Biomethane Recovery for Hermetia illucens Larval Frass Derived from Faecal matter, Swine Manure and Chicken Manure

Chaque jour, le monde génère une montagne de déchets organiques, allant des restes de nourriture dans nos cuisines aux déjections laissées par le bétail. Lorsque ce matériau est simplement entassé ou enfoui, il pourrit souvent d'une manière qui libère des gaz nocifs et pollue le sol. Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché des moyens de transformer ce problème en solution, cherchant des méthodes qui non seulement nettoient le désordre, mais capturent également l'énergie piégée à l'intérieur de la matière en décomposition. Une approche prometteuse implique la mouche soldat noire, un petit insecte dont les larves sont des mangeuses voraces. Ces larves peuvent consommer de vastes quantités de déchets organiques, les décomposant en un amendement du sol riche en nutriments appelé frass. Bien que ce frass soit excellent pour fertiliser les cultures, le frass frais est souvent instable et peut contenir des agents pathogènes qui rendent son épandage immédiat sur les champs risqué. Le défi a été de trouver un moyen de stabiliser ce matériau en toute sécurité tout en récupérant l'énergie qui reste verrouillée à l'intérieur.

Une équipe de chercheurs de l'Université de l'Agriculture et de la Technologie de Jomo Kenyatta au Kenya s'est donné pour mission de résoudre ce casse-tête en testant si ces déchets produits par l'insecte pouvaient être introduits dans une machine biologique appelée digesteur anaérobie. Ce processus, qui se produit sans oxygène, est similaire à ce qui se passe au fond d'un marécage ou à l'intérieur de l'estomac d'une vache, où des microbes décomposent la matière organique pour produire un gaz riche en méthane. Les chercheurs voulaient voir s'ils pouvaient utiliser le frass de la larve de la mouche soldat noire qui avait été nourrie de trois types différents de déchets : des matières fécales humaines, du fumier de porc et du fumier de poulet. Leur objectif était de déterminer si ce matériau résiduel pouvait être transformé en une source de combustible propre tout en rendant les déchets sûrs pour l'environnement.

Pour commencer leur investigation, l'équipe a collecté des déchets frais auprès de sources locales et a introduit des larves de mouche soldat noire de cinq jours dans ces déchets. Les insectes ont été laissés à grandir jusqu'à maturité complète, moment auquel les chercheurs ont récolté le frass résultant. Ils ont soigneusement préparé des échantillons de chacun des trois types de déchets, les broyant pour obtenir une taille uniforme et les stockant dans un endroit frais pour les garder frais. Avant de tester le potentiel énergétique, les scientifiques ont analysé la composition physique et chimique de chaque échantillon. Ils ont constaté que les trois types de frass étaient assez secs et alcalins, ce qui signifie qu'ils avaient un pH élevé. Cependant, la composition variait considérablement selon ce que les larves avaient consommé. Le frass provenant du fumier de porc contenait la plus grande quantité de matière organique décomposable, tandis que le frass de fumier de poulet était le plus sec et contenait le moins de matière dégradable.

Les chercheurs ont ensuite placé ces échantillons dans des bouteilles en verre scellées avec un mélange spécial de microbes provenant d'un digesteur actif. Ils ont créé un environnement contrôlé où l'oxygène était exclu, permettant aux microbes de se nourrir du frass et de produire du biogaz. Sur une période de cinquante-cinq jours, ils ont mesuré le gaz produit chaque jour. Les résultats ont montré une différence nette de performance basée sur la source alimentaire d'origine. Le frass dérivé du fumier de porc a produit le plus d'énergie, générant un total de 619 millilitres de biogaz pour chaque gramme de solides volatils, avec un rendement en méthane de 347 millilitres. Le frass issu des matières fécales humaines a obtenu des résultats intermédiaires, produisant 378 millilitères de biogaz et 205 millilitères de méthane. En revanche, le frass de fumier de poulet a rencontré des difficultés significatives, ne produisant que 185 millilitères de biogaz et 100 millilitères de méthane.

L'équipe a découvert que la faible performance du frass de fumier de poulet était due à sa nature chimique. Il contenait des niveaux élevés de soufre et avait un pH très élevé, deux facteurs qui peuvent être toxiques pour les microbes responsables de la production de méthane. De plus, le matériau provenant du fumier de poulet comprenait des résidus de litière difficiles à décomposer pour les microbes, agissant comme une barrière à la récupération d'énergie. Le frass de fumier de porc, quant à lui, était riche en matière organique facilement digestible, permettant aux microbes de travailler efficacement. Les chercheurs ont également observé que le processus de décomposition du frass de fumier de porc prenait un peu plus de temps pour démarrer, avec un délai de près de trois jours avant que la production n'atteigne son pic, mais une fois lancé, il produisait de l'énergie à un rythme plus rapide que les autres échantillons.

Pour comprendre la vitesse et le schéma de cette production d'énergie, les scientifiques ont utilisé des modèles mathématiques pour ajuster leurs données. Ils ont constaté que la production de méthane du fumier de porc et des déchets humains suivait une courbe spécifique qui tenait compte d'un démarrage lent suivi d'une augmentation rapide. Pour le fumier de poulet, cependant, le processus était beaucoup plus lent et linéaire, suggérant que la décomposition du matériau lui-même était le principal goulot d'étranglement. L'étude a confirmé que bien que les trois types de frass puissent être utilisés pour générer de l'énergie, la variété de fumier de porc était de loin la plus efficace. Le processus a également réussi à réduire la quantité de déchets organiques dans les bouteilles jusqu'à 55 pour cent, indiquant que le processus de digestion a stabilisé le matériau et réduit son potentiel de nuisance environnementale.

Cette recherche met en lumière une voie pratique pour la gestion des déchets organiques dans une économie circulaire. En nourrissant les larves de mouche soldat noire avec du fumier de porc, puis en digérant le frass résultant, les communautés peuvent créer un système qui produit de l'énergie renouvelable tout en traitant les déchets et en réduisant les risques de maladies. L'étude suggère que cette méthode est particulièrement adaptée au fumier de porc, qui est abondant dans de nombreuses régions agricoles. Bien que le frass de fumier de poulet se soit révélé moins efficace, les conclusions fournissent un guide clair aux agriculteurs et aux gestionnaires de déchets sur les flux de déchets les mieux adaptés à cette approche à double usage. Ce travail démontre qu'avec la bonne combinaison de bioconversion par les insectes et de digestion microbienne, il est possible de transformer un produit de déchet difficile en une ressource stable et riche en énergie sans avoir recours à des traitements chimiques complexes.