Biogaz : quand les déchets produisent de l’énergie renouvelable

publié le 23/04/2021 | mis à jour le 31/08/2023 | par Laurie Fouché

Qu’est-ce que le biogaz ?

Le biogaz est un gaz issu de la fermentation d’éléments organiques, aussi appelés biomasse. Il est produit naturellement dans des marais, rizières, grands réservoirs d’eau tropicaux et décharges contenant des matières organiques. Le processus de fabrication du biogaz, appelé méthanisation, peut être reproduit par l’être humain pour produire du biogaz avec des déchets. Voici comment cela se passe.

Biogaz ou gaz naturel, quelles différences ?

Le biogaz et le gaz naturel sont des substances semblables mais pas identiques. Leurs différences se concentrent sur trois points principaux :

• leur origine : le gaz naturel s’est formé sous la surface terrestre au cours de millions d’années et son extraction peut être difficile et coûteuse, le biogaz peut être fabriqué en quelques semaines par l’être humain ;
• leur composition : le gaz naturel est composé presque entièrement de méthane (CH₄) avec des traces d’éthane, d’azote, de dioxyde de carbone et de propane, le biogaz a une teneur plus faible en méthane et peut comporter de nombreux éléments additionnels ;
• leurs usages : le gaz naturel est injecté dans le réseau de distribution du gaz pour être utilisé par les consommateurs ou pour alimenter une centrale à gaz produisant de l’électricité. Le biogaz peut l’être également après purification mais il a d’autres usages intéressants (carburant vert, production de chaleur et/ou d’électricité, engrais naturel).

Notons également que, pour des raisons de sécurité, du tétrahydrothiophène (THT) est ajouté au gaz naturel. Ces molécules donnent au gaz son odeur si particulière qui permet aux humains de détecter rapidement une fuite. Généralement, le biogaz n’a pas d’odeur particulière.

Quelle est la composition du biogaz ?

Comme mentionné précédemment, le biogaz est bien moins pur que le gaz naturel, composé presque exclusivement de méthane. Voici la composition chimique du biogaz :

• méthane (CH₄) à 50 à 70 % ;
• dioxyde de carbone (CO₂) à 30 à 45 % ;
• vapeur d’eau (H₂O) ;
• diazote (N₂) ;
• dioxygène (0₂) ;
• sulfure d’hydrogène (H₂S) ;
• ammoniac (NH₃).

La proportion de ces différents éléments dans le biogaz obtenu dépend principalement de la nature des matières organiques utilisées lors de la méthanisation. La durée du processus et le type d’installation utilisée peuvent aussi influencer la qualité du biogaz.

De plus, soulignons qu’un certain nombre d’impuretés peuvent être présentes dans le mélange, notamment :

• des siloxanes ;
• des composés organochlorés ;
• des composés soufrés ;
• de l’hydrogène ;
• des alcools, acides et esters ;
• des métaux et métalloïdes ;
• des microbes.

Enfin, notons que le biogaz n’est pas le seul résultat de la méthanisation. Des résidus solides et liquides appelés digestat sont produits et peuvent servir d’engrais naturel.

Comment le biogaz est-il produit ?

L’être humain a réussi à reproduire le processus de méthanisation qui a lieu dans la nature grâce à la construction de méthaniseurs. Pour cela, il utilise :

• des produits agricoles (résidus de cultures, effluents d’élevage, etc.) ;
• des boues de stations d’épuration ;
• des déchets industriels agroalimentaires ;
• des biodéchets provenant de ménages et collectivités (épluchures de légumes, restes de cantines, etc.).

Voici comment fabriquer du biogaz :

1. différents déchets organiques sont introduits dans les méthaniseurs pour la phase de fermentation. Placés dans un digesteur (« l’estomac » du méthaniseur) et privés d’oxygène, les déchets organiques sont maintenus à une température de 37 °C pendant plusieurs semaines. Pendant cette phase, la décomposition et transformation des matières s’accélèrent sous la prolifération des bactéries anaérobies (qui vivent dans un milieu privé d’oxygène) ;
2. à l’issue du processus de méthanisation, deux éléments sont produits : le biogaz brut et le digestat, une sorte d’élément visqueux composé d’azote, de potassium et de divers nutriments ;
3. le biogaz brut peut être utilisé en l’état, mais c’est en suivant plusieurs phases de transformation qu’il va révéler tout son potentiel d’utilisation. Le digestat va servir quant à lui de compost et être étendu sur les terrains agricoles comme fertilisant naturel.

Êtes-vous sûr de ne pas payer votre énergie trop cher ?

En 30 secondes simulez votre consommation pour trouver les meilleures offres et comparer avec votre fournisseur actuel.

faire une simulation

Quels usages pour le biogaz ?

L’utilisation du biogaz peut suivre différents processus de valorisation énergétique :

1. à l’état brut, le biogaz est utilisé dans la production de chaleur et/ou d’électricité pour alimenter les collectivités et les zones d’habitation environnantes aux sites de production ;
2. après traitement du biogaz, celui-ci est débarrassé de ses impuretés et devient du biométhane qui peut être utilisé comme le gaz naturel ou comme biocarburant.

Biogaz, biométhane, gaz vert : quelles différences ?
Le biométhane et le gaz vert désignent la même chose : un gaz composé en grande majorité de méthane (CH₄), similaire au gaz naturel, mais produit à partir de biogaz. Le biogaz est quant à lui une version brute qui ne partage pas les mêmes propriétés énergétiques.

Biogaz pour le chauffage ou l’électricité

Le biogaz brut peut être brûlé directement sur le site de production dans une installation spécialement prévue pour :

• la production de chaleur qui est transmise à un fluide caloporteur qui se déplace dans un circuit fermé alimentant des bâtiments proches (serres agricoles, industries, bâtiments publics, etc.) ;
• la production d’électricité grâce à la chaleur de combustion (de la vapeur d’eau est créée, celle-ci entraîne un alternateur qui génère un courant électrique). Cette électricité issue de la méthanisation peut être consommée sur place ou revendue à EDF et injectée sur le réseau de distribution d’électricité ;
• la production d’électricité et de chaleur simultanée, appelée la cogénération. L’installation est pensée pour pouvoir générer de l’électricité et récupérer la chaleur qui se dégage lors de la combustion du biogaz. Cette technique est celle qui a le meilleur rendement.

Biogaz pour les transports et le réseau de gaz

L’utilité du biogaz ne se limite pas à la production de chaleur et d’électricité décrite ci-dessus. Il peut être valorisé en suivant différents processus de transformation consistant à l’épurer de certains composants (sulfure d’hydrogène, CO₂, eau et autres impuretés). Le biogaz devient alors du biométhane ou gaz vert. Ce gaz 100 % renouvelable possède des caractéristiques identiques au gaz naturel et peut être utilisé comme :

• gaz de ville en étant injecté directement dans le réseau de distribution géré par GRDF. En effet, ce gaz vert a les mêmes propriétés que le gaz naturel, notamment en ce qui concerne son pouvoir calorifique inférieur (PCI) et son pouvoir calorifique supérieur (PCS). Avant injection sur le réseau, le biométhane subit toutefois une dernière étape, l’odorisation au THT, afin qu’il soit facilement identifiable par les usagers en cas de fuite de gaz ;
• biométhane carburant ou bio-GNV (Gaz naturel véhicule). Celui-ci se trouve sous forme gazeuse (Gaz naturel comprimé) ou sous forme liquide (Gaz naturel liquéfié). Il est stocké dans des bouteilles spécifiques et alimente le moteur à explosion de bus ou voitures. En France par exemple, les bus de la métropole lilloise roulent au biométhane depuis 2006.

Installations de production de biogaz

La majorité des installations de production sont des centrales de biogaz à grande échelle. Les plus petites sont des sites de production « à la ferme » qui regroupent tout de même plusieurs exploitations qui pratiquent ensemble la méthanisation agricole. Voici les chiffres de la fabrication de biogaz en France et en Europe.

La méthanisation en France

À l’été 2022, le ministère de la Transition écologique et de la Cohésion des territoires comptabilisait 1 607 sites de méthanisation en France dont :

• 60 %, soit 966 de ces fermes de biogaz produisant de l’électricité et valorisant la chaleur dégagée (cogénération) ;
• 28 %, soit 442 de ces centrales de méthanisation injectant du biométhane dans le réseau de gaz ;
• 12 %, soit 199 de ces sites de production de biogaz générant de la chaleur uniquement.

En 2021, la quantité d’énergie produite avec le biogaz sur l’année était de :

• 2,8 TWh d’électricité, soit 0,6 % de la consommation annuelle de cette énergie en France ;
• 4,3 TWh de biométhane, soit 0,9 % de la consommation annuelle nationale de gaz ;
• 4,5 TWh de chaleur, soit 0,6 % de la consommation annuelle de chaleur dans le pays.

Ces données sont exprimées en TWh (térawattheure), cette unité correspond à 1 milliard de kWh (kilowattheure). Si ces chiffres semblent bas comparés aux consommations d’énergie en France, il faut toutefois rappeler que la filière biogaz est très jeune en France. En effet, les premières installations de cogénération (production d’électricité et de chaleur) ont démarré dans les années 2000, et le premier site d’injection de biométhane du pays a été mis en service en 2011.

En ce qui concerne la répartition géographique de ces usines de biogaz, elles se trouvent principalement :

• dans le Grand Est (18 %, soit 291 centrales) ;
• en Bretagne (14 %, soit 224 centrales) ;
• dans les Hauts-de-France (11 %, soit 178 centrales) ;
• en Normandie (10 %, soit 162 centrales).

Notons que le secteur agricole est le plus impliqué dans le développement du biogaz en France : 47 % des sites de production sont détenus par des agriculteurs, et on estime que 90 % du gisement de biomasse méthanisable est d’origine agricole.

Usines de biogaz en Europe

Voici les chiffres de la production européenne de biogaz en 2021 :

• 196 TWh de biogaz et biométhane ont été produits sur l’année, ce qui correspond à 4,5 % de la consommation de gaz annuelle en Union européenne ;
• la production de gaz vert (biométhane) s’élève à 37 TWh, ce qui correspond à une augmentation de 20 % par rapport à l’année 2020.

En ce qui concerne le nombre de sites de production de biogaz en Europe en 2021, ils sont :

• près de 20 000 à être recensés à la fin de l’année ;
• dont plus de 1 000 pour la production de biométhane ;
• cela représente une augmentation totale d’un peu moins de 1,5 % par rapport à 2020 ;
• pour le biométhane seul, la progression par rapport à 2020 est de près de 21 %.

Méthanisation domestique

De nombreux consommateurs se renseignant sur cette énergie se demandent naturellement comment fabriquer du biogaz domestique pour diminuer leurs factures d’énergie et consommer de manière plus responsable. S’il est tout à fait possible de produire du biogaz à partir des déchets ménagers chez soi, il faut cependant savoir que la production d’un ménage reste très limitée. Au mieux, elle permet quelques heures de cuisson chaque jour et ne peut en aucun cas suffire à produire de l’eau chaude ou à chauffer le logement.

Pour avoir du biogaz à la maison, il faut :

1. contacter le service urbanisation de la commune. La réglementation entourant les méthaniseurs pour particuliers est encore floue, mieux vaut donc se renseigner avant d’investir ;
2. acheter un mini-méthaniseur, parfois appelé biodigesteur ;
3. installer ce système à l’extérieur, de préférence dans un endroit ensoleillé ou dans une serre (une température d’environ 20 °C est nécessaire pour que la méthanisation ait lieu) ;
4. connecter le méthaniseur à la gazinière spéciale permettant de cuisiner au biogaz ;
5. procéder à la mise en route du dispositif selon les consignes du fabricant. Cela consiste généralement à insérer une quantité minimum de déchets organiques et à y ajouter les probiotiques fournis.

Il faut généralement compter un à deux mois avant de pouvoir commencer à utiliser cette énergie, et le système doit ensuite être alimenté très régulièrement en matière organique. Une interruption de l’alimentation peut tuer les bactéries présentes dans le milieu ; il faut alors recommencer la mise en route.

En plus du gaz de cuisson, ce système produit un engrais liquide très riche qui peut être utilisé dans le jardin ou pour les plantes d’intérieur. De plus, certaines entreprises proposent un méthaniseur domestique compatible avec un groupe électrogène, ce qui permet de produire de l’électricité grâce au biogaz maison fabriqué par le ménage.

Le prix d’un méthaniseur domestique simple est de 700 à 2 000 € en moyenne, selon la capacité du système.

Êtes-vous sûr de ne pas payer votre énergie trop cher ?

En 30 secondes simulez votre consommation pour trouver les meilleures offres et comparer avec votre fournisseur actuel.

faire une simulation

Prix du biogaz

Pour les producteurs de biogaz, le prix de rachat du gaz de méthanisation, de l’électricité et de la chaleur produites dépend des aides obtenues, des contrats négociés et des coûts de fonctionnement de la centrale. Dans l’ensemble, la rentabilité du biogaz est bonne, car les pouvoirs publics ont mis en place des politiques de soutien de cette filière visant à encourager son développement.

Pour les consommateurs, le tarif du biogaz (plus précisément du biométhane) dépend de l’offre souscrite. En effet, les particuliers sont désormais libres de choisir le fournisseur qui leur convient et d’en changer à tout moment, sans frais de résiliation et sans coupure de gaz. Parmi les fournisseurs qui proposent du gaz d’origine renouvelable aux ménages, on citera :

• Dyneff ;
• EDF ;
• ekWateur ;
• ilek ;
• TotalEnergies.

Biogaz avantages et inconvénients

La production du biogaz en France et ses multiples valorisations présentent des points positifs, mais aussi des points négatifs.

Les avantages du biogaz

Cette énergie dispose de nombreux atouts :

• la valorisation du biogaz participe à la transition énergétique et écologique en France : la filière du biogaz en général, et du gaz vert en particulier, permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre en diminuant l’usage d’une énergie fossile (le gaz naturel et les carburants diesel par exemple) ;
• la valorisation des déchets organiques produits par les activités anthropiques permet de réduire la quantité de déchets rejetés dans l’environnement. Près de 13 millions de tonnes de déchets par an sont affectées à la filière du biogaz en France (Source : GRDF) ;
• la filière du biogaz développe l’économie circulaire dans les zones limitrophes aux sites de production biogaz. Des dizaines, voire des centaines, d’emplois sont créés dans les villes environnantes dans des usines de tri de déchets ;
• le développement du biogaz permet de réduire la dépendance énergétique du pays en réduisant les importations d’énergie fossile. Le gaz naturel commercialisé en France étant principalement issu d’importations d’autres pays, parfois lointains ;
• de ce fait, le biogaz permet de sécuriser le circuit de vente national. La France est moins dépendante des autres pays exportateurs de gaz naturel, et/ou à la situation géopolitique mondiale (crise économique, guerres).

Les inconvénients du biogaz

Le développement de la filière biogaz rencontre certaines réserves et ne fait pas l’unanimité partout en France. Voici les principaux désavantages du biogaz :

• les sites de méthanisation, nécessaires à la production du biogaz, sont responsables de nuisances olfactives pour le voisinage. En cause, les déchets organiques utilisés et leur fermentation sur des périodes assez longues ;
• les méthaniseurs peuvent présenter des problèmes d’étanchéité libérant le gaz méthane. Le méthane contenu dans les méthaniseurs est un gaz à effet de serre dont l’évaporation dans l’atmosphère peut augmenter le réchauffement climatique ;
• le développement de la filière biogaz en milieu agricole peut inciter certains agriculteurs à surexploiter leurs terrains pour produire plus de déchets organiques, voire consacrer leur exploitation agricole exclusivement à la production de déchets pour le biogaz, au détriment de l’alimentation de leurs animaux.

Le biogaz est-il écologique ?

De nombreux consommateurs se demandent à juste titre quels sont les impacts du biogaz sur l’environnement. En effet, aucune source d’énergie n’est parfaite, et même les plus propres d’entre elles peuvent cacher des émissions de CO₂ ou des pollutions méconnues du grand public.

Voici pourquoi le biogaz est une énergie renouvelable et verte :

• la biomasse utilisée pour la fabrication de biogaz est disponible en grandes quantités, de manière illimitée. Son exploitation et son transport sont des étapes simples et parfaitement maîtrisées ;
• le CO₂ rejeté lors de la méthanisation puis lors de la combustion du biogaz a été absorbé lors de la croissance des plantes utilisées. Sur le cycle de vie de ces végétaux, le bilan carbone est donc neutre, en opposition à la combustion du gaz naturel (ou du gaz de schiste) qui rejette du CO₂ absorbé il y a des millions d’années ;
• l’exploitation du biogaz est une alternative simple pour se libérer des hydrocarbures. Les infrastructures de stockage et de transport du gaz naturel sont parfaitement adaptées au biométhane, ainsi que tous les équipements domestiques et industriels utilisant cette énergie ;
• le biogaz peut être produit localement dans toutes les régions du globe, contrairement au gaz naturel dont les gisements sont fixes (et en voie d’épuisement). Le passage au biométhane diminue l’utilisation de méthaniers et terminaux méthaniers et élimine les émissions de gaz à effet de serre liées au transport du gaz ;
• la récupération et l’utilisation du méthane sont particulièrement intéressantes, car le méthane est un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone produit par sa combustion. À quantité égale, il est 23 fois plus « réchauffant » que le CO₂ lorsqu’il est rejeté dans l’atmosphère. Mieux vaut donc récupérer le méthane et l’utiliser (ce qui rejette du CO₂) que le laisser s’échapper dans l’atmosphère. Ce point s’applique particulièrement aux décharges où la méthanisation a lieu, à moins que les déchets organiques ne soient récoltés pour la production de biogaz.

Cependant, certains points sont à rappeler concernant cette énergie :

• lorsqu’une installation de production de biogaz est mal réalisée ou vieillissante, des fuites peuvent avoir lieu. Cela donne lieu à une pollution des sols, cours d’eau et nappes phréatiques. Des normes de sécurité existent pour éviter ces incidents, mais ce risque est à prendre en compte dans l’établissement d’un projet et impacte l’aspect écologique de cette source d’énergie ;
• une part de la biomasse utilisée pour produire le biogaz était auparavant utilisée directement sur les sols, notamment les lisiers. L’arrêt de cette pratique au profit de la production de biogaz aura des conséquences sur les sols qu’il n’est pas encore possible de mesurer ;
• pour des raisons économiques, certains agriculteurs peuvent être tentés de se tourner vers une production entièrement destinée à la fabrication de biogaz. Cela change l’utilisation des terres arables de la production de nourriture à celle d’énergie. Cela va à l’encontre d’une transition écologique soutenable et durable ;
• de grands groupes spécialisés dans les hydrocarbures sont attirés par cette filière qui leur permet de verdir facilement leur activité tout en profitant des aides financières proposées par les pouvoirs publics pour accélérer la transition énergétique. Cela mène à la construction d’immenses centrales de biogaz qui peuvent poser des problèmes d’ordre écologique. De plus, le rapport de force entre ces très grandes sociétés et les agriculteurs isolés qui fournissent la matière première inquiète certains observateurs sur le futur de la filière.

Alors, biogaz, pour ou contre ? Pour ! C’est une source d’énergie qui a beaucoup d’avenir, mais uniquement lorsqu’il est produit de manière locale et raisonnée, dans le respect des normes de sécurité et dans une optique de valorisation des déchets. Pour garantir cela, c’est aux pouvoirs publics de mettre en place des politiques adaptées qui favorisent cette approche plutôt qu’une démarche productiviste et non-écologique.

D’autres questions sur ce sujet ?

• Le gaz de ville est-il disponible dans n’importe quelle zone géographique ?
• Quels sont les différents types de gaz ?
• De quoi est composé le gaz naturel ?
• Comment se forme le gaz naturel ?
• Pourquoi dit-on que le gaz est “naturel” ?