La première partie de ce travail de thèse s'est intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. La dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie, ils sont consommés et transformé en sulfure d'hydrogène, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. La principale voie de production étant la réduction dissimilatrice des sulfates. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.

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.