La méthanisation est un procédé de dégradation de la matière organique en l’absence d’oxygène. On parle parfois de fermentation anaérobie. A l’inverse, le compostage est une réaction aérobie (qui fait appel à l’oxygène). La méthanisation est un procédé industriel ancien. Pourtant, il est sous-développé en France et dans de nombreux pays européens.

Voyons comment ça marche et à quoi ça sert.

Un peu d’histoire…

C’est le savant italien Alessandro Volta qui a découvert le premier le méthane, en 1776. Il trouva dans les vases putrides du lac Maggiore un « gaz hydrogène carboné ».

La méthanisation est aussi un phénomène naturel que l’on peut observer dans les marais : les matières végétales et animales s’y décomposent lentement et l’on peut observer la formation de bulles de gaz à la surface de l’eau.

En 1808, le britannique Humphrey Davy découvrira la présence de méthane dans le lisier en décomposition… mais il faudra attendre 1897 pour voir naître le premier digesteur industriel de l’histoire : il fut construit en Inde (Matunga, région de Bombay), afin de produire du carburant pour véhicule.

Déchets, biogaz et digestat

Les déchets organiques – d’origine animale ou végétale – peuvent servir à produire du biogaz par méthanisation. Comment ? En les plaçant dans une cuve hermétique appelée « digesteur ». Cette cuve contient des millions de micro-organismes, capables de digérer la matière en l’absence d’oxygène.

Les déchets méthanisés

Qu’ils soient liquides ou solides, de nombreux déchets peuvent être traités dans une unité de méthanisation. Voici quelques exemples, parmi les plus courants :

  • Déchets agricoles: déjections animales, lisiers, fumiers, poussières de céréales, résidus de pailles, spathes de maïs, les eaux des salles de traite…
  • Déchets des municipalités: tontes de gazon, fraction fermentescible des déchets ménagers, boues des stations d’épuration, matières de vidange…
  • Déchets des agro-industries : déchets des restaurants, grandes surfaces, abattoirs, fromageries, caves vinicoles…

 

La méthanisation sert à produire du biogaz, une énergie renouvelable, composée en grande partie de méthane (CH4) et de gaz carbonique (CO2). Le biogaz contient aussi de la vapeur d’eau, ainsi que des gaz variés : (N2), (H2), (O2) et (H2S).

 

 

A quoi sert le biogaz ?

Le biogaz permet de produire :

  • De la chaleur et de l’électricité pour les maisons et appartements alentours.
  • Du carburant pour les bus et flottes de véhicules (GNV). Le GNV est moins cher que l’essence et il diminue les émissions de particules fines ainsi que les gaz à effets de serres.

Nota : le biogaz peut aussi être épuré pour rejoindre le réseau de gaz naturel.

Et le digestat dans tout ça ?

Toute cette matière digérée n’est pas nécessairement transformée en biogaz : une fraction peut être utilisée comme engrais naturel (digestat). Le digestat présente deux grands avantages par rapport à la matière brute :

  1. La réduction des mauvaises odeurs (important pour le site agricole mais aussi les habitations alentours).
  2. Une bien meilleure assimilation par les plants et les cultures. Et donc un meilleur rendement agricole.

Fonctionnement d’une unité de méthanisation

Les déchets sont d’abord réceptionnés, triés puis préparés afin d’être introduits dans le digesteur. La matière fermente puis produit du digestat d’une part, du biogaz d’autre part. Le digestat sert à la valorisation agronomique. Le biogaz, lui, sera utilisé comme GNV, introduit dans le réseau GRDF ou – par l’intermédiaire d’un générateur – transformé en chaleur ou en électricité.

Dans une unité de méthanisation, on trouve donc :

  1. Un centre de réception et tri des déchets
  2. Une cuve de préparation ou pré-fosse
  3. Un digesteur cylindrique et hermétique
  4. Un co-générateur

 

Au sein d’un digesteur ou méthaniseur, on, observe 3 grandes réactions chimiques :

  • L’hydrolyse et l’acidogénèse: les chaînes organiques complexes – formées entre autres de protéines et lipides – se décomposent en acides gras et acides aminés.
  • L’acétogénèse: les molécules sont transformées en acide acétique ;
  • La méthanogénèse: l’acide acétique est à son tour transformé et forme du méthane et du gaz carbonique.

Pour valoriser le biogaz corrosif, on procède à la condensation de la vapeur d’eau et à la désulfuration par oxydation. Si le biogaz est destiné à rejoindre le réseau de distribution de gaz ou qu’on veut en faire du carburant, une troisième étape d’épuration sera nécessaire (décarbonatation).

Nota : il existe un autre procédé de méthanisation. Il consiste à gazéifier la biomasse sèche (en général du bois). La haute température produit du méthane, du CO2 et des gaz de synthèse. On parle alors de méthane vert.

Le biogaz en Europe

L’UE est devenue le premier producteur de biogaz au monde, devant les États-Unis : elle totalise plus de 50% de la production mondiale.

Objectif 2020 : diminuer les gaz à effet de serre et produire 20% de l’énergie consommée en Europe en énergies renouvelables (objectif fixé à 23% pour la France). Le biogaz nous aidera à atteindre cet objectif.

Mais pour l’instant, cette production est inégalement répartie au sein des pays membres :

  • En Allemagne, on ne compte pas moins de 7000 stations de méthanisation en service, dont la plus grande du monde. Dans les années 2010, l’Allemagne produisait la moitié du biogaz européen.
  • La Suisse et la Suède sont les nations européennes pionnières en valorisation du biogaz sous forme de carburant pour véhicules. L’Autriche et le Danemark suivent la tendance.
  • La France et les autres membres européens sont en retard…

Le biogaz en France

La France ne compte pour l’instant que 400 à 500 sites de valorisation. Le biogaz représente entre 3 et 4% de la production des énergies renouvelables (EnR). A titre de comparaison, le bois représente 45% et l’hydraulique 24%.

Le Grenelle Environnement, les accords de Paris et le contexte actuel sont cependant favorables à la croissance de la filière.

La valorisation du biogaz sous forme de carburant automobile est l’une des priorités. La France ne compte que quelques installations pilotes : Lille, Sonzay, Chambéry… Ce carburant ne sert pour l’instant qu’à des flottes de véhicules pour la collecte des ordures ménagères ou le transport en commun.

Subventions et aide au développement

L’ADEME et les collectivités peuvent accompagner les porteurs de projets et accorder des subventions pour développer les unités de méthanisation. Le conseil régional du Midi-Pyrénées s’est par exemple engagé à investir 8 millions d’euros pour ouvrir 100 unités de méthanisation d’ici 2020.

En complément, le gouvernement a élevé le tarif d’achat de l’électricité produite par méthanisation (+ 20 % en moyenne) pour les « petites et moyennes installations agricoles ». Ce tarif « préférentiel » équivaut à une aide d’environ 300 M€/an.

Le gouvernement français espère atteindre 1000 sites de méthanisation agricole (le secteur le plus porteur) d’ici 2020 et entre 5000 et 10 000 d’ici 2030 (estimations de l’ADEME).