Principe
http://www.methanisations.sitew.fr/Biogaz.U.htm#Biogaz.U
La digestion anaérobie (ou méthanisation / biogaz) est un procédé biologique de transformation, en l'absence d'oxygène, de la matière organique (animale ou végétale) en biogaz. Celui-ci est composé principalement de méthane (50 à 75 % en volume) et de gaz carbonique.
Cette digestion est réalisée en anaérobiose par une communauté microbienne complexe. Elle se produit naturellement dans les marais, les lacs, les intestins des animaux et de l'homme et de manière générale dans tous les écosystèmes où la matière organique se trouve en condition anaérobie. Elle se produit également spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques. Le procédé de méthanisation / biogaz industrielle se déroule en plusieurs étapes avec des bactéries adaptées à chacune de ces étapes.
Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des stockages de matières organiques volontaires ou involontaires :
Les décharges : leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée en fonction de l'étanchéité du mode d'exploitation. En France, la récupération du biogaz de décharge est obligatoire depuis de nombreuses années.
La collecte sélective des déchets putrescibles : elle permet une méthanisation plus rapide qu'en décharge en utilisant des bioréacteurs spécifiques (digesteurs).
Les boues des stations d'épuration : la méthanisation permet d'éliminer les composés organiques et permet à la station d'être plus ou moins autonome en énergie.
Les effluents d'élevages : la réglementation rend obligatoire les équipements de stockage des effluents (lisier, fumier) pour une capacité supérieure à 4 mois. Ce temps de stockage peut être mis à profit pour la méthanisation des effluents. Il s'agit des déjections animales mais aussi des autres déchets agricoles : résidus de culture et d'ensilage, effluents de laiteries, retraits des marchés, gazon etc.
Les effluents des industries agroalimentaires : ils peuvent aussi être méthanisés. Le but est principalement d'éviter le rejet de matières organiques trop riches, et peut s'accompagner d'une valorisation énergétique.
Le fond des lacs et marais : le biogaz y est produit naturellement par les sédiments organiques qui s'y accumulent.
Les caractéristiques du biogaz
Le biogaz se présente sous forme gazeuse (température et pression ambiante). Il contient deux tiers de méthane et un tiers de gaz carbonique, mais sa composition varie en fonction de la nature des déchets et des conditions de fermentation. La présence de traces d'eau, d'azote, de soufre, d'oxygène, d'éléments organo-halogénés rendent le biogaz moins pur et plus corrosif que le « gaz de réseau » d'origine fossile. L'énergie du biogaz est issue du méthane. Son pouvoir calorifique inférieur (PCI) est de 9,42 kWh/m3 (à 15°C et pression atmosphérique normale).
Les étapes de la méthanisation
 | La méthanisation s'effectue en plusieurs étapes. La matière "première" est stockée dans une pré-fosse pour être ensuite incorporée directement dans le digesteur. Le digesteur est une cuve (béton, acier ou autres matériaux), généralement cylindrique. Enterré ou hors sol, il est hermétiquement clos, isolé, brassé et chauffé. Le brassage permet d'éviter la formation de croûte en surface et la sédimentation des matières. Après avoir séjourné 30 à 40 jours dans le digesteur, le substrat digéré est stocké dans une fosse en béton ou en acier. La fosse de stockage devra être couverte pour conserver l'azote et maximiser la récupération de méthane. |
Complément : Les différentes étapes "biochimiques" durant la méthanisation
Quelles voies de valorisation pour le biogaz ?
La cogénération : la cogénération permet de produire de l'électricité et de la chaleur. Le module de cogénération est constitué d'un moteur entraînant un générateur de courant électrique appelé alternateur. La chaleur, prélevée sur le système de refroidissement du bloc-moteur et des fumées, est en partie (20 à 40 %) auto-consommée pour chauffer le digesteur.
La production d'eau chaude : il est possible de valoriser le biogaz uniquement sous forme de chaleur si une forte demande de chaleur à proximité du site est capable d'absorber la chaleur produite toute l'année, ceci afin de limiter les coûts d'investissements (coût du réseau de chaleur, déperditions, ...).
Le gaz carburant : le biogaz doit être d'une excellente qualité pour être valorisé comme carburant, et doit subir plusieurs traitements. Il doit contenir 96 % de méthane et être dépourvu d'eau, de soufre, d'organo-halogénés, de carbone et de métaux.
Valorisation du digestat : le digestat est la matière extraite en sortie du digesteur après fermentation et extraction du biogaz. Possédant des propriétés intéressantes (plus fluide, plus assimilable par les cultures, moins odorant...), il sera directement utilisé comme fertilisant pour les terres agricoles.
Remarque : Ordres de grandeur
La méthanisation de 1 tonne de déchets fermentescibles à 40 % de matière sèche permet d'obtenir 100 m3 de biogaz contenant 2/3 de méthane et 1/3 de gaz carbonique. Son PCI est équivalent à 0,065 tep soit 700 kWh thermique. Cela permet une production d'électricité de 230 kWhélec. Une tonne d'ordures ménagères produit 300 m3 de biogaz.
Complément :
L'utilisation du biogaz du lac Kivu (grand lac d'Afrique), entrepris il y a plus de 40 ans, est maintenant développée à grande échelle.
Complément : Méthasim : outil de simulation technico-économique pour la méthanisation
Méthasim est un logiciel de dimensionnement et de simulation de l'intérêt technico- économique d'un projet de méthanisation à la ferme. Il a été conçu par l'Institut du Porc (IFIP), l'Institut de l'élevage, Aile, Trame, la chambre régionale d'agriculture de Bretagne, l'ITAVI, Solagro, et avec la collaboration technique et scientifique du Cemagref de Rennes et de l'Ademe. Il permet d'étudier la rentabilité d'un projet de méthanisation à la ferme et est disponible en ligne.
