Le processus de méthanisation

publié le 24/02/2022 | mis à jour le 31/08/2023 | par Lucas Marc-Martin

Qu’est-ce que la méthanisation ?

Avant toute chose, il convient de définir ce qu’est ce processus, et les conditions nécessaires pour qu’il puisse fonctionner.

Comment définir la méthanisation ?

La méthanisation est un procédé biologique naturel qui consiste en la dégradation de la matière organique (animale ou végétale) grâce à des micro-organismes. Les micro-organismes représentent, de façon très large tout organisme vivant qui ne peut être observé par l’œil humain qu’à l’aide d’un microscope. Dans le cas de la méthanisation, ce sont surtout les organismes à métabolisme méthanogène qui font le travail.

Vous y trouvez une ressemblance avec le compostage ? C’est normal, le principe est le même. Ce qui change, c’est le milieu dans lequel il est réalisé :

En effet, lors du compostage, les micro-organismes ont besoin d’oxygène pour se développer. Tout le monde peut avoir son bac à compost dans son jardin ou dans sa cuisine et laisser les micro-organismes faire leur travail à l’air libre.

Pour la méthanisation, c’est tout l’inverse. Les conditions (notamment de température) sont strictement contrôlées dans le digesteur et les micro-organismes sont dépourvus d’oxygène. C’est d’ailleurs pour cette raison que la méthanisation porte un autre nom : la digestion anaérobie qui, elle, regroupe à la fois le procédé de méthanisation industrielle (avec l’intervention de l’homme) mais aussi la méthanisation naturelle.

La température, condition indispensable de la méthanisation

Pour réaliser cette digestion, une température dite « de consigne » doit être appliquée. Trois régimes thermiques existent :

Les deux produits de la méthanisation

Plutôt que de commencer par le début du processus, penchons-nous plutôt sur ce qui ressort des digesteurs, ces immenses cuves dans lesquelles est réalisée la méthanisation :

• un produit humide et solide : le digestat ;
• un produit gazeux : le biogaz.

Le digestat

Formant une sorte de pâte similaire au compost, ce composant porte bien son nom puisqu’il est le résultat solide et liquide de la digestion anaérobie. À partir du digestat brut, qui compose entre 70 et 80 % de la masse introduite dans un digesteur, on peut le séparer mécaniquement en deux phases :

• liquide : qui peut s’évapo-concentrer ou s’évapo-condenser et être rejeté en milieu naturel ;
• solide : qui peut devenir un produit commercialisable (engrais), notamment pour les cultures alimentaires.

Utilisé comme fertilisant, ce sous-produit riche en matière organique peut être utilisé pour :

• l’épandage ;
• la valorisation (après traitement physique) ;
• l’incinération.

Le biogaz

Comme son nom l’indique, le biogaz est un gaz combustible écologique qui se compose :

• entre 50 et 70 % de méthane (CH₄) ;
• entre 20 et 50 % de dioxyde de carbone (CO₂) ;
• quelques traces d’ammoniac (NH₃), de sulfure d’hydrogène (H₂S) et de diazote (N₂).

Ce gaz naturel se produit aussi bien en milieu naturel (marais, rizière, etc.) qu’en milieu industriel (décharges, usines, etc.). Autrefois considéré comme un produit inexploitable, le biogaz est devenu par la suite une énergie renouvelable à part entière.

Aujourd’hui, s’il suit une épuration poussée, le biogaz devient du biométhane. Quel changement cette épuration apporte-t-elle ? Il se rapproche alors des spécificités techniques du gaz naturel… et peut donc être utilisé comme tel. Une alternative écologique qui offre de belles perspectives !

Mais ce n’est pas tout ! Le biogaz peut aussi servir de :

• combustible pour un moteur à cogénération ;
• combustible pour chaudière ;
• carburant pour les véhicules (bio Gaz Naturel Véhicule, ou bioGNV).

Intrigué par ce que devient le biogaz ? Nous l’étudierons plus en détail tout à l’heure ! Penchons-nous plutôt ce sur quoi la méthanisation se base : les intrants.

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Les intrants, à la base de la méthanisation

Intrants, matières premières fermentescibles, déchets organiques… les noms ne manquent pas pour qualifier les éléments qui vont être transformés lors de la méthanisation. Mais quels sont-ils ?

Quelles sont les ressources méthanisables ?

Il existe de nombreuses matières méthanisables, mais toutes ne sont pas réglementées. C’est l’arrêté du 24 juin 2014 qui classe les 4 grandes familles d’intrants qui peuvent être fermentés dans un digesteur :

• les déchets ménagers et assimilés en installation de stockage de déchets non dangereux ;
• les déchets non dangereux en digesteur ;
  • biodéchets ou déchets ménagers ;
  • déchets organiques agricoles (effluents d’élevage et déchets végétaux) ;
  • déchets de la restauration hors foyer (restaurants, cantines, hôpitaux, etc.) ;
  • déchets organiques de l’industrie agroalimentaire et des autres agro-industries ;
• les produits agricoles (fumier, lisier, résidus, de cultures, etc.) ;
• les matières, telles que boues, graisses, liquides organiques, résultant du traitement des eaux usées, traitées en digesteur.

Toutes ces ressources sont réparties en deux parties selon leur teneur en matière sèche :

Pour faire simple, la matière sèche représente la substance provenant d’une matière organique une fois que son eau a été retirée. Pour un végétal, elle dépasse rarement 10 %. Pour d’autres matières organiques, comme le corps humain, la teneur en matière sèche peut dépasser les 40 %.

Aujourd’hui, la plupart des ressources méthanisables proviennent de l’agriculture. À en croire l’ADEME, la tendance ne risque pas de s’inverser.

Un indicateur à suivre : le potentiel méthanogène

Chacune de ces matières premières fermentescibles a son propre potentiel méthanogène (BMP, pour Biochemical Methane Potential), qui correspond au rapport entre la tonne de composant (MB, MO ou MS) mis dans un digesteur / la production de méthane (CH₄), exprimée en mètre cube (m³CH₄).

On remarque donc deux grandes familles de déchets :

• les déchets solides ;
• les déchets liquides.

Les déchets solides

Oui, le contenu de votre poubelle, vos cartons d’emballage, les déchets industriels ou les restes d’abattoirs peuvent être méthanisés. Avant d’être transformés en digestat et en biogaz, ces déchets solides (qui contiennent au minimum 15 % de matière sèche) doivent d’abord être triés et recueillis pour en extraire la part fermentescible. Voici les principaux déchets solides qui sont utilisés pour le processus de méthanisation.

Les déchets liquides

Les effluents liquides représentent des matières intéressantes pour la méthanisation puisqu’ils regroupent des déchets très faciles à trouver, comme les lisiers d’élevage ou les boues de station d’épuration (STEP).

Certains d’entre eux ont un fort potentiel méthanogène. C’est le cas notamment des graisses, comme les déchets d’abattoir ou celles provenant des stations d’épuration. À la différence des déchets solides, les effluents liquides forment matière homogène, facile à utiliser et qui facilite surtout la transmission de chaleur, un critère indispensable dans ce procédé.

Mais certains inconvénients sont imputables à ces déchets :

• les installations (stockage, digesteurs, etc.) doivent être volumineuses et les flux à gérer sont nombreux ;
• la méthanisation des déchets liquides produit beaucoup de jus et de lixiviats (un liquide résiduel qui apparaît lors du stockage) ;
• le coût de la déshydratation est élevé.

Les 4 grandes étapes de la méthanisation

Rentrons désormais dans le vif du sujet en nous intéressant au processus de la méthanisation qui, comme le montre le graphique ci-dessous, se déroule en 4 grandes étapes :

1. la collecte et le transport ;
2. la méthanisation et l’épuration ;
3. l’injection ;
4. la valorisation.

La collecte et le transport

Après la collecte des différentes matières organiques, ces « intrants » sont transportés jusqu’au site de méthanisation. Là-bas, ils suivent un cycle bien précis :

1. tri ;
2. stockage ;
3. conditionnement ;
4. introduction dans un digesteur ;
5. brassage et chauffage.

La méthanisation et l’épuration

Lors de cette étape, la distinction est faite entre deux technologies de digestion :

Lors de cette digestion, 4 étapes sont réalisées :

1. l’hydrolyse ;
2. l’acidogenèse ;
3. l’acétogenèse ;
4. la méthanogenèse.

Ces termes vous semblent bien trop techniques ? Voici quelques précisions :

Arrive ensuite l’étape d’épuration. Plusieurs procédés existent :

L’injection

Après l’épuration, digestat et biogaz sont séparés. Avant d’être injecté dans le réseau de distribution de gaz naturel, le biogaz passe par plusieurs étapes :

1. l’odorisation : si l’odeur du gaz naturel est particulière, c’est parce qu’elle contient du tétrahydrothiophène (THT). Sans cet additif chimique, impossible de déceler une fuite de gaz. Et le biogaz n’échappe pas à l’ajout de ce petit gaz odorant ;
2. le contrôle qualité : pour être acheminé sur le réseau, le gaz naturel doit répondre à plusieurs spécificités techniques (pouvoir calorifique supérieur, densité, teneur en soufre, en CO₂, etc.). Le biogaz produit par méthanisation ne déroge pas à cette conformité ;
3. la régulation de la pression : afin que le biométhane soit prioritaire sur le réseau pour être consommé en premier ;
4. le comptage : pour calculer la quantité injectée sur le réseau.

La valorisation

C’est lors de cette dernière étape que l’énergie issue de la méthanisation peut être pleinement exploitée par utilisateurs.

Le digestat est utilisé comme fertilisant. Solution viable et écologique aux engrais de synthèse, ce produit de la méthanisation s’accommode parfaitement aux sols agricoles. Il leur permet d’améliorer leur croissance ou de préserver leur fertilité organique.

Le biogaz, quant à lui, ouvre le champ des possibles. Pour les utilisateurs situés à proximité de l’usine de méthanisation, le biogaz (s’il a subi un traitement léger), peut être valorisé sous forme de chaleur et/ou de l’électricité.

Avec un rendement de production énergétique de l’ordre de 85 % (35 % d’électricité et 50 % de chaleur), la cogénération est l’une des technologies qui exploitent au mieux le biogaz. Elle permet par exemple aux agriculteurs de faire sécher leur foin ou aux collectivités de chauffer des bâtiments publics. Seule ombre au tableau : elle ne permet d’alimenter que des sites à proximité du site de production, ce qui réduit son champ d’action.

Si le biogaz subit un traitement plus poussé, il peut rejoindre les réseaux de distribution et de transport. C’est ici que le biométhane prend tout son intérêt car il peut être utilisé par les particuliers comme les professionnels comme source d’énergie pour des usages divers et variés :

• chauffage ;
• production d’eau chaude sanitaire (ECS) ;
• électricité ;
• cuisson ;
• processus industriel.

Autrement, le biogaz peut être utilisé sous forme de bio Gaz Naturel Véhicule (ou « bioGNV ») pour alimenter principalement les bus, les poids lourds, les utilitaires et les camions-bennes. Les véhicules sont alors moins bruyants et moins polluants.

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La méthanisation, une véritable usine à gaz ?

Il est indéniable que la méthanisation porte avec elle un vent d’espoir dans le milieu énergétique. Mais ce processus soulève aussi de nombreuses interrogations. Tour d’horizon des avantages et des inconvénients de cette technologie.

Les avantages de la méthanisation

Traitement des déchets, respect des politiques de développement des énergies renouvelables, synergie entre les acteurs agricoles, territoriaux et industriels, la méthanisation possède de nombreux atouts.

Un moyen efficace de traiter les déchets

Dans le cadre d’un débat « Pour ou contre la méthanisation ? », cet argument serait le premier mis sur la table par les pro-méthaniseurs.

D’une part, la méthanisation permet de collecter divers déchets organiques générés par de nombreuses filières (agricoles, industrielles, résidentielles, etc.). Au-delà de ces multiples filières, c’est surtout la quantité et la diversité de déchets exploitables qui fait partie des plus gros arguments de la méthanisation. Qu’ils soient organiques, graisseux, huileux, solides, non compostables, les déchets exploitables ne manquent pas et la méthanisation apparaît comme une solution idéale pour les exploiter.

De l’autre, elle les valorise en produisant de l’énergie. À l’heure où nous recherchons de nouveaux moyens de produire de l’énergie renouvelable, la méthanisation montre une solution viable à l’échelle locale.

Un moyen de respecter les politiques de développement des énergies renouvelables

Connaissez-vous la Loi de transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) ? Composée initialement de 970 amendements, cette loi promulguée le 18 août 2015 vise à accompagner la France dans une démarche de lutte contre le dérèglement climatique, la préservation de l’environnement ou encore l’indépendance énergétique.

Au programme :

• réduction des émissions de gaz à effet de serre ;
• réduction de la consommation énergétique à partir de l’utilisation d’énergies fossiles ;
• diminuer de la part du nucléaire dans la production d’électricité ;
• augmentation de la part des énergies renouvelables dans la consommation finale ;
• etc.

En valorisant des déchets pour les transformer en énergie renouvelable, la méthanisation apparaît comme une technologie qui coche de nombreuses cases.

Une méthode complémentaire pour les agriculteurs

S’il est un milieu où la méthanisation est une solution d’avenir, c’est bien l’agriculture. Aujourd’hui, un éleveur seul ou une coopérative agricole peuvent produire du biométhane sur leurs exploitations et devenir ainsi un producteur d’énergie. Pour ces acteurs, souvent impactés par les crises et tributaires de la météo, les avantages ne manquent pas car elle permet :

• une diversification d’activité qui permet d’en retirer un complément de revenu stable pendant une durée d’environ 15 ans grâce à la vente du surplus ou de la totalité du biogaz ;
• des économies grâce à la valorisation du digestat au détriment d’engrais chimiques ;
• une valorisation de son propre engrais, de ses propres déchets, mais aussi celui des activités proches ;
• la création d’un tissu de lien social avec les autres acteurs locaux ;
• la création d’emploi non délocalisables.

Évidemment, la plupart de ces avantages s’appliquent de même aux industries qui ont aussi des déchets exploitables et peuvent utiliser la méthanisation comme activité annexe.

Un procédé vertueux pour les territoires

Avec son cercle vertueux, la méthanisation est au cœur d’une économie circulaire basée sur les déchets produits par les territoires. Désormais, les déchets ménagers, les boues de stations d’épuration (STEP) ou encore les biodéchets de la restauration collective peuvent être exploités pour créer de l’énergie locale et renouvelable.

Une énergie qui est injectée dans les réseaux de distribution de gaz naturel à destination des établissements publics, des logements individuels, des résidences… ou encore dans les autobus. Car en 2025, 100 % des flottes des collectivités devront rouler avec des carburants propres, dont le BioGNV (Bio Gaz Naturel pour Véhicules).

Les contraintes de la méthanisation

Malgré ses nombreux avantages, la méthanisation connaît aussi quelques contraintes, principalement liées au financement, à la gestion et à l’environnement.

Une gestion méticuleuse des déchets

Tout d’abord, certaines fractions de déchets non organiques ne peuvent pas être méthanisées. Dans ce cas de figure, la vigilance est de mise lors de :

• l’incinération et/ou stockage :
• le compostage.

Le processus de méthanisation demande d’avoir une mainmise sur l’ensemble de la chaîne et requiert une certaine expertise dans le domaine. Par exemple, le digestat doit respecter certaines normes avant d’être commercialisé. Or les déchets ligneux (provenant de la transformation du bois) doivent être bien traités car ils sont difficilement méthanisables, ce qui peut rendre le digestat non-conforme. Même cas de figure si la maturation du digestat n’a pas été bien finalisée.

Un procédé à haut risque ?

Gros points noirs de cette technologie : les nombreux facteurs de risques.

La pollution en est un des plus importants. En 2020, 50 communes ont été privées d’eau potable parce qu’une cuve de digestat a débordé en amont d’une usine d’eau potable, la contaminant avec de l’ammoniaque. Mais les risques ne s’arrêtent pas aux problématiques de stockage. L’épandage de digestat, par exemple, peut contaminer les sous-sols et les nappes phréatiques, pouvant apporter des maladies.

Autre risque : celui d’un incendie ou d’une explosion. Bien que la réaction chimique soit réalisée en l’absence d’oxygène, une fuite de gaz, des travaux de soudure ou des problèmes de canalisation peuvent transformer ce risque en incident.

Le biogaz se compose de méthane et de C0₂, deux gaz à effet de serre. Or, selon le guide Vers une méthanisation propre, sûre et durable de l’INERIS (Institut national de l’environnement industriel et des risques), entre 1 et 25 % du biogaz produit fuit. Ces fuites ont, évidemment, des conséquences économiques sur la rentabilité des unités de méthanisation, mais un impact environnemental indéniable.

La mise en place de grosses infrastructures

Une unité de méthanisation requiert de gros travaux. À l’échelle des agriculteurs (qui représentent 60 % des installations françaises), ces unités sont conséquentes car elles demandent la mise en place d’un espace de stockage, de digesteurs plus ou moins volumineux, de machines, de raccordements, etc. De plus, certains sites peuvent être éloignés du réseau de distribution et/ou de transport du gaz naturel. Les travaux de raccordement peuvent être conséquents et rajouter des contraintes supplémentaires au projet de l’installation.

Dans le cas d’une usine à méthanisation de grande taille (qui peut exploiter plus de déchets et surtout de différentes filières), le chantier est encore plus grand. D’autant plus que ce type d’unité s’accompagne aussi de nuisances qui peuvent être sonores (passage de camions) ou olfactives. Ces derniers points font d’ailleurs souvent débat car elles peuvent entraîner une dépréciation immobilière pour les logements aux alentours.

Des nuisances en tous genres ?

Au quotidien, la méthanisation peut poser problème au voisinage. Les personnes habitant à côté d’une usine de méthanisation, agricole pour la plupart, pointent du doigt deux nuisances, celles :

• sonores ;
• olfactives.

Les nuisances sonores sont produites par deux facteurs :

• le transport des déchets : certaines installations peuvent nécessiter un, voire plusieurs déchargements par jour. Toutefois, le transport des substrats n’intervient que sur une plage horaire conforme aux dispositions en vigueur, à savoir de 8 h à 18 h en semaine. Quant aux appareils bruyants (sirènes, haut-parleurs, etc.), ils ne peuvent être utilisés qu’en cas d’urgence ;
• les moteurs de cogénération : une étude acoustique a démontré que le bruit généré par le fonctionnement des moteurs ne dépasse pas 70 dB le jour et 60 dB la nuit, ce qui reste inférieur à la réglementation ICPE.

Du côté des odeurs, l’ADEME précise qu’une installation de méthanisation, à condition d’être bien réalisée, ne peut pas présenter de nuisances olfactives, et ce pour plusieurs raisons :

• les camions qui transportent les ressources méthanisables sont étanches. Tout contact avec l’air est ainsi évité ;
• le hangar de chargement et de déchargement, en plus d’être lui aussi étanche, est fermé et traité dans une unité de désodorisation qui réduit les odeurs de 90 à 99 % ;
• lors de la méthanisation, les composés malodorants (acides gras, hydrogène sulfuré) sont détruits, ce qui réduit considérablement les mauvaises odeurs suite à l’épandage ou le stockage.

Du temps et de l’argent

La méthanisation est un procédé qui demande un gros investissement en termes de temps. Pour que le résultat soit optimal, l’exploitant doit veiller à :

• ce que la température de consigne soit bien respectée ;
• ce qu’aucune anomalie ne vienne perturber la digestion ;
• bien gérer la logistique de ses déchets ;
• etc.

Sans compter que les coûts d’investissement peuvent s’élever à plusieurs centaines de milliers d’euros, si ce n’est plus. Au-delà de la somme de départ, les coûts de fonctionnement et d’entretien des machines viennent alourdir la facture et peuvent représenter un frein, notamment pour les agriculteurs.

En résumé, la méthanisation est un processus qui affiche de beaux arguments sur le papier, mais reste une pratique perfectible. Elle présente toutefois une alternative viable localement pour produire de l’énergie renouvelable et permet surtout d’exploiter des déchets difficilement exploitables autrement. Si consommer du gaz vert rentre dans vos convictions écologiques, pourquoi ne pas changer de contrat ? Notre comparateur d’offres de gaz vous listera les meilleurs fournisseurs. Tout ce que vous avez à faire, c’est de choisir, votre nouveau fournisseur s’occupera du reste.

Panorama de la méthanisation en France et ailleurs

À quelle échelle la méthanisation s’est développée en France ? Et quel pays européen détient le plus d’unités de méthanisation sur son territoire ? Réponse ci-dessous.

En France

Depuis la première unité de méthanisation injectée en 2011, la méthanisation a le vent en poupe en France. En l’espace de plus d’une décennie, plus de 1 000 unités sont sorties de terre, pour porter le chiffre à 1 084 unités de méthanisation en 2021, dont :

• 214 en injection ;
• 870 en cogénération.

Cette dynamique permet à GRDF de bénéficier d’une production de gaz supplémentaire : 6 TWh/an grâce aux 305 sites raccordés à son réseau (pour un total de 365 sites raccordés à tous les réseaux gaziers), équivalente à la consommation de 1 500 000 logements neufs.

Selon l’ADEME, les quantités de biométhane injectées dans le réseau de gaz naturel en 2030 devraient représenter 10 % de la consommation nationale de gaz, soit l’équivalent de 40 TWh.

On note toutefois une répartition inégale des sites d’injection de biométhane en France (due notamment aux politiques régionales), comme le prouve cette carte :

En Europe et dans le monde

La France n’est pas le seul pays à avoir adopté la méthanisation. D’autres pays européens ont, eux aussi, misé sur ce processus innovant. Preuve en est, cette carte recensant toutes les infrastructures européennes de production de biométhane en 2021 réalisée par le GIE (Gas Infrastructure Europe) et l’EBA (European Biogas Association).

Entre 2020 et 2021, le nombre d’installations a augmenté de 40 %, en particulier en France, en Italie et au Danemark. Mais l’Allemagne domine toujours la tête du podium, avec pas moins de 11 000 unités de méthanisation, principalement employées pour produire de l’électricité renouvelable.

Par ailleurs, selon l’EBA, la France devrait être le premier pays producteur de biométhane devant l’Espagne, l’Italie ou l’Allemagne d’ici l’horizon 2050, comme le démontre le graphique ci-dessous :

Déjà au rendez-vous du monde de demain, la méthanisation représente une formidable opportunité de valoriser des déchets en tous genres tout en prônant une énergie durable et plus écologique. En première ligne, l’agriculture, qui produit beaucoup de déchets et peut bénéficier à la fois du digestat et du biogaz pour ses activités. D’autres filières, comme l’agroalimentaire, les collectivités ou les constructeurs, sont aussi grandement impliqués par ce procédé novateur à l’impact local et au rayonnement mondial. En effet, les unités de méthanisation se développent à grande échelle sur le territoire français et européen pour répondre aux politiques énergétiques. Reste à voir si la promotion et le développement de la filière biogaz seront à la hauteur de son potentiel.

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