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La méthanisation - Partie 2 : Description des procédés

Lectures : 115129 janvier 2016

2.1. Equipements principaux

Une unité de méthanisation comprend principalement :

  • des équipements de séparation des impuretés en tête d’unité selon les matières traitées,

  • le mélangeur/malaxeur permettant l'introduction homogène de la matière organique dans le digesteur,

  • le digesteur,

  • un système de brassage mécanique (simple ou multiple), pneumatique par injection de biogaz, hydraulique par recirculation des matières,

  • les systèmes d'extraction et de pressage (et éventuellement de pasteurisation) du digestat,

  • le système de traitement, stockage et valorisation du biogaz : déshumidification, production d’électricité, etc.

  • éventuellement, un lagunage ou traitement d’épuration des excédents hydriques,

  • éventuellement, des équipements de maturation par compostage et des équipements d’affinage du digestat.

2.2. La production du biogaz

Les principales variantes

La méthanisation est un processus endothermique qui se déroule en enceinte fermée (appelée digesteur, fermenteur, ou réacteur) généralement calorifugée afin d'y maintenir une température constante. C’est la plupart du temps la chaleur de cogénération qui permet de chauffer le digesteur (besoin : de 10 à 15 % de l’énergie primaire). Les procédés se distinguent principalement :

Selon la teneur en matière sèche

  • Les procédés à voie humide (< 15 % de matière sèche) : on retrouve ces types de procédés pour les effluents dits liquides (boues, lisiers, …). Ils peuvent être utilisés pour les déchets solides, lesquels nécessitent alors une dilution.

  • Les procédés à voie sèche (15 % à 40 % de matière sèche). Les procédés en voie sèche ont surtout été développés pour traiter les déchets solides. Ces procédés nécessitent un volume moindre (substrat concentré) mais une bonne maîtrise de la circulation de la matière (pompage et brassage).

Le tableau ci-dessous illustre les différences entre méthanisation par voie sèche et humide :

 

Méthanisation par voie humide (< 15 % de matière sèche)

Méthanisation par voie sèche (15-40 % de matière sèche)

Avantages

Bonne homogénéisation du substrat

Optimisation du transfert de matière et de chaleur

Amélioration de la production de biogaz

Flux de matière limité

Taille réduite du méthaniseur

Taux de matière sèche équivalent à celui de déchets entrants

Inconvénients

Flux de matière élevé (car dilution)

Coût de déshydratation du digestat

Production forte de jus et de lixiviats

Important volume des réacteurs

Conditions moins favorables des transferts matière et chaleur

Selon la température de réaction

Le tableau ci-dessous compare la méthanisation mésophile et la méthanisation thermophile :

 

Méthanisation mésophile

Méthanisation thermophile

Température

35-40 °C

50-65 °C

Spécificités

Environ 20 % de chaleur autoconsommée

Le plus couramment utilisé

Biologie plus stable donc plus facile à maîtriser

Environ 35 % de chaleur autoconsommée

Hygiénisation plus poussée des germes pathogènes (présente un intérêt lors de l’utilisation de biodéchets)

Temps de séjour plus court

Meilleure dégradation des chaînes carbonées

Biologie plus difficile à maîtriser

Risque d’inhibition à l’ammonium plus forte

Selon les modes d’alimentation et d’extraction des déchets

  • Les procédés continus : l’alimentation et la vidange du digesteur se font en permanence avec une quantité entrante équivalente à celle sortante. Ils sont bien adaptés au traitement des déchets liquides. Ce sont les plus fréquents car ce sont aussi les moins exigeants en maintenance.

  • Les procédés discontinus, dits « batch » : les digesteurs sont remplis puis vidés séquentiellement lorsque la production de biogaz chute ou devient nulle.

  • Les procédés semi-continus : le digesteur est progressivement rempli par des charges successives convenablement réparties dans le temps. La vidange est réalisée lorsque le volume utile du digesteur est atteint et que la production de biogaz n’est plus suffisante.

Le tableau ci-dessous détaille les différences entre méthanisation infiniment mélangée et par piston :

 

Méthaniseur infiniment mélangé

Méthaniseur piston (flux piston ou séquentiel)

Avantages

Bonne homogénéité du substrat

Bonne dégradation

Forte production de biogaz

Absence de pièces mécaniques

Temps de séjour maîtrisé

Traitement par "volumes" du substrat dans le réacteur, assimilable à un procédé en plusieurs étapes

Inconvénients

Consommation énergétique importante

Difficulté de maîtriser le temps de séjour

Risque de sédimentation en fond de cuve

Nécessité d’avoir un taux de matière sèche élevé dans le réacteur

Moins bonne homogénéité du substrat

2.3. La valorisation du biogaz

La cogénération

Ce mode de valorisation du biogaz est le plus courant. Un moteur entraîne un alternateur qui produit de l’électricité. Le rendement électrique varie de 35 à 38 %. Le reste de l’énergie se retrouve sous forme de chaleur qui est en grande partir récupérée au niveau du système de refroidissement du moteur et au niveau des gaz d’échappement. Le rendement thermique varie de 40 à 47 %. La cogénération présente l’avantage d’assurer une recette constante par la vente d’électricité.

L’utilisation en chaudière

Cette valorisation peut être intéressante lorsqu’il existe un besoin en chaleur constant et suffisant.

L’injection dans le réseau de gaz naturel

Elle existe déjà en Suisse ou en Allemagne. Le seul exemple français est celui de Lille, mais de nombreux projets à la ferme sont en cours.

Le biométhane carburant

Cette filière a été mise en place à Lille pour les autobus. Elle est encore peu développée et concerne plutôt les flottes captives, mais c’est un type de valorisation qui pourrait augmenter dans l’avenir.

2.4. Le traitement du digestat

Le schéma suivant présente les différentes voies possibles de traitement du digestat :

traitement digestat 530

La plupart des techniques de traitement du digestat étant onéreuses à l’investissement et au fonctionnement, il est nécessaire de bien identifier les besoins agronomiques locaux réels.

Exemples de questions à se poser :

  • Ai-je la capacité d’épandre le digestat à proximité ou non ?

  • Ai-je un débouché pour mes produits transformés ?

  • Les gains obtenus sur le coût de transport me permettront-ils de compenser les coûts de transformation ?

Le traitement le plus courant est une séparation de phases mécanique. Elle permet d’obtenir une fraction liquide et une fraction solide aux caractéristiques agronomiques complémentaires : une fraction fertilisante (la fraction liquide est riche en azote ammoniacal et en potasse) et une fraction amendante (la fraction solide est riche en matière organique et en phosphore). Ce traitement permet ainsi une gestion agronomique plus fine grâce à des périodes d’apport appropriées à chaque fraction.

Pour aller plus loin :

Sites internet :

Association des Agriculteurs méthaniseurs de France : http://pardessuslahaie.net/agriculteurs-methaniseurs

ADEME : http://www.ademe.fr/

AILE : http://www.aile.asso.fr/

Rhône Alpes Energie : http://www.biogazrhonealpes.org/

Solagro : http://www.solagro.org/

TRAME : http://www.trame.org/

Club biogaz de l’ATEE : http://www.biogaz.atee.fr/

Biogaz carburant : http://www.biomethane.fr/biocarburant.html

Méthéor, Association pour la méthanisation écologique des déchets organiques : http://www.metheor.org/ GRdf :Site de GRdF

Découvrez tous les dossiers de cette série

  1. L’essentiel

  2. Description des procédés

  3. Cadre réglementaire

  4. Quels sont les impacts ?

  5. Des exemples, Questions réponses, Perspectives

 

Source : Adème (http://www.ademe.fr/) mise à jour Février 2015

Source : http://www.abc-eleveurs.net/materiel/dossiers/1647-la-methanisation-partie-2-description-des-procedes

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