Étude de cas
L’APESA a accompagné TotalEnergies dans l’évaluation du potentiel opérationnel et technico-économique de la méthanation biologique in-situ appliquée à des réacteurs de méthanisation existants.
Sur deux ans, l’APESA a conduit un programme expérimental structuré, mobilisant quatre pilotes parallèles et aboutissant à des résultats techniques significatifs ainsi qu’à des publications scientifiques internationales.
| Nom de l’organisation | TotalEnergies |
| Type d’organisation | Grande entreprise |
| Secteur d’activité | Energie |
| Taille de la structure | 100 000 salarié(e)s |
| Localisation du projet | 120 pays |
Le contexte du projet
L’injection d’hydrogène dans un réacteur de méthanisation, aussi appelée méthanation biologique in-situ, permet d’améliorer significativement la teneur en méthane du biogaz en convertissant, en partie ou totalement, le CO2 du biogaz en méthane supplémentaire.
TotalEnergies souhaitait évaluer le potentiel opérationnel et technico-économique de cette technologie sur des réacteurs existants, en recherchant des solutions compatibles avec des installations industrielles sans modifications lourdes des procédés.
Les défis rencontrés
L’intégration de la méthanation biologique in-situ dans des réacteurs de type infiniment mélangé (continuously stirred tank reactor, CSTR) présente plusieurs verrous techniques :
- La faible solubilité de l’hydrogène limite son transfert vers la phase liquide et donc sa disponibilité pour les microorganismes.
- Les conditions opératoires favorables à la méthanisation ne sont pas nécessairement optimales pour la méthanation, ce qui impose de trouver un compromis entre stabilité biologique, efficacité de conversion de l’hydrogène et production de méthane.
- Toute solution doit rester économiquement pertinente et compatible avec l’adaptation d’installations existantes.
Notre accompagnement
Sur une période de 2 ans, l’APESA a exploité en parallèle 4 pilotes de méthanisation de type infiniment mélangé (20 L utile) afin de comparer différentes stratégies d’injection de l’hydrogène et d’optimisation du procédé.
Parmi les pistes d’optimisation testées :
- Optimisation du débit d’hydrogène, de la recirculation du biogaz et des diffuseurs de l’hydrogène.
- Impact de la nature de la ration sur les performances de la méthanation.
- Utilisation de supports à biofilms innovants.
- Séquençage de l’alimentation en intrant ou en hydrogène.
De plus, un scénario de fonctionnement, incluant l’intermittence de la méthanation, la réduction volontaire de la charge organique pendant les phases de méthanation, ainsi que des phases prolongées d’arrêt et de redémarrage de l’injection d’hydrogène, a été étudié afin d’évaluer la robustesse biologique et la compatibilité du procédé avec une production d’hydrogène intermittente issue d’énergies renouvelables non pilotable.
Enfin, les résultats obtenus dans le projet ont été valorisés via la parution de deux articles scientifiques. Un troisième est en préparation.
Publications :
- Cazaudehore, G., Peyrelasse, C., Monlau, F., Castel, L., Leonardi, F., Guyoneaud, R., Sambusiti, C., 2025. Optimization of hydrogen dosage for enhanced in-situ bio-methanation. Bioresource Technology Reports 31, 102245. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2025.102245
- Cazaudehore, G., Peyrelasse, C., Monlau, F., Leonardi, F., Guyoneaud, R., Sambusiti, C., 2026. Exploration of potential methodological bias on feeding mode and gas sampling during semi-continuous anaerobic digestion experiments. Bioresource Technology 440, 133396. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.133396
Résultats et bénéfices
L'étude met en évidence les limites de la méthanation in-situ non optimisée dans un réacteur de type infiniment mélangé (60 % de perte d'hydrogène).
L'ajustement du débit d'hydrogène a cependant permis de trouver un compromis entre un taux de conversion de l’hydrogène de 78 % et une augmentation de la production de méthane de 23 %.
De plus, les essais ont montré un rendement de la méthanation amélioré à une charge organique réduite et une bonne capacité à supporter des interruptions de l’injection d’hydrogène.
Ces paramètres ouvrent la voie à une nouvelle approche de gestion énergétique. Lors des périodes de faible demande en électricité, une partie de la production électrique issue des énergies renouvelables non pilotables pourrait être utilisée pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Cet hydrogène serait alors valorisé via la méthanation.
Durant ces périodes, la charge organique appliquée au réacteur serait volontairement réduite, permettant le maintien de la production de méthane grâce à l’apport d’hydrogène. À l’inverse, en période de forte demande électrique, la méthanation serait interrompue et le réacteur fonctionnerait à pleine charge organique.
Cette stratégie permettrait :
- De consommer de l’hydrogène lorsque son coût est le plus faible
- De mieux valoriser l’hydrogène
- D’utiliser de l’hydrogène vert
- De réduire la consommation d’intrants
- De maintenir une production de méthane stable
Enseignements et transférabilité
Ce projet de R&D valorise notre capacité à conduire des programmes de recherche technique d’envergure, en combinant expérimentation appliquée et production de connaissances valorisées scientifiquement à travers des publications dans des revues internationales à comité de lecture.
Par ailleurs, la flexibilité de l’APESA permet de concevoir et de développer des outils et méthodologies sur mesure, spécifiquement adaptés aux besoins opérationnels des clients.
Un procédé consistant à injecter de l’hydrogène dans un réacteur de méthanisation pour améliorer significativement la teneur en méthane du biogaz.
La solubilité limitée de l’hydrogène et la nécessité d’un compromis entre stabilité biologique et efficacité de conversion.
Oui, sous réserve d’optimisation des paramètres opératoires.
Dans le cadre du projet IDEAL, cofinancé par la Région Normandie et l’Union Européenne, FREDON Normandie a étudié la gestion des résidus végétaux issus de laveries de légumes contenant une adventice envahissante : le souchet comestible.
Découvrir le projet
Dans le contexte d’obligation de tri à la source des biodéchets (généralisée depuis 2024), GRDF a lancé un appel à projets visant à développer des sacs de collecte biodégradables compatibles avec la méthanisation.
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3 chemin de sers, 64121 Montardon, France
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