A l’instar d’autres pays européens, la France se mobilise actuellement pour la valorisation énergétique de ses déchets agricoles par méthanisation. Néanmoins, la production d’une partie de ces ressources n’est pas constante toute au long de l’année. En conséquence, afin de permettre l'approvisionnement continu des installations de biogaz, elles doivent être conservées parfois pendant de longues périodes (plusieurs mois). Cette thèse porte sur l’optimisation des pratiques de gestion des ressources agricoles avant méthanisation. Différentes conditions de stockage ont été étudiées, en particulier le stockage aérobie ainsi que l’ensilage, dans l’optique de l’amélioration de la conservation du potentiel bio-méthanogène et de l’optimisation de la conversion de la matière organique lors de la méthanisation. Grâce à une méthode expérimentale originale, la caractérisation multiphasique des déchets à différents stades de leur gestion a été mise en œuvre, à la fois sur les compartiments biochimiques et sur la biodisponibilité du carbone pour la méthanisation. Dans une première partie, la préparation et le stockage de cultures intermédiaires à vocation énergétique ont été étudiés au laboratoire. Les résultats obtenus ont permis de démontrer l’avantage majeur de l’ensilage plutôt que le stockage à l’air libre pour la conservation du pouvoir méthanogène. Deuxièmement, des essais de stockage de longue durée ont été réalisés pour des fumiers de bovin. Ces expériences ont permis de mettre en évidence la mauvaise conservation des fumiers et l’intérêt de l’utilisation de co-substrats pour améliorer la performance du stockage en conditions d’ensilage. Afin d’expliquer les mécanismes majeurs qui se produisent au cours de l’ensilage, une approche de modélisation a été utilisée pour synthétiser et interpréter les résultats. Ces travaux de recherche ont permis d’identifier les bonnes pratiques de gestion pour les intrants de méthanisation agricole afin d’optimiser au mieux la conservation des ressources. / Like other European countries, France is currently mobilizing for the energy recovery of its agricultural wastes by anaerobic digestion. Nevertheless, the production of these resources undergoes several fluctuations throughout the year. Consequently, in order to allow the continuous supply of biogas plants, these raw materials must be often stored for long periods (several months). This thesis focuses on the optimization of agricultural wastes management practices before anaerobic digestion. Different storage conditions were studied, notably the open-air storage and ensiling, with the aim of improving the conservation of the biochemical methane potential and optimizing the conversion of organic matter during anaerobic digestion. An original experimental methodology was developed and implemented for the multiphasic characterization of biomass at different stages of its management and storage, including analysis on the different biochemical fractions and bioavailability of carbon for anaerobic digestion. First, this methodology was applied to the preparation and long-term storage of catch crops. This evidenced a major advantage of using ensiling rather than open-air storage for the preservation of biomass and methane potential. Second, long-term storage trials were conducted for cattle manure. These experiments highlighted the poor conservation of manure and the benefits of co-substrates in the improvement of storage performances under ensiling conditions. To explain the major mechanisms that occur during the ensiling process, a modelling approach was used to synthesize and interpret the results. Finally, this research work led to the identification of good conservation practices for the major feedstocks of agricultural biogas plants.

Le procédé Arkométha® est un système de digestion anaérobie de rejets organiques fonctionnant en voie épaisse et comprenant plusieurs compartiments phasés en température. Ce travail s’est intéressé aux performances des différentes phases du procédé pour le traitement de résidus agricoles. Dans un premier temps, le compartiment d’hydrolyse a été étudié. Les paramètres les plus influents ont été identifiés (température et durée de l’hydrolyse) à l’aide d’un plan d’expérience. Ils ont ensuite été testés sur un pilote afin d’évaluer leur influence sur la solubilisation et la production de méthane ultérieure. Des tests ont alors été conduits à l’échelle laboratoire en mode continu au moyen de réacteurs en séries. Le compartiment méthanogène, constitué de deux à trois secteurs, a été étudié en mettant en évidence l’efficacité de chaque secteur. L’effet de la température a ici également été étudié, avec un impact important. Les deux compartiments ont été mis en série permettant l’étude du procédé complet. Ceci a permis de mettre en lumière certains risques liés à des combinaisons de température peu favorables. Par ailleurs, une comparaison avec un procédé mono-étape a été effectuée. Outre l’étude des performances de chaque compartiment et l’analyse de leur articulation, un résultat intéressant de ce travail réside dans l’affinement de la notion d’hydrolyse dans le cadre de la méthanisation en voie épaisse, communément confondue avec la solubilisation. En effet, nous avons montré que le gain apporté par l’utilisation d’un réacteur séquencé avec un compartiment dédié à l’hydrolyse ne réside pas dans l’amélioration de la solubilisation, mais dans l’augmentation conséquente de la cinétique de méthanisation dans les étapes suivantes. De façon intéressante, alors que la température joue un rôle primordial dans la solubilisation de la matière organique, elle est relativement peu influente pour l’amélioration de la cinétique de dégradation, où le temps de séjour devient prépondérant. / The Arkométha ® process is a system treating organic wastes in several sectors working at high solid concentration and being temperature phased. The present work focuses on the performances of the different phases of the process in treating agricultural wastes. In a first time, the hydrolysis sector has been studied. The most influent parameters have been identified (temperature and retention time), using design of experience. They have been tested afterwards at a pilot scale in order to assess the influence on solubilization and later methane production. Then, tests have been conducted at the lab scale in continuous mode using serial reactors. The methanogenic compartment, composed by two to three sectors has been studied highlighting the efficiency of each sector. The effect of temperature has also been studied, with a strong impact. The two compartments being used in series enabled the study of the complete process. This allowed highlighting some risks linked with certain temperatures combinations. On the other hand, a comparison with a single step reactor has been made. Beside the analysis of the relative performances of each compartment, a major result of this work lies in the distinction between hydrolysis and solubilization. Eventually, we showed that the gain brought by the hydrolysis compartment is not only related to solubilization of organic matter, but also in the increase in kinetics in the downwards sectors. Interestingly, while temperature has a major role in solubilization, it is of less importance in improving the degradation kinetics, where the retention time becomes of higher importance.

Le tilapia du Nil est l’une des espèces des poissons d’eaux douces qui convient le mieux pour la pisciculture à faibles intrants en climat tropical pour lutter contre l’insécurité alimentaire. Le recours à l’intégration aquaculture-agriculture (IAA) est une approche privilégiée pour le développement de l’aquaculture paysanne de façon durable. Cette étude a été conduite afin d’évaluer les effets de l’aliment et de la fertilisation animale (lisier de porc et fiente de canard) sur la qualité physico-chimique et microbiologique de l’eau, la productivité primaire des étangs, la salubrité et la croissance du poisson, la digestibilité enymatique des ingrédients, le comportement alimentaire et le coût de production du tilapia du Nil. Les résultats ont démontré que la fertilisation a influencé les propriétés physico-chimiques de l’eau des étangs sans en affecter toutefois la qualité. Les meilleures performances de croissance ont été enregistrées chez les poissons nourris à l’aliment formulé et élevés dans les étangs fertilisés. La fertilisation a influencé la productivité primaire, avec les diatomées largement représentées par une abondance relative de Flagilaria spp, la proie dominante chez le tilapia. Le prétraitement des excréments animaux par séchage solaire a réduit les infections bactériennes dans les échantillons analysés, dont le muscle a été colonisé par des infections bactériennes très mineures (4,9 %), comparé aux intestins (10,8 %)et à l’eau (13,0%). Bien que plus élevées dans les quatre premiers segments intestinaux, les activités protéolytiques ont été généralement faibles chez le tilapia. La présence d’inhibiteurs des protéases a été mise en évidence dans les ingrédients végétaux, dont le tourteau de soja a été plus inhibitif. Enfin, le coût de production/kg de poisson a été réduit avec l’aliment formulé (1,5USD/kg) comparé à la provende commerciale (2,3USD/kg), et ce coûta été davantage réduit pour les poissons élevés dans des étangs fertilisés (0,4 USD/kg) / Nile tilapia is one of the fresh water fish species that is best suited for low-input fish farming in tropical climate to alleviate food insecurity. The use of integrated aquaculture-agriculture (IAA) is a preferred approach for the sustainable development of rural aquaculture. This study was carried to assess the effects of feed and animal fertilizers (pig manure and duck droppings) on the physico-chemical and microbiological water quality, primary productivity of ponds, safety and fish growth, enzymatic digestibility of plant ingredients, feeding behaviour and production cost of Nile tilapia. The results showed that fertilization has influenced the physico-chemical properties of pond water without affecting negatively its quality. The best growth performance was recorded in fish fed with a formulated feed and those reared in fertilized ponds. Fertilization has improved primary productivity, with diatoms largely represented by a relative abundance of Flagilaria spp, the dominant prey in the stomach content of tilapia. Pretreatment of animal faeces by sun-drying prior to use, reduced bacterial infections in the analyzed samples, whose muscle tissues were colonized only by very minor bacterial infections (4.9%), compared to intestines (10.8%) and water (13.0%). Although higher in the first four intestinal segments, proteolytic activity was generally low in tilapia. The presence of protease inhibitors has been demonstrated in plant ingredients, of which soybean meal has been more inhibitive. Finally, the production cost/kg offish was reduced with formulated feed (1.5 USD/kg) compared to commercial feed (2.3 USD/USD), and this cost was further reduced for fish reared in fertilized ponds (0.4 USD/kg)