La méthanisation est un procédé biologique permettant de valoriser des matières organiques en produisant une énergie renouvelable et un engrais. En l’absence d’oxygène, des bactéries dégradent partiellement la matière organique, ce qui conduit à la formation de biogaz (valorisé en énergie) et d’un digestat (épandu sur les cultures comme engrais).
Les substrats sont des matières fermentescibles qui peuvent être d’origines très variées. Tous n’ont pas le même potentiel de production de méthane (pouvoir méthanogène). Les matières à fort pouvoir méthanogène sont riches en graisses, en protéines et en hydrates de carbone.
Les matières ligneuses comme le bois sont proscrites, car elles ne sont pas digérées par les bactéries. Sont également à éviter des matières trop chargées en antibiotiques ou désinfectants, elles provoqueraient la mort des bactéries. On cherche aussi à limiter l'apport de matières qui pourraient sédimenter au fond du digesteur : terre, sable, etc.
Le graphique ci-dessous présente le pouvoir méthanogène de différentes matières en m3 de biogaz par tonne de matière brute.
La digestion des substrats, c’est-à-dire leur transformation en biogaz et en digestat, s’effectue au sein d’une grande cuve appelée digesteur. Le temps de séjour de la matière dans le digesteur varie entre 40 et 60 jours.
Le digesteur est réchauffé à l’aide d’un circuit alimenté par de l’eau chaude, afin de maintenir une température propice au développement des groupes de bactéries en jeu.
On différencie diverses voies de méthanisation en fonction de la température à laquelle se produit la digestion :
- la voie thermophile : 60°C en moyenne
- la voie mésophile (la plus courante) : 37 - 40°C
Le type de digesteur le plus fréquemment utilisé est le digesteur infiniment mélangé : il s’agit généralement d’une cuve cylindrique où la matière est brassée. Ce type de système est adapté pour des substrats majoritairement liquides (mélange à moins de 12% matière sèche).
Un système d’agitation de la matière permet d’éviter la formation d’une croûte et la décantation de la matière ; l’agitation améliore également le dégazage.
Le biogaz est composé en moyenne de 60% de CH4 (méthane), de 35% de CO2 et de 5% de divers autres gaz.
La valorisation du biogaz par cogénération est la plus courante. Néanmoins d’autres modes d’utilisations existent en France ou à l’étranger :
- le biogaz carburant utilisé dans des flottes captives, l'expérience de la Communauté Urbaine de Lille étant la plus connue dans ce domaine ;
- l'injection du biogaz dans le réseau gaz naturel après épuration et compression, les premiers essais auront lieu en France en 2011.
La cogénération : la production simultanée d'électricité et de chaleur
En 2006, le tarif d'achat de l'électricité produite à partir de biogaz a été révisé. Il est dépendant du taux de valorisation de la chaleur et de la puissance installée : 0,11€ / kWh comme tarif de base, assorti d'une prime de 0 à 3 ct € / kWh pour l'efficacité énergétique.
Il est donc primordial de valoriser au mieux la chaleur dégagée toute l’année.
Le digestat est constitué de la matière organique qui n’a pas été transformée en biogaz. La quantité de digestat produite correspond au volume de matières entrantes (légère diminution de 5 à 10%).
Le digestat est stocké dans une cuve. Cette cuve est de préférence couverte afin de limiter la vaporisation d’azote ammoniacal et de capter le biogaz résiduel qui peut être produit par des matières incomplètement dégradées par la digestion.
La quantité d’azote des substrats introduits dans le digesteur est entièrement conservée, mais sa forme change, avec une conversion importante d’azote organique sous forme d’azote minéral.
