Biogaz

Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène.

Cette fermentation nommée aussi méthanisation se produit naturellement (dans les marais) ou spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques, mais on peut aussi la provoquer artificiellement dans des digesteurs (pour traiter des boues d'épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc. ).

Le biogaz est un mélange composé principalement de méthane (typiquement 50 à 70%) et de gaz carbonique, avec des quantités variables d'eau, du sulfure d'hydrogène (H₂S). On peut trouver d'autres composés provenant de contaminations, surtout dans les biogaz de décharges.

L'énergie du biogaz provient seulement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie fossile particulièrement courante qu'est le gaz naturel qui lui contient principalement du méthane mais également du butane, du propane et d'autres éléments. On peut aussi utiliser le terme biométhane.

On peut distinguer 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 d'autant plus intéressante que le méthane est un gaz à effet de serre énormément plus puissant que le dioxyde de carbone (CO₂) produit par sa combustion.

Sources de biogaz

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

• Les décharges : leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée selon l'étanchéité du mode d'exploitation. En France, la récupération du biogaz de décharge est obligatoire depuis des années. Sa valorisation énergétique devrait être une obligation. La simple destruction en torchère n'est qu'un pis-aller. C'est ainsi plusieurs milliers de m³/h de méthane qui pourraient être récupérés et utilisés sur les grandes décharges (1 m³ méthane = 1 litre d'essence !)
• La collecte sélective des déchets putrescibles 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 autorise 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 également des autres déchets agricoles : résidus de culture et d'ensilage, effluents de laiteries, retraits des marchés, gazons etc.
• Les effluents des industries agroalimentaires peuvent aussi être méthanisés. L'objectif est essentiellement 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 entrepris il y a plus de 40 ans et désormais développé à grande échelle.

Effet de serre

Le biogaz est constitué principalement de méthane (CH₄) dont l'effet de serre est particulièrement 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) 23 fois supérieur à un kilogramme de dioxyde de carbone.

Utilisations et avantages

Le biogaz est un biocarburant présentant de nombreux avantages :

• réduction des émissions de gaz à effet de serre, comme indiqué ci-dessus.
• substitut à d'autres énergies exogènes (fossile 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 beaucoup amoindri, et la fermentation diminue le pourcentage de matière sèche, servant à diminuer le volume à transporter et épandre.
• Il peut aussi être injecté sur le réseau de gaz naturel. C'est la solution qui offre le meilleur rendement énergétique, si le réseau est assez proche du point de production. Cette solution se heurte aux réticences des groupes gaziers, comme l'a été l'injection d'électricité renouvelable pour EDF. En France, l'Afsset a récemment conclu que l'injection de biogaz épuré dans le réseau ne posait pas de problème sanitaire spécifique^[1].

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 4000 installations en Allemagne), et fréquemment de la chaleur en cogénération, mais une trigénération est envisageable.
• alimentation de centrale thermoélectrique, cimenterie, chaufferie collective... ) lorsqu'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).
• reconstituage 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 beaucoup suffisant, par conséquent 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, surtout les composés soufrés.

Au Mali, des projets pilotes ont été menés dans des zones isolées et auprès de populations beaucoup analphabètes, 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 perfectionner les conditions de vie par d'autres apports en énergie (réfrigération surtout). La pression sur les ressources ligneuses a diminué et le compost produit a été utilisé pour fertiliser les sols. Un appui financier reste indispensable pour la mise en place du dispositif (équipements, installation, formation) Production et usage de biogaz dans 4 communes de la région de Kayes (Mali)

Biogasmax : l'énergie des déchets pour un transport urbain environnemental

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 diminuer 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 ainsi qu'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 pour diminuer les barrières à l'entrée, qu'elles soient techniques, opérationnelles, institutionnelles ou réglementaires. Les connaissances acquises seront diffusées sur la totalité de l'Union Européenne, particulièrement 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 par conséquent 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, mais aussi d'un ensemble de partenaires publics et privés dans les pays concernés : opérateurs de gestion des déchets et de l'énergie essentiellement.

La plupart des expériences les plus abouties aujourd'hui 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 localisé sa stratégie propre et ses objectifs comme il est indique 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 la totalité de la communauté intéressée, au fur et à mesure du projet et aussi à travers d'opérations ponctuelles de dissémination.

Ave 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 [2]. Les news et les téléchargements sont régulièrement mis à jour.

Bibliographie

• 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 dispositifs 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

Liens externes

Associations, Forum, documents

• Air Liquide Techniques Avancées - Biogaz
• Site officiel du projet européen biogasmax
• Techniques de bioconversion : la méthanisation Thibaut Chaslerie, IUT Génie thermique et énergie, 2001-2002. Site contenant une monographie et des références bibibliographiques et des ressources internet.
• Portail Biogaz destiné aux professionnels
• Association EDEN de promotion du biogaz - fiches techniques sur la méthanisation agricole
• Fachverband Biogas eV Site de l'association allemande du biogaz agricole
• Thermophilic Biogaz Produit
• Projet européen de développement de la méthanisation agricole
• http ://www. bioprofarm. eu/article. php?id_article=47 Carte des unités agricoles de biogaz
• Développement de Projets de Biogaz en Espagne DMK INGENIERIA, S. L.
• http ://www2. ademe. fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=15555 Site de l'ADEME consacré à la méthanisation

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