable des ordures ménagères a été réalisée avec des taux de matières sèches MS de 5 % et de 13 %.

Les caractéristiques des incubations sont les suivantes :

- tampon phosphate au pH initial de 8 ;

- pas d'ajout d'inoculum ;

- 5 ou 13 % massique de matière sèche (MS) ;

- température de 35 ° C.

Le pourcentage en MS étant élevé, pour réaliser des prélèvements de lixiviat les réacteurs devaient être sacrifiés. Ainsi pour réaliser des triplicats à J2, J4 et J10, 9 réacteurs de fermentation ont été lancés.

L'évolution du pH au cours des incubations à 5 % et à 13 % MS est différente au cours du temps (voir figure 10). En effet, la diminution de pH a été plus importante dans l'incubation à 13 % de MS. Ceci peut s'expliquer par la production plus importante d'AGV et par le fait que le tampon n'était pas assez fort pour empêcher une importante acidification du pH.

Il a été constaté que la production globale d'AGV était plus importante à 13 % qu'à 5 % de MS. De plus, les profils fermentaires montrent (voir figures 1 1 A et 1 1 B) une production beaucoup plus importante d'acide butyrique à 13 % MS (facteur 12 à J10 -figure 1 1 B) et une production plus importante d'acide lactique à 5 % MS (facteur 7 à J2 - figure 1 1 A). En ce qui concerne les concentrations en éthanol, elles sont comparables aux jours 2 et 4, mais au jour 10 la concentration en éthanol est plus faible à 13 % MS. L'augmentation du pourcentage en matière sèche n'a pas permis d'augmenter la concentration en éthanol. Toutefois, le pH étant différent dans les incubations à 5 %et 1 3 % de MS, nous ne pouvons pas exclure qu'à un pH comparable et plus proche de la neutralité, il soit possible d'augmenter la production d'éthanol. Exemple 6 : Installation Le procédé de production de bioéthanol, décrit dans les exemples précédents, peut être couplé à une unité de traitement de déchets produisant de l'énergie. Différents modes de réalisation sont envisageables, par exemple couplage à un traitement de déchets organiques par méthanisation, le procédé couplé à un traitement de déchets par incinération ou à un stockage de déchets non dangereux avec récupération et transformation du biogaz.

Le présent exemple décrit le couplage du réacteur 1 (fermenteur) de production d'éthanol selon l'invention à une unité de traitement de déchets organiques par méthanisation (méthaniseur 3) (voir figure 12).

Les déchets organiques sont introduits dans le premier réacteur 1 (fermenteur) de type batch, fed-batch ou piston , ayant un temps de séjour de 1 à 7 jours (préférentiellement de 1 à 4 jours). De l'humidité sous forme d'eau, d'effluents ou de déchets à faible siccité est rajoutée à ces déchets entrants afin d'obtenir un pourcentage en matière sèche des déchets compris entre 5 et 30 %. Le pH est contrôlé et si nécessaire régulé entre 3 et 8 (préférentiellement entre 5 et 7). Le gaz produit au cours de la fermentation, pouvant contenir de l'hydrogène, est envoyé vers le méthaniseur 3 car il peut servir à la production de méthane et donc d'énergie. A la fin de la fermentation, une étape de séparation solide/liquide permet d'envoyer la fraction liquide uniquement (en partie ou en intégralité) vers une colonne à distiller 2 qui comprend entre 3 et 50 étages afin de concentrer l'éthanol. La distillation peut éventuellement être précédée ou suivie d'autres techniques afin d'améliorer la concentration de l'éthanol. L'alimentation énergétique de la colonne à distiller 2 est assurée en partie ou en totalité par l'énergie thermique et/ou électrique produite dans un co-générateur 4 par valorisation du biogaz de méthanisation. Le méthaniseur 3 est alimenté par la fraction solide issue de l'étape de séparation solide/liquide en sortie du fermenteur 1 , éventuellement par une partie de la fraction liquide issue dudit fermenteur 1 et éventuellement par d'autres types de déchets organiques entrant dans l'installation. Le méthaniseur est aussi alimenté par le gaz produit au cours de la fermentation, de préférence préalablement débarrassé de sa fraction éventuelle en éthanol par condensation ou adsorption. Les vinasses issues de la distillation, éventuellement refroidies via un échangeur thermique ou tout autre procédé retournent vers le méthaniseur 3. La production de biogaz au niveau du méthaniseur 3 permet de produire de l'électricité, grâce à un moteur de co- génération, qui peut être utilisée dans l'installation et/ou envoyée vers le réseau. L'énergie thermique et électrique générée par la valorisation ou le traitement du biogaz peut servir à chauffer le fermenteur 1 , et/ou le méthaniseur 3 et/ou être utilisée pour le processus de séparation ou de concentration de l'éthanol, c'est-à-dire ici la distillation.