Biogaz

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Stockage dans l'usine de biogaz à Güssing Burgenland, Autriche


Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques en l'absence d'oxygène. Au cœur de la transition énergétique et de l'économie circulaire, il est aussi source d'emplois locaux [1]. La méthanisation se produit spontanément (dans les marais, les rizières, les grands réservoirs ou barrages hydroélectriques tropicaux[2], les décharges contenant des déchets ou matières organiques (animales, végétales, fongiques ou bactériennes). On peut la provoquer artificiellement dans des digesteurs (dont pour traiter des boues d'épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc.).

C'est une des sources renouvelables d'énergie intéressant la transition énergétique, et en France la feuille de route de la Conférence environnementale de septembre 2012 prévoit la préparation d’un plan national biogaz, prolongeant le « projet agro-écologique »[3] lancé en décembre 2012, incluant un plan énergie Méthanisation Autonomie Azote (EMAA, lancé le 29 mars 2013). Le plan déchets 2014-2020 en préparation et de futurs schémas régionaux Biomasse pourront aussi contribuer à mieux valoriser cette ressource.

Composition et valeur énergétique[modifier | modifier le code]

Le biogaz est essentiellement composé de méthane (50 à 70 %), de dioxyde de carbone (CO2) et de quantités variables de vapeur d'eau, et de sulfure d'hydrogène (H2S), voire d'autres composés ("contaminants"), notamment dans les biogaz de décharges[4].

L'énergie du biogaz provient uniquement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie fossile très courante qu'est le gaz naturel qui, lui, contient essentiellement du méthane mais aussi du butane, du propane et d'autres éléments.

Le biogaz peut être épuré pour en extraire le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène : on obtient ainsi du biométhane que l'on peut injecter dans le réseau de distribution ou de transport du gaz naturel. Le procédé de raffinage en biométhane est toutefois sophistiqué et reste assez coûteux[5] mais présente une grande marge de progrès.

On distingue trois plages de production de biogaz, selon la température.

  • 15-25 °C : psychrophile
  • 25-45 °C : mésophile
  • 45-65 °C : thermophile

Ce sont les digesteurs mésophiles qui sont les plus utilisés (à 38 °C) dans les zones tempérées.

La récupération du biogaz produit par les décharges est doublement intéressante car le méthane libéré dans l’atmosphère est un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone (CO2) produit par sa combustion.

Sources de biogaz[modifier | modifier le code]

Le biogaz est le résultat de la méthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles[6]. Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des stockages de matière organique volontaires ou involontaires :

  • Les cultures
  • Les décharges : leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée en fonction de l'étanchéité du mode d'exploitation.
  • La collecte sélective des déchets putrescibles permet une méthanisation plus rapide qu'en décharge en utilisant des bioréacteurs spécifiques (digesteurs)[6].
  • 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 6 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, gazons etc.[7] ;
  • Les effluents des industries agroalimentaires 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. L'utilisation du biogaz du lac Kivu a été entreprise il y a plus de 40 ans et maintenant développée à grande échelle.

Biogaz en Europe[modifier | modifier le code]

Un rapport publié en fin d'année 2015 par l'EBA, Association Européenne du Biogaz, révèle que les sites de production en biogaz ont nettement progressé comptabilisant 17 240 sites (+18% par rapport à 2013). L'EBA estime à 14.6 millions de foyers européens alimentés au biogaz. L'Allemagne est le leader européen sur le marché du biogaz[8].

En 2016, pour l'injection de biogaz dans les réseaux, l'Allemagne devance largement les autres Etats-membres avec en 2016 déjà 165 unités injection de biométhane(10 TWh/an), devant la Grande-Bretagne (50 sites et 2 TWh/an), les Pays-Bas (25 sites et 0,9 TWh/an), loin devant la France. Le Danemark, l'Autriche, la Suède et la Suisse ont tous entre 10 et 20 sites de production fournissent de 130 à 360 GWh/an. La France a 19 sites et produit seulement 82 GWh/an. L'Espagne et l'Italie n'autorisent ou n'encouragent pas l'injection dans le réseau.

Allemagne[modifier | modifier le code]

Biogaz en Allemagne

Avec plus de 8000 installations dans le pays, le maïs est majoritairement utilisé (et critiqué, car l'assolement recule au profit de maizicultures intensives posant des problèmes écologiques d'érosion, de pollution due aux phosphates, de perte grave de la diversité biologique. A Triesdorf en Bavière, on recherche les plantes les plus aptes à remplacer le maïs : parmi les herbacées le mauve de virginie et le silphium perfolié sont envisagés ; parmi les graminées, le panicaut érigé et le chiendent allongé issu de Sarvache en Hongrie. Ces plantes sauvages sont 20 % moins productives que le maïs et ne sont envisagées que comme complément à celui-ci[5],[9]. La nouvelle réglementation depuis 2012 impose une certaine diversification des cultures pour réduire la place du maïs.

France et pays francophones[modifier | modifier le code]

En France, la récupération du biogaz de décharge est obligatoire depuis l'arrêté du [10]. Cet arrêté impose la recherche de solutions de valorisation énergétique du biogaz ou de sa destruction thermique (torchage) en cas de non-valorisation, afin d'éviter les nuisances olfactives et l'impact environnemental du méthane. En France, en 2012, ce gaz de décharge fournit plus de 70% de la production d'énergie primaire issue du biogaz dans le pays[11]

Un Atlas Bioénergie International et en France un atlas Biogaz mettent annuellement à jour la carte des installations industrielles de production/valorisation de biogaz (sous forme d’électricité, de chaleur ou par injection directe dans les réseaux de gaz dans les pays francophones) ;

  • en 2012, 241 sites de production étaient recensés (publication 2013), en 2013, ils étaient 848 (publication 2014) : 578 en France , 200 en Flandre & Wallonie, 32 en Suisse, 25 au Canada francophone, 9 au Luxembourg, 3 à l'île Maurice et 3 en Tunisie.
    C'est en Belgique et Suisse que la densité d'installation est la plus marquée[12]. La France a accueilli le salon Biogaz Europe en mars 2015 à Nantes[13].
  • 2014 : Quelques petits réseaux de chaleur sont déjà alimentés par du biogaz, dont par exemple en Indre-et-Loire celui de Pernay (1 000 habitants), puis en 2014 de Le Plessis-Gassot dans le Val-d'Oise avec 23 foyers alimentés par le gaz d'une décharge d'ordures ménagères. La ministre Ségolène Royal a lancé le projet de 200 territoires à énergie positive, et annoncé un appel à projet visant 1 500 projets de méthaniseurs en 3 ans dans les territoires ruraux[14].
  • 2015, les capacités installées de la filière biogaz se développent à un « rythme stable » selon l'Ademe : « 70 nouvelles unités de méthanisation ont été installées en 201515, pour une capacité de 20 MWe16. Pour 2016 la prévision est difficile du fait de manque de visibilité sur les tarifs d’achat de l’électricité qui impactent fortement l’équilibre économique des unités »[15]. Un comité national biogaz a été mis en place le 24 mars pour faciliter le dialogue entre les acteurs de la filière, via 4 groupes de travail consacrés respectivement 1°), aux mécanismes de soutien au biogaz (tarif d'achat cogénération...), 2°) aux réflexions sur les procédures de facilitations, 3° le bio carburant GNV, 4°) injection du biométhane dans le réseau[16] (c'était une demande des acteurs du livre blanc du Club biogaz de mai 2014) ;
  • 2016. Dans le cadre des Sraddets et de la déclinaison de la stratégie nationale biomasse (en préparation[17]), les régions préparent la rédaction d'une Schéma régional biomasse.
  • Prospective :
    En 2015, La loi Transition énergétique fixe un objectif de 10 % de la consommation totale de gaz en 2030, jugé ambitieux par le Syndicat des énergies renouvelables (SER) et les gestionnaires des réseaux français (GRDF, GRTgaz, SPEGNN et TIGF) qui en 2016 ne comptabilisaient que 19 sites d'injection en service en France (mais 200 autres, équivalent à 3,86 TWh sont prévus). La part de ce gaz étant de 0,02 % en 2016, il faut la multiplier par 500. De 0,082 TWh en 2016, la filière espère produire 1,7 TWh en 2018 puis 8 TWh en 2023.
    100 % de gaz "renouvelable" en 2050 ? Selon le SER si tous les acteurs le voulaient, en 2030, 56 TWh de biogaz pourraient être tirés de la méthanisation de 130 millions de tonnes de matière brute (boues, effluents, déchets, cultures…) pour potentiellement fournir en 2050 100 % des besoins nationaux (400 à 550 TWh). Pour cela les déchets méthanisés pourraient fournir 210 TWh, et la gazéification de biomasse 160 à 280 TWh de plus. 20 à 35 TWh pourraient venir de l'hydrogène-méthanation et 10 à 25 TWh de la fermentation de micro-algues. Fos-sur-Mer veut expérimenter l'approche Power-to-Gas, qui vise l'agilité énergétique par l’interconnexion en réseaux intelligents des ressources en gaz et électricité pour mieux passer de l'une à l'autre selon le besoin. La « mobilité gaz » pourrait aussi compléter la mobilité électrique (qui s'applique mal aux camions de livraison, camions-poubelles, bus). Parmi les facteurs favorisant figurent le tarif de rachat et/ou d'injection, une prolongation de contrats existants ; le SER propose aussi une exonération des consommateurs de « biométhane » de la contribution climat énergie ou de la taxe foncière pour les unités de méthanisation industrielle".

Suisse[modifier | modifier le code]

Biogaz dans une ferme en Suisse

En 2013, environ 50 fermes en Suisse produisent du biogaz[18].

Effet de serre[modifier | modifier le code]

Le biogaz est constitué essentiellement de méthane (CH4) dont l'effet de serre est très important. Sa combustion produit du dioxyde de carbone, qui est aussi un gaz à effet de serre, mais dont l'impact est moindre. En effet, un kilogramme de méthane (CH4) a un Potentiel de réchauffement global (PRG) sur 100 ans, 23 fois supérieur à un kilogramme de dioxyde de carbone.

Utiliser du biogaz n'accroît pas l'effet de serre si le carbone produit (méthane et dioxyde de carbone) a lui-même été absorbé préalablement par les végétaux dont ce biogaz est issu, lors de leur croissance et si cette utilisation s'inscrit dans un cycle court de carbone et si elle ne contribue pas à surexploiter de la biomasse (elle ne fait alors que restituer du carbone qui avait été ôté récemment de l'atmosphère, contrairement au gaz naturel).

Utilisations et avantages[modifier | modifier le code]

Comme biocarburant il a de nombreux avantages :

  • réduction de certains microbes dans les effluents agricoles (coliformes notamment[19]) ;
  • substitut à d'autres énergies exogènes (fossiles et nucléaire), source de revenus pour l'exploitant qui économise sur ses dépenses énergétiques et/ou, de plus en plus vend son énergie ;
  • diminution de la charge en carbone des déchets végétaux. Une fois digérés, les déchets sont moins nocifs pour l'environnement; le risque d'une pollution biologique ou organique est en outre largement amoindri, et la fermentation diminue le pourcentage de matière sèche, permettant de diminuer le volume à transporter et épandre ;
  • le purin est traité gratuitement par ou pour des agriculteurs qui le récupèrent en fin de cycle, après avoir produit du méthane, de meilleure qualité car il ne « brûle » plus les plantes, il est débarassé de nombreux pathogènes et de la totalité des semences de « mauvaises herbes » qu'il pouvait contenir[20].
  • Il peut aussi être injecté sur le réseau de gaz naturel moyennant épuration[5]. C'est la solution qui offre le meilleur rendement énergétique, si le réseau est assez proche du point de production. Cette solution est maintenant soutenue par les opérateurs de réseaux, qui envisagent même 100% de gaz vert en 2050. En France, l'Afsset a conclu en 2009 que l'injection de biogaz épuré dans le réseau ne posait pas de problème sanitaire particulier[21].

Les utilisations du biogaz sont par exemple :

  • combustion dans un moteur à gaz ou une petite turbine, pour produire de l'électricité injectée sur le réseau (plus de 8000 installations en Allemagne), et souvent de la chaleur en cogénération, mais une trigénération (production de froid) est possible ;
  • alimentation de centrale thermoélectrique, cimenterie, chaufferie collective, etc. quand il en existe près de la source ;
  • chauffage et enrichissement en CO2 de serres ;
  • carburant pour véhicules GNV, en substitution au gaz naturel fossile du réseau classique. Il alimente des flottes captives (autobus, bennes à ordures, véhicules de service) (voir biogaz carburant), ou même les véhicules individuels (Suisse et Suède) ;
  • reformage du méthane pour former de l'hydrogène renouvelable (dit « biohydrogène ») ; comme pour l'injecter dans le réseau, il faut alors extraire le CO2, l'eau, les composés soufrés du biogaz pour obtenir un gaz composé à plus de 96 % de CH4 substituable au gaz naturel fossile. Pour les autres applications, un gaz contenant 60 % de méthane est largement suffisant, donc le purifier serait une dépense inutile. On se contente alors d'enlever les impuretés qui présentent des problèmes de pollution, de corrosion ou d'odeur, notamment les composés soufrés.

Efficacité[modifier | modifier le code]

Les études de l'IFEU montrent, qu'en Allemagne, l'utilisation de biogaz pour la cogénération locale avec un moteur à gaz est plus efficace vis-à-vis de l'effet serre, de l'injection dans les réseaux et de la maintenance nécessaire. Cependant cette étude évalue l'énergie fournie à l'équivalent de 5 000 litres de fioul par hectare et par an. Remplacer les énergies fossiles et nucléaire par du biogaz nécessiterait à peu près toute la surface de l'Allemagne[22].

Le rendement d'exploitation d'une cogénération chaleur-électricité est au mieux de 70 %, soit 30 % de pertes.

L'utilisation de la chaleur est souvent saisonnière et requiert une certaine proximité avec les utilisateurs et la création d'un réseau de distribution. Il est également possible de fournir du froid grâce à des procédés d'absorption de chaleur. Toutefois, cette utilisation est limitée à certaines régions en France.

L'injection, est autorisée et peut présenter un rendement d’exploitation de 90 %. La consommation de gaz est aussi saisonnière mais en général l'injection est possible sur les réseaux toute l'année, à part dans certains cas, quelques jours ou semaines en été, où la consommation est plus faible et donc le réseau est saturé. Par l'injection, la production de biométhane en été trouve un débouché que ne trouve pas toujours la chaleur de cogénération.

De nombreux projets se montent en France en injection. Par exemple, Fontainebleau, accompagnée par l'École Supérieure des Mines met en route une méthanisation-injection de 30 000 tonnes par an de fumiers de cheval sous le nom de projet : EQUIMETH.

Dans le monde, l'utilisation du biogaz au niveau domestique est très répandue, notamment en Asie[23]

Au Mali, des projets pilotes ont été menés dans des zones isolées, pour mesurer comment le biogaz pouvait produire de l'énergie à usage domestique dans une optique durable. L'expérience a montré qu'avec la formation d'artisans locaux pouvant prendre en charge la production des équipements nécessaires (gazomètre, digesteur) et la formation des familles à l'entretien des équipements, le biogaz peut être une alternative viable à l'utilisation des combustibles ligneux pour la cuisson des repas et améliorer les conditions de vie par d'autres apports en énergie (réfrigération notamment). La pression sur les ressources ligneuses a diminué et le compost produit a été utilisé pour fertiliser les sols. Un appui financier reste nécessaire pour la mise en place du système (équipements, installation, formation)[24].

Arti, une organisation non gouvernementale en Inde, développe un simple digesteur de 0,5 m3 (surélevé) pour les Tropiques qui utilise les déchets de la cuisine (riches en amidon et sucres) pour produire le biogaz. 1 kg de déchets produit 400 litres de biogaz en 6 à 8 heures, ce qui suffit pour environ 15 à 20 minutes de cuisine[25].

Biogasmax : l'énergie des déchets pour un transport urbain environnemental[modifier | modifier le code]

Biogasmax est un projet européen du 6e Programme Cadre de Recherche et Développement FP6 – 6e PCRD (2000-2006) de la Commission Européenne. Il fait partie des initiatives de l'Europe pour réduire sa dépendance aux carburants fossiles. Partant d'expériences existantes en Europe, il promeut des techniques et des réalisations prouvant l'intérêt de l'utilisation du biogaz comme carburant pour le transport terrestre, sur la base des gisements disponibles dans les zones urbaines en Europe.

Ce projet d’une durée de 4 ans tendra à prouver la fiabilité technique et à poser les bénéfices environnementaux, sociétaux et financiers. Sur la base de démonstrations grandeur nature, le projet permettra d'optimiser les procédés industriels existants et d'effectuer des recherches sur des nouveaux. En plus de sa valeur technique, Biogasmax a une fonction d'éclaireur afin de réduire les barrières à l'entrée, qu'elles soient techniques, opérationnelles, institutionnelles ou réglementaires. Les connaissances acquises seront diffusées sur l'ensemble de l’Union Européenne, spécialement dans les nouveaux états membres.

De fait, ce projet ne part pas d'une situation vierge ; ses membres participent à des projets innovants dans ce domaine, depuis longtemps pour certains. Il s'agit donc d'un projet européen de preuve et non d'intention.

Biogasmax regroupe des villes telles que Lille en France, Stockholm et Göteborg en Suède, Rome en Italie, Berne en Suisse, Torun et Zielona Gora en Pologne. Le projet s'est entouré de compétences pointues, en Allemagne (ISET à Kassel pour les aspects d’épuration et de concentration du biogaz, l’Université de Stuttgart pour l’analyse du cycle de vie du biométhane-carburant), de supports de transfert de compétences, ainsi que d'un ensemble de partenaires publics et privés dans les pays concernés : opérateurs de gestion des déchets et de l’énergie principalement.

La plupart des expériences les plus abouties actuellement qui concernent l'utilisation du biogaz comme carburant sont représentées au sein de Biogasmax, ce qui donne un cadre de communication et d'action extrêmement prolifique.

Biogasmax représente une mise en perspective des expériences : chaque ville a situé sa stratégie propre et ses objectifs comme il est indiqué sur le site Web du projet ([1]). Un échange intense s'effectue entre les partenaires, qui se traduit par un certain nombre de résultats et de rapports techniques mis à disposition sur le Web. Cette visibilité des résultats s'accompagne aussi de documents stratégiques sur l'évolution du biométhane (biogaz adapté à la carburation des moteurs), sa participation à la prise en compte du changement climatique et l'assistance à sa prise en compte dans les métropoles urbaines. Ces échanges, fructueux de l'intérieur, se propagent ainsi à l'ensemble de la communauté intéressée, au fur et à mesure du projet et aussi à travers d’opérations ponctuelles de dissémination.

Avec l'acquisition des meilleures pratiques, les partenaires de Biogasmax sont capables de fédérer les meilleurs participants et de promouvoir la réflexion et les actions concernant cette démarche.

Pour plus d'information sur le projet européen Biogasmax, voir le site Où Les news et les téléchargements sont régulièrement mis à jour.

À la suite de Biogasmax, le programme européen Biomethane Regions promeut lui aussi cette énergie

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Biométhane, Edisud/énergies alternatives, collection « Technologies douces », 1979, Bernard Lagrange. 2 tomes :
1. une alternative crédible, (ISBN 2-85744-040-5) 1
Ce premier tome sur le biométhane présente successivement la matière organique comme source d'énergie, les systèmes intégrés, la géopolitique du biométhane et les bioconversions comme technologie appropriée.
2. principes. techniques utilisations, (ISBN 2-85744-041-3) 2
Ce deuxième tome sur le biométhane présente la fermentation méthanogène, la digestion en continu comme moyen d'épuration, la digestion en discontinu et la production de biométhane, le gaz et ses applications, l'utilisation des effluents de la digestion.
  • Bertrand de La Farge, Le Biogaz. Procédés de fermentation méthanique, 1995, éd. Masson, 237 p.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Selon le SER, en France, en 2020, la filière devrait avoir créé ou entretenu 10.000 emplois dont 5.000 permanents pour exploiter et maintenir les installations.
  2. C. Deshmukh, D. Serça, C. Delon, R Tardif, M. Demarty, C. Jarnot, Y. Meyerfeld, V. Chanudet, P. Guédant, W. Rode, S. Desclou, and F. Guérin (2014) Physical controls on CH4 emissions from a newly flooded subtropical freshwater hydroelectric reservoir: Nam Theun 2, Biogeosciences, 13 août 2014
  3. Gouvernement français (2012), Projet agro-écologique pour la France, consulté 2013-04-11
  4. Gaz de décharge
  5. a, b et c Émission « X:enius », magazine de connaissance d'Arte, mercredi 22 février 2012
  6. a et b Biogaz issus de déchets alimentaires pour cogénération / CHP, sur le site clarke-energy.com
  7. Biogaz de déchets de distillerie
  8. http://www.gaz-mobilite.fr/actus/rapport-eba-biogaz-biomethane-europe-2015-1172.html - Rapport EBA 2015
  9. Biogaz agricoles et cogénération / CHP, sur le site clarke-energy.com
  10. [PDF] Analyse de la composition du biogaz en vue de l’optimisation de sa production et de son exploitation dans des centres de stockage des déchets ménagers , sur le site tel.archives-ouvertes.fr
  11. Commission du Développement Durable et de l'Aménagement du Territoire.(2013).La biomasse au service du développement durable. Rapport d'information, Assemblée Nationale, Paris. p.22
  12. Frédéric DOUARD (2014), Atlas biogaz 2014 des sites francophones de production et de valorisation , 2014-01-24, consulté 2014-02-04
  13. Salon Biogaz Europe 2015
  14. France : 12 mesures de soutien pour développer la biomasse  ; Enerzine
  15. Ademe (2016) : Lettre stratégique n°4 évolution des marchés de la maîtrise de l'énergie et développement des énergies renouvelables, (PDF, 13 pp) Publication ADEME
  16. Fabrégat, Sophie (2015), Un comité national biogaz pour accélérer le développement de cette filière Energies, Actu-Environnement, 31 mars 2015
  17. Laurent Radisson (2016) Le Gouvernement lance l'élaboration de la stratégie nationale de mobilisation de la biomasse, BatiActu 3 mai 2016
  18. Migros Magazine, numéro 40, 1er octobre 2012, Énergie verte: le produit d'avenir des paysans suisses, par Alexandre Willemin, p.25
  19. Phitsanu Tulayakul et al. , Comparative study of heavy metal and pathogenic bacterial contamination in sludge and manure in biogas and non-biogas swine farms  ; Journal of Environmental Sciences Volume 23, Issue 6, June 2011, Pages 991-997 ; doi:10.1016/S1001-0742(10)60484-6 (Résumé)
  20. Migros Magazine, numéro 40, 1er octobre 2012, Énergie verte: le produit d'avenir des paysans suisses, par Alexandre Willemin, p.27
  21. Avis de l'Afsset du 29 octobre 2008 : « Biogaz : L’Afsset rend un avis favorable pour l’injection de certains types de biogaz dans le réseau de gaz naturel »
  22. [PDF] Article Kabasci, Fraunhofer Institute, non trouvée le 23 juillet 2013
  23. Page du Club Biogaz référençant des initiatives sur le biogaz dans les pays en développement
  24. Production et usage de biogaz dans 4 communes de la région de Kayes (Mali)
  25. Arti biogaz digesteur (Inde)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]