Eplefpa de Raismes - Lycée professionnel horticole

Retour page d'accueil

Méthanisation / Biogaz

 

         La méthanisation : Procédé qui avait connu une première expansion au début des années 80, elle était depuis en repli, notamment en raison des longs temps de retour d’investissement. Le mouvement général en faveur du développement durable, en plaçant la méthanisation dans le groupe des énergies renouvelables, ainsi que des prix de rachats attrayants de l’électricité produite à partir du biogaz, ont complètement relancé l’intérêt pour cette technique. De nombreux projets sont aujourd’hui à l’étude. Ils tardent toutefois à se matérialiser par autant de réalisations.

 

Contexte et enjeux 

 

Traitement biologique des substrats organiques, la méthanisation permet la production conjointe d'un digestat présentant une qualité agronomique intéressante et d'un biogaz riche en méthane valorisable en substitution d'énergies fossiles et/ou fissiles.

Au regard des enjeux de production d'énergies renouvelables et de valorisation des déchets fermentescibles fixés par le Grenelle de l'environnement, la méthanisation connaît un nouvel essor en France.

Particulièrement développée dans le milieu industriel ou les stations d'épuration urbaines, l'agriculture et les collectivités locales en charge de la gestion des déchets se sont réappropriés cette technologie qui permet une valorisation agro-énergétique de la biomasse.

Une étude prospective, commanditée récemment par l'ADEME, a donné les perspectives de développement suivantes :

  • un triplement de la production de biogaz dans des installations de méthanisation entre 2008 et 2020 pour atteindre près de 5,5 TWh ;
  • une croissance moyenne de 5 à 20 unités agricoles par an d'ici 2020 ; 
  • la mise en route de 15 unités urbaines (ordures ménagères) d'ici 2015 puis un rythme annuel de 1 à 3 supplémentaires jusqu'à 2020 ;
  • un développement de 1 à 5 installations par an dans le secteur industriel sur cette même période.

Le développement de la méthanisation est cependant très lié au contexte réglementaire, technique et économique dans un marché fluctuant tant pour le coût du traitement des substrats organiques que pour les tarifs des différentes énergies.

 

       

 

Cadre réglementaire

 

Le guide des démarches administratives pour la réalisation d'une unité de méthanisation à la ferme réalisé par Rhônalpénergie Environnement, avec le soutien de l'ADEME, la Région Rhône-Alpes et les fonds européens IEE a permis de compléter cette première approche pour les porteurs de projets agricoles.

Le site de l'INERIS permet d'accéder aux prescriptions fixées par l'Administration pour l'exploitation d'unités de méthanisation.

Les installations de méthanisation sont désormais classées au titre de la protection de l'environnement sous la rubrique 2781.

 

 Aides financières

 

Les soutiens financiers au développement de la méthanisation prennent plusieurs formes :

  • des aides à l'investissement accordées au cas par cas dans le cadre de politiques nationales ou locales (Région, ADEME, et/ou des départements)
  • des aides au fonctionnement par le biais du soutien à la valorisation du biogaz. A l'heure actuelle, seule la vente d'électricité à partir de biogaz (cogénération) est encadrée par un arrêté tarifaire en date du 19 mai 2011.

 

Approche technique

 

   

La méthanisation est un processus naturel de dégradation de la matière organique en absence d'oxygène. Elle fait intervenir des micro-organismes constitués uniquement de bactéries anaérobies.

Le processus de méthanisation comprend quatre étapes :

  • l'hydrolyse des macromolécules en monomères simples ;
  • l'acidogénèse qui transforme ces particules simples en acides gras volatils et en alcool acide organique ;
  • l'acétogénèse conduisant à la formation d'acide acétique ;
  • la méthanogénèse aboutissant à la production de méthane et de gaz carbonique.

Au terme de la dégradation, la matière organique est transformée en deux sous-produits :

  • le digestat, amendement organique, présentant une valeur fertilisante et agronomique, intéressante ;
  • le biogaz, gaz saturé en eau et composé de 45 à 90 % de méthane et de 10 à 40 % de CO2.

Pour atteindre les conditions optimales d'exploitation de l'unité de méthanisation, plusieurs paramètres sont à suivre régulièrement pour permettre à la flore bactérienne de se développer dans des conditions physico-chimiques adaptées.

Le guide méthodologique pour le suivi d'une unité de méthanisation agricole réalisé par Biomasse Normandie et l'APESA pour le compte de l'ADEME (Juil. 2009 - PDF - 55 p.) liste de façon exhaustive les différents paramètres et les indicateurs de performance associés.

Pour disposer d'une première approche technique, les porteurs de projets agricoles peuvent s'appuyer sur un logiciel de pré-dimensionnement téléchargeable sur le site de l'ADEME. Néanmoins, la validation des choix techniques de dimensionnement et de process (liés à la nature et aux flux de substrats à traiter, au dispositif de valorisation du digestat et du biogaz envisagés, aux contraintes d'implantation ou de gestion propres à l'exploitant) passe par une étude de faisabilité complète intégrant toutes les étapes du process.

 

Projet d’implantation d’une unité de méthanisation sur le Site de l’EPLEFPA de Raismes.

        

La production d’énergie renouvelable à mener en continuité avec une politique d’économie d’énergie et d’efficacité énergétique sur l’exploitation permet :

 

une réflexion sur une nouvelle place de l’agriculture dans la société : fournisseuse de services énergétiques au territoire et de traitement des déchets…

des études de développement local (mobilisation des acteurs, les politiques), des enquêtes sur gisements de substrats et valorisation des déchets, débats sur la concurrence énergie /alimentation => vers une éducation pour un Développement Durable

de développer de nouvelles formations, d’enrichir des modules spécifiques (EIE, MAR…), la pluridisciplinarité (professeurs de physique-chimie, biologie, agroéquipement, agronomie, IAA…)

doit servir les missions de production, démonstration, d’animation du territoire, de formation de l’atelier de l’EPLEFPA.

 

Méthanisation

 

Une unité de méthanisation de petite puissance (36 kW) pourrait être implantée à côté de la plate forme de compostage. La méthanisation envisagée est en phase sèche et par batch. Quatre digesteurs sont alimentés par intermittence et cela permet une production constante de biogaz. Cette unité serait alimentée par la biomasse de l’activité « production », les déchets verts de l’activité « aménagement », ainsi que des déchets venant d’entreprises paysagistes locales, de services d’espaces verts des communes limitrophes et le fumier d’un agriculteur ou d’un manège de proximité.

 

L’énergie électrique produite sera revendue à EDF.

L’énergie thermique produite servira à chauffer les digesteurs et à sécher des plaquettes de bois.

Cette unité de démonstration sera instrumentée pour servir d’outil de travaux dirigés et pour former sur la méthanisation des déchets verts, des bio déchets et des déchets agricoles.

La quantité de déchets utilisée pour la méthanisation sera comprise entre 1500 tonnes été 2000 tonnes par an.

 

    

 

        Des intérêts pédagogiques certains

 

Objectifs pédagogiques formations de la 3ème agricole

au futur BTSA Travaux Paysagers par la voie de l’apprentissage

 

 

Rappeler les notions de chimie de l’eau et des boues

Comprendre les principes physiques et chimiques de la méthanisation de déchets

Avoir une bonne idée des déchets organiques susceptibles d’être traités

Avoir une compréhension d’un méthaniseur et des paramètres principaux de sa conduite

Découvrir les aspects réglementaires

Comprendre le positionnement technologique et économique de la méthanisation

Etudier les différentes technologies et filières de méthanisation

 

Développer la démarche scientifique et l'autonomie à travers une démarche d'investigation

Apporter un regard objectif et contribuer à renforcer l'éducation à l'environnement vers un développement durable

Calculs et réglages de base

Principaux dysfonctionnements

Qualité et traitement du Biogaz

Valorisation potentielle de l’énergie produite

 

Les modes de valorisations

La valorisation électrique : moteur à gaz et moteur dual-fioul; vente d’électricité

La valorisation des digestats selon leur nature (liquide ou solide).

La valorisation de la chaleur : le chauffage du digesteur, le réseau de chaleur

Les éléments de méthode permettant d’analyser et monter un projet

Les conditions techniques de la méthanisation : alimentation et brassage du digesteur

 

Processus biologique de la digestion anaérobie et produits de la digestion

La conduite d’un méthaniseur

Autres utilisations du biogaz

Les coproduits et la sécurité d’une installation de méthanisation vis à vis des tiers et du matériel

Les démarches préliminaires

La prime à l'efficacité énergétique

Les équilibres économiques