Dynamic modeling of anaerobic digestion and its coupling with methanation reactors.

Modélisation dynamique d'unités de méthanisation et de leur couplage avec des réacteurs de méthanation. Avec une part croissante de l'énergie produite à partir de sources renouvelables, de nouveaux défis émergent quant à la gestion de ce nouveau paradigme énergétique, où la production est fortement influencée par des conditions que les humains ne peuvent pas manipuler. Dans l'UE, les capacités éoliennes et solaires ont rapidement augmenté ces dernières années. La production d'énergie solaire atteint son pic pendant les journées ensoleillées et cesse la nuit, tandis que la production d'énergie éolienne fluctue avec la vitesse du vent. Cette variabilité de la production d'électricité devra être prise en compte dans le futur réseau énergétique, qui nécessitera de nouvelles solutions de stockage d'énergie et des stratégies de gestion du réseau.Dans ce scénario, le développement de plateformes multi-énergies sera nécessaire, car une source peut compenser ou stocker l'énergie produite par une autre. De plus, cela permettra d'explorer les synergies entre ces différents systèmes. L'intégration de la méthanation et de la digestion anaérobie, par exemple, représente une alternative pour convertir l'électricité renouvelable en gaz dans une approche power-to-gas. De plus, cela permet la valorisation énergétique du CO2 provenant du biogaz. Cependant, ces deux réacteurs sont opérationnellement différents en termes de temps caractéristique et de comportement thermique. Pour cette raison, les modèles mathématiques peuvent jouer un rôle précieux dans la définition de leur gestion adéquate.Dans ce contexte, un modèle pour un digesteur de biogaz a d'abord été développé. Ce modèle contient la cinétique d'une version modifiée du Anaerobic Digestion Model N°1 (ADM1), l'un des modèles les plus répandus dans ce domaine, ainsi qu'une description thermique avancée basée sur des corrélations empiriques pour les termes de transfert de chaleur. De plus, le stockage du biogaz dans un gazomètre à double membrane a également été inclus dans ce travail. Le modèle du digesteur a été validé à l'aide de données de la littérature pour des digesteurs à l'échelle de laboratoire et à grande échelle. Il a également été utilisé dans une étude de cas pour évaluer l'influence de la localisation géographique de l'usine de biogaz sur ses pertes de chaleur.Pour simuler une usine de biométhane entière, les unités de traitement composant les étapes de nettoyage et de valorisation du biogaz ont également été modélisées. L'intégration de ces modèles avec le digesteur a permis d'évaluer le fonctionnement de l'ensemble du système.De plus, un modèle existant de méthanation catalytique développé dans une thèse de doctorat précédente réalisée au LaTEP a également été inclus dans cet environnement de simulation. Cela a permis de simuler l'ensemble du système : usines de biométhane et de méthanation catalytique. Les simulations de cette plateforme multi-énergies ont montré que cette solution serait capable de stocker l'excès d'énergie du réseau, car le démarrage des réacteurs de méthanation pourrait être effectué en quelques minutes. En outre, il a été démontré que la production dans ces réacteurs serait affectée par les variations saisonnières des conditions météorologiques. Enfin, des perspectives sur la sécurité des procédés de ce système et des possibilités d'intégration thermique ont été discutées.