Etude finale 20 avril 2009

Laurent

Description

LE BIOGAZ/ LA METHANISATION La méthanisation est utilisée comme moyen de traitement de déchets ou sous-produits organiques : boues de stations d'épuration, biodéchets municipaux et assimilés, effluents industriels, lisiers et fumiers. Elle permet en effet de transformer la matière organique facilement biodégradable, qui est à l'origine des pollutions organiques et des odeurs. La méthanisation permet d'éliminer la pollution organique tout en consommant peu d'énergie, en produisant peu de boues et en générant une énergie renouvelable : le biogaz. Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l’absence d’oxygène. Cette fermentation appelé aussi méthanisation se produit naturellement (dans les marais, les marécages, etc.), mais aussi provoqué artificiellement dans des digesteurs (pour traiter des boues d’épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc.). La récupération de ce gaz permet de produire de l’énergie et participe à la protection de l’environnement en traitant des effluent ou des déchets organiques. Le processus de fermentation est connu, maîtrisé et largement utilisé depuis longtemps. La découverte de la méthanisation remonte à 1776 lorsque A.VOLTA durant une de ses promenades observa que du gaz se libérait d'un marais. Après avoir étudié ce phénomène et fait plusieurs expériences il mit en évidence que le "gaz des marais" était inflammable. Un peu plus tard (1787), A.L. ...

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Extrait

 / LA METHANISATION LE BIOGAZ

  La méthanisation est utilisée comme moyen de traitement de déchets ou sous-produits        organiques : boues de stations d'épuration, biodéchets municipaux et assimilés, effluents industri , iers et fumiers. Elle permet en effet de transformer la matière organique facilement els lis biodégradable, qui est à l'origine des pollutions organiques et des odeurs. La méthanisation permet d'éliminer la pollution organique tout en consommant peu d'énergie, en produisant peu   de boues et e générant une énergie renouvelable : le biogaz. n biog st le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en Le az e l’absence d’oxygèn ation appe si méthanisation se produit naturellement e. Cette ferment lé aus (dans les marais, les marécages, etc.), mais aussi provoqué artificiellement dans des digesteurs (pour traiter des boues d’épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc.). La    récupération de c gaz permet de produire de l’énergie et participe à la protection de e l’environnement en traitant des effluent ou des déchets organiques . Le processus de fermentation est connu, maîtrisé et largement utilisé depuis longtemps. La   découverte de la méthanisation q .VOLTA durant une de ses remonte à 1776 lors ue A promenades observa que du gaz se libérait d'un marais. Après avoir étudié ce phénomène et fait plusieurs expériences il mit en évidence que le "gaz des marais" était inflammable. Un peu plus tard (1787), A.L. LAVOISIER lui donne le nom de "gas hidrogenium carbonatrum" mais le            terme de "méthane" fut proposé en 1865 et confirmé en 1892 par un grès international de con nomenclature chimique. Au début du XXème siècle, la première installation produisant du     méthane voit le jour à Exeter en Grande-Bretagne, elle permis l'éclairage des rues de la ville. Aujourd’hui, la méthanisation est un processus très pratiqué par le Danemark et l’Allemagne, les   installations collectives ont largement dépassé la cap d’expérimentation.     Principe    Le principe est simple, mais sa mise en pratique est plus compliquée si l'on veut une installation    performante et rentable. Les déchets (fumiers, déchets ménagers, boues, etc.) sont placés à     l’intérieur d’une grosse cuve (appelé digesteur) qui est fermée, chauffée, brassée sans entrée d’air   et à l’abri de la lumière. La majorité des installations de méthanisation fonctionne à une         température de l’ordre de 38 °C (température dite mésophile). Une digestion thermophile (environ 60 °C) est également possible et permet une digestion plus rapide des substrats. Cependant la conduite de l’ins n est pl es coûts sont plus élevés. Le pH dans tallatio us délicate et l le digesteur est maintenu entre 7,5 et 8. Un brassage régulier doit avoir lieu afin d’homogénéiser       les substrats et de favoriser la production de biogaz. Les substrats restent en moyenne 30 à 40 jou ans le digesteur. rs d

 

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  Source : Solag ro         La pa égrada organiques constitue le digesta rtie non d ble des matières t. C’est un prod dori (réduction de la matière fermentescible) et uit déso sé assaini (destruction des germes pathogènes). Il peut être stocké et      manipulé sans odeurs nauséabondes. Le digestat est un amendement idéal        pour l’agriculture et peut être directement épandu sur les champs. Il possède l avantage par rapport au lisier de diminuer considérablement les ’   nuisances olfactives.     

          Composition biogaz La composition du biogaz est similaire à celle des gaz   naturels bruts. C’est   un mélange de méthane, de gaz   carbonique, d’azote et de gaz traces. Selon la nature des déchets traités et les variations climatiques la comp tion   osi az ortion. du biog peut différer en prop    

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Le biogaz issu de cette fermentation peut être valorisé sous quatre formes différentes :             -Production de chaleur en chaudière  Le og - Production d’électricité. bi az est utilisé comme un combustible dans un moteur qui va entraîner un alternateur et produire du courant. Le courant peut être utilisé en      autoconsommation et/ou vendu à l’extérieur (obligation de rachat par EDF de l’électricité produite à partir de sources renouvelables). La chaleur dégagée par le moteur est récupérée et peut être valorisée pour le chauffage de logements ou pour la production d’eau chaude sanitaire.    bura , - Production de car nt - Injection dans le réseau de gaz naturel.        

 

 

 

 

 

Application Cette technique de méthanisation peut s'appliquer :   -aux ordures ménagères brutes ou à leur fraction fermentescible,     -aux boues de stations d'épuration des eaux usées urbaines ou industrielles,              aux déchets org iq els (industrie agro-alimentaire (IAA), cuirs et peaux, -an ues industri chimie, parachimie,…),   -ainsi qu'aux déchets de l'agriculture et de l'élevage (fientes, lisier, fumier,…).   90  

Aspect économique   Il est considéré que la valorisation thermique du biogaz peut être rentable à partir d'un débit de 100 m3/h et peut être envoyé dans un rayon de 2 à 3 km. Le bilan économique se dégrade dès   que la distance entre la source de biogaz et son utilisation s'accroît, mais une bonne rentabilité   peut encore être atteinte si le débit est supérieur.   Concernant la production d'électricité, elle n'est rentabilisable qu'au-delà d'un débit consommé de 400m3/h. Les économies d'échelle font que la rentabilité s'améliore avec la puissance       installée. Le grand avantage de la production d’électricité est sa revente à EDF. C’est le nouvel arrêté    tarifaire du 10 juillet 2006 qui fixe les conditions d’achat de l’électricité produite par les    installations qui valorisent le biogaz. Les tarifs se décomposent ainsi, pour des durées de contrats         de 15 ans : -entre 0,075 et 0,09 euros/kWh, selon la puissance de l’installation,   -prime à l’efficacité énergétique comprise entre 0 et 0,03 euros/kWh,   -prime à la méthanisation de 0,02 euros par kWh.  

Jusqu’en 2006, les économies et recettes tirées de la valorisation de l'énergie intervenaient peu dans l'équilibre économique d'un projet. Celui-ci est conçu avant tout comme un mode de   traitement des déchets. Le biogaz est un sous-produit, de faible valeur économique.      Avec ce nouvel arrêté, les politiques de soutien publi p tent de valoriser le biogaz dans c ermet certaines conditions. Les anciens tarifs ont en effet eu peu de conséquence sur le développement des projets. La révision du prix de rachat de l’électricité « biogaz » en 2006 a notablement fait             évoluer le marché. Le tarif a environ doublé.

Cette rémunération permet de couvrir l’ensemble des sources de production de biogaz tels que      les décharges, le traitement des ordures ménagères, les sous-produits de l’industrie agro- alimentaire et de l’agriculture, et les stations d’épuration urbaine. La p ime à l’effi r cacité énergétique incite à réaliser des installations performantes, bas une utilisation ées sur simultanée de la chaleur et de l’électricité (cogénération).   Il est estimé par exemple que les tarifs d'achat de l'électricité permettent de valoriser le gaz d e décharge dans des conditions d ntes, à partir d'un seuil de l'ordre de 2 MW e rentabilité satisfaisa électriques. Ce seuil est indicatif : il dépend des ons locales, comme le coût du conditi raccordement au réseau électrique. Certains opérateurs pensent qu' pourra descen il dre à 1 MW lorsqu'une expérience suffisante aura été acq uise.

 

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La production de carburant ne peut s’appliquer, quant à elle, qu’à des installations de très grande   taille eu égard aux investissements nécessaire. Elle présente l’avantage de valoriser la production en totalité.    Comme la transformation en carburant, l’injection dans le réseau présente l’avantage d’être une       valorisation totale, qui n’est affecté par aucun rendement de combustion. La chaîne de      préparation et l rep es canalisations de raccordement résentent néanmoins un investissement très lourd et il est adis que l’opération ne peut trouver de rentabilité qu’à partir d g z un débit de bio a ’ brut d’envir h. 22  on 1 000 m3/        La méthanisation et l’environnement Le biogaz est un produit relativement toxiq e (lié nt à la décomposition des plastiques, u notamme des lessives...). Le gaz carbonique, et surtout le méthane (qui a un effet 35 fois plus toxique que le gaz carbonique) contribuent notamment à l'effet de serre. Pour des raisons de sécurité, d’odeur et de lutte contre l’effet de serre, les CET (Centre d'Enfouissement Technique) sont         j d ligation de capter le biogaz émis lors de la fermentation mais, à défaut de possibilité dé à ans l ob ’  (besoins de chaleur), le biogaz est souvent brûlé en torchère. locale de valorisation L'arrêté du 9 septembre 1997 relatif aux décharges de classe II impose la captation du biogaz de   décharge, lorsque celui-ci s’avère nécessaire, et la recherche de solutions de valorisation, ou à défaut, sa destruction par voie thermique au plus tard un an après la fin du comblement.     La méthanisation se caractérise par un bilan énergétique intéressant car elle produit 4,5 fois    g e qu e omme. Une tonne de déchet organique fournit 100 m3 à 160 m3 de l’éner i ’ lle cons biogaz, l’équivalent de 60 à 100 litres d’essence.        sant sous forme de chaleur et de force, ctricité et 340 kWh En la valori on obtient 170 kWh d’éle sous forme d’eau chaude. D’après Solagro, la méthanisation est un des moyens les plus efficaces pour contribuer à réduire l’émission de gaz à effet de serre. Ce procédé produirait en moyenne trois fois moins de CO2 que d'épandre des déchets gricoles. a Cette technique de traitement des déchets et effluents polluants présen ractéristique très te la ca particulière de produire de l'énergie au lieu d'en consommer.    La méthanisation permet également de se substituer à l’incinération, rejetée souvent par la    population. De plus, par rapport au compostage, elle limite les odeurs et demande trois fois          moins d’espace. Même si le coût est environ 40 % supérieur à un simple compostage, avec la        vente d’électricité l’amortissement est vite réalisé.       

                                                  22   Source : Solagro      

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Etat des lieux du Biogaz en France, en Midi-Pyrénées et au Pays ud Toulousain S En Europe, la production de biogaz à partir de la biomasse (hors déchets et boues d’épuration) est encore peu développée et ne représe aujourd’hui que 10 % de la production totale ; soit nte environ 0,4 Mtep 23  (les stations d’épurations industrielles représentant quant à elles 35 % de la production, les stations d’épuration urbaines 20% et les centres de stockages de déche %). ts 35 En terme de production de biogaz, la France se situe largement derrière les deux premiers     producteurs européens (Royaume-Uni et Allemagne) mais elle possède néanmoins le plus gros   potentiel du fait de l’importance de son agriculture. Toutefois, seuls 150 000 tep/an de biogaz     ance dont l'essentiel provient d ép sont actuellement valorisées en Fr es stations d' uration urbaines et industrielles. Les effluents agricoles ne représentent qu’une très faible part du biogaz valorisé :    ils ne correspondent qu'à environ 100 tep.     Le potentiel de production de biogaz (à partir de la fermentation de résidus de culture, de fumiers et de lisiers) s’élèverait pourtant, en France, à 18 Mtep, soit la moitié de la     consommation nationale de gaz naturel. Il serait en effet possible de réaliser 50 000 à 100 000   installations de fermentation qui produiraient une moyenne de 10 m3/heure, soit 100 kWh. Il   en existe aujourd’hui moins de 10, contre plus de 2500 en All ag ù la fil em ne o ière de la valorisation du biogaz agricole est en plein essor. Le fort potentiel du biogaz est donc aujourd’hui sous-exploité dans notre pays.   La France est en retard par rappo ropé Alors que le Danemark, la rt à ses voisins nord eu ens. Suède, Allemagne et la Suisse ont développé la méthanisation à l'échelle de leurs territoires, ce l' procédé reste peu répandu dans no pays texte énergétique français, dominé par tre . Le con  nucléaire, a constitué un frein au développement de la valorisa rgétique l'énergie tion éne des  ains, industriel agricoles. déchets urb s et      Aujourd’hui en France, le parc d’installations de valorisation se co pose de m :                                                                     23   Tep : tonne équi p 11 628 kWh   valent étrole =  

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 -

103 sites industriels et IAA pour les effluents industriels             

       Source : SINOE données 2005      

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 -

 ep urbaines (Station d'épuration des Eaux Usées) 60 à 68 st

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  - 11 sites de traitement de déjections d’élevage (représenté en bleu sur la carte) et de    nombreux projets, environ 39 en 2008 (représenté en rouge)     

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    Source : ADEME    

         

                     

 

  - 6 unités de méthanisation de déchets ménagers :Amiens, Varennes-Jarcy, Le    Robert, Calais, Lille, Montpellier. (d’autres réalisation n co s)   s sont e ur

Source : ADEME    

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En Midi-Pyrénées, la production de chaleur is iog z provient du traite sue du b a ment des boues de stations d'épuration des eaux usées urbaines ( ) et ets industriels 16% des déch traités dans les stations d'épuration industrielles (84%). En 2006, la p n régionale est roductio de 9 GWh. Cette production représente 1,4% de la production nationale.   Quant à la production d’électricité, la production nationale à partir du biogaz est de l'ordre     de 503 GWh (soit 43 ktep) en 2006. En Midi-Pyrénées, la production est de 1 050 MWh (soit   0,2% la production nationale) en 2006. de    

Production de biogaz yrénées en 2006 en France et en Midi-P

    Source : OREMIP                                                                                                                                                Réalisation : C. Granzotto  

1.  La méthanisation en gricul a ture

  En France       C’est dans le secteur agricole que le potentiel de la méthanisation est le plus important (300   millions de tonnes de lisiers et fumiers sont produits en France chaque année). Ainsi, les déchets        produits par l’élevag st h plus important que ceux produit par la population humaine.   e e uit fois La méthanisation est une technique très prometteuse pour les élevages. Elle est très développée   en Allemagne, en Autriche, au Danemark et en Suisse. La France, du fait de son agriculture, détient le plus gro potentiel de production de biogaz en Europe. Avec 300 millions de s tonnes de déjec élevag par an, le gisement d’énergie mobilisable atteindrait 3 à 4 millions de tions d’ e tep/an à l’horizon 2020. s 276 000 tep de biogaz valorisées en France (source Pourtant sur le

 

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