Technique

Ressources

Trois ressources principales peuvent être exploitées :

• les déchets organiques agricoles, industriels et ménagers
• les boues de stations d’épuration urbaines et industrielles
• les centres d’enfouissement techniques aux normes (décharges d’ordure ménagères)

On estime que le biogaz en résultant pourrait couvrir 10% de la consommation nationale de gaz d’ici 2020, et le potentiel est estimé entre 10 et 15 millions de tep à plus long terme (données du CLER février 2009).

Traitement

Il est possible de produire du biogaz dans tous les endroits où sont stockés et accumulés des déchets fermentescibles totalement ou partiellement privés d’aération continue (centres de stockage des déchets ou des stations d’épuration des eaux). Il est également possible de recréer les conditions de méthanisation sur n’importe quel site, à l’aide de digesteurs à fermentation de déchets organiques (c’est-à-dire une enceinte fermée où va se dérouler la dégradation anaérobie de la matière). Ces équipements, appelés aussi méthaniseurs, permettent la valorisation des effluents agricoles (déjections animales), des industries agroalimentaires et papetières, ou encore des déchets ménagers organiques triés. On appelle unité de méthanisation, le centre de production de biogaz.

Son fonctionnement est le suivant :

• A partir des déchets organiques fermentescibles, les substrats sont sélectionnés pour leur capacité à produire du biogaz lors de leur dégradation.
• A leur arrivée sur le site de l’unité, les substrats sont stockés.
• Puis ils sont introduits dans un digesteur (différentes technologies : méthanisation par voie humide, par voie sèche ou par voie liquide)

Méthanisation par voie humide, digesteur du Gaec Oudet à Clavy-Warby (Ardennes)

• La dégradation de la matière entraîne d’une part la production de biogaz et d’autre part la production de digestat (c’est-à-dire de la matière digérée quasi inodore).

Le biogaz va être stocké quelques heures dans un gazomètre, avant d’être valorisé en cogénération ou encore d’être injecté dans le réseau de distribution de gaz (possible très prochainement). Dans le cas de la cogénération, le biogaz va servir à produire de l’électricité et de la chaleur. Le digestat quant à lui est stocké dans des cuves avant son épandage sur les terres agricoles.

Méthanisation à la ferme

En savoir plus sur les différentes technologies

Les unités de méthanisation sont installées la plupart du temps sur les sites de production de déchets organiques. Cependant, lorsqu’il s’agit de petites exploitations, il peut être intéressant d’envisager une mutualisation des flux de déchets. En effet, la présence de déchets organiques de nature différente n’altère pas forcément la qualité du biogaz produit. A l’inverse, la collecte sur un site centralisé des différents déchets, accompagné d’une unité de méthanisation mutualisée peut permettre d’optimiser le processus de production de biogaz. Ce type de projet est susceptible de dynamiser et de fédérer les acteurs d’une même zone géographique puisqu’il est vecteur de synergie sur un territoire donné.

Exemples de mutualisation

Caractéristiques du biogaz produit

La composition du biogaz est similaire à celle des gaz naturels bruts. Il se compose principalement de méthane et de gaz carbonique. Le méthane, représente 55 à 85% du volume de biogaz produit (1m3 de méthane (soit 8 570 kcal) est l’équivalent d’un litre de fioul). Le gaz carbonique représente le pourcentage restant, en sachant que certains gaz peuvent également être présents en très petites quantités (gaz traces : eau, azote, soufre, oxygène, éléments organo-halogénés). Selon la nature des déchets traités, les conditions de fermentation et les variations climatiques, la composition du biogaz peut différer en proportion. A titre indicatif, un mètre-cube de biogaz constitué à 60% de méthane possède un pouvoir calorifique d’environ 6 kWh soit l’équivalent énergétique de 0,6 litre de fioul.

En savoir plus sur le contenu énergétique

Utilisation du biogaz

Le biogaz est l’une des seules énergies renouvelables à pouvoir être transformée en toute forme d’énergie utile. Il peut être brûlé dans une chaudière pour produire de la chaleur sous forme d’eau chaude ou de vapeur, voire d’air chaud pour les applications de séchage. En général, la valorisation thermique nécessite des débouchés de proximité. Le biogaz peut aussi alimenter un moteur à gaz ou une turbine pour produire de l’électricité injectée dans le réseau électrique, c’est le cas du biogaz de décharge notamment. La cogénération est très souvent utilisée dans les stations d’épuration urbaines, les unités de méthanisation de déchets solides et les unités agricoles (les rendements en biogaz sont en moyenne de 35 % en électricité et 50 % en chaleur). D’autres modes de valorisation sont en cours de développement : le biogaz carburant, l’injection dans le réseau de gaz naturel, mais aussi la production de froid par une machine à absorption à gaz, voire la production d’électricité avec une pile à combustible.

Injection dans le réseau

L’injection de certains types de biogaz dans le réseau de gaz naturel sera bientôt une réalité après l’avis rendu par l’Afsset (Agence française de sécurité sanitaire de l’environnement et du travail). Le 29 octobre 2008, l’Afsset a en effet rendu un avis favorable en considérant qu’il n’y a pas de risque sanitaire spécifique lié à l’injection dans le réseau de certains types de biogaz épurés, comparativement au gaz naturel. En savoir plus sur le site de l’Afsset

Quelques chiffres

La quantité de biogaz produite avec une tonne de matière organique va dépendre de la nature des déchets organiques utilisés. En effet, la composition du substrat va définir sa capacité à produire du biogaz (pouvoir méthanogène). Il n’est donc pas facile de donner une estimation de la production d’électricité et de chaleur d’un substrat « type ». Cependant, ces exemples permettent de se faire une idée :

1 tonne de lisier porcin -> 30 m3 de biogaz (60 % de méthane)-> 180 kWh d’énergie primaire->63 kWh d’électricité

Le pouvoir énergétique du biogaz est calculé en fonction de sa teneur en méthane. En effet, on multiple le taux de méthane par son PCI. Le PCI est le pouvoir calorifique inférieur, dont la valeur est de 9.965 kWh/m3 pour le méthane.

1 m3 de biogaz à 60 % de méthane a un pouvoir énergétique de 6,0 kWh.

Il est intéressant d’analyser les substrats d’un projet pour connaître leur pouvoir méthanogène. Pour un projet de méthanisation, il va être recherché le mélange de substrats ayant le pouvoir méthanogène théorique le plus élevé.

La méthanisation utilise la matière organique la plus facilement " digestible ", soit 30% à 80% de la matière sèche. C’est également la partie qui génère la pollution organique et dégage des odeurs désagréables. La partie restante après la méthanisation (20% à 70%) peut être utilisée comme fertilisant en agriculture.