Vous êtes

Sélectionner

Réduire la taille texte Rétablir la taille du texte par défaut Agrandir la taille du texte Partager cette page Favoris Courriel Imprimer

Méthanisation des déchets organiques

Définition de la méthanisation

La méthanisation, également appelée digestion anaérobie, est un processus de dégradation microbienne au cours duquel la matière organique complexe est transformée en un biogaz composé de méthane et de dioxyde de carbone et en un résidu solide ou liquide appelé digestat.

Contexte européen et français

L'Europe compte plus de 7000 installations de méthanisation traitant divers types de substrats. La production d'énergie primaire de biogaz de l'Europe des 27 s'élève à 8346 ktep (kilo tonne équivalent pétrole) dont plus de la moitié pour la seule Allemagne, leader européen.

Installation de méthanisation
En France, le développement de la méthanisation est beaucoup plus restreint qu’en Allemagne, malgré un gisement de matière organique important :
15 millions de tonnes de déchets pour le secteur agroalimentaire, 50 millions de tonnes de déchets municipaux et environ 150 millions de tonnes de déjections animales. En 2007, la France compte 200 sites de méthanisation pour une production de biogaz estimée à 310 ktep, la moitié provenant des décharges, l'autre des stations d'épuration.

Malgré les freins administratifs, le développement de la filière est en route. Le gouvernement français encourage l’accélération des projets afin d’atteindre son objectif de production de 23 % d'énergies renouvelables dans sa consommation énergétique en 2020, avec la mise en place de dispositifs de soutien renforcés :

  • d’une part, le biogaz issu de la méthanisation peut être injecté dans les réseaux de gaz naturel depuis la parution des textes réglementaires de l'été 2011 ;
  • d’autre part, le tarif de rachat de l’électricité produite à partir de biogaz a été réévalué en 2011, portant ce tarif à 20 c€/kWh dans le meilleur des cas (contre 15 c€/kWh en 2006).

Pourquoi méthaniser nos déchets ?

La méthanisation, encore sous-utilisée aujourd'hui, apparaît comme une réponse à la double problématique de la gestion des déchets et du développement des énergies renouvelables.
Grâce aux réactions biologiques, la méthanisation entraîne une diminution considérable de la charge organique, donc de la charge polluante du déchet digéré, transformée en biogaz, énergie renouvelable substituable aux énergies fossiles.
La méthanisation affiche alors un bilan environnemental plus favorable que les autres filières de gestion des déchets organiques : mise en décharge ou compostage direct pour les déchets ménagers, stockage et épandage pour les effluents d’élevage.
La méthanisation permet de faire des économies quand les prix de l'énergie fossile sont au plus haut. Comment ? Le biogaz peut être utilisé pour produire de l'électricité, mais il peut aussi être utilisé en cogénération pour chauffer des bâtiments, produire de l'eau chaude ou encore chauffer de l'air. Après une étape d’épuration, il peut même être injecté dans le réseau de gaz naturel. Les avantages économiques peuvent se résumer ainsi : la méthanisation permet de garantir une relative indépendance énergétique en supprimant une partie des frais liés à l′énergie (électricité, chauffage) tout en valorisant un déchet et en délocalisant nos sites de production d’énergie sur le territoire.
Les digestats, résidus solides et liquides générés par les procédés de méthanisation des déchets, contiennent généralement de la matière organique résiduelle et des éléments fertilisants valorisables par épandage agricole. Ils peuvent alors être utilisés sous la forme d’un amendement organique ou d’un fertilisant.

Vers l’optimisation des procédés

La méthanisation est un processus biologique complexe qui nécessite la mise en place de certaines conditions physico-chimiques pour lesquelles la réaction biologique est optimisée.

Mesurer le potentiel méthanogène des déchets

Pour optimiser la méthanisation, estimer la quantité potentielle de méthane que dégagera un gisement de biomasse est essentiel. Actuellement, la mesure se fait par le test Biochemical Methane Potential (BMP). Il consiste en une fermentation d'un échantillon qui dure généralement 1 mois, parfois plus suivant le type de déchet. Dans un contexte industriel, cette durée est trop longue et génère de nouvelles contraintes : gestion de stocks, risque d’accepter des déchets faiblement biodégradables, voire toxiques.
Aujourd’hui deux minutes suffisent pour caractériser un déchet organique grâce à la spectrométrie proche infrarouge (SPIR) utilisée par les scientifiques du centre Irstea Montpellier. Pour son application à la méthanisation, elle présente l’avantage d’analyser globalement la matière organique, après une rapide préparation d’échantillon et de calculer le potentiel méthane en quelques minutes seulement. L’accès quasi-immédiat à la valeur du potentiel méthane permettra une optimisation des procédés de production de méthane. Le risque de méthaniser un déchet faiblement biodégradable sera diminué et les mélanges de déchets plus optimaux et les processus de codigestion mieux maîtrisés.

Maximiser le travail des micro-organismes

Préparation en laboratoireLa dégradation des déchets en conditions anaérobies repose sur une succession de réactions catalysées par des micro-organismes. Ces micro-organismes, difficilement cultivables par les techniques de microbiologie traditionnelles, sont mieux connus depuis les années 90 grâce aux techniques de biologie moléculaire. Aujourd’hui, il faut approfondir les connaissances sur leur fonctionnement afin d’améliorer la gestion des bioprocédés. Pour cela, les chercheurs d’Irstea Antony s’intéressent de près à la cellulose. De par sa forte représentativité (elle et ses dérivés sont présents dans près de la moitié des ordures ménagères), la cellulose permet de simplifier l’étude de la dégradation des déchets, mais aussi d’activer les différentes étapes de la digestion anaérobie ainsi qu’une importante variété de micro-organismes. Concrètement, les scientifiques appliquent des perturbations - température, apport de biomasse exogène, préadaptation des micro-organismes par exemple - appelés leviers environnementaux, à des digesteurs de cellulose qui simulent en laboratoire les digesteurs de déchets industriels.

iIage microscope microorganismes

L’objectif est d’observer les répercussions sur les micro-organismes et sur les performances de dégradation : meilleure dégradation, plus forte production de biogaz, stabilité des digesteurs. Ces recherches permettent de mieux comprendre le fonctionnement de l’activité microbienne de la digestion anaérobie, afin d’évaluer les possibilités d’orienter les étapes de la dégradation des déchets par telle ou telle voie métabolique en vue de son optimisation.

 

La principale limite de la méthanisation : son coût !

Même si l'État incite agriculteurs, collectivités, industriels à valoriser leurs déchets organiques via la méthanisation, des freins, surtout économiques, subsistent. Les coûts d'installation d'un méthaniseur, son temps d'amortissement sont lourds à supporter.

Le coût d'une installation est très variable selon sa taille et sa configuration, mais des économies d’échelle peuvent être réalisées en regroupant plusieurs exploitations agricoles ou en construisant des installations collectives traitant à la fois des déchets agricoles, des déchets industriels et des déchets urbains.

Le projet Biodecol piloté par le centre de Rennes s’intéresse justement à la mutualisation du traitement des biodéchets pour optimiser leur valorisation. Grâce à un inventaire spatialisé, chaque ressource est cartographiée en la rapportant à une unité représentant son potentiel énergétique (tonne équivalent pétrole). Cette démarche originale repose sur la mise en œuvre de techniques de géolocalisation très précises : un inventaire complet des exploitations agricoles par imagerie aérienne et l’identification des résidus de récolte par l’analyse d’images satellites. Cet inventaire spatialisé des ressources donne une carte qui tient compte d’une distance de collecte réaliste pour chaque ressource et qui prend en considération les contraintes réglementaires (zones naturelles, distances aux habitations...). Cette approche permet de déterminer les zones préférentielles d’implantation d’un méthaniseur grâce à un outil de simulation spatialisé.