Le est produit naturellement par la de nombreuses matières organiques, animales ou végétales. De nouvelles centrales biogaz, ou plus simplement des décharges, exploitent cette énergie secrète de nos déchets. La méthanisation des déchets est un processus de fermentation : une décomposition de matières putrescibles par des bactéries qui agissent en l’absence d’air. Ce phénomène se produit naturellement dans les marécages (gaz des marais). La méthanisation des déchets s’applique à toute matière organique fermentant naturellement (papiers et cartons, déchets de cuisine et restes de repas, déchets agricoles, fumiers et lisiers d’animaux domestiques, boues de stations d’épuration des eaux).
Fondements et historique
Développée dans les années 80, la méthanisation est un procédé en pleine expansion dans toute l’Europe. Une unité de méthanisation des déchets comprend une grande cuve surmontée d’un couvercle dans laquelle on place les déchets à traiter. Ces cuves, appelées réacteurs, fermenteurs ou digesteurs fonctionnent à une température de 35 °C ; pour cela on utilise une partie du biogaz produit.
Taille et organisation des installations
La taille des unités de production de biogaz est variable. Un petit digesteur agricole dans une ferme a une capacité d’environ 100 mètres-cubes. Dans les centres de stockage des déchets, les ordures sont compactées puis déposées dans des fosses appelées casiers (pour de meilleurs résultats, ils peuvent être étanchéifiés). Ces casiers sont ensuite recouverts de plusieurs mètres de terre. Ils sont parcourus par un système de drains horizontaux, qui collectent le biogaz produit, et verticaux, qui l’amènent à la surface. La récupération du méthane, puissant gaz, est capitale pour éviter sa dispersion dans l’atmosphère. Dans les cas où il n’est pas valorisé, le méthane des décharges est brûlé. Avant toute utilisation, le biogaz doit être débarrassé de ses traces de sulfure d’hydrogène, un puissant corrosif des métaux. Le biogaz peut être brûlé pour produire de la chaleur, de l’électricité, ou les deux en (170 kWh électriques + 340 kWh thermiques par tonne de déchets méthanisés). Après avoir été débarrassé de toutes ses impuretés (dont le CO2), il peut aussi être injecté dans le réseau de gaz de ville.
Applications et bénéfices
Particulièrement développés au Danemark et en Allemagne, les digesteurs "à la ferme" permettent de produire localement de l'énergie à partir des lisiers. Il en existait 5 800 unités en Allemagne en 2010. En France, le plan de développement EMAA (Energie Méthanisation Autonomie Azote) a été lancé en mars 20131, avec pour objectifs une meilleure gestion des fumures azotées. Ainsi, à l'horizon 2020, on devrait atteindre les 1 000 méthaniseurs à la ferme (pour seulement 90 à fin 2012).
Principes de méthanisation et voies techniques
La méthanisation est un procédé qui consiste à introduire des matières organiques dans une cuve, appelée digesteur ou méthaniseur, en absence d’oxygène (milieu dit anaérobie) et en présence de bactéries, le tout à des températures qui varient selon les procédés mais sans excéder 60°C. Il existe différentes techniques de méthanisation en fonction des matières organiques utilisées et de leur taux de matière sèche. La méthode la plus utilisée en France est la voie humide, aussi appelée voie « infiniment mélangée » ou voie « liquide ». Elle est utilisée pour les matières organiques ayant un taux de matière sèche inférieur à 20 %, comme par exemple les lisiers et les fumiers. Pour les intrants ayant un taux de matière sèche de l’ordre de 30 %, on utilise la méthode de méthanisation par voie sèche.
En ce qui concerne les Installations de Stockage des Déchets Non Dangereux (ISDND), la méthanisation n’est pas réalisée dans des digesteurs mais s’opère naturellement dans les casiers où sont enfouis les déchets. En effet, les conditions du milieu (absence d’oxygène et chaleur) permettent aux bactéries de réaliser la digestion anaérobie de la matière organique présente. Dans ce cas, le biogaz est capté par des réseaux de tuyaux enterrés et ramené à la surface pour être valorisé, ou, à défaut, détruit par voie thermique en torchère.
Cycle local et économie circulaire
La filière de la méthanisation s’inscrit dans une logique de territoire et d’économie circulaire, agricole et locale : valorisation locale des déchets, contribution à la résilience du tissu agricole et agroalimentaire, décarbonation des secteurs énergétique et agricole, retour au sol du digestat comme matière fertilisante naturelle, création d’emplois locaux, source d’innovation, etc.
Pour aller plus loin: Feuille de route stratégique Méthanisation : "La méthanisation, depuis la mobilisation du gisement jusqu'à la valorisation du biogaz et du digestat", ADEME, Avril 2017. Pour accompagner spécifiquement le développement de la méthanisation et structurer au niveau national une réflexion stratégique sur les besoins de recherche et développement, l'ADEME a soutenu la réalisation d'une feuille de route stratégique «Méthanisation».
Le digesteur à biogaz : pourquoi l’installer ?
Différentes installations et classifications
Les usines de biogaz constituent une interface importante entre la production d'énergie durable et la gestion des déchets. En utilisant des matières organiques, ces usines offrent un double avantage : elles réduisent la pollution tout en produisant de l'énergie renouvelable à partir de résidus et de déchets putatifs. Les installations de biogaz sont souvent catégorisées en fonction de différents aspects. Par exemple, on fait une distinction entre la fermentation humide et la fermentation sèche. Pendant la fermentation humide, les matières solides sont mélangées avec un liquide. Il en résulte une suspension organique généralement fluide qui est déplacée au moyen de pompes. Pendant la fermentation sèche, la biomasse empilable est remplie dans un « digesteur en boîte » ou un « digesteur en garage » puis pulvérisé avec un liquide (le « percolat »). Le percolat s'écoulant du bas est collecté et réappliqué sur le dessus de la biomasse. Cela facilite le processus de fermentation et, par conséquent, permet la production de biogaz.
Une autre distinction concerne les installations de biogaz et celles de biométhane. Les deux installations produisent du biogaz. Dans les installations de biogaz (le type le plus courant en Allemagne), le biogaz est un peu traité puis est converti directement en électricité et en chaleur dans une unité de cogénération à proximité. Les installations de biométhane traitent tellement le biogaz que - comme le gaz naturel - il se compose presque entièrement de méthane. Une autre classification courante repose sur la biomasse utilisée. Elle distingue les installations de cofermentation ou installations de traitement des déchets des installations de traitement des matières renouvelables. Le terme d'« installation de cofermentation" remonte aux débuts du boom du biogaz en Allemagne. Les agriculteurs bâtissaient des systèmes dans lesquels ils souhaitaient générer et utiliser de l'énergie se trouvant toujours dans le lisier sous forme de biogaz. Ils ont rapidement réalisé qu'ils pouvaient produire beaucoup plus de biogaz s'ils ajoutaient aussi des co-substrats au lisier, comme de la nourriture non consommée, des céréales ou des déchets organiques. Cela a donné naissance au terme d'installation de cofermentation pour les installations de biogaz qui fermentent les résidus et déchets industriels de même que les déchets agricoles comme le lisier et le fumier. Avec le temps, la proportion de ces installations de biogaz agricoles qui fermentent les déchets a considérablement diminuée. À la place, de nombreuses installations industrielles ont été bâties pour la gestion des déchets municipaux, commerciaux et industriels. Le terme d'installation de matières renouvelables vient d'une période pendant laquelle le gouvernement avait décidé de promouvoir la fermentation des matières renouvelables, comme les cultures énergétiques en particulier. En plus des déchets agricoles, ces installations de biogaz ne peuvent fermenter que des matières brutes renouvelables. Les déchets agricoles sont généralement du fumier et du lisier. Les matières renouvelables (cultures énergétiques) sont généralement les suivantes : ensilage d'herbe et maïs d'ensilage, GPS (ensilage de plantes entières), Cultures telles que les pommes de terre, les navets, etc. à condition qu'elles ne soient pas ou n'aient pas été destinées à une production alimentaire. Ce type de plante est répandu en Allemagne. Elles sont soumises à des règles et des subventions spéciales couvertes par la loi allemande sur les énergies renouvelables (EEG).
Exemples et chiffres
- Unité agricole moyenne: 100 m3 de capacité.
- Allemagne: 5 800 unités en 2010.
- France: objectifs EMAA et progression de la méthanisation agricole.
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