Soutenance de thèse de OCHOA MARTINEZ Carolina
Titre de thèse
Valorisation du lisier de porc par traitement hydrothermal : étude de la dynamique de conversion de P et N
Valorization of pig manure through hydrothermal treatment: study of the dynamics of P and N conversion
Résumé de la thèse
L'agriculture mondiale dépend de manière critique des réserves de phosphore (P) non renouvelables et des engrais azotés (N) énergivores pour soutenir la production agricole. En parallèle, l'élevage intensif produit d'importants volumes de fumier humide, comme le fumier de porc, une biomasse riche en matière organique et en nutriments, qui, s'ils ne sont pas correctement gérés, peuvent entraîner des impacts environnementaux associés à la volatilisation de l'azote, au lessivage du P et à la pollution diffuse. Pour relever ces défis, un traitement hydrothermal à l'aide de fumier de porc réel a été effectué afin d'étudier l'effet des paramètres du procédé sur la conversion et la distribution du P et N. Des expériences comparatives ont été réalisées dans un réacteur discontinu à l'échelle pilote en utilisant deux approches, la carbonatation hydrothermale de faible gravité (107-200 °C, 25-95 min) et la liquéfaction hydrothermale (300 °C, 10-60 min). Les phases solide, aqueuse et huileuse résultantes ont été systématiquement caractérisées à l'aide d'analyses physicochimiques, de quantification élémentaire et d'extractions séquentielles de P. Les résultats montrent que plus de 90 % du P a été récupéré dans la phase solide sous les deux technologies hydrothermales. La minéralisation des formes organiques de P et de P associées à Al/Fe transformes en calcium phosphates a été identifiée comme le principal mécanisme de rétention du P dans l'hydrochar. La température a été le paramètre le plus influent sur la conversion et la spéciation du P, avec de fortes corrélations observées entre les formes de P et la disponibilité des cations métalliques (Ca, Mg, Fe, Al). La recirculation de l'eau de traitement pendant la liquéfaction hydrothermale a encore augmenté le rendement du biobrut, mais a également conduit à une plus grande accumulation d'azote dans sa composition, peut-être en raison de réactions de type Maillard et Mannich impliquant des glucides et des intermédiaires de lignine. L'azote organique dissous a persisté en tant que fraction dominante d'azote dans la phase aqueuse au cours des deux traitements, mettant en évidence une lacune critique dans les stratégies actuelles de valorisation hydrothermale. Ces travaux fournissent de nouvelles informations sur le comportement des nutriments lors du traitement hydrothermal du fumier de porc et son potentiel en tant que ressource nutritive renouvelable.
Thesis resume
Global agriculture critically depends on non-renewable phosphorus (P) reserves and energy-intensive nitrogen (N) fertilizers to sustain crop production. In parallel, intensive livestock farming produces large volumes of wet manure, such as pig manure, an organic matter and nutrient rich biomass, that if not properly managed, can lead to environmental impacts associated with N volatilization, P leaching and diffuse pollution. To address these challenges, hydrothermal treatment using real pig manure was conducted to investigate the effect of process parameters on P and N conversion and distribution. Comparative experiments were performed in a pilot-scale batch reactor using two approaches, low-severity hydrothermal carbonization (107–200 °C, 25–95 min) and hydrothermal liquefaction (300 °C, 10–60 min). The resulting solid, aqueous, and oil phases were systematically characterized using physicochemical analysis, elemental quantification, and sequential P extractions. Results show that more than 90 % of P was recovered in the solid phase under both hydrothermal technologies. Mineralization of organic P and Al-/Fe-associated P forms into Ca-phosphates was identified as the main mechanism driving P retention in the hydrochar. Temperature was the most influential parameter affecting P conversion and speciation, with strong correlations observed between P forms and metal cation availability (Ca, Mg, Fe, Al). The recirculation of process water during hydrothermal liquefaction further increased biocrude yield but also led to greater N accumulation in its composition, possibly due to Maillard and Mannich-type reactions involving carbohydrates and lignin intermediates. Dissolved organic N persisted as the dominant N fraction in the aqueous phase during both treatments, highlighting a critical gap in current hydrothermal valorization strategies. This work provides new insights into nutrient behavior during hydrothermal treatment of pig manure and its potential as a renewable nutrient resource.