La méthanisation : le biogaz
Maîtrisée depuis un siècle pour diminuer la charge en matière organique des boues de station d’épuration urbaines, des effluents industriels, et plus récemment des déchets organiques ménagers, la méthanisation est également une voie de conversion de la biomasse en énergie.
Illustration ADEME
Sur cette page : De la méthanisation au biogaz
Le gisement valorisable en France
Le biogaz, un proche parent du gaz naturel d'origine fossile
Un gaz polyvalent
Les enjeux de la valorisation
Une énergie renouvelable qui pollue lorsque l'on ne s'en sert pas
Méthanisation en milieu rural
Le méthane-carburant
Les tarifs d'achat
DE LA METHANISATION AU BIOGAZ
Ce gaz qui sommeille dans nos déchets
La méthanisation produit :
- du biogaz, un proche parent du gaz naturel fossile
- un résidu stabilisé et désodorisé dont la valeur agronomique n’est pas altérée. Il peut être valorisé sous forme solide (compost) ou liquide.
La biomasse est traitée dans un digesteur dont le volume varie de quelques centaines à plusieurs milliers de m3. La fermentation dure de 1 à 3 semaines.
Un digesteur peut traiter des substrats homogènes ou des mélanges, ce qui offre des opportunités pour traiter, à l’échelle d’un bassin de vie, divers types de déchets organiques (agricoles, industriels, municipaux) tout en produisant une énergie renouvelable valorisable et un fertilisant. Des quantités importantes de biogaz sont également produites par les décharges de déchets ménagers.
LE GISEMENT VALORISABLE EN FRANCE
La méthanisation produit 500 m3 en moyenne de méthane par tonne de matière organique dégradée.
Avec une vingtaine d’installations par département, le gisement potentiellement valorisable en France est de l’ordre de 3,5 M Tep/an, à comparer aux 2,5 M Tep/an produit par le gisement fossile du gaz de Lacq.
Cette estimation (SOLAGRO) prend en compte l’énergie générée - ou susceptible de l’être - par les digesteurs dédiés au traitement de déchets ménagers, agricoles, de cultures énergétiques ...
Gisement valorisable en France en TEP/an
nombre de
sites production actuelle nombre de
sites potentiels production récupérable
Stations d’épuration urbaines 180 65 000 200 150 000
Station d’épuration industrielles et industries agro-alimentaires 64 64 000 400 800 000
Décharges 5 19 000 140 300 000
Méthanisation de déchets solides et assimilables (dont industries agro-alimentaires) 1 1 900 270 1 000 000
digesteurs agricoles 10 100 1 000 1 000 000
TOTAL 260 150 000 2 010 3 250 000
LE BIOGAZ, UN PROCHE PARENT DU GAZ NATUREL D'ORIGINE FOSSILE
Le biogaz est principalement composé de méthane (CH4), constituant majeur du gaz naturel de gaz carbonique, et d’autres gaz à l’état de traces, en particulier l’hydrogène sulfureux (H2S).
UN GAZ POLYVALENT
Le biogaz peut être utilisé brut ou épuré (raffiné).
En France, une infime partie du biogaz produit est valorisé sur les sites mêmes de production, en électricité ou chaleur (cogénération) et sans épuration préalable dans des matériels adaptés. On peut également produire du froid et de l’énergie mécanique.
Épuré et mis en conformité avec le gaz du réseau, le gaz peut être :
- utilisé sur les équipements standards
- distribué sur les gazoducs existants, ce qui démultiplie le nombre d’utilisateurs potentiels, ceux-ci pouvant être désormais éloignés des sites de production. L’injection autorise également une valorisation permanente de l’énergie, celle-ci étant stockée par le réseau
Une épuration plus poussée permet de valoriser le biogaz sous forme de méthane carburant, ce qui nécessite de le comprimer à 250 bars pour réduire le volume de stockage.
ENJEUX DE LA VALORISATION DU BIOGAZ
- Valoriser un gaz naturel renouvelable, gaz naturel dont nous sommes importateurs à plus de 90 %
- Réduire les émissions de gaz à effet de serre.
UNE ENERGIE QUI POLLUE LORSQUE L'ON NE S'EN SERT PAS
Quelqu’en soit l’origine, le biogaz non valorisé contribue, du fait de ses fortes teneurs en méthane, à l’effet de serre.
L’incidence du méthane (CH4) est en effet 11 fois plus forte que celle du gaz carbonique.
En revanche, le gaz carbonique (CO2) libéré par la combustion du méthane issu de biogaz, n’a pas d’impact sur l’effet de serre. Ce CO2 provient du CO2 stocké par la matière organique lors de la photosynthèse. Il n’y a pas « destockage » de CO2 supplémentaire, ce qui est le cas pour les gisements fossiles, mais transfert dans le cadre du cycle du carbone : CO2 - photosynthèse - biomasse - méthanisation (CH4) - combustion - (CO2 + H2O)
Production de biogaz Electrique Thermique
1999 213 GWh 62 kTep
2000 (estimé) 346 GWh 63 kTep
Production en Tep 1998 1999 2000 Objectif 2006
Biocarburants 261 000 280 000 335 000 473 000
Biogaz (tous gisements) 84 000 104 000 140 000 300 000
Sources : Solagro
METHANISATION EN MILIEU RURAL
De nouveaux débouchés pour l’agriculture, des synergies entre communes, agriculteurs, et entreprises...
L’idée de traiter conjointement des déchets organiques et des plantes énergétiques, spécialement cultivées pour leur aptitude à produire du méthane a été avancée par SOLAGRO et étudiée dans le cadre du programme interdisciplinaire AGRICE (agriculture pour la chimie et l’énergie). Depuis, divers organismes développent des études sur la méthanisation combinée.
Objectif : vérifier dans quelles conditions la méthanisation est une alternative intéressante qui permette de résoudre à l’échelle d’un bassin de vie, le problème de la gestion des déchets organiques des communes, des entreprises et de l’agriculture (lisiers, résidus de cultures), tout en offrant de nouveaux débouchés aux agriculteurs .
En 1995, SOLAGRO a réalisé l’éco-bilan de la filière méthane-carburant issu de biomasse agricole afin de faire des comparaisons avec les autres biocarburants (une plaquette présentant cet éco-bilan a été éditée par l’ADEME en 1996 : plaquette n° 2134 « méthane carburant issu de biomasse agricole »).
METHANE-CARBURANT
Du GNV « fossile » au GNV contemporain et renouvelable
Le gaz naturel pour véhicules (GNV) connaît un essor sans précédent dans le monde, impulsé par les politiques de réduction de pollution urbaine.
On compte aujourd'hui près d'un million de véhicules fonctionnant au méthane comprimé dans le monde principalement en Russie, en Italie, où cet usage est traditionnel, et en Nouvelle-Zélande. La filière est en développement rapide aux États-Unis (3 nouvelles stations de distribution par semaine), en Argentine (parc passé de 10.000 véhicules en 1984 à 160.000 aujourd'hui). La plupart des pays développés et de nombreux pays du Tiers- monde lancent d'ambitieux programmes GNV, du Canada à la Malaisie, du Brésil à la Grande-Bretagne.
La France est restée longtemps à la traîne , préférant miser sur les bio-carburants ou les véhicules électriques. Mais la situation évolue. Depuis l’opération pilote de Nantes, une dizaine de stations de distribution ont été mises en service ces dernières années à Toulouse, Valence, Lyon, Marseille, Lille, Paris... On compterait plus de 500 véhicules fonctionnant au méthane-carburant, dont 3 bus.
La mise au point de techniques d’épuration adaptées au biogaz, validées dans le cadre d’opérations pilotes de démonstrations mises en place à Lille et Tours, ouvrent des perspectives de valorisation à ce carburant renouvelable.
Un carburant propre
Le méthane (CH4) est l’hydrocarbure qui possède la plus courte chaîne carbonée :
Par rapport aux autres carburants pétroliers, sa combustion permet une réduction de 65 % des monoxydes de carbone et de 30 % des oxydes d’azote.
Par ailleurs, l’utilisation du méthane issu de biogaz comme carburant répond à un certain nombre de préoccupations économiques, écologiques et énergétiques :
- mobilisation d'une énergie renouvelable au moment où se pose la question de l'épuisement des gisements fossiles,
- réduction de notre dépendance énergétique (le secteur des transports, dépendant à 96 % des importations, consomme 54 millions de Tep / an),
- limitation des pollutions atmosphériques liées aux rejets de biogaz non valorisés.
Le développement de la filière méthane carburant issu de biogaz se pose désormais plus en termes de marketing et d'industrialisation, qu'en termes de recherche et de développement.
Viabilité économique en vue
Le coût de l’utilisation du méthane issu de biogaz est la somme des coûts de 3 opérations distinctes : l’épuration, la compression-stockage-distribution et la conversion des véhicules.
Coûts indicatifs
Épuration : 0,29 € par m3 pour une capacité de 50 m3/h, 0,46 € si l’installation fonctionne au quart de sa capacité.
Compression - distribution - stockage : proche de 0,61 € TTC aujourd’hui - 0,12 €/m3 à terme (10 ans) source CCPCS (Commission consultative pour la production de carburants de substitution).
Conversion : 2 100 € pour véhicules essence, 13 700 € pour véhicules diesel , bus ou poids lourds.
Sans tenir compte des effets macro-économiques du développement de la filière, réduction de la facture énergétique, création d’activités économiques nouvelles, et rentrées fiscales, le coût du méthane carburant issu de biogaz à la pompe peut être avant 10 ans au niveau compétitif de 0,61 € TTC / m 3 (1 m 3 = 1 litre d’essence ).
Cette page a été réalisée en collaboration avec l’association SOLAGRO
TARIFS D'ACHAT DU KWH
Filière Durée des contrats Fourchette de tarifs pour les nouvelles installations (métropole)
Combustion de matières fossiles végétales (biomasse) 15 ans 4,9 c€/kWh + prime à l'efficacité énergétique comprise entre 0 et 1,2 c€/kWh.
Méthanisation 15 ans 4,6 c€/kWh + prime à l'efficacité énergétique comprise entre 0 et 1,2 c€/kWh.
Biogaz de décharge 15 ans 4,5 à 5,72 c€/kWh selon la puissance + prime à l'efficacité énergétique comprise entre 0 et 0,3 c€/kWh.
Déchets ménagers sauf biogaz 15 ans 4,5 à 5 c€/kWh + prime à l'efficacité énergétique comprise entre 0 et 0,3 c€/kWh.
Cogénération 12 ans 6,1 à 9,15 c€/kWh environ en fonction du prix du gaz, de la durée de fonctionnement et de la puissance.
Tableau de synthèse des tarifs d'obligation d'achat de l'électricité produite par les énergies renouvelables prévus par la réglementation
DGEMP - Dideme - Août 2002