Unité de stockage de l'usine de biogaz deGüssing (Burgenland, Autriche).Vue aérienne d'une installation mixte de production d'énergie photovoltaïque et de biogaz dans le nord-ouest de l'Allemagne.Stockage desdigestats (utilisables comme amendements agricoles) de l'unité production debiométhane (à partir de biodéchets provenant préférentiellement de ménages berlinois) en fonctionnement depuis 2013.
Laméthanisation se produit spontanément dans lesmarais (gaz des marais), les rizières, les grands réservoirs ou barrages hydroélectriques tropicaux, lesdécharges contenant desdéchets ou matières organiques (animales, végétales, fongiques ou bactériennes). On peut la provoquer artificiellement dans desdigesteurs (en particulier pour traiter des boues d'épuration et des déchets organiquesindustriels ouagricoles).
Le biogaz est principalement composé deméthane (50 à 70 %), mais aussi dedioxyde de carbone (CO2) et de quantités variables devapeur d'eau et desulfure d'hydrogène (H2S), voire d'autres composés (« contaminants »), notamment dans les biogaz de décharges[1].Parmi les impuretés figurent[2] :
Sa teneur en ces différents éléments, et donc sa valeur énergétique, dépend de la durée et qualité du processus de fermentation, du type d'installation et beaucoup de la nature de la matière fermentescible utilisée (et en particulier de ses proportions en carbone, hydrogène, oxygène et azote ou contaminants indésirables). Par exemple, une matière fermentescible riche en carbone et hydrogène produit un biogaz contenant jusqu'à 90 % de méthane, alors que de lacellulose plus pauvre produira un biogaz à seulement 55 % de méthane (et 45 % de gaz carbonique)[2].
Le biogaz résulte de laméthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles[5]. Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des rejets de matière organique :
décharges : leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée en fonction de l'étanchéité du mode d'exploitation. La collecte sélective des déchets putrescibles permet une méthanisation plus rapide qu'en décharge standard en utilisant desbioréacteurs spécifiques (digesteurs)[5]. La récupération du biogaz de décharge est doublement intéressante car le méthane libéré dans l’atmosphère est un gaz àeffet de serre bien plus puissant que ledioxyde de carbone (CO2) produit par sa combustion ;
boues desstations d'épuration : la méthanisation permet d'éliminer les composés organiques et permet à la station d'être plus ou moins autonome en énergie ;
effluents d'élevages : la réglementation rend obligatoire les équipements de stockage des effluents (lisier,fumier) pour une capacité supérieure à six mois. Ce temps de stockage peut être mis à profit pour la méthanisation des effluents. Il s'agit des déjections animales mais aussi des autres déchets agricoles : résidus de culture et d'ensilage, effluents de laiteries, retraits des marchés, gazons, etc.[6] ;
fond des lacs et marais : le biogaz y est produit naturellement par les sédiments organiques qui s'y accumulent. L'utilisation du biogaz dulac Kivu a été entreprise il y a plus de quarante ans et maintenant développée à grande échelle.
La nature desintrants (matières organiques digérées) a un impact non négligeable sur la qualité du produit final. On peut évaluer cette qualité à travers lepotentiel méthanogène des matières premières.
Pour produire le biogaz de façon artificielle, il est souvent nécessaire de modifier les matières premières (pré-traitement), parbroyage par exemple. Leurs conditions de stockage doivent être contrôlées pour limiter la déperdition de matière organique. La fermentation dans le digesteur peut se faire dans trois plages différentes de température :
La fermentation des intrants produit aussi un résidu plus ou moins visqueux, nommé « digestat ». Riche enazote,potassium et autres nutriments essentiels, partiellement hygiénisé du fait de la fermentation à haute température, il peut êtreépandu sur les sols agricoles commeengrais[8]. Il est débarrassé de nombreux pathogènes et de la totalité des semences de « mauvaises herbes » qu'il pouvait contenir[9].
Il peut aussi êtrecomposté pendant quelques mois et devient alors duméthacompost.
La combustion dans un moteur à gaz ou une petite turbine permet de produire de l'électricité, injectée sur leréseau, et souvent de la chaleur encogénération[10], mais unetrigénération (production de froid) est aussi possible.
Le rendement d'exploitation d'une cogénération chaleur-électricité est au mieux de 75 à 85 %, soit 15 à 25 % de pertes[13]. L'utilisation de la chaleur est souvent saisonnière et requiert une certaine proximité avec les utilisateurs et la création d'un réseau de distribution. Il est également possible de fournir du froid grâce à des procédés d'absorption de chaleur.
Dans le monde agricole, la chaleur peut servir pour lesserres (avec enrichissement en CO2).
Le biogaz peut êtreépuré pour en éliminer ledioxyde de carbone et lesulfure d'hydrogène : on obtient ainsi dubiométhane que l'on peut injecter dans le réseau de distribution dugaz naturel. Le procédé est plus récent que la production d'électricité et permet d'atteindre un rendement d’exploitation de 90 %.
La consommation de gaz est aussi saisonnière mais en général l'injection est possible sur les réseaux toute l'année, à part dans certains cas, quelques jours ou semaines en été, où la consommation est plus faible et donc le réseau est saturé[14]. Par l'injection, la production de biométhane en été trouve un débouché que ne trouve pas toujours la chaleur de cogénération.
Utiliser du biogaz n'accroît pas l'effet de serre si lecarbone produit (méthane et dioxyde de carbone) a lui-même été absorbé préalablement par lesvégétaux dont ce biogaz est issu, lors de leurcroissance et si cette utilisation s'inscrit dans uncycle court de carbone et si elle ne contribue pas àsurexploiter de labiomasse (elle ne fait alors que restituer du carbone qui avait été ôté récemment de l'atmosphère, contrairement augaz naturel).
Selon l’associationCanopée, la valorisation de la matière (par exemple sous forme de compost) doit être prioritaire par rapport à la valorisation énergétique[15],[16].
Reporterre souligne les nombreux risques que représentent, à ses yeux, les grands méthaniseurs, sa préférence allant aux petits méthaniseurs à l'échelle d'une ou deux fermes[17],[18],[19],[20]. Les organisations professionnelles des énergies renouvelables d'Europe ont adressé à la Commission européenne en unmanifeste « Small is beautiful » préconisant de reconnaître les avantages des installations de petite taille en maintenant leur priorité d'injection sur le réseau et en les exemptant des obligations d'équilibrage[21].
La transition énergétique pourrait conduire à industrialiser la campagne à une vitesse inédite. Ainsi, d'après Reporterre,« on n’a plus le droit de retourner les prairies [considérées] comme pièges à carbone, [mais] jamais on n’en a retourné autant que depuis les débuts de la transition énergétique ! »[18] pour alimenter les digesteurs destinés à produire du biogaz.
Le biogaz est produit, pour une part non négligeable, à partir de produits comestibles[31].
Dans le monde, l'utilisation du biogaz au niveau domestique est très répandue, notamment en Asie[33].
AuMali, des projets pilotes ont été menés dans des zones isolées, 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 améliorer les conditions de vie par d'autres apports en énergie (réfrigération notamment). La pression sur les ressources ligneuses a diminué et lecompost produit a été utilisé pour fertiliser les sols. Un appui financier reste nécessaire pour la mise en place du système (équipements, installation, formation)[34].
Un rapport publié fin 2015 par l'EBA (European Biogas Association ou Association européenne du biogaz) révèle que les sites de production en biogaz ont nettement progressé comptabilisant17 240 sites (+18 % par rapport à 2013). L'EBA estime à14,6 millions le nombre de foyers européens alimentés au biogaz. L'Allemagne est le leader européen sur le marché du biogaz[37].
UnAtlas Bioénergie International (et en France unatlas Biogaz) mettent à jour la carte des installations industrielles de production/valorisation de biogaz (sous forme d’électricité, de chaleur ou par injection directe dans les réseaux de gaz dans les pays francophones) : en 2012,241 sites de production étaient recensés (publication 2013), en 2013, ils étaient 848 (publication 2014) : 578 en France, 200 en Flandre et Wallonie, 32 en Suisse, 25 au Canada francophone, 9 au Luxembourg, 3 à l'île Maurice et 3 en Tunisie. En 2014, la densité en installation est la plus élevée en Belgique et en Suisse[40]. La France a accueilli le salon Biogaz Europe en à Nantes[41].
Avec plus de huit mille installations dans le pays, lemaïs est majoritairement utilisé (et critiqué, car l'assolement recule au profit demaizicultures intensives posant des problèmes écologiques d'érosion et dégradation des sols, de pollution due auxphosphates ou aux pesticides et de perte grave de ladiversité biologique). À Triesdorf (Bavière), on recherche des plantes aptes à remplacer le maïs : parmi lesherbacées, lamauve de virginie et lesilphium perfolié sont envisagés ; parmi lesgraminées, lepanic érigé et lechiendent allongé. Ces plantes sauvages sont 20 % moins productives que le maïs et ne sont envisagées que comme complément à celui-ci[42],[43]. Depuis 2012, la loi allemande impose une certaine diversification des cultures pour réduire la place du maïs.
En France, la récupération du biogaz dedécharge est obligatoire depuis l'arrêté du[44]. En 2012, le gaz de décharge fournissait en France plus de 70 % de la production d'énergie primaire issue du biogaz dans le pays[45], mais de nouvelles sources de biogaz se mettent en place.
En 2014, la ministreSégolène Royal lance le projet de deux cents« territoires à énergie positive » et unappel à projets « 1 500 projets deméthaniseurs en trois ans » en milieu rural[46].
En 2015, les capacités installées se développent à un« rythme stable » selon l'Ademe :« 70 nouvelles unités de méthanisation ont été installées en 2015, pour une capacité de20MWe », mais les incertitudes sur les tarifs d’achat de l’électricité« impactent fortement l’équilibre économique des unités »[47]. Uncomité national biogaz est créé le[48] pour aider les acteurs de la filière à dialoguer ; quatre groupes de travail portent sur :
les mécanismes de soutien au biogaz (tarif d'achat cogénération…) ;
En 2023, la France compte 1 911 unités de méthanisation produisant un total 12 TWh de gaz et d’électricité (hors production de chaleur). La même année, la production de biométhane injecté a progressé de 25% et a atteint 9,1 TWh[54].
↑abcdefg ethNawfal M.,Valorisation catalytique du biogaz pour une énergie propre et renouvelable (thèse), université du Littoral-Côte-d'Opale,.
↑Online, 20022003 [Cited: july 18, 2014], cité par Nawfal, M. (janvier 2015),Valorisation catalytique du biogaz pour une énergie propre et renouvelable,université du Littoral-Côte-d'Opale.
↑a etbPaul Hugues,Stratégies technologique et réglementaire de déploiement des filières bioénergies françaises (thèse de doctorat), Sophia-Antipolis, École des Mines de Paris,,p. 100.
↑Marc-Antoine Eyl-Mazzega et Carole Mathieu (dir.), « Biogas and Biomethane in Europe: Lessons from Denmark, Germany and Italy »,Études de l'Ifri, Ifri,(lire en ligne).
