Digestion anaérobie des boues (HU)

Traduction anglaise : Sludge anaerobic digestion

Article en chantier

Dernière mise à jour : 17/11/2025

Processus de dégradation biologique des matières organiques contenues dans les boues dans un environnement dépourvu d'oxygène libre. Dans les stations d'épuration, la digestion anaérobie permet de stabiliser les boues et de diminuer leur volume tout en produisant du biogaz. Cette opération facilite également la déshydratation ultérieure des boues (figure 1). On parle également de méthanisation, même si ce terme peut être utilisé dans un cadre plus général.

Figure 1 : Place de la digestion anaérobie des boues dans le processus général de traitement.

Principes de la digestion anaérobie des boues

Principes généraux

Le principe consiste à utiliser des bactéries anaérobies méthanogènes (par exemple méthanobactérium ou méthanococcus) pour dégrader la matière organique par fermentation en produisant un biogaz principalement composé de méthane (65 à 70%) et de dioxyde de carbone (25 à 30%) .

La digestion anaérobie peut être mise en œuvre à moyenne température, aux environs de 35°C (digestion mésophile) ou à température plus élevée, entre 50 à 60°C (digestion thermophile).

Différentes étapes

La digestion anaérobie peut être décomposée en quatre grandes étapes biochimiques successives (figure 2) mobilisant différentes familles de bactéries :

Figure 2 : Différentes étapes biologiques de la digestion anaérobie des boues ; Source : Falipou et al., 2020.

• L’hydrolyse : Dans cette première étape les longues chaines moléculaires présentes dans les boues (sucres complexes, protéines, graisses) sont décomposées en molécules plus simples (monomères) ;
• L’acidogenèse : les monomères résultants sont ensuite transformés en composés encore plus simples : acides gras volatils (AGV), acides organiques, alcools, hydrogène et gaz carbonique ;
• L’acétogenèse : au cours de cette troisième étape les composés simples précédents sont décomposés en acétate, hydrogène et gaz carbonique qui sont les précurseurs du méthane.
• La méthanogenèse proprement dite : Finalement le méthane est produit par deux voies différentes :
  • la dégradation des acétates (réaction qui produit également du CO₂ (environ 70% du méthane produit),
  • la transformation du CO₂ et de l’hydrogène en méthane et en eau.

Pouvoir méthanogène des boues

La digestion anaérobie peut être mise en œuvre sur des boues épaissies, quelle que soit leur provenance :

• boues primaires et physico-chimiques issues des décanteurs primaires des stations d'épuration ;
• boues biologiques issues d'un traitement biologiques secondaires (boues activées, lits bactériens, etc.) ;
• voire boues provenant d'un traitement tertiaires (après élimination azote et phosphore)
• mélange de boues des différentes origines (on parle alors de boues mixtes).

La capacité des boues à produite du méthane, que l'on mesure par leur potentiel méthanogène ou BMP (Biochemical Methane Potential) est cependant différente selon leur origine (voir figure 3).

Figure 3 : Potentiel méthanogène des différents types de boues ; résultats de tests en laboratoire avec des échantillons réduits (Boues primaires N=6 ; Boues mixtes N=9 ; Boues biologiques N=15) qui surestiment probablement le BMP réel du fait des conditions idéales de réalisation Source : Falipou et al., 2020.

Nota 1 : Il est techniquement possible d'augmenter le potentiel méthanogène des boues de station en les mélangeant avec d'autres déchets fermentescibles tels que les déchets agricoles ou urbains ; ces pratiques sont cependant limitées en France par une législation très contraignante au niveau des mélanges entre les boues d’épuration et les autres déchets (voir Valorisation des boues (HU)).

Nota 2 : Pendant longtemps, la raison principale pour laquelle les exploitants de station utilisait la digestion anaérobie était la réduction de la quantité de matière sèche des boues et non la production de biogaz (Reverdy et al., 2011, cité par Falipou et al., 2020). Cet état de fait est probablement en train de changer.

Mise en œuvre pratique

La digestion anaérobie des boues de station d'épuration est mise en œuvre dans des digesteurs. Un appareil de ce type est principalement constitué d'un réservoir fermé et calorifugé, étanche à l’eau. La fermentation des boues s'effectue dans la partie centrale, la décantation des boues digérées dans la partie basse et l'évacuation des gaz (méthane, gaz carbonique et azote) dans la partie supérieure (figure 4).

Figure 4 : Schéma de principe d'un digesteur anaérobie ; Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Digesteur

La fermentation est accélérée par chauffage (aux environs de 35° dans le cas d'un digesteur mésophile et entre 50 et 60° dans le cas d'un digesteur thermophile). Les boues doivent être brassées en permanence pour éviter la formation d'un chapeau bloquant l'évacuation des gaz. La récupération du biogaz ainsi produit devient un enjeu important qui permet de transformer un déchet (le méthane est un puissant gaz à effet de serre) en ressource .

Avantages et inconvénients du procédé

• Production de biogaz qui peut être utilisé localement (séchage ou conditionnement thermique des boues ou valorisé sous la forme de gaz de ville (voir Biogaz (HU))
• Réduction de 20 à 50 % le volume de boues,
• Stabilisation et hygiénisation des boues,
• Possibilité de valorisation agricole.

Bibliographie :

• Reverdy, A.L., Baudez, J.C., Dieudé-Fauvel, E. (2011) : La méthanisation des boues issues du traitement des eaux usées : état des lieux, état de l'art ; rapport cemagref ; 83p. ; disponible sur https://hal.inrae.fr/hal-02598020.

Pour en savoir plus :

• Falipou, E., Gillot, S., Perret, J.-M. (2020) : La digestion des boues de station d’épuration : état de l’art et paramètres clés ; rapport INRAE-AERMC ; 50p ; disponible sur https://www.eaurmc.fr/upload/docs/application/pdf/2021-05/2020_inrae_enquete_methanisation_aermc.pdf