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Dans l'histoire de l'ingéniosité humaine, de nombreuses inventions et technologies s'inspirent de phénomènes naturels. Les trains les plus rapides et les plus efficaces du monde — les Shinkansen du Japon — se déplacent à plus de 300 kilomètres par heure. Pour éliminer les bangs soniques générés par une telle vitesse, les concepteurs ont profilé les trains pour qu'ils ressemblent au bec allongé du martin-pêcheur, car cet oiseau vole et nage avec très peu d'éclaboussures. De même, les concepteurs d'éoliennes du XXIe siècle utilisent les nageoires de baleine comme modèles : ces mammifères disgracieux sont néanmoins les nageurs, sauteurs et plongeurs les plus gracieux des mers grâce à la nature dentelée de leurs nageoires. La décomposition de la matière organique se produit constamment dans la nature. Chaque fois que la flore et la faune mortes, les feuilles tombées, les tontes de gazon abandonnées, le fumier de bétail, les déchets alimentaires et les eaux usées sont privés d'oxygène — comme dans une décharge ou un tas de compost — ces substances sont soumises à la digestion anaérobie. Décomposée par des formations bactériennes, cette matière désintégrée libère du méthane (CH4) et du dioxyde de carbone (CO2). Reconnaissant la valeur économique et environnementale de l'utilisation du méthane pour l'énergie, les scientifiques ont développé des machines pour reproduire et accélérer la digestion anaérobie. Celles-ci sont parfois appelées biodigesteurs.
La digestion anaérobie passe par quatre étapes pour produire du méthane. HYDROLYSE — la matière organique est composée de polymères, dont les liaisons chimiques sont rompues par les bactéries pour former des sucres simples, des acides aminés et des acides gras. ACIDOGENÈSE — les sous-produits de l'hydrolyse sont ensuite décomposés par des bactéries fermentaires. Les produits finaux de l'acidogenèse sont les acides gras volatils, l'ammoniac, le CO2 et le sulfure d'hydrogène. ACÉTOGENÈSE — les composés sont davantage décomposés pour libérer de l'acide acétique, ainsi que du CO2 et de l'hydrogène. MÉTHANOGENÈSE — les restes des réactions précédentes sont convertis en méthane, dioxyde de carbone et eau. Ensemble, ils composent ce que l'on appelle le biogaz. Le biogaz est souvent traité après production pour éliminer les contaminants et autres produits chimiques qui nuiraient à ses performances.
Un biodigesteur, ou éco-digesteur, est un réservoir qui ne laisse pas entrer d'oxygène (O2). Il reproduit ce que la nature fait avec le fumier, le compost, etc., à la différence que ces matières — ou substrats — subissent une privation immédiate d'O2, ce qui incite aux réactions chimiques du biodigesteur. Tout d'abord, le substrat est réceptionné et collecté, après quoi il peut subir un prétraitement pour faciliter le processus. Une fois sécurisée dans le digesteur lui-même, la matière organique passe ensuite par les quatre étapes mentionnées ci-dessus. Lorsque les micro-organismes ont fait leur travail, le biogaz est séparé du digestat, c'est-à-dire la matière solide restante.
Parce que le biogaz est utilisé pour générer de l'électricité, d'une part, et aussi comme carburant pour véhicules et pour le chauffage, il existe différents schémas pour sa production anaérobie. • Digesteurs en lagune anaérobie couverte — la matière organique se dépose dans un grand bassin clos recouvert d'une bâche flexible. • Digesteurs à flux piston — fonctionnent mieux lorsque le substrat, par exemple le fumier de vache, est raclé des caillebotis, comme dans une installation laitière. • Digesteurs à mélange complet — souvent un réservoir hors-sol, clos et chauffé avec un système hydraulique pour le mélange des gaz, posé sur une fondation en béton. • Réacteurs à lit fluidisé granulaire (UASB, EGSB) — fonctionnent sur le principe de la digestion des boues. Une couverture de sédiments se forme qui maintient les bactéries nécessaires à la digestion anaérobie.
La digestion anaérobie sépare le biogaz du substrat, laissant ce que l'on appelle le digestat. Celui-ci peut être plus fibreux ou plus proche d'un lisier — comme la plupart des digestats agricoles. Le plus souvent, il est appliqué comme fertilisant, en tant qu'amendement du sol, avec de bons résultats. Le digestat est également un composant de certains composites plastiques ainsi que de la litière pour le bétail. Ils n'ont pas besoin d'être grands — les systèmes de biodigesteurs à petite échelle servent les ménages, les restaurants et les petites exploitations agricoles, démontrant que les avantages de la digestion anaérobie sont accessibles à toutes les échelles.
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