Le biogazQu’est-ce que c’est ? Le biogaz est une source d’énergie qui provient de la dégradation de la matière organique en l’absence d’oxygène.
Ce phénomène naturel peut être observé dans les marais ou les décharges d’ordures ménagères.
On peut le provoquer et l’intensifier en faisant de la méthanisation en digesteurs (sorte de gros silos) où cette dégradation est contrôlée.
Constitué principalement de méthane et de gaz carbonique, c’est un puissant gaz à effet de serre.
C’est pourquoi :
- Valoriser les déchets organiques, c’est avoir un effet bénéfique sur notre environnement en évitant bien des pollutions et des nuisances (eaux, sols, odeurs…) ;
- Produire et valoriser du biogaz, c’est - en plus - avoir un effet bénéfique sur l’effet de serre en évitant la libération de méthane et en économisant des énergies fossiles.
En exploitant au maximum les 3 ressources que sont : - les centres d’enfouissement techniques aux normes (décharges pour ordures ménagères),
- la méthanisation des boues de stations d’épuration,
- la méthanisation de déchets organiques agricoles, industriels et ménagers,
on estime que le biogaz en résultant pourrait couvrir 10% de la consommation nationale de gaz (la France est actuellement importatrice de gaz à plus de 90%).
La méthanisation est utilisée depuis plus d’un siècle pour traiter les boues de stations d’épuration, depuis les années 1940 pour les déjections animales, depuis les années 1970 pour les effluents industriels et depuis une vingtaine d’années pour les ordures ménagères.
|  plateforme de méthanisation de déchets ménagers |
Malgré cela, le potentiel énergétique de ces ressources est encore peu développé en France.
Cependant, les orientations de la politique « Déchets » conduite depuis 1997 (moins de matières organiques en décharges) et l’obligation de collecter le biogaz de décharges (en encourageant sa valorisation) peut permettre le développement de cette filière.
Plusieurs gestionnaires privés de centres d’enfouissement technique de déchets ménagers ont désormais investi dans cette filière de production locale d’énergie.  centre de Roche La Molière crédit photo : satrod | Ainsi, près de St-Etienne, dans la Loire, la Société Elyo Centre-Est Méditerranée vient de réaliser une centrale électrique alimentée par le biogaz issu de la fermentation des déchets du centre de Roche La Molière (450 000 t/an de déchets). 29 millions de m3 de biogaz ont été brûlés en 2000. La production pourrait atteindre 50 GWh/an. Cette opération n’a bénéficié d’aucune aide financière et son temps de retour a été estimé à 7 ans.
Pour en savoir plus : http://www.satrod.fr
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Pour développer la filière, l’ATEE ( http://www.ATEE.fr ) a créé depuis 1999 un club Biogaz, rassemblant les équipementiers, les industriels et collectivités utilisatrices, des bureaux d’études, établissements publics et associations, des fournisseurs d’énergie…
Le biogaz en Europe et en France :En Europe : On estime à environ 3 000 le nombre d’unités de méthanisation, auxquelles s’ajoutent quelques 450 centres d’enfouissement technique valorisant le biogaz.
Les plus gros producteurs sont l’Allemagne et le Royaume-Uni.
En France : Le parc d’installations de valorisation recensées se compose de :
- 200 unités environ en stations d’épurations urbaines ou industrielles
- une vingtaine d’installations en centres de stockage de déchets ménagers
- moins de 10 sites de traitement de déjections d’élevage
- une unité de méthanisation de déchets ménagers (d’autres réalisations sont en cours)
En 2001, l’ensemble de ces unités a produit 280 ktep (production primaire), 58% de cette production provenant des centres de stockage de déchets ménagers.
Cette production est d’ailleurs, dans la majorité des cas, entièrement dédiée ou presque aux besoins énergétiques du site où s’opère la valorisation.
La méthanisation ‘à la ferme’, développée dans les années 80, avait été abandonnée dans de nombreux secteurs suite à la baisse du prix de l’énergie et à la difficulté pour les éleveurs de maîtriser le process.
Aujourd’hui, on s’oriente vers des systèmes plus simples (nombreuses références en Allemagne et en Suisse).
C’est en effet dans le secteur agricole que le potentiel est le plus important (300 millions de tonnes de lisiers et fumiers sont produits en France chaque année).
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Méthanisation en coopérative agricole
crédit photo : Louis Cheviet/ ADEME 1996 |
Le biogaz en Midi-Pyrénées : La région Midi-Pyrénées, de part l’importance du secteur agricole et agro-alimentaire, possède un fort potentiel de développement d’unités de méthanisation.
L’ARPE conduit actuellement une étude sur la faisabilité de méthaniser le lisier de porc sur 5 installations.
La méthanisation est en effet très performante pour ce type d’effluents, très riche en matières biodégradables.
Une autre étude, menée à l’initiative de l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, est également en cours pour faire le bilan des installations en fonctionnement sur la région.
Une petite dizaine d’opérations ont été recensées dans le secteur agro-alimentaire, réparties dans le Gers, le Lot et en Haute-Garonne.
 Production de biogaz sur le site de Montech (82) | Concernant les centres d’enfouissement techniques de déchets ménagers, seuls 4 sites suivent actuellement leur production de biogaz : Manses (09), Pihourc (31), Saint-Sulpice (81), Montech (82).
Sur ce dernier, un programme pilote avait été mis en place en 1995 visant à réinjecter dans le réseau le gaz épuré produit. L’installation d’épuration est réalisée, mais aucun m3 de gaz n’a encore été livré au réseau, les garanties en terme de qualité du gaz épuré n’ayant pas été jugées satisfaisantes par Gaz de France. Le règlement de ce problème a été confié au Comité Supérieur d’Hygiène publique de France. |
Il faut signaler enfin que plusieurs stations d’épuration urbaines de la région ont abandonné la méthanisation à l’occasion de leur rénovation, en raison du choix d’une autre filière ou d’un autre gestionnaire (Montauban en 1972, Tarbes en 1984, Toulouse en 1991,…).
Comment se forme le biogaz ? Le biogaz provient d’un processus de fermentation de matières organiques, en l’absence d’oxygène.
Cette dégradation s’opère en plusieurs étapes sous l’action de bactéries spécifiques.
Les déchets les plus couramment dégradés sont les boues, les graisses, les déchets de conserverie, les lisiers, les fumiers…
Le biogaz en résultant est un mélange composé essentiellement de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2) mais également (en moindre proportion) d’eau, d’azote, d’hydrogène sulfuré, d’oxygène ainsi que de composés aromatiques organo-halogénés et de métaux lourds, à l’état de traces.
Bien sûr, selon la matière organique et la technique utilisées, les proportions de tous ces composés diffèrent, mais en moyenne, le biogaz comporte (sur gaz sec) :
Volume des composés selon la matière organique et la technique utilisée
(en % de volume, à 30°C)
|  | CH4 | CO2 | N2 | O2 | H2O | | CET*- sans aspiration | 50 - 58 | 25 - 34 | 18 - 2 | 1 - 0 | 4 | | CET – avec aspiration | 30 - 55 | 22 - 33 | 26 - 6 | 8 - 2 | 4 | Méthanisation
déchets ménagers triés à la source | 50 - 60 | 38 - 34 | 5 - 0 | 1 - 0 | 6 | Méthanisation
Boues Step** | 60 - 75 | 33 - 19 | 1 - 0 | < 0,5 | 6 | Méthanisation
Distillerie | 68 | 26 | - | - | 6 | *CET : centre d’enfouissement technique de déchets ménagers
**Step : station d’épuration de résidus urbains
Tout comme le gaz naturel sortant de terre, il doit être traité pour être épuré de ces traces avant d’être valorisé.
Comment capter le biogaz ?Dans un centre d’enfouissement technique :
Un centre d’enfouissement technique (ou décharge d’ordures ménagères) est géré aujourd’hui par casier successif, indépendants les uns des autres.
Chaque casier, une fois rempli, est fermé avec une couverture spécifique, composée :
- En surface : de terre permettant la revégétalisation,
- Dessous : d’une couche drainante permettant de collecter les eaux de ruissellement,
- Puis : d’une couche imperméable,
- Et enfin, au contact du massif de déchets : d’une couche drainante permettant de capter le biogaz produit par la dégradation des déchets.
 Casier en cours d’exploitation sur le site de Montech (82) |  Casier réhabilité sur le site de Montech (82) |
Cette couche drainante est généralement composée d’un lit de graviers où circule un réseau de drains mis en dépression pour bien capter le biogaz ou bien encore de puits installés dans le massif de déchets au fur et à mesure de leur entassement.
Le biogaz est ensuite évacué par des tuyaux vers une plateforme de combustion (simple torchère) ou de valorisation.
La composition et la production de biogaz est contrôlée dans les deux cas.
La productivité en méthane est très variable. Elle dépend des caractéristiques des déchets enfouis, de la profondeur de l’alvéole, de son aération, de la hauteur d’eau dans la décharge, de la température, etc…
Les premières années qui suivent la fermeture du casier, le biogaz est produit de manière exponentielle, puis la production chute au bout d’une quinzaine d’années, en général, sur les centres français.
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Réseau de captage
photo F.Dunouau/ ADEME |
Dans une unité de méthanisation : L’unité comporte en général un système de pré-traitement, permettant :
. de broyer et homogénéiser si nécessaire les différents types de matière organiques à traiter,
. d’ensemencer ce ‘substrat’ en le mélangeant avec du ‘digestat’ (le produit sortant) ré-introduit.
L’adjonction d’eau peut être nécessaire car le substrat doit être pâteux. C’est d’ailleurs pourquoi cette technique a longtemps été réservée aux boues ou effluents agricoles.
Le substrat est ensuite introduit dans le digesteur, sorte de silo où la dégradation s’opère.
Il y a plusieurs méthodes de méthanisation :
- par voie sèche ( 25 à 35% de matière sèche) ou humide (< 15% de matière sèche)
- méthode mésophile (à 35°C), ou thermophile (55°C) ; la seconde diminue le temps de séjour mais elle est plus délicate à conduire.
En sortie de digesteur, on trouve :
- Une unité de traitement du digestat, s’il doit être valorisé. C’est le cas en général, en amendement organique, pour les espaces verts, l’horticulture…
- Une unité de traitement et valorisation du biogaz. Une partie (15 à 25%) est utilisée pour le chauffage des digesteurs, voire pour les besoins en électricité du site. Le reste peut être valorisé pour produire de la chaleur, de l'électricité ou bien les deux, par co-génération.
La productivité en méthane est très variable :
- de 3 à 18 m3/t de boues pour les stations d’épuration (selon la teneur en matière sèche),
- de 50 à 90 m3 /t de déchets ménagers (selon leurs caractéristiques)
Comment valoriser le biogaz ? Outre un usage direct en four de process, le biogaz peut être utilisé pour produire :
- de la chaleur (eau chaude, vapeur, air chaud)
- de l'électricité par le biais d’un moteur à gaz, d’une turbine à vapeur ou à gaz pour de grandes installations
- de la chaleur et de l’électricité par co-génération,
- du carburant pour véhicules,
- du froid par l’intermédiaire d’une machine à absorption à gaz,
- du gaz naturel injecté dans le réseau public
centre de Roche La Molière
crédit photo : satrod
| De fait, il est principalement utilisé pour la production de chaleur et d’électricité.
La valorisation thermique ne peut se faire qu’à proximité immédiate du site de production.
| A chaque type de biogaz correspond un pouvoir calorifique différent : un biogaz contenant 65% de méthane aura par exemple un pouvoir calorifique de 6,5 kWh/m3.
Ce niveau est suffisant pour la plupart des utilisations du gaz, que ce soit en chaudière, en four industriel, sur turbine… Mais des adaptations spécifiques sont généralement requises du fait de ses caractéristiques (pouvoir corrosif par exemple). Dans tous les cas, le biogaz doit être épuré pour enlever, a minima, l’eau et le soufre.
Pour l’injecter sur le réseau gaz, faire de l’électricité ou du carburant, il faudra affiner le traitement.
En outre, le biogaz de décharge a la particularité de contenir de l’air car les systèmes de captage de gaz ne sont pas conçus pour éviter les entrées d’air dans le réseau. Pour qu’il soit valorisé, son épuration doit être renforcée.
Comme pour les autres sources alternatives de production décentralisée d’électricité, EDF
( http://www.edf.fr ) a l’obligation, depuis février 2000, de racheter l’électricité produite par les installations de méthanisation et celles utilisant du biogaz de décharge (tarifs de rachat fixés respectivement par les arrêtés du 05/03/02 et 21/11/01).
Quelques exemples de rendements de conversion (énergie finale utilisable / énergie primaire consommée) :
| Type de valorisation | Rendements de conversion instantanés | Electricité seule (moteur à gaz)
Chaleur
Cogénération
Conversion en gaz naturel
Gaz carburant | 30 Ã 35 %
80 Ã 90 %
70 Ã 90 %
85 %
80 % |
Pour en savoir plus…
http://www.ATEE.fr
Vous avez un projet ?
En premier lieu, déterminez l’objectif principal recherché.
En effet, un compromis doit être trouvé pour chaque installation entre :
- Traiter un effluent, un déchet
- Produire de l’énergie
- Produire un amendement organique
Les exigences en terme de qualité et les rendements de production seront différents selon l’objectif premier retenu. |
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Commentaires
Je suis un ingenieur en chimie industrielle et donc avec des facilites de comprendre ce qu'il faut
Ir KAMBANDA RUCWELI Hormisdas
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Tel (B): 00252 530 164
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