La méthanisation est une digestion anaérobie, ou fermentation méthanique, qui transforme la matière organique en compost, méthane et gaz carbonique par un écosystème microbien complexe fonctionnant en absence d'oxygène. La méthanisation permet d'éliminer la pollution organique tout en consommant peu d'énergie, en produisant peu de boues et en générant une énergie renouvelable : le biogaz.
Les avantages de la méthanisation :
Le méthane, représentant 55 à 85% du volume de biogaz produit, est utilisable comme source d'énergie, ainsi 1m3 de méthane (soit 8 570 kcal) est l'équivalent d'un litre de mazout (cf. Figure).
Les quantités de boues obtenues sont faibles (5 à 10 fois moindre que par voie aérobie) dans le cas du traitement d'effluent. La biomasse active a des besoins limités et s'adapte à des effluents très divers. Le procédé nécessite peu d'énergie pour son fonctionnement. Le bilan carbone est neutre.
Les bactéries de la méthanisation
Les responsables de ce processus naturel sont les bactéries méthanogènes et sont strictement anaérobies.
Le processus de croissance microbienne est un processus endergonique, c'est à dire qu'il consomme de l'énergie. Pour obtenir cette énergie, les micro-organismes effectuent des réactions biochimiques d'oxydo-réduction. La méthanogénèse est le processus microbiologique au cours duquel des réactions d'oxydation des composés organiques, qui engendrent l'énergie requise par des micro-organismes, sont couplées à des réactions de réduction aboutissant finalement à la production de méthane.
Les voies métaboliques simplifiées, décrivant le processus de cette transformation, ont été exposées dans un modèle, aujourd'hui largement accepté. Le modèle fait intervenir plusieurs types de micro-organismes classés dans trois phases distinctes :
- les bactéries hydrolytiques et fermentatives (hydrolyse et acidogénèse)
- les bactéries acétogènes (acétogénèse)
- les bactéries méthanogènes (méthanogénèse)
Ces trois communautés doivent constituer un écosystème équilibré pour que l'essentiel des équivalents réducteurs produits comme déchets au cours de l'anabolisme bactérien se retrouve finalement dans le méthane.
Du potentiel pour le biogaz d’origine agricole
Un rapport publié par EurObserv'ER indique que le biogaz intéresse de plus en plus les pays de l'Union Européenne. La production de biogaz est en nette augmentation depuis 2005, avec une croissance de 13,1 %. La France , est le 4e pays producteur européen derrière l'Allemagne, le Royaume-Uni, l'Italie et l'Espagne.
Afin de booster la filière, la France a mis en place en 2006, des tarifs très attractifs pour l’électricité issue du biogaz: entre 7,5 et 9 c€/kWh, selon la puissance de l'installation, auxquels s'ajoutent une prime à l'efficacité énergétique allant jusqu'à 3 c€/kWh et une prime à la méthanisation de 2 c€/kWh, et ce, pour une durée de quinze ans.
Ces tarifs ont pour principal objectif de développer la filière de méthanisation agricole (biogaz à la ferme et centrales collectives de codigestion), encore peu représentée. Le rapport indique également qu' « au sein de l'Union européenne, le potentiel de production de biogaz agricole est sans doute le plus important.» Il est d'excellente qualité (riche en méthane et pauvre en polluants), ce qui facilite sa valorisation. D'après EurObserv'ER, « l'augmentation importante du prix des énergies conventionnelles, associée à des législations plus favorables à la filière biogaz, ouvre désormais la voie à une production énergétique basée en partie sur des cultures énergétiques (maïs notamment) et plus sur les seuls déchets.»
Des nouvelles techniques prometteuses
Les nouvelles techniques de production : L'hydropulpeur.
L'hydropulpeur est développé par une société allemande. Il s'agit d'une méthanisation après traitement liquide composé de trois étapes :
- un prétraitement mécanique au cours duquel les sacs papiers (le procédé est en vigueur en Allemagne, et les déchets fermentescibles sont collectés en sacs papiers) sont ouverts par un broyeur, et les plus gros éléments sont éliminés ;
- le passage dans l'hydropulpeur. Il s'agit d'une cuve métallique équipée d'une hélice centrale qui entraîne l'éclatement des cellules végétales. Les déchets sont mélangés à l'eau formant une pulpe liquide. Les déchets légers sont éliminés par flottation (plastiques, textiles), et extraits par peigne hydraulique. Les déchets lourds (verre, cailloux...) décantent au fond du " pulpeur " et sont évacués par un sas. Cette phase de " pulpage " et de décantation permet d'éliminer les indésirables. Les flottants sont pressés et incinérés. Les lourds inertes sont mis en décharge ;
- la digestion de la " pulpe ". Une fois débarrassée des indésirables, la pulpe alimente un " digesteur ", chauffé (35/37° C). La matière reste deux semaines, et permet de dégager deux sous-produits. Tout d'abord, la matière organique génère un biogaz qui peut être valorisé sous forme de production d'énergie (électricité et/ou chaleur) utilisée en autoconsommation (broyeur, chauffage du " pulpeur ") ou revendue. Ensuite, après deux semaines, la pulpe est retirée, puis renvoyée en centrifugeuse permettant de séparer l'eau (recyclée dans le process au niveau de " l'hydropulpeur "), d'une partie solide, le " digestat ". Ce résidu, mélangé avec des structurants (broyats de déchets verts, écorces...), est stabilisé, et forme un compost exempt de toute impureté d'excellente qualité.
Les " digesteurs" de seconde génération par " filtre anaérobie ". Il s'agit d'augmenter l'efficacité et la longévité des bactéries en leur permettant de se fixer sur des particules mélangées aux déchets. Selon ce procédé, la fermentation serait considérablement accélérée (quelques jours au lieu de deux semaines), et la productivité serait améliorée dans une proportion de 1 à 4.
Les recherches sur les utilisations nouvelles
Il s'agit, d'une part de l'injection de biogaz dans les réseaux de gaz naturel, d'autre part, de l'utilisation de biogaz en carburant. Le biogaz doit alors contenir au moins 50 % de méthane, il est épuré, stocké dans des bouteilles et alimente des pompes où viennent s'approvisionner les véhicules techniques des collectivités locales. Il ne s'agit encore que d'expérimentations qui doivent être confirmées.
c) Un marché émergent
La méthanisation émerge en Europe et même en France, notamment sous l'impulsion des Allemands, très actifs sur ce créneau. Valorga, société française qui a connu les déboires que l'on sait, a été rachetée, il y a cinq ans, par une société allemande. Depuis, deux usines ont été vendues aux Pays-Bas, une en Allemagne, une est en construction en Suisse, et une est en projet en Belgique. Même s'il n'existe toujours pas de responsable de la méthanisation à l'ADEME, l'agence s'est cependant engagée à soutenir financièrement la production de 10 MW (en 2000) et 50 MW (en 2002) d'électricité réalisée à partir de biogaz. Le groupe Vivendi vient d'acheter une licence allemande, et les appels d'offres commencent à sortir : Valence, Amiens, Dunkerque (mai 1999)... Quelques chiffres permettent de fixer les idées. L'investissement d'une unité complète de méthanisation représente environ 30 millions de francs. L'investissement de simple captage des gaz est de l'ordre de 2 millions de francs. L'investissement d'une unité complète de méthanisation est de l'ordre de 30 millions de francs (pour une unité traitant 20.000 tonnes). Le coût d'exploitation est de 250 francs/tonne (hors amortissement), soit 350 francs tout compris (en incluant l'amortissement et en déduisant les recettes). Sur le plan énergétique, une tonne de déchets méthanisés produit 300 kW utilisés en électricité, 300 kW en énergie thermique (la proportion entre valorisation thermique et valorisation énergétique dépendant évidemment du contexte local). Une usine traitant 110.000 tonnes produit 10.000 m3 de biogaz par jour, soit l'équivalent de 2,4 millions de litres de fuel par an. Le sort de cette technologie est totalement lié à la collecte sélective, séparative des fermentescibles. L'expérience Valorga a échoué parce que la société travaillait sur des produits bruts, avec trop d'" indésirables ". Une bonne collecte donnerait toutes ses chances au biogaz.
d) Le traitement : " mécano biologique "
Cette dernière piste n'est pas liée au biogaz et à la méthanisation. Elle concerne plutôt l'amont, c'est-à-dire la mise en décharge. Le recul et même l'arrêt donné aux mises en décharge sont liés à la nocivité induite par l'évolution (la fermentation) des matières organiques. L'idée est donc de rechercher à stabiliser la matière organique pour supprimer tout potentiel toxique. Le déchet organique, d'abord trié par traitement mécanique, puis en quelque sorte " inerté ", pourrait alors être dirigé vers la décharge sans inconvénient. Cette solution est très étudiée en Allemagne. Les Lander, qui se refusent à tout traitement thermique, mais qui sont inquiets devant la perspective de ne plus pouvoir mettre en décharge, cherchent en quelque sorte à réhabiliter la mise en décharge en essayant de limiter la toxicité des déchets et en travaillant sur le contenu (le déchet) plus que sur le contenant (la décharge).
Source : senat.fr
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