Le biogaz

Les points principaux

  • Le biogaz est issu de la biomasse, ce qui en fait un gaz renouvelable. En outre, sa production permet la valorisation des déchets biodégradables produits par l’industrie agroalimentaire et notre société.
  • La production et l’utilisation de biogaz permet de contrôler les émissions de méthane et donc de réduire les émissions de gaz à effet de serre.
  • Les techniques de production de biogaz sont diverses et adaptées à la biomasse traitée mais toutes se réalisent grâce au processus de la fermentation méthanique.
  • Le biogaz est valorisable énergétiquement de manière très diverse : production d’électricité, de chaleur, injection dans le réseau de gaz naturel ou dans la filière du transport comme carburant.

Résumé

Le biogaz est un gaz renouvelable produit à partir de la biomasse. Sa production peut être naturelle lors de la décomposition des matières biodégradables dans la nature mais peut aussi être contrôlée par l’homme au sein d’un digesteur, c’est la biométhanisation. Ainsi, le biogaz peut être valorisé énergétiquement que ce soit en fournissant de l’électricité et/ou de la chaleur, en étant injecté dans le réseau de gaz naturel ou comme gaz pour véhicules. Sa production et son utilisation ont de nombreux avantages : réduction des gaz à effet de serre, diversification des exploitations agricoles, gestion des déchets biodégradables, production d’un fertilisant, … Ainsi cette fiche pratique présente le biogaz, ses techniques de production, ses différentes valorisations possibles et les avantages et inconvénients à sa production et son utilisation. La fiche conclut avec deux cas d’exemple de bonnes pratiques en Wallonie.


© Photo: Jürge Fälchle


Introduction : le biogaz, un gaz renouvelable

Le biogaz, comme son nom l’indique, est un gaz issu de la biomasse. Il est donc produit à partir de matières biodégradables. La biométhanisation consiste à contrôler le processus de fermentation méthanique de ces matières pour les transformer en biogaz. Ce processus se développe également de façon naturelle suite à la décomposition de la biomasse dans son environnement. Ainsi, le biogaz est parfois appelé « gaz des marais » en référence au gaz qui s’échappe de la décomposition des plantes et des animaux dans les marais. Il s’agit également du gaz qui s’échappe des déchets organiques en décomposition dans les décharges et qui est à l’origine des feux follets dans les cimetières. De manière contrôlée, le biogaz peut être produit de trois grandes manières : dans un méthaniseur grâce au lisier et au fumier d’une exploitation agricole, dans un digesteur au sein d’une station d’épuration grâce aux boues issues des eaux usées et, pour finir, dans une décharge grâce aux déchets ménagers biodégradables.

Le biogaz est, à température ambiante, un gaz composé principalement de méthane et de dioxyde de carbone. On y retrouve aussi, mélangé en moindre quantité, de la vapeur d’eau et d’autres gaz traces comme de l’azote, de l’oxygène, de l’hydrogène et quelques éléments organo-halogénés (voir Tableau 1). Sa composition varie en fonction de la biomasse source ainsi que de la durée de fermentation ou de décomposition.

Tableau 1 : Comparaison des compositions du biogaz et du gaz naturel (Source : Baver et Fluxys)

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Le biogaz, aussi appelé « gaz naturel renouvelable », a une composition similaire à celle du gaz naturel dans des proportions différentes (voir Tableau 1). Ainsi comme le gaz naturel, il pourra être valorisé énergétiquement de plusieurs façons pour produire de la chaleur et/ou de l’électricité mais également en tant que carburants. Le biogaz peut aussi être injecté dans le réseau de gaz naturel après épuration et traitement, il est alors appelé « biométhane ». Néanmoins, de par son taux de méthane inférieur, il a un moins bon pouvoir énergétique que le gaz naturel et la présence des différents gaz traces le rend moins pur et plus corrosif.

En effet, le pouvoir énergétique du biogaz est fonction de sa composition et principalement de sa teneur en méthane puisqu’il s’agit de la partie du gaz qui sera brûlée lors de sa combustion. C’est pourquoi le biogaz a un pouvoir calorifique inférieur (PCI) inférieur à celui du gaz naturel. Le Tableau 2 compare différents gaz combustibles suivant leur PCI.

Le biogaz contient une grande quantité de dioxyde de carbone et sa combustion entraine des émissions de CO2. Toutefois, à l’opposé du gaz naturel d’origine fossile, le biogaz est bien un gaz renouvelable. En effet, comme le biogaz est issu de la biomasse, le CO2 émis fait partie d’un cycle carbone « neutre » puisque, d’une part, il s’agit du gaz carbonique nécessaire à la formation de nouvelle biomasse et, d’autre part, il aurait tout de même été libéré par une décomposition naturelle. Les émissions de CO2 sont donc réduites par rapport à l’utilisation du gaz naturel. Aussi, récupérer le biogaz dans les décharges ou transformer la biomasse dans un méthaniseur afin de valoriser énergétiquement le biogaz permet d’éviter de dégager des quantités importantes de méthane dans l’atmosphère. Le méthane est un gaz ayant un impact 21 fois plus important sur le réchauffement global de l’atmosphère que le dioxyde de carbone (Rigaud, 2007). Voilà également pourquoi il vaut toujours mieux brûler le biogaz en torchère, par exemple dans les décharges, plutôt que de le laisser s’échapper s’il n’est pas valoriser d’une quelconque manière. Finalement, la production et l’utilisation de biogaz permet aussi une gestion active des déchets en favorisant le recyclage des déchets biodégradables produits par notre société. Donc, contrairement au gaz naturel d’origine fossile, le biogaz est bien un gaz renouvelable.

Plus largement, le décret wallon du 19 décembre 2002 relatif à l’organisation du marché régional du gaz définit les « gaz issus de sources d’énergies renouvelables » (en abrégé « gaz issus de SER ») comme des « gaz issus de la transformation de sources d’énergie renouvelables, soit par fermentation, soit par traitement thermochimique ».


Les techniques de conversion de la biomasse en biogaz

Le processus de fermentation méthanique

La décomposition des matières organiques végétales et animales passe par un processus de fermentation. Ce phénomène consiste en une lente dégradation de la matière organique par des milliards de micro-organismes. Elle peut se faire à l’air libre, c’est par exemple le cas du composte, on parle alors de fermentation « aérobie ». Dans le cas où elle s’effectue en absence d’air elle est dite « anaérobie » et on parlera plutôt du processus de méthanisation. Celui-ci s’effectue naturellement dans les marais, les lacs, les sols, les intestins des animaux… l’exemple le plus connu étant dans le rumen d’une vache. Cette digestion anaérobie permet de produire du méthane, le biogaz, et un résidu appelé digestat qui est utile comme fertilisant agricole.

La biométhanisation reproduit ce processus biologique de fermentation méthanique des matières organiques de manière industrielle sous conditions spécifiques de température et en l’absence d’oxygène. Contrôler ainsi le processus permet de le rendre efficace à 95% (Rigaud, 2007). Pour cela, les déchets organiques sont homogénéisés mécaniquement et enfermés dans des grands bacs appelés digesteurs. L’homme utilise la biométhanisation principalement dans trois cas : pour capter le biogaz au sein des décharges, dans les stations d’épuration des eaux usées urbaines ou industrielles et, finalement, au sein d’unités de méthanisation spécifiques pour valoriser énergétiquement les lisiers et les fumiers produits à la ferme, les résidus et les déchets de l’industrie agroalimentaire ou les déchets organiques ménagers ou encore les produits de cultures énergétiques dédiées.

La biométhanisation s’effectue en 4 étapes successives avec 5 groupes d’enzymes différents (Portail de l’énergie en Wallonie) :

  • Une hydrolyse et une fermentation : dégradation des graisses, amidons et protéines en sucres, alcools et acides animés. Cette première phase a pour but de casser les molécules complexes et de grandes tailles en molécules plus petites et plus simples.
  • L’acidogenèse : production d’hydrogène et de gaz carbonique. Il s’agit de l’étape de transformation des molécules simples en acides gras volatils.
  • L’acétogenèse : transformation des molécules en acide acétique ou en hydrogène.
  • La méthanogenèse : processus final qui transforme l’acide acétique et l’hydrogène en méthane.

Pour contrôler ce processus et ses différentes phases et assurer le meilleur rendement, il faut faire attention à différents paramètres industriels (Portail de l’énergie en Wallonie):

  • L’oxygène : le processus doit être réalisé en l’absence d’oxygène.
  • Le pH : il faut éviter une acidité qui provoquerait d’autres réactions enzymatiques et, par conséquent, baisserait le rendement de la production de méthane.
  • La température : elle va conditionner le choix des micro-organismes et les méthodes d’exploitation. On considère deux gammes de températures : 37-40°C ou 55-60°C.
  • Le rapport carbone/azote : il doit être d’environ 30.
  • Les matières toxiques : elles sont absolument à éviter car elles empêchent certaines transformations enzymatiques et la synthèse du méthane. C’est le cas des métaux lourds et des antibiotiques.
  • Les fibres non digestes : comme le bois, sont à proscrire.

Ainsi chaque projet de biométhanisation aura des paramètres de méthanisation et une biomasse source spécifiques. Le biogaz et le digestat produits seront donc très différents d’une installation à l’autre.

Biomasse utile

L’Europe reconnait la biométhanisation comme solution de production d’énergie renouvelable et la classe dans la filière de la biomasse humide. Toutefois, toutes les sortes de biomasses liquides ou solides peuvent être fermentées dans un digesteur à l’exception des matières lignocellulosiques comme le bois.

La biomasse utilisée pour la production de biogaz va avoir une grande influence sur la technique de biométhanisation employée ainsi que sur ses paramètres. De même, elle va déterminer la qualité et la quantité de biogaz et de digestat produits. Il faut donc à tout prix éviter les substrats pollués ou contenant des matières toxiques qui pollueraient le digestat et les champs sur lesquels celui-ci sera épandu, s’il n’est pas décontaminé au préalable. Concrètement, on peut classer la biommasse source suivant différents critères : son origine, son taux de matière sèche ou encore son pouvoir méthanogène.

Ainsi on peut classer la biomasse utile suivant son origine agricole (déjections animales, déchets et résidus sous-produits, cultures énergétiques,…), de l’industrie agroalimentaire (déchets, résidus, boues de stations d’épuration industrielles, …) ou collective (tontes des parcs, des bords de voiries, des Ravels, des bords d’autoroute ou déchets ménagers biodégradables, boues de stations d’épuration des eaux usées urbaines, …). Cette classification soulève deux points importants : 1/ Les déchets biodégradables comme les déchets ménagers et les boues de station d’épuration ne doivent être valorisés qu’en considérant le bilan énergétique global, soit en prenant en considération le transport et les éventuels traitements préalables ; 2/ De même, dans une perspective de gestion soutenable de la biomasse, il faut éviter que les cultures énergétiques n’entrent en compétition avec les cultures alimentaires. Des solutions sont possibles comme la rotation des cultures ou la valorisation de terres inaptes pour les cultures alimentaires.

Ensuite, la biomasse utilisée dans la production de biogaz peut également être classée suivant son pouvoir méthanogène, c’est-à-dire suivant son potentiel de production de mètres cube de méthane par tonne de matière organique utilisée et donc suivant la richesse du biogaz produit (voir Figure 1).

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Figure 1 : Potentiel méthanogène de différents substrats et co-substrats (source : ADEME)

Pour finir, la biomasse peut être distinguée suivant son taux de matière sèche. Ce classement va déterminer le choix de la technologie appliquée pour transformer au mieux la biomasse en biogaz. Ainsi, on distingue les substrats liquides avec un taux de matière sèche inférieur à 10% (lisiers, eaux blanches de laiterie, …), les substrats semi-solides ou liquéfiables avec un taux de matière sèche compris entre 10 et 40% (fanes de carotte ou de betteraves, certains fumiers pailleux, …) et les substrats solides avec un taux de matière sèche supérieur à 40% (fumiers très pailleux, paille, …)(Heneffe, 2013).

Actuellement, en considérant tous les gisements de biomasse utilisables dans la production de biogaz, la CWaPE (Commission wallonne pour l’Energie) considère que 5% du potentiel théorique est exploité en Région Wallonne.

Les types de digesteurs

Le digesteur et la technique de méthanisation employés varient en fonction du type de biomasse utilisé. On retrouve le digesteur en lit fixé pour la biomasse liquide, la poche de digestion pour la biomasse liquide ou semi-solide et, finalement, la voie sèche par container ou silo pour la biomasse sèche. Le biogaz peut également être capté dans les décharges via un procédé technique particulier.

  • Le digesteur en lit fixé est destiné à la transformation de la biomasse liquide en biogaz et digestat. La biomasse source utile doit avoir un taux de matière sèche inférieur à 10%, soit comporter peu de particules ou fibres en suspension (eaux usées, coproduits liquides, …). La chaine de déroulement peut contenir un silo intermédiaire entre la cuve de stockage initiale et le digesteur pour préparer la biomasse, c’est-à-dire soit un séparateur de phase pour isoler et enlever les fibres, soit un liquéfacteur pour hydrolyser et pré-digérer la biomasse utilisée. Le digesteur proprement dit ne peut supporter que de la biomasse liquide. Les micro-organismes sont placés sur des lits fixes qui peuvent prendre la forme de filtres, grilles, toiles, biofilms, … La matière s’écoule lentement et en continu à travers ou le long de ces lits et elle est digérée par les bactéries qui dégagent le biogaz. Celui-ci est récupéré par le haut dans le préparateur et le digesteur et la matière digérée est prélevée par le bas. Cette dernière sera soit envoyée vers une cuve de stockage soit vers une poche de post-digestion. La Figure 2 présente les différentes étapes d’un processus de traitements des eaux usées avec la production de biogaz, depuis la cuve de relevage au stockage du biogaz et à la valorisation du digestat ainsi que du rejet des eaux épurées.

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Figure 2 : La station d’épuration : exemple d’un processus en phase liquide (source : Observ’ER)

  • La poche de digestion permet de traiter les matières en phase liquide ou en phase semi-solide avec un taux de matière sèche plus important (engrais de ferme, tontes de pelouses, déchets peu fibreux, ensilage dilué, …). La méhanisation dans le digesteur peut se faire en continu ou non et avec l’utilisation ou non de mélangeurs. Les mélangeurs sont nécessaires si il y a lieu de maintenir l’homogénéité de la matière, on parle alors d’un digesteur en infiniment mélangé. Dans ce cas-ci, le mix microbien composé de bactéries et levures est directement incorporé et mélangé à la biomasse dans le digesteur. Dès lors, celui-ci sort en même temps que le digestat et doit être constamment renouvelé. La matière reste approximativement 40 jours dans le digesteur. Le biogaz produit est soit stocké à l’intérieur même de la cuve de digestion, soit dans un gazomètre. La figure 3 présente les différentes étapes de la méthanisation du lisier via un digesteur en continu infiniment mélangé.

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Figure 3 : La méthanisation du liser : exemple d’un processus en phase liquide ou semi-solide (source : Observ’ER)

  • La voie sèche par container ou silo se fait dans un caisson fermé hermétiquement. La biomasse sèche (fumiers pailleux, pailles, tontes, coproduits fibreux, …) est entassée grâce à un engin agricole. Elle n’a ni besoin d’être remuée ni diluée. Le jus de fermentation est récupéré par le bas, pompé, chauffé et réinjecté par le haut de la cuve de manière à asperger, inoculer et humidifier la biomasse traitée. Une fois le processus terminé, après 15 à 60 jours, le biogaz est récupéré et la cuve ouverte. Le digestat coproduit est plutôt solide. C’est le procédé qui nécessite le moins de techniques spécifiques.
  • Les décharges et centres d’enfouissement technique sont également des lieux de production et de captage de biogaz. Les déchets biodégradables sont enfouis dans des grandes fosses appelées « casiers » et recouverts de plusieurs mètres de terre. Des drains et des conduites enterrés permettent de capter et de récupérer le biogaz produit de la lente décomposition des déchets. Si les fosses sont étanches, le « jus » de fermentation (lixiviat) peut être récupéré et réinjecté ce qui permet une meilleure maitrise du processus. Une fois que tout le biogaz formé a été récupéré (cela peut prendre 25 ans), le terrain peut être réhabilité avec un aménagement paysager. Le site doit toutefois être surveillé pendant une trentaine d’années. La Figure 4 montre le système de drains et de collecteurs permettant de capter le biogaz dans une décharge.

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Figure 4 : Le captage du biogaz de décharge (source : Observ’ER)


La valorisation du biogaz

Un grand avantage du biogaz issu de sources d’énergies renouvelables est qu’il est valorisable de diverses manières : il peut servir à alimenter un moteur ou une turbine et fournir de l’électricité, il peut faire fonctionner une chaudière au gaz pour produire de la chaleur, il peut fournir les deux (électricité et chaleur) via une unité de cogénération, il peut également être traité en vue d’être injecté dans le réseau de gaz naturel et, finalement, il peut être utilisé comme carburant moteur dans la filière transport.

La production d’électricité

Dans tous les cas, il faudra toutefois chercher une valorisation énergétique optimale en accord avec les besoins du site d’exploitation ou du producteur. Actuellement, le biogaz est surtout valorisé via la production d’électricité, seule ou en cogénération, suite aux soutiens accordés à la filière « électricité verte ».

La production de chaleur

La valorisation du biogaz sous forme de chaleur doit se faire dans les limites des besoins du site, voir des environs si un réseau est disponible, puisqu’elle est difficilement stockable et transportable. Ainsi, la chaleur produite est avant tout utilisée au sein du digesteur pour le séchage éventuel, le maintien de la température requise et la séparation des phases du digestat. Pour une production plus grande, elle sera ensuite utile au chauffage des locaux et/ou des habitations du site. Finalement, pour les grosses productions, la chaleur sera fournie en plus aux bâtiments voisins via un réseau de chaleur.

L’injection dans le réseau

Le biogaz peut être injecté dans le réseau de gaz naturel. Pour cela, il doit être traité et purifié. Le biogaz ainsi épuré est appelé du biométhane. Ce traitement particulier consiste principalement à extraire le dioxyde de carbone (CO2) pour que les deux gaz contiennent la même proportion de méthane (Voir Tableau 1). Aussi, il est nécessaire de concentrer le méthane à plus de 80% et d’enlever l’eau et le souffre ainsi que les autres éléments présents toujours dans le but que la composition du biogaz s’approche au plus près de celle du gaz naturel distribué par le réseau où a lieu l’injection.

Au-delà de ce besoin de « compatibilité » entre les deux gaz, plusieurs conditions sont à respecter pour l’injection du biométhane dans le réseau de gaz naturel. Tout d’abord, il faut vérifier qu’il y ait une demande, c’est-à-dire un équilibre entre la production et la consommation du biométhane, et ce peu importe la période de l’année. De plus, il faudra s’assurer de la parfaite sécurité de l’injection. En effet, le biométhane ne doit pas constituer une menace pour le réseau. En outre, cela ne doit en rien importuner l’utilisateur dans sa consommation de gaz. Finalement, il est bien entendu qu’un accord du gouvernement wallon est nécessaire et qu’un réseau ainsi que les installations nécessaire à la distribution du gaz de ville soit présents. En effet, la construction d’un tel réseau contrebalancerait les gains énergétiques et environnementaux réalisés grâce à la valorisation des déchets et du biogaz. Il est donc bien nécessaire de considérer un bilan énergétique à la plus grande échelle possible avant de déterminer la meilleure valorisation énergétique du biogaz.

L’injection du biogaz dans le réseau du gaz naturel a plusieurs avantages, dont le premier est l’efficacité de valorisation du biogaz la plus élevée. En effet, l’utilisation n’étant pas directement faite sur site, les besoins de chaleur n’ont pas besoin de s’accorder dans le temps et dans l’espace avec la production. Ainsi, le réseau joue un rôle tampon entre le producteur et les consommateurs-clients raccordés au réseau du gaz de ville.

Actuellement, l’injection du biogaz est très réglementée et la production de chaleur « verte » est peu valorisée en Wallonie. Les traitements du biogaz pour le purifier nécessitant, en plus, des techniques pointues et couteuses, les investissements ne deviennent rentables qu’à partir d’une production minimale de biogaz supérieure à 5m³/h (Paridaens, 2008). Cette voie de valorisation énergétique du biogaz est, par conséquence, très peu privilégiée en Wallonie.

La filière transport

La dernière valorisation énergétique possible pour le biogaz est la filière transport. Tout comme l’injection dans le réseau de gaz naturel, le biogaz doit aussi être traité pour pouvoir être employé comme carburant moteur. Il doit également être épuré et concentré afin de faire concorder sa teneur en méthane et sa composition avec celles du gaz naturel pour véhicule et il doit finalement être comprimé.

Comparativement aux autres filières de production de biocarburants, comme l’extraction mécanique des huiles ou la fermentation alcoolique, la transformation de la biomasse humide en biogaz par un processus de méthanisation présente la plus grande efficacité d’extraction d’énergie. En effet, le biométhane produit à partir d’un hectare agricole permet de parcourir 3 fois plus de kilomètres qu’un carburant liquide (comme le biodiesel, l’éthanol ou encore de l’huile de colza) produit par ce même hectare. Ceci est dû au fait que le processus de méthanisation permet de valoriser l’entièreté de la plante, au contraire des processus de production de biocarburants liquides de 1ère ou 2ième génération (Edora et ValBiom, 2012).

Toutefois, la filière transport est une voie coûteuse pour la valorisation du biogaz puisqu’elle nécessite des investissements non négligeables en traitement et infrastructures (adaptation du réseau de distribution, stations-services, …). C’est pourquoi, cette solution n’est privilégiée que dans le cas de flotte captive de véhicules, qui pourront directement venir s’alimenter sur le site de production. C’est par exemple le cas de véhicules utilitaires comme les bus ou encore les bennes à ordures. La Suède et la Suisse font figure de pionniers en la matière.


Avantages et inconvénients

La production de biogaz nécessite un investissement financier important. De même, un paramètre important de rentabilité du projet va être l’accès continu aux matières premières nécessaires. En effet, la saisonnalité de la biomasse utile va jouer un rôle important dans l’alimentation du digesteur et influencer sa rentabilité. En outre, la filière biogaz est peu valorisée d’un point de vue législatif et ne rencontre généralement pas un franc succès auprès du voisinage.

Toutefois, outre son caractère renouvelable et ses valorisations énergétiques très diversifiées, le biogaz présente de nombreux avantages comme la valorisation de ressources locales, la diversification du revenu de l’agriculteur, la diminution des nuisances olfactives, la gestion et la valorisation des déchets organiques, la production de fertilisant naturel peu énergivore et plus rapidement assimilable par les plantes, la production d’énergie transportable sans pertes, stockable, utilisable et transformable en temps et lieu différés, etc. De plus, la biométhanisation est un processus technique suivi et contrôlé pour des raisons de rentabilité et de sécurité. Dès lors, cela permet une traçabilité des matières entrantes et sortantes et donc une valorisation efficace du digestat et du biogaz.

La valorisation du digestat

Le processus de biométhanisation produit du biogaz riche en méthane mais également un produit semi-fini : le digestat. Il s’agit de la matière extraite du digesteur qui se présente sous forme d’effluent liquide. Riche en valeur nutritive, il peut être valorisé liquide par épandage sur les champs ou solide sous forme de granulats, après séchage, pour le secteur horticole. Il permet ainsi d’améliorer la disponibilité des éléments nutritifs aux plantes et de maintenir le stock d’humus dans les sols. D’un point de vue légal, le digestat est un déchet si les intrants sont des déchets. A contrario, il s’agit d’un produit.

Le digestat est un fertilisant possédant des caractéristiques très avantageuses par rapport aux fertilisants traditionnels :

  • Un pouvoir fertilisant important : outre l’apport en carbone classique, le digestat fournit une foule microbienne encore plus riche que les fertilisants classiques.
  • Un contrôle de la fertilisation : le processus de biométhanisation étant lui-même suivi et contrôlé, les intrants également analysés, le pouvoir fertilisant du digestat est connu et la fertilisation des sols n’en sera que plus optimale et maitrisée contrairement aux fumiers classiques dont la composition n’est pas toujours connue et qui sont souvent épandus en trop grande quantité.
  • Un pH moins acide : le pH du digestat étant plus élevé et donc moins acide que les fumiers classiques, il brûle moins les plantes lors de son épandage.
  • Une assimilabilité accrue de l’azote par les plantes : les fertilisants contiennent de l’azote sous forme organique - le nitrate - et minérale - l’ammonium et l’ammoniac. L’azote organique est très difficilement assimilable par les plantes et provoque une pollution des nappes phréatiques par eutrophisation suite au lessivage des sols. Au contraire, l’azote minéral, plus présent dans le digestat grâce au processus de biométhanisation qui entraine une minéralisation d’une partie de l’azote organique (~50%), est directement assimilable par les plantes pour réaliser la synthèse des acides aminés nécessaires à leur croissance et permet aussi un cycle de l’azote non pollueur de l’environnement.
  • Des odeurs réduites : les odeurs des fertilisants classiques sont dues aux acides gras volatils. Ceux-ci sont transformés durant la phase d’acétogenèse du processus de fermentation ce qui entraine une réduction significative des odeurs.
  • Un caractère naturel et renouvelable : pour l’environnement, le digestat est bien évidemment une solution idéale alternative aux fertilisants chimiques de synthèse. En plus, la production et l’utilisation de digestat permet d’éviter la consommation d’environ une tonne équivalent pétrole (tep) nécessaire à la production d’une tonne d’engrais azoté classique et permet donc une diminution d’émission de CO2 équivalente (Mignon, 2010).

Il faut rajouter à ces avantages que la forme liquide du digestat et des techniques de stockage et d’épandage adaptées en feront un fertilisant plus pratiques que les fumiers classiques et permettront notamment :

  • Des pertes ammoniacales réduites : Il faut privilégier les machines (rampe pendillard ou à patins) pouvant épandre le digestat au plus près du sol afin d’éviter les pertes en azote dues à l’ammoniac volatil. Il est de même recommandé de couvrir les cuves de stockage pour limiter ces émissions et pertes d’ammoniac qui ont lieu par évaporation et lessivage lorsque le fumier est stocké sur le bord des champs.
  • Un maintien de l’appétence des plantes : grâce à sa forme liquide, le digestat peut être épandu facilement. Il s’écoule et s’infiltre bien mieux que les fumiers traditionnels qui sont souvent sous forme pailleuse. Dès lors, le digestat ne salit pas les plantes et maintient leur appétence.
  • Une réduction de la période d’épandage : le fait de transformer le fumier en digestat liquide réduit sa période d’épandage. Néanmoins, les machines agricoles qui répandent l’effluent liquide consomme plus de carburant (Mignon, 2009).

Finalement, d’un point de vue de gestion agricole et financière, le digestat permet à l’agriculteur de gérer lui-même les fertilisants qu’il emploie et, par conséquent, de diversifier son activité tout en améliorant la santé financière de son exploitation.

Gestion et maintien de l’activité agricole

La production de biogaz dans une exploitation agricole permet de valoriser des matières organiques locales et/ou des déchets organiques ménagers ou provenant de l’industrie agroalimentaire. Elle permet en plus une diversification du secteur agricole. D’un point de vue économique, la production d’énergie apportera des revenus complémentaires à l’agriculteur et de même l’utilisation du digestat entraine une réduction de la consommation d’engrais et donc une économie financière supplémentaire. Tous ces avantages permettent le maintien des emplois, voir la création de nouveaux, et, dans une certaine mesure, de faire face aux différentes crises que subit le secteur.

La relation au voisinage

L’installation d’une unité de biométhanisation est souvent décriée par le voisinnage riverain qui met en avant des problèmes d’odeurs, une inquiétude par rapport à la sécurité et un charroi incessant pour le transport des matières premières. Cette réaction légitime vient souvent du fait que la filière biogaz est très peu connue du grand public mais la production de biogaz et de digestat ne produit pas de nuisances supplémentaires par rapport à une exploitation agricole classique.

En effet, les odeurs sont considérablement réduites puisque les acides gras volatils responsables sont transformés dans les digesteurs et les tas de fumier sur les bords des champs sont réduits dû à l’utilisation du digestat.

Ensuite, le biogaz est hautement inflammable, c’est un fait. Néanmoins, les risques d’explosion sont quasi nuls et des systèmes sécuritaires sont appliqués au processus pour évacuer le biogaz dans l’atmosphère en cas de surpression du digesteur. Finalement, l’unité de méthanisation nécessite uniquement une à deux alimentations par jour et se place généralement là où la matière première est disponible. Il n’y aura donc pas plus de passages que dans le cas d’une activité agricole classique. Il convient toutefois de mettre en place une planification logistique afin de réduire au maximum le charroi et, par conséquent, les nuisances ainsi que les émissions de CO2.


Taille et lieu d’implantation d’un digesteur

Les projets et les unités de biométhanisation sont très variés du au fait des sortes de biomasse qu’il est possible d’utiliser et suivant les différentes voies de valorisation énergétique existantes. Ils peuvent donc être une solution adaptée à des situations très différentes. Les puissances électriques générées peuvent aller de quelques kW pour un petit digesteur agricole à plusieurs MW pour des unités décentralisées. En termes de volume de digesteur, cela peut aller d’une centaine de mètres cubes pour une installation à la ferme à plusieurs dizaines de milliers de mètres cubes pour des installations traitant les boues d’une agglomération par exemple.

Pour permettre une rentabilité optimale de l’unité de biométhanaisation, il est important que le digesteur soit alimenté en continu tout au long de l’année. Cependant, la biomasse n’est pas disponible en mêmes quantités d’une saison à l’autre. C’est donc la disponibilité et la quantité des intrants et les possibilités de valorisation du biogaz qui vont déterminer l’implantation d’une unité de biométhanisation. Ainsi, on en retrouvera aussi bien à la ferme en pleine campagne où le lisier et le fumier du bétail pourront être valorisés que, par exemple, dans un zoning industriel orienté dans l’agroalimentaire où ce seront les déchets et résidus qui pourront être utilisés. Dans ces cas-ci, le biogaz est directement produit sur le site de récolte de la biomasse mais l’on peut très bien le produire aussi dans une usine de méthanisation qui centralise les biomasses de toute une région. Il faut toutefois faire alors attention à l’impact sur l’environnement du transport de la biomasse.


Exemples, bonnes pratiques

La biométhanisation à la ferme du Faascht

En janvier 2003, la ferme du Faascht a été la première à installer une unité de biométhanisation en province de Luxembourg en se basant sur les exemples séduisants du Grand-Duché du ? Luxembourg. Avec un cheptel d’environ 300 vaches, l’exploitation agricole était surtout productrice de viande et de lait mais les exploitants ont marqué leur souhait de diversifier leurs activités et leurs revenus en devenant également « cultivateurs d’énergie ».

Les effluents du bétail ainsi que des tontes de gazon et des déchets de l’industrie agroalimentaire sont valorisés par la production de biogaz au sein de deux digesteurs d’une capacité de 750 m³. Cela permet de traiter 12 000 tonnes de matières et de produire quelques 2 000 000 m³ de biogaz ainsi que du digestat qui est utilisé comme engrais. Le biogaz est valorisé par un système de cogénération pour produire de la chaleur et de l’électricité. La chaleur est utilisée dans le processus de biométhanisation et pour chauffer la laiterie, la fromagerie et les habitations de l’exploitation agricole. L’électricité est utilisée sur le site (~6%) et le reste est injecté sur le réseau et permet de satisfaire près de 19% des consommations électriques de la commune d’Attert.

Tableau 3 : Fiche technique du projet de biométhanisation de la ferme du Faascht

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Ce projet pilote a permis d’étudier et d’optimaliser le fonctionnement d’une telle installation pour des exploitations agricoles de taille moyenne en Wallonie et sert de vitrine aux agriculteurs wallons intéressés par le processus de biométhanisation.

Ces informations proviennent de la Fiche Biométhanisation « Cultivateurs d’énergie : La ferme du Faascht » réalisée par Valbiom et IRCO (juillet 2006) qui est disponible sur le Portail de l’énergie en Wallonie.

La biométhanisation à la station d’épuration de Wasmuël

La station d’épuration de Wasmuël situé à l’Ouest de la ville de Mons est la plus grande de Wallonie et permet de traiter quotidiennement les eaux usées équivalent aux rejets de 250 000 personnes et produit de l’électricité depuis sa mise en service dans les années 70.

Les déchets résultants de l’épuration des eaux usées, principalement constitués de boues, sont très fermentescibles et dégagent de mauvaises odeurs et des émissions de méthane polluantes pour l’atmosphère suite à la décomposition de la matière organique. Le traitement des boues par biométhanisation permet donc à la fois de baisser les couts grâce à la production d’électricité et de diminuer l’impact du processus d’épuration des eaux sur l’environnement.

Le biogaz produit par méthanisation des boues issues de l’épuration des eaux est particulièrement riche en méthane et permet à la fois de fournir via un module de cogénération de l’électricité pour le processus d’épuration et de la chaleur pour les deux digesteurs. La chaleur nécessaire au processus de biométhanisation non fournie par la cogénération et produite par une chaudière au biogaz possédant un meilleur rendement et par le puits géothermique de Saint-Ghislain.

Tableau 4 : Fiche technique du projet de biométhanisation de la station d’épuration de Wasmuël

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La station de Wasmuël, pour le processus d’épuration des eaux, est un très gros consommateur d’électricité mais la facture d’électricité a pu baisser d’environ 20 % grâce à une diminution de consommation de près d’un million de kWh électriques suite à la biométhanisation des boues.

Ces informations proviennent de la Fiche Biométhanisation « A Wasmuël, «eaux usées» rime avec «électricité» » réalisée par Valbiom (mars 2006) qui est disponible sur le Portail de l’énergie en Wallonie.


Références

La plus part des éléments de cette fiche technique proviennent de l’asbl ValBiom. L’ensemble des documents, fiches et notes produits par l’asbl sont disponible en ligne sur leur site : www.valbiom.be

  • CWaPE [2014]. Commission wallonne pour l’Energie : http://www.cwape.be/, consulté en mai 2014.
  • Edora et ValBiom [2012]. Comprendre la biométhanisation… , document « FAQ » rédigé par EDORA dans le cadre de la plateforme biogaz, en collaboration avec Valbiom, octobre 2012, document disponible sur le site internet : www.valbiom.be
  • Heneffe C. [2013]. Liste des constructeurs de digesteurs de micro-biométhanisation en Région Wallonne, document réalisé par l’asbl Valbiom, juillet 2013, disponible sur le site internet : www.valbiom.be
  • Mignon C. [2009]. Biométhanisation : Utilisation du digestat comme fertilisant en agriculture, document réalisé par l’asbl Valbiom, août 2009, disponible sur le site internet : www.valbiom.be
  • Mignon C. [2010]. Biométhanisation : Facteurs limitants et incitants le développement de la biométhanisation en Région Wallonne, Propositions d’amélioration, document Valbiom – CRA-w avec le soutien de la Région Wallonne – DGO3/4, novembre 2010, disponible sur le site internet : www.valbiom.be
  • Observ’ER [2010]. Baromètre Biogaz, Baromètre réalisé dans le cadre du projet « EurObserv’ER 2020 », Novembre 2010, disponible sur le site internet : www.energies-renouvelables.org
  • Observ’ER [2012]. Etat des énergies renouvelables en Europe édition 2013, Baromètre réalisé dans le cadre du projet « EurObserv’ER 2020 », Décembre 2013, disponible sur le site internet : www.energies-renouvelables.or
  • Paridaens A.M. [2008]. Situation actuelle et législation relative à l’injection du biogaz dans le réseau de gaz naturel, document réalisé pour l’asbl Valbiom et disponible sur le site internet : www.valbiom.be
  • Portail de l’énergie en Wallonie [2014]. Qu’est-ce que la biométhanisation : http://energie.wallonie.be/, consulté en mai 2014.
  • Rigaud C. [2007]. Biogaz : ce qu’il faut savoir, Systèmes solaires – Le journal des énergies renouvelables n°179, 2007

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  • SOLEN.ER04 : Les éoliennes
  • SOLEN.ER10 : La géothermie
  • SOLEN.ER11 : La pompe à chaleur

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