Innovation à tous les étages

La possibilité offerte depuis peu d'injecter du biométhane dans le réseau de gaz et la réévaluation à la hausse des tarifs de rachat de l'électricité ont aidé la filière biogaz à reprendre des couleurs en France. En parallèle, de nombreuses innovations techniques permettent de doper les rendements. Plongée en milieu anaérobie.

Effervescence dans la filière biogaz. Ayant longtemps eu mauvaise presse en France, notamment à la suite de déboires technologiques d'usines de méthanisation de déchets, la production de biogaz gagne doucement ses lettres de noblesses. Permettant de transformer, par dégradation microbienne anaérobie, la matière organique en un biogaz (essentiellement du méthane et du dioxyde de carbone) et en un résidu, le digestat, la méthanisation réduit les émissions de CO2. Elle a aujourd'hui fait ses preuves au niveau technologique et les rendements ne cessent de s'améliorer au long de la chaîne de production, de la caractérisation du substrat à la valorisation du biogaz. En parallèle, la réglementation pousse à la roue. L'injection du biogaz issu de la méthanisation dans les réseaux de gaz naturel est ainsi autorisée depuis l'été 2011 et les tarifs d'achat de l'électricité issue du biogaz ont été réévalués en moyenne de 20 % fin 2011 ! Résultat : les unités de méthanisation sont compétitives pour traiter les déchets agricoles, industriels ou de collectivités.

« Les améliorations technologiques apparaissent à tous les étages. Avec la nouvelle possibilité d'injection sur le réseau de gaz naturel, elles sont particulièrement marquées sur les solutions d'épuration du biogaz en un biométhane assez pur pour être injecté dans le réseau », résume Christian Couturier, directeur du pôle énergie de Solagro, association toulousaine spécialiste du sujet. Ainsi, des améliorations notables apparaissent sur la technique de lavage à l'eau. Celle-ci est utilisée notamment par Lille métropole pour épurer le biogaz issu de son centre de traitement des déchets organiques par méthanisation, le premier à avoir injecté du biogaz dans le réseau en France. Sa capacité d'épuration est de 1 300 Nm3/h de biogaz brut pour 750 Nm3/h de gaz épuré.

Des progrés techniques source de meilleurs rendements

« La technique membranaire se développe aussi grâce aux travaux d'Air liquide, une des rares entreprises françaises à être leader sur le marché mondial de l'épuration du biométhane. Une première réalisation utilisant cette technique, d'une capacité de 50 Nm3/h extensible à 100 Nm3/h, est réalisée, à Forbach, en Lorraine par le Syndicat mixte de transport et de traitement des déchets de Moselle-Est sur son centre de traitement de déchets par méthanisation » explique Christian Couturier. Le site espère très prochainement lui aussi pouvoir injecter une partie de son biogaz sur le réseau. GRDF travaille à l'amélioration des outils de gestion de cette production décentralisée. « Les réseaux de gaz naturels n'ont pas été conçus pour des points d'injection décentralisés. Beaucoup de recherches concernent la mise au point de systèmes de gestion des comptages, des pressions, des priorités, des sécurités », ajoute l'ingénieur. À Forbach, pour un meilleur rendement énergétique, le biogaz produit par les déchets fait aussi tourner une unité de cogénération produisant de la chaleur (12 400 MWh/an) et de l'électricité (10 900 MWh/an). « Là aussi les rendements s'améliorent » précise l'expert.

Le prétraitement des déchets booste la méthanisation

Enfin, la mise en place de prétraitements des matières organiques est un autre axe en plein développement. Sont explorées des techniques de dégradation mécanique, par ultrasons ou par hydrolyse thermique chimique ou biologique. « Ces prétraitements rendent la matière plus digeste, par exemple la lignine contenue dans la paille des fumiers », détaille le spécialiste.

La future station d'épuration de Lille métropole, en construction à Marquette-Lez-Lille, sera ainsi équipée d'une solution technologique innovante permettant de booster la méthanisation des boues via une hydrolyse thermique préalable des matières organiques. « La technique fonctionnera en continu. Elle augmentera de 25 % la production de biogaz par rapport à une digestion classique, en réduisant de 40 % la quantité de boues à éliminer et en consommant peu d'énergie », se félicite Malik Djafer, responsable du département énergie et boues à la direction technique de Veolia Eau.

Enfin, des progrès notables sont réalisés sur la caractérisation des déchets à valoriser (voir encadré) et la gestion des digestats. L'ensemble de ces avancées technologiques pourraient peser dans la balance d'une filière dont le gisement est aujourd'hui encore largement sous-exploité en France.

Alors que l'Hexagone possède un potentiel de 15 millions de tonnes de déchets du secteur agroalimentaire, 50 millions de tonnes de déchets municipaux et 150 millions de tonnes de déjections animales, quelque 200 sites de méthanisation à peine sont en activité, avec une production estimée à 310 000 tonnes équivalent pétrole (tep). En Europe, plus de 6 000 installations de méthanisation produisent 8 346 ktep, dont plus de la moitié en Allemagne.

Une cure de jouvence pour la gazéification

Dans ce contexte c'est une cousine de la méthanisation, la gazéification, longtemps utilisée pour transformer le charbon en gaz de ville, puis tombée en désuétude, qui revient sur le devant de la scène. Elle permet notamment de transformer la matière organique en un gaz de synthèse en quelques heures, au lieu de plusieurs jours. Ce traitement thermique contrôlé se produit en déficit d'air et à haute température. Le combustible solide est converti en un gaz de synthèse, le syngaz. Composé majoritairement de monoxyde de carbone et d'hydrogène il peut alors alimenter des équipements de production d'énergie efficaces. Après méthanation, le Syngaz peut aussi être transformé en biométhane et alors être injecté sur le réseau. Cette technique, qui offre notamment une alternative à haut rendement à l'incinération ne dégageant ni dioxines, ni furane, est en train de s'imposer en tant que solution crédible de valorisation énergétique des déchets (voir encadré). Qu'il s'agisse de l'une ou l'autre techniques, les usines à gaz semblent en tout cas avoir de l'avenir.

La gazéification à l'échelle industrielle

À Morcenx (Landes), CHO Power vient de finaliser la construction de sa première unité industrielle de gazéification en Europe. Prochainement, 37 000 t/an de déchets industriels banals locaux et 15 000 t/an de plaquettes forestières assureront la production de 12 MWe d'électricité et 18 MWth de chaleur. L'innovation technologique principale du site porte sur le couplage d'un gazéifieur à un réacteur de purification du gaz de synthèse à 1 200 °C. Appelé Turboplasma, ce réacteur élimine les goudrons : « Ainsi purifié, le syngaz peut alimenter, sans les encrasser, des moteurs à gaz dont l'efficacité énergétique est supérieure à celle des turbines. 40 % du potentiel calorifique de la matière entrante est transformé en électricité » se félicite Bénédicte Amiel, responsable communication de l'entreprise.

La prédiction du rendement s'améliore

Au lieu d'attendre un mois, caractériser quasi instantanément par infrarouge le potentiel méthanogène de déchets sera bientôt possible. « Grâce à la respirométrie anaérobie, on peut déjà prédire en une semaine l'impact de changements de paramètres d'un projet de méthanisation sans passer par la phase « pilote de laboratoire » et ses longs mois de simulation » explique Romain Girault, ingénieur à l'Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (Irstea). L'organisme mène de front ces deux projets, respectivement à Montpellier, avec l'Inra et l'École des mines d'Alès, et à Rennes.

Le rendement des unités de cogénération produisant chaleur et électricité progresse. L'épuration du biogaz via des membranes permet de l'injecter sur le réseau. Les outils de gestion de la production décentralisée de biogaz s'améliorent.

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