La méthanisation ou fermentation des déchets pour produire du biogaz / biométhane

La méthanisation permet de transformer les déchets organiques en biogaz et de produire ainsi une énergie renouvelable, le biogaz, qui peut ensuite être valorisé (électricité, chaleur, combustible). C'est un des moyens de valoriser les déchets organiques, en particulier ceux produits par les exploitations agricoles.

Aujourd'hui, en France, 150 millions de tonnes de déjections animales (fumier, lisier...) et autres déchets agricoles sont produits chaque année. S'ils étaient méthanisés, ces déchets pourraient produire entre 3 à 5 % des besoins énergétiques du pays.

La méthanisation : définition

La méthanisation est un procédé naturel de dégradation de la matière organique par des bactéries, en l'absence d'oxygène, produisant un biogaz composé de méthane et de dioxyde de carbone. Cette réaction produit également un résidu, appelé digestat, qu'il est ensuite possible de valoriser en tant que fertilisant pour l'agriculture

Le digestat, résidu solide qui résulte de la méthanisation
© Irstea

Il existe plusieurs types de méthanisation :

• la méthanisation « à la ferme » ou méthanisation agricole : portée par un agriculteur ou un groupement d'agriculteurs. Ce sont majoritairement les effluents et substrats agricoles qui sont utilisés ;
• la méthanisation « centralisée » ou « territoriale » : réalisée par des unités de grande taille, traitant des effluents agricoles en minorité et davantage de déchets du territoire ;
• la méthanisation en station d'épuration des eaux usées : traitant les boues résiduaires d'épuration des eaux usées urbaines ;
• la méthanisation industrielle, essentiellement dans les secteurs de l'agro-alimentaire, la chimie et la papeterie ;
• la méthanisation des ordures ménagères, ces projets sont conduits par les collectivités ou des entreprises ou syndicats spécialisés dans la gestion des déchets ;
• la production spontanée de biogaz dans les installations de stockage de déchets (décharges).

Le biogaz : définition

Unité de méthanisation à la Varennes-Jarcy - France
© C. Magdelaine / notre-planete.info

La fermentation sans oxygène (anaérobie) de déchets alimentaires ou végétaux dégage un gaz constitué de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2) appelé biogaz.

Les proportions respectives de méthane et de CO2 dépendent de la nature des matières fermentées : déjections animales ou ordures ménagères. En général, le biogaz produit contient entre 55 et 65 % de méthane.

Ce processus est dorénavant maîtrisé à la fois pour éviter des émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère mais aussi pour exploiter le biogaz ainsi produit qui est une source d'énergie.

Les déchets demeurent sans conteste le secteur prépondérant dans la production de biogaz qui est destiné à alimenter des turbines électriques ou comme carburant pour les véhicules.

Le biogaz produit par la méthanisation peut être valorisé de différentes manières :

• par la production conjointe de chaleur et d'électricité, appelée cogénération ;
• par la production de chaleur qui sera consommée à proximité du site de production ;
• par l'injection dans les réseaux de gaz naturel après une étape d'épuration (le biogaz devient alors du biométhane) ;
• par la transformation du biogaz en carburant sous forme de gaz naturel véhicule (GNV)

Comment produire du biogaz ?

Digesteurs à la Varennes-Jarcy - France
© C. Magdelaine / notre-planete.info

La matière secondaire utilisée pour générer du biogaz est constituée de déchets organiques domestiques, des déchets verts et végétaux, des boues d'épuration communales, des cultures énergétiques (maïs, herbe, millet) mais également des déchets de nourriture industrielle.

La fermentation anaérobie (c'est à dire en l'absence totale d'air et d'oxygène) contribue à la dégradation des matières organiques mortes et à leur transformation en éléments simples gazeux et minéraux. Les enceintes dans lesquelles se déroule la fermentation sont soit dénommées fermenteurs, réacteurs ou digesteurs. Ce sont des cuves recouvertes d'un couvercle sous lequel s'accumule le biogaz qu'on soutire au fur et à mesure qu'il est produit.
C'est un processus naturel sous l'action de bactéries.

Le bio-engrais

La matière découlant de ce processus est nommé du digestat. Bien souvent, le digestat est considéré comme un déchet. Et pourtant, un processus novateur qui consiste à soumettre le digestat au processus connu en tant qu'hydrolyse chimique puis à un processus de granulation très efficace permet d'en tirer du bio-engrais sous forme de microgranules.
L'institut Basque pour la recherche et le développement agricoles, Neiker Tecnalia prévoit la construction d'une usine pilote afin de transformer le digestat en engrais de grande qualité pouvant être jusqu'à dix fois plus productif que les engrais conventionnels. Ce type d'engrais pourrait être utilisé dans les plantations à valeur ajoutée telles que les pelouses sportives, les cultures ornementales et les cultures agricoles délicates.

La méthanisation en agriculture

• l'économie d'engrais minéraux,
• la couverture des besoins de chaleur dans un contexte d'augmentation du coût de l'énergie,
• la valorisation des équipements de stockage des effluents (fosses à lisiers),
• la diversification des débouchés pour les déchets et résidus de l'activité agricole,
• la réduction des nuisances olfactives lors de l'épandage.

Actuellement, le modèle moyen qui se développe à la ferme est une unité de puissance électrique installée de 220 kWe, recevant 7 700 tonnes/an de matières méthanisables (environ 20 tonnes/jour), dont 65% d'effluents d'élevage.

Les gisements de biogaz

Les gisements utilisés pour la filière biogaz sont :

• les centres d'enfouissement des déchets
• les stations d'épuration industrielles et municipales
• la méthanisation des déchets urbains
• les déchets agricoles.

Le biogaz agricole reste encore très peu valorisé en France alors que le gisement est important : selon Observer'ER, les déjections d'élevage représentaient l'équivalent d'une production de 683 000 tonnes de méthane en 2007.

Le biogaz pour produire de l'électricité

Le biogaz peut-être brûlé pour produire de l'electricité.

Le biogaz pour produire du carburant

Le biogaz peut être transformé en biométhane pour alimenter un réseau de distribution de gaz naturel ou des véhicules. En effet, le biogaz, une fois épuré de son CO2, de son eau et de son hydrogène sulfuré H2S est quasiment identique au méthane comprimé ou Gaz Naturel pour Véhicule (GNV). L'autonomie est réduite mais les polluants atmosphériques rejetés sont faibles avec un bruit limité, ce qui en fait un carburant idéal pour les transports urbains.

Par exemple, en France, le projet Methavalor, porté par le Syndicat Mixte de Transport et de Traitement des Déchets Ménagers de Moselle-Est et situé sur la commune de Morsbach, sera le premier centre de valorisation de biodéchets par méthanisation à valoriser simultanément sa production de biogaz sous forme d'électricité et de chaleur (par cogénération), sous forme de biométhane injecté dans les réseaux et sous forme de biométhane carburant.