Academic literature on the topic 'Méthanisation – Environnement'

Dans cet article, nous analysons trois territoires à haute densité animale, différentiés par le contexte de production (densité et diversité des élevages), la sensibilité des milieux et les choix stratégiques et technologiques mis en oeuvre pour la gestion des effluents : i) la Bretagne, un territoire de polyculture-polyélevage avec une forte densité d'élevages et des zones particulièrement sensibles sur le plan environnemental, ii) l'Allemagne, avec la particularité d'un très fort développement de la méthanisation à des fins de production d'énergie renouvelable et iii) la Catalogne, un territoire marqué par un développement récent et très rapide de la production porcine dans un milieu où les surfaces agricoles disponibles pour l'épandage sont limitées. Ces systèmes se caractérisent par une production élevée par unité de surface et par unité de travail, à des coûts relativement bas, avec un recours important à des intrants, principalement pour l’alimentation des animaux. Malgré des progrès significatifs, les impacts environnementaux locaux, eutrophisation et acidification, constituent une limite importante dans ces systèmes. À l'inverse, les impacts globaux, comme l'émission de gaz à effet de serre sont faibles par unité de produit, compte tenu du type d'élevage et de l'intensité de production. Ils sont encore réduits avec la méthanisation. Ces systèmes font face à une remise en cause du modèle socio-économique dans lequel ils s’inscrivent avec des questions autour de la faible rémunération des éleveurs et du bien-être animal. Différents leviers d'action spécifiques à ces territoires à haute densité animale ont été identifiés pour mieux gérer les compromis entre les différents services.

La thèse s’intéresse au déploiement de la méthanisation en Île-de-France pour éclairer ce qui se joue à travers les dispositifs appelés à se développer au nom de la « cité verte ». Également appelée« digestion anaérobie », ce procédé de dégradation de matières organiques en l’absence d’air produit un mélange gazeux et un digestat, une sorte d’humus. Le caractère multifonctionnel (gestion des déchets, production d’énergie, production de compost), l’importante plasticité (en termes d’intensité technique, d’intrants et d’usages) et surtout la double promesse environnementale (comme mode de production d’énergie dite renouvelable ou comme outil d’économie circulaire) à laquelle la méthanisation peut être associée en font une technique privilégiée pour qui s’intéresse aux questions environnementales au sens large. En analysant, en Île-de-France, des scènes de cadrage, d’enrôlement et d’intéressement diversifiée ainsi que la trajectoire des différents types d’assemblage, la thèse montre le primat des visions et dispositifs les plus compatibles avec le régime énergétique, tout particulièrement celles associées aux grands réseaux gaziers. Elle montre aussi que l’articulation des enjeux de gestion des déchets et de production énergétique ne va pas de soi et fait l’objet de tensions. Au-delà de ces deux enjeux, la thèse montre la pluralité des « débordements » du développement de la méthanisation en termes environnementaux
The thesis focuses on the deployment of anaerobic digestion in Île-de-France to shed light on whatis happening through the devices called upon to develop in the name of the "green city". This processof breaking down organic matter in the absence of air produces a gas mixture and a digestate, a kindof humus. The multifunctional character (waste management, energy production, compostproduction), the significant plasticity (in terms of technical intensity, inputs and uses) and above allthe double environmental promise (as a mode of production of renewable energy or as a circulareconomy tool) with which anaerobic digestion can be associated, make it a preferred technique foranyone interested in environmental issues in the broad sense.With the analysis of diversified framing, enrolment and incentive scenes as well as the trajectory ofthe different types of assemblage in Île-de-France, the thesis shows the primacy of the visions anddevices most compatible with energetic regime, especially those associated with large gas networks.It also shows that the articulation of the issues of waste management and energy production is notstraightforward and is the subject of tensions. Beyond these two issues, the thesis shows the pluralityof "spillovers" of the development of anaerobic digestion in environmental terms (water, soil, etc.)and socio-economic matters (associated agricultural model)

En France, le développement rapide de la méthanisation, procédé de production d'énergie renouvelable par dégradation de résidus organiques, soulève la question de la pertinence environnementale de la filière. Cette dernière mérite d'autant plus d'être évaluée que le développement de la filière est inscrit dans les plans climatiques et énergétiques nationaux. La méthanisation centralisée s'insère d'ailleurs de manière profitable dans diverses démarches d'écologie industrielle et territoriale (EIT), au sein desquelles la multifonctionnalité du procédé constitue un atout substantiel en faveur du bouclage des flux de matière et d'énergie. Cette multifonctionnalité représente néanmoins la principale source de difficultés méthodologiques rencontrées lors de l'évaluation des performances environnementales de systèmes de méthanisation. Sa résolution, à savoir la définition de la fonction principale d'un système, passe par la contextualisation de la méthode. Pour l'analyse du cycle de vie (ACV), cette contextualisation se révèle pertinente dès la première étape de la méthodologie. Ce travail de thèse propose un cadre conceptuel visant à définir des scénarios de méthanisation contraints par leur territoire d'implantation. Pour cela, une approche systémique territoriale, impliquant les systèmes d'information géographique (SIG) et la modélisation orientée objet, a été développée. Elle résulte en un modèle spatial de l'insertion territoriale d'une filière de méthanisation centralisée, qui intègre l'ensemble de ses éléments constitutifs, réseaux ou variables. A l'issue de l'approche systémique a lieu une phase d'optimisation fonctionnelle et spatiale qui met en jeu trois séries successives d'indicateurs, permettant de définir : (i) la fonction principale que remplirait un système de méthanisation au sein du territoire étudié, (ii) les configurations possibles d'un système de méthanisation qui puissent satisfaire à cette fonction principale et (iii) les zones préférentielles d'implantation des scénarios élaborés. Cette méthodologie, conçue de manière à être transposable à tout territoire français, s'intègre aux étapes de l'ACV de définition des objectifs et d'inventaire du cycle de vie. Afin de valider l'applicabilité de la méthode développée, deux territoires contrastés ont été soumis à l'approche systémique territoriale. Ces cas d'étude ont mis en évidence les liens entre spécificités territoriales et conception de la filière. L'influence de la fonction principale retenue pour un système de méthanisation sur la réalisation et les résultats de l'ACV a par ailleurs été étudiée pour l'un de ces territoires. Les différences les plus notoires tiennent aux substitutions et montrent l'importance de développer la méthanisation en priorité lorsque le contexte local permet aux fonctions multiples de la filière de remplacer des filières existantes dont les impacts sur l'environnement sont particulièrement préjudiciables
In France, the rapid development of anaerobic digestion (a process used to generate renewable energy by breaking down organic residues) has led to the environmental relevance of this solution being questioned. It is particularly worthwhile evaluating inasmuch as development of the sector forms part of national climate and energy plans. Centralised anaerobic digestion also fits in profitably with various industrial ecology approaches, with the multifunctionality of the process constituting a substantial asset in that it favours circular flows of materials and energy. However, this multifunctionality also represents the main source of the methodological difficulties encountered in the evaluation of the environmental performance of anaerobic digestion systems. Resolving this, i.e. defining the main function of a system, requires the environmental evaluation method to be contextualised. For life cycle assessment (LCA), this contextualisation emerges as being appropriate to the first stage of the methodology. This thesis puts forward a conceptual framework, aimed at defining anaerobic digestion scenarios that are consistent with the particularities of the territory in which they are located. To do this, a territorial systemic approach, involving geographic information systems (GIS) and object-oriented modelling, was developed. The approach has resulted in a spatial model for territorial location of a centralised anaerobic digestion solution, incorporating all its component parts, networks and variables. The systemic approach was followed by a phase of functional and spatial optimisation involving three successive sets of indicators, enabling the following to be defined: (i) the main function to be played by an anaerobic digestion system within the territory studied, (ii) the possible configurations of an anaerobic digestion system capable of fulfilling this main function and (iii) the preferential zones for locating the scenarios envisaged. This methodology, designed to be transposable to any territory within France, forms part of the first two LCA stages, i.e. definition of objectives and life cycle inventory. In order to validate the applicability of the method developed, the territorial systemic approach was applied to two different territories. These case studies highlight the links between specific territorial characteristics and the design of the local solution. The influence of the main function selected for an anaerobic digestion system on the performance and results of the LCA was also studied for one of these territories. The most noteworthy differences relate to substitution, highlighting the importance of developing anaerobic digestion as a priority when the local context makes it possible for the multiple functions of the solution to replace existing sectors with particularly harmful effects on the environment

Le recyclage agricole de Produits Résiduaires Organiques (PROs) bruts ou après un traitement tel que la méthanisation et/ou le compostage est une pratique répandue. Il est indispensable d’évaluer l’impact environnemental de l’épandage des PROs après méthanisation, technologie en essor, en particulier vis-à-vis du zinc (Zn). La spéciation du Zn dans le PRO est un paramètre crucial pour établir le risque. Nous avons pu mettre en évidence que la méthanisation favorise la formation de nanoparticules de sulfures de Zn (nano-ZnS), qui est donc la forme majoritaire du Zn dans les digestats de méthanisation (>70%). Cette forme du Zn est instable car elle se transforme lors du compostage des digestats. Les paramètres structuraux des nano-cristaux (taille, contrainte) peuvent expliquer leur réactivité. Nos résultats montrent que plus les nano-ZnS sont petites et plus leur contrainte est importante. De plus, l’interaction avec les groupements thiols de certaines molécules organiques, potentiellement présentes dans un digesteur de méthanisation, relâche la contrainte des nano-ZnS et contrôle leur croissance. Enfin, les caractéristiques du sol amendé ont un rôle majeur pour le devenir des nano-ZnS: les composants de sols argileux riches en oxydes de fer sont capables de retenir le Zn issu de la dissolution des nano-ZnS, contrairement à ceux d’un sol sableux. Ce travail apporte une meilleure compréhension de la dynamique du Zn dans les écosystèmes cultivés soumis à l’épandage de PROs
Agricultural recycling of organic waste (OW), raw or after a treatment like anaerobic digestion (AD) and/or composting is common. It is necessary to assess the environmental impact of OW agricultural recycling after anaerobic digestion since this technology is gaining interest, particularly regarding zinc, an abundant element in OW. In order to properly evaluate the risk, zinc speciation must be known. First, we have shown that AD promote the formation of nano-ZnS that is therefore the main species of Zn (> 70%) in AD digestates. This unstable species is transformed during composting of 1 to 3 months. Size and strain are parameters that can explain nanocrystals reactivity. We showed that the more nano-ZnS are small and the higher the strain is. Interaction with thiol containing organic molecules, potentially present in anaerobic digesters, release nano-ZnS structural strain and control its growth. Finally, amended soil characteristics have a key role for nano-ZnS fate: the components of clayey and iron-oxide-rich soils are able to immobilize Zn released by nano-ZnS dissolution, unlike sandy soils components. This work gives a better understanding of zinc dynamics in cultivated ecosystems subject to spreading of organic waste

Dans le but d'évaluer la possibilité de mise en place une ingénierie écologique des processus microbiens de la digestion anaérobie dans les bioprocédés, différents leviers environnementaux ont été appliqués à des digesteurs de cellulose. Le premier levier étudié, de nature physico-chimique, était la température. Le deuxième faisait appel à une adaptation préalable d'une biomasse complexe par incubation avec des molécules simples avant mise en présence de cellulose. Le dernier consistait en la co-inoculation de diverses biomasses exogènes avec une boue anaérobie. Les conséquences des perturbations apportées par ces leviers sur les dynamiques métaboliques et écologiques de bioréacteurs anaérobies dégradant de la cellulose ont été évaluées. Différents indicateurs physico-chimiques ont été utilisés pour caractériser la dégradation de la cellulose (production de molécules intermédiaires, production de gaz, etc.). Les outils de la biologie moléculaire ont permis de caractériser les dynamiques microbiennes à l'échelle des communautés (par fingerprinting ARISA) ou des individus (par pyroséquençage de l'ADNr 16S). L'utilisation d'isotopes stables (cellulose marquée 13C), a permis de réaliser un traçage précis des flux de matières (intermédiaires de dégradation de la cellulose enrichis en 13C) et des microorganismes impliqués dans la chaîne de dégradation de la cellulose (groupes microbiens fonctionnels identifiés par la technique de " stable isotope probing "). Les expériences de changements de température ont montrél'influence importante de ce paramètre sur les communautés microbiennes, en particulier les archées. Elles ont mis en évidence le caractère asymétrique de l'effet de la température sur les communautés microbiennes et les conséquences irréversibles du passage par les conditions thermophiles. Ces propriétés ouvrent des perspectives intéressantes pour exploiter les chocs de température afin de modifier les propriétés de la biomasse. L'expérience de fonctionnalisation de la biomasse à l'aide de quatre molécules simples (acide propionique, acide butyrique, glucose et cellobiose) montre qu'un modelage des populations microbiennes par préadaptation est possible. Une fois en contact avec la cellulose, les biomasses fonctionnalisées génèrent des schémas de dégradation et des structures de communautés qui se répartissent de manière inattendue en deux catégories seulement. Ce résultat suggère qu'il est possible d'orienter les états d'équilibre d'une communauté microbienne complexe par préadaptation fonctionnelle. Enfin, des expériences de co-inoculation ont mis en avant la difficulté d'exploiter directement les propriétés enzymatiques de flores cellulolytiques performantes mais également les possibilités de modifier les équilibres de diversité au sein de la biomasse du bioprocédé. Ces expériences suggèrent qu'un paramètre tel que la diversité de la communauté d'un bioprocédé pourrait être manipulé par bioaugmentation. Ce travail démontre que nous disposons d'ores et déjà d'un certain nombre d'outils pour élaborer une ingénierie écologique des bioprocédés à travers une nouvelle démarche de gestion qui se place à l'échelle de l'écosystème microbien et des services associés.

En France, le développement rapide de la méthanisation, procédé de production d'énergie renouvelable par dégradation de résidus organiques, soulève la question de la pertinence environnementale de la filière. Cette dernière mérite d'autant plus d'être évaluée que le développement de la filière est inscrit dans les plans climatiques et énergétiques nationaux. La méthanisation centralisée s'insère d'ailleurs de manière profitable dans diverses démarches d'écologie industrielle et territoriale (EIT), au sein desquelles la multifonctionnalité du procédé constitue un atout substantiel en faveur du bouclage des flux de matière et d'énergie. Cette multifonctionnalité représente néanmoins la principale source de difficultés méthodologiques rencontrées lors de l'évaluation des performances environnementales de systèmes de méthanisation. Sa résolution, à savoir la définition de la fonction principale d'un système, passe par la contextualisation de la méthode. Pour l'analyse du cycle de vie (ACV), cette contextualisation se révèle pertinente dès la première étape de la méthodologie. Ce travail de thèse propose un cadre conceptuel visant à définir des scénarios de méthanisation contraints par leur territoire d'implantation. Pour cela, une approche systémique territoriale, impliquant les systèmes d'information géographique (SIG) et la modélisation orientée objet, a été développée. Elle résulte en un modèle spatial de l'insertion territoriale d'une filière de méthanisation centralisée, qui intègre l'ensemble de ses éléments constitutifs, réseaux ou variables. A l'issue de l'approche systémique a lieu une phase d'optimisation fonctionnelle et spatiale qui met en jeu trois séries successives d'indicateurs, permettant de définir : (i) la fonction principale que remplirait un système de méthanisation au sein du territoire étudié, (ii) les configurations possibles d'un système de méthanisation qui puissent satisfaire à cette fonction principale et (iii) les zones préférentielles d'implantation des scénarios élaborés. Cette méthodologie, conçue de manière à être transposable à tout territoire français, s'intègre aux étapes de l'ACV de définition des objectifs et d'inventaire du cycle de vie. Afin de valider l'applicabilité de la méthode développée, deux territoires contrastés ont été soumis à l'approche systémique territoriale. Ces cas d'étude ont mis en évidence les liens entre spécificités territoriales et conception de la filière. L'influence de la fonction principale retenue pour un système de méthanisation sur la réalisation et les résultats de l'ACV a par ailleurs été étudiée pour l'un de ces territoires. Les différences les plus notoires tiennent aux substitutions et montrent l'importance de développer la méthanisation en priorité lorsque le contexte local permet aux fonctions multiples de la filière de remplacer des filières existantes dont les impacts sur l'environnement sont particulièrement préjudiciables
In France, the rapid development of anaerobic digestion (a process used to generate renewable energy by breaking down organic residues) has led to the environmental relevance of this solution being questioned. It is particularly worthwhile evaluating inasmuch as development of the sector forms part of national climate and energy plans. Centralised anaerobic digestion also fits in profitably with various industrial ecology approaches, with the multifunctionality of the process constituting a substantial asset in that it favours circular flows of materials and energy. However, this multifunctionality also represents the main source of the methodological difficulties encountered in the evaluation of the environmental performance of anaerobic digestion systems. Resolving this, i.e. defining the main function of a system, requires the environmental evaluation method to be contextualised. For life cycle assessment (LCA), this contextualisation emerges as being appropriate to the first stage of the methodology. This thesis puts forward a conceptual framework, aimed at defining anaerobic digestion scenarios that are consistent with the particularities of the territory in which they are located. To do this, a territorial systemic approach, involving geographic information systems (GIS) and object-oriented modelling, was developed. The approach has resulted in a spatial model for territorial location of a centralised anaerobic digestion solution, incorporating all its component parts, networks and variables. The systemic approach was followed by a phase of functional and spatial optimisation involving three successive sets of indicators, enabling the following to be defined: (i) the main function to be played by an anaerobic digestion system within the territory studied, (ii) the possible configurations of an anaerobic digestion system capable of fulfilling this main function and (iii) the preferential zones for locating the scenarios envisaged. This methodology, designed to be transposable to any territory within France, forms part of the first two LCA stages, i.e. definition of objectives and life cycle inventory. In order to validate the applicability of the method developed, the territorial systemic approach was applied to two different territories. These case studies highlight the links between specific territorial characteristics and the design of the local solution. The influence of the main function selected for an anaerobic digestion system on the performance and results of the LCA was also studied for one of these territories. The most noteworthy differences relate to substitution, highlighting the importance of developing anaerobic digestion as a priority when the local context makes it possible for the multiple functions of the solution to replace existing sectors with particularly harmful effects on the environment

La méthanisation agricole des effluents animaux est une pratique en fort développement en France. Elle produit de l’énergie renouvelable (biogaz). La valorisation des digestats au champ, comme celle des effluents non méthanisés, permet le retour au sol de nutriments et de matière organique, ce qui diminue le besoin en engrais minéraux et entretient les stocks de C des sols. Le traitement et l’épandage de ces produits peut aussi induire l’émission de gaz à effet de serre et de contaminants. La méthanisation agricole influence ces impacts : pour les maitriser, il faut comprendre comment la digestion des effluents avec des déchets importés modifie les cycles du C et du N à l’échelle de la ferme. Cette question a été traitée en s’appuyant sur un cas d’étude à l’INRAE de Nouzilly (Centre – Val de Loire) : une exploitation agricole avec un méthaniseur traitant les effluents de son élevage bovin et divers déchets organiques. Lors de l’essai au champ MétaMétha, nous avons comparé les flux d’azote au cours d’une rotation culturale fertilisée avec des engrais minéraux, des lisiers et fumiers bovins, ou des digestats issus de ces effluents. Les digestats se substituent bien aux engrais minéraux, mais ils sont sensibles à la volatilisation d’ammoniac (NH3). Les vers de terre peuvent être négativement impactés juste après l’épandage de digestat ou de lisier, mais les effets sont similairement positifs après 2 ans d’apports de matière organique. Nous avons ensuite évalué les modèles STICS et SYS-Metha pour simuler respectivement l’essai au champ et le traitement des digestats. Ces modèles ont été couplés pour simuler les flux de C et N à l’échelle de la ferme. Avec de forts imports de déchets, la méthanisation favorise la substitution des engrais minéraux, le stockage de C dans les sols, mais aussi les émissions de NH3. Ce travail permet de mieux évaluer les conséquences de l’introduction d’un méthaniseur dans une exploitation agricole et ainsi d’optimiser la filière
The anaerobic digestion (AD) of animal effluents is strongly developing in France. It produces renewable energy (biogas). Like undigested effluents, the use of anaerobic digestates in the field enables the recycling of nutrients and organic matter in the soil, which decreases the need for synthetic fertilizers and maintains soil organic carbon stocks. However, the treatment and field application of those organic products can also cause greenhouse gas emissions and contaminants. The on-farm AD nfluences those impacts. In order to control them, we need to understand how the co-digestion of animal effluents with imported organic wastes influences C and N cycles at the farm scale. We studied this question with the support of a case study at INRAE in Nouzilly (Centre – Val de Loire, France): a crop and livestock farm where an anaerobic digester treats the cattle effluents together with imported wastes. During the MetaMetha field experiment, we compared N fluxes during a crop rotation that was fertilized with synthetic N fertilizers, undigested cattle slurry and farmyard manure, or digestates issued from their digestion. We found that digestates can substitute synthetic fertilizers, despite the risk of ammonia (NH3) emissions. Earthworms can be negatively impacted just after the application of digestate of slurry, but the input of organic matter induced similar positive impacts after two years. We then evaluated the STICS and SYS-Metha models to simulate the field experiment, and digestate treatment and storage, respectively. Both models were coupled to simulate C and N fluxes at the farm scale. The models showed that when large amounts of digested wastes are imported, AD promotes substitution of synthetic N fertilizers and storage of soil organic C, but also NH3 emissions. The study enabled us to better evaluate the consequences of the on-farm AD and therefore to optimize the sector

Le but recherche dans ces travaux est d'examiner le comportement de bioréacteurs a film fixe, soumis à des charges polluantes très élevées. Le substrat métabolisé était constitué de vinasses qui sont des déchets de distilleries vinicoles. Au niveau industriel, l'intérêt du fonctionnement à forte charge, c'est de travailler avec des fermenteurs de volume plus réduit, d'où des économies au niveau de l'investissement initial. Nous avons voulu dans le cadre de cette thèse, cerner le rôle du prétraitement au niveau des performances atteintes en fonctionnement à forte charge. Pour mener à bien ces travaux, nous disposions de deux fermenteurs à film fixes: un fermenteur a flux descendant et un fermenteur a flux ascendant. Les résultats obtenus avec ces deux fermenteurs ont montré que : le taux de dépollution en DCO diminue sensiblement quand la charge augmente; la productivité volumique en biogaz augmente avec la charge ; la teneur en méthane du biogaz diminue au fur et à mesure que la charge augmente ; la production d'AGV est beaucoup plus importante en fonctionnement à forte charge. Il semble d'autre part, d'après notre expérience, que le prétraitement physico-chimique des vinasses soit indispensable pour atteindre des charges élevées, ceci en raison du caractère acide des vinasses. En absence de tout prétraitement, la charge maximale admissible est de l'ordre de 20 kg DCO/M3j

Différentes interactions chimiques entre les éléments traces métalliques (ETM) et les composés organiques/inorganiques provenant du substrat et générées au cours du processus de digestion anaérobie détermineront la spéciation des ETM dans les digesteurs anaérobies. Après digestion anaérobie, les digestats sont exposés à des conditions d’oxydation qui peuvent favoriser un changement de la spéciation des ETM et par conséquent de leur bioaccessibilité pour les microorganismes du sol et les plantes lors de l’épandage des digestats sur des terres agricoles en tant qu’amendement organique. Plusieurs techniques ont été utilisées pour évaluer la mobilité, l'accessibilité et la biodisponibilité potentielle des ETM dans les digestats afin d'évaluer les risques pour l'environnement liés à l'utilisation du digestat en tant qu’amendement organique. L’objectif de cette thèse est d'évaluer une procédure d'extraction séquentielle et la technique DGT pour évaluer les ETM bio-accessibles dans des échantillons de digestat. Les échantillons ont été prélevés dans des installations industrielles de digestion anaérobie, traitant un mélange de déchets solides industriels et municipaux ou de boues d'épuration. Les ETM étudiés sont : Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn et W. Une procédure d'extraction séquentielle, conçue à l'origine pour le fractionnement de la matière organique (MO), a été mise en œuvre pour extraire simultanément la MO et les ETM dans un échantillon de substrat et de digestat. Il a été observé que plus de 50% des quantités totales d'As, Cd, Co, Fe, Mn, Ni et Zn étaient extraites avec les fractions de MO définies de manière opérationnelle dans les deux échantillons. Une extraction plus faible a été observée pour Al, Cr, Cu, Mo et Pb. Ces éléments étaient principalement présents dans la fraction de MO dissoute, où les ETM solubles sont probablement bio-accessibles pour l'absorption microbienne. De plus, une grande partie des éléments a été retrouvée dans la fraction minérale, qui était considérée faiblement bio-accessible. Cependant, la possibilité d'utiliser la méthode susmentionnée a été remise en question par suite de la faible efficacité d'extraction de certains ETM au cours de la procédure d'extraction. De plus, il a été reconnu que les réactifs chimiques utilisés au cours de la procédure d'extraction auraient pu favoriser la dissolution/précipitation des ETM, donc une modification de leur fractionnement. Par rapport aux mesures classiques de mesure des éléments dissous, la technique DGT augmente la sensibilité pour la mesure des ETM dans les boues d'épuration digérées. Cependant, il a été observé que le temps de déploiement des échantillonneurs DGT dans les boues d’épuration digérées devrait être soigneusement évalué. De plus, la matrice de digestat a réduit l’accumulation de certains ETM dans les échantillonneurs DGT. Par conséquent, les ETM labiles de la DGT (c'est-à-dire la plupart des espèces bio-accessibles) peuvent être correctement estimés à condition d'adapter soigneusement le temps de déploiement et d'effectuer une évaluation des effets de matrice dans les digestats. L’évolution temporelle de la concentration des ETM labiles peut être estimée. Par conséquent, l’effet de l’oxygénation des digestats sur la mobilité et la bio-accessibilité des ETM, y compris les fractions labiles et solubles, dans les boues d’épuration digérées a été étudié. L'exposition à l'air du digestat a favorisé la dissolution de Al, As, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo et Pb, suggérant une possible augmentation de leur mobilité qui pourrait probablement survenir lors du stockage du digestat dans des réservoirs ouverts ou lors de la manipulation avant l'épandage sur le sol. La fraction des éléments labiles n’augmente que pendant une aération prolongée (sauf pour Fe et Mn), ce qui suggère que leur bio-accessibilité à ne peut augmenter qu’après une aération importante comme celle supposée se produire lors de l’épandage du digestat sur les sols
Different chemical interactions between trace elements and organic/inorganic compounds originating from the substrate and generated during the anaerobic digestion process will determine the speciation of trace elements in anaerobic digesters. After anaerobic digestion, digestates are exposed to oxidizing conditions which may favor a change of trace elements’ speciation and consequently bio-accessibility for soil microorganisms and plants when digestates are spread on lands as organic amendment. Several techniques were used to assess the mobility, accessibility, and potential bio-availability of trace elements in digestates for environmental risk assessments of digestate utilization as a soil fertilizer. The aim of this thesis is to evaluate a sequential extraction procedure and the diffusive gradients in thin films technique (DGT) to assess bio-accessible trace elements in digestate samples. Samples were taken from full-scale anaerobic digestion plants treating a mixture of industrial and municipal solid wastes or sewage sludge. The elements investigated include Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn and W. A sequential extraction procedure, originally conceived for organic matter fractionation, was implemented to simultaneously extract organic matter and trace elements in a substrate and digestate sample. It was observed that more than 50% of total As, Cd, Co, Fe, Mn, Ni and Zn were extracted along with the operationally defined organic matter fractions in both samples. Whereas, a lower recovery was observed for Al, Cr, Cu, Mo and Pb. These elements were mainly found in the dissolved organic matter fraction where soluble trace elements are likely bio-accessible for microbial up-take. Moreover, a high portion of elements was found in the mineral fraction, which was considered poorly bio-accessible. However, the feasibility of using the aforementioned method was questioned following the low efficiency of extraction of certain trace elements during the extraction procedure. Moreover, it was acknowledged that chemical reagents employed during the extraction procedure could have promoted a dissolution/precipitation of trace elements and therefore a change in their fractionation. Therefore, DGT technique was tested to fractionate trace elements and it was observed that this technique increased the sensitivity of trace elements monitoring compared to conventional dissolved elements measurements in digested sewage sludge. However, it was observed that the DGT samplers’ deployment time in digested sewage sludge should be carefully evaluated. Additionally, the digestate matrix lowered the accumulation of some trace elements in the DGT samplers. Therefore, DGT labile trace elements (i.e. most bio-accessible species) can be correctly estimated provided a careful adaptation of the deployment time as well as an evaluation of the matrix effect is performed in digestate samples. Unless this, general trend of labile trace elements over time could be estimated such as the distribution of labile trace elements over time in digestate exposed to air. Therefore, the effect of atmospheric air on the mobility and bio-accessibility of trace elements, including labile and soluble fractions, in digested sewage sludge was investigated. The exposure of digestate to air promoted dissolution of Al, As, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo and Pb, suggesting that a possible increase in their mobility may likely occur during digestate storage in open tanks or handling before land spreading. Labile elements’ fraction increased only during an increase of aeration (except for Fe and Mn), suggesting that their short-term bio-accessibility can increase only after significant aeration as the one assumed to occur when digestate land spreading takes place

L‘objectif de ce travail est d‘étudier le développement d‘une énergie renouvelable, la méthanisation, comme potentiel vecteur de transformation de l‘activité agricole et de son intégration dans les espaces ruraux en Allemagne. Il s‘agit d‘analyser la dimension spatiale de ce changement social. L‘hypothèse centrale consiste à considérer que les modalités du changement sociotechnique qu‘est la transition énergétique dépendent de la manière dont les acteurs, ici principalement des agriculteurs, se saisissent des possibilités offertes par les objets techniques et les politiques publiques. Ces phénomènes sont ici étudiés dans une enquête structurée par l‘association entre les concepts de multifonctionnalité et de capital territorial, portant sur quatre territoires de projet situés en Allemagne. Les enquêtes deterrain démontrent l‘ambivalence des changements agricoles liés à l‘activité de méthanisation, entre le renforcement de l‘intégration agro-industrielle et celui de l‘ancrage territorial des exploitations agricoles. Elles permettent de dresser une typologie de ces formes d‘hybridation. Il a également pu être démontré que cette ambivalence était fortement liée à l‘évolution des politiques publiques. Cependant, elle est également influencée par les types d‘investisseurs ainsi que par les contextes géographiques, dont les acteurs peuvent mobiliser les caractéristiques (dynamiques récessives ou intégration urbaine des espaces ruraux, héritages territoriaux, rapports localisés à l‘énergie)
This research aims at investigating the connections between energy transitions and agricultural transformations through a comparative research focused on four case studies in Germany. The starting point of this inquiry was the ambivalence of these changes. On the one hand, biogas generation tends to reinforce the socio-economic integration of farms intoagro-industrial value chains. On the other hand, this activity could also strengthen the connections with local stakeholders, for example through the implementation of localised heating networks in neighbouring villages or cities. The first aim of this research is to depict these ambivalent agricultural changes, to identify and evaluate key drivers that shape these processes. The main hypothesis of this work is that not only changes in German policies could explain this ambivalence. The various kinds of investors and the individual farmer‘s aims and needs influence the particular ways in which these changesoccur. Finally, the use of resources bounded to specific contexts contributes to shape these changes, but also generate social inequalities
Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Auswirkungen der Energiegewinnung durch Biogas auf die Landwirtschaft und die ländlichen Räume anhand einer vergleichenden Studie in vier deutschen Untersuchungsgebieten zu untersuchen. Dafür wurden die Konzepte der landwirtschaftlichen Multifunktionalität und des territorial capital in Verbindung mit der multi-level perspective auf den soziotechnischen Wandel verwendet. Dabei wurde zunächst der Trend zu einer Hybridisierung dieses Wandels herausgearbeitet. Biogas kann die produktivistischen Praktiken der Betriebe verstärken, aber auchabschwächen. Die Untersuchung zeigt, dass diese gegenläufigen Entwicklungspfade gleichzeitig in den landwirtschaftlichen Betrieben ablaufen können. Darüber hinaus belegt diese Arbeit, dass die Entwicklung der Gesetzgebung und auch die Art von Investoren (industrielle oder finanzielle Firmen, landwirtschaftliche Betriebsarten) ebenso wie die lokalen Merkmale (Peripherisierungsprozesse bzw. Bevölkerungsrückgang im ländlichen Raum, Formen des territorialen Erbes— „héritage territorial― — oder eine besondere lokale Geschichte in Bezug auf das Thema Energie) diese ambivalenten Entwicklungspfade beeinflussen können, sobald die Akteure die betreffenden Merkmaleund Ressourcen nutzen. Deshalb kann es zur Entstehung von umweltbezogenen sozialen Ungleichheiten kommen