Biogaz
Le biogaz est le gaz produit par fermentation de matières organiques. C'est un gaz combustible composé essentiellement de méthane et de dioxyde de carbone. Il peut être brûlé sur son lieu de production pour obtenir chaleur et électricité, ou purifié pour obtenir du biométhane utilisable comme gaz naturel pour véhicules ou injectable sur le réseau de distribution de gaz naturel.
La méthanisation se produit spontanément dans les marais (gaz des marais), les rizières, les grands réservoirs ou barrages hydroélectriques tropicaux, les décharges contenant des déchets ou matières organiques (animales, végétales, fongiques ou bactériennes). On peut la provoquer artificiellement dans des digesteurs (en particulier pour traiter des boues d'épuration et des déchets organiques industriels ou agricoles).
Composition
Le biogaz est principalement composé de méthane (50 à 70 %), mais aussi de dioxyde de carbone (Modèle:CO2) et de quantités variables de vapeur d'eau et de sulfure d'hydrogène (Modèle:H2S), voire d'autres composés (« contaminants »), notamment dans les biogaz de décharges<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Parmi les impuretés figurent<ref name=Nawfal2015/> :
- des siloxanes<ref name=Nawfal2015/> ;
- des composés organochlorés (dont chlorure de vinyle, dichlorométhane, trichlorométhane et tétrachlorométhane qui sont des substances cancérogènes)<ref>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.</ref> ;
- des composés soufrés (mercaptans)<ref name=Nawfal2015/> ;
- des composés azotés (Modèle:NH3 et Modèle:Quoi)<ref name=Nawfal2015/> ;
- de l'hydrogène<ref name=Nawfal2015/> ;
- divers produits intermédiaires de fermentation (alcools, acides, estersModèle:Etc.)<ref name=Nawfal2015/> ;
- des métaux et métalloïdes<ref name=AFSSET2008>Modèle:Lien web.</ref> ;
- quelques microbes anaérobies (éventuellement méthanotrophes)<ref name=AFSSET2008/>.
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 la cellulose plus pauvre produira un biogaz à seulement 55 % de méthane (et 45 % de gaz carbonique)<ref name=Nawfal2015/>.
Production
Intrants
Le biogaz résulte de la méthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles<ref name=biogaz>Modèle:Lien web.</ref>. Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des rejets de matière organique :
- cultures végétales ;
- 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 des bioréacteurs spécifiques (digesteurs)<ref name=biogaz/>. La récupération du biogaz de décharge est doublement intéressante car le méthane libéré dans l’atmosphère est un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone (Modèle:CO2) produit par sa combustion ;
- boues des stations 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, gazonsModèle:Etc.<ref>Biogaz de déchets de distillerie, sur clarke-energy.com.</ref> ;
- effluents des industries agroalimentaires et restauration collective<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Le but est principalement d'éviter le rejet de matières organiques trop riches ;
- fond des lacs et marais : le biogaz y est produit naturellement par les sédiments organiques qui s'y accumulent. L'utilisation du biogaz du lac Kivu a été entreprise il y a plus de quarante ans et maintenant développée à grande échelle.
La nature des intrants (matières organiques digérées) a un impact non négligeable sur la qualité du produit final. On peut évaluer cette qualité à travers le potentiel méthanogène des matières premières.
Procédé
Modèle:Article détaillé Pour produire le biogaz de façon artificielle, il est souvent nécessaire de modifier les matières premières (pré-traitement), par broyage 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 :
- Modèle:Tmp : psychrophile ;
- Modèle:Tmp : mésophile ;
- Modèle:Tmp : thermophile.
Les digesteurs mésophiles à Modèle:Tmp sont les plus utilisés dans les zones tempérées. Après la fermentation, le résidu solide peut être stocké dans un post-digesteur où l'on récupère à nouveau du gaz combustible.
Coproduit
Modèle:Article détaillé La fermentation des intrants produit aussi un résidu plus ou moins visqueux, nommé « digestat ». Riche en azote, potassium et autres nutriments essentiels, partiellement hygiénisé du fait de la fermentation à haute température, il peut être épandu sur les sols agricoles comme engrais<ref>Modèle:Article.</ref>. Il est débarrassé de nombreux pathogènes et de la totalité des semences de « mauvaises herbes » qu'il pouvait contenir<ref>Alexandre Willemin, « Énergie verte : le produit d'avenir des paysans suisses », Migros Magazine, Modèle:N°40, Modèle:Date-, Modèle:P.27.</ref>.
Il peut aussi être composté pendant quelques mois et devient alors du méthacompost.
Usages
Le biogaz est un gaz renouvelable qui peut être transformé en différents vecteurs énergétiques : chaleur, électricité ou biométhane. La chaleur seule est obtenue en brûlant le gaz dans des chaudières à gaz qui doivent être adaptées à la plus faible proportion de méthane dans le biogaz que dans le gaz naturel, et dont le rendement atteint au plus 90 %<ref name=Hugues2015-p100>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Le biogaz pourrait aussi être transformé en carburant liquide par le procédé Fischer-Tropsch<ref>Modèle:Article.</ref> ou en graphite et hydrogène, technologie à l'étude en Australie<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Cogénération
La combustion dans un moteur à gaz ou une petite turbine permet de produire de l'électricité, injectée sur le réseau, et souvent de la chaleur en cogénération<ref name=Hugues2015-p100/>, mais une trigénération (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<ref>Modèle:Lien web.</ref>. 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 les serres (avec enrichissement en Modèle:CO2).
Injection de biométhane
Modèle:Article détaillé Le biogaz peut être épuré pour en éliminer le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène : on obtient ainsi du biométhane que l'on peut injecter dans le réseau de distribution du gaz 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<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Par l'injection, la production de biométhane en été trouve un débouché que ne trouve pas toujours la chaleur de cogénération.
Rôle dans la transition énergétique
Effet de serre
Le biogaz est constitué essentiellement de méthane (Modèle:CH4) dont l'effet de serre est très important. Sa combustion produit du dioxyde de carbone, qui est aussi un gaz à effet de serre, mais dont l'impact est moindre. En effet, un kilogramme de méthane a un potentiel de réchauffement global (PRG) sur cent ans, Modèle:Nobr supérieur à un kilogramme de dioxyde de carbone.
Utiliser du biogaz n'accroît pas l'effet de serre si le carbone produit (méthane et dioxyde de carbone) a lui-même été absorbé préalablement par les végétaux dont ce biogaz est issu, lors de leur croissance et si cette utilisation s'inscrit dans un cycle court de carbone et si elle ne contribue pas à surexploiter de la biomasse (elle ne fait alors que restituer du carbone qui avait été ôté récemment de l'atmosphère, contrairement au gaz naturel).
Critiques
L'association Canopée rappelle avant toute chose que la valorisation de la matière (par exemple sous forme de compost) est prioritaire par rapport à la valorisation énergétique<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Reporterre souligne les nombreux risques que représentent, à ses yeux, les grands méthanisateurs, sa préférence allant aux petits méthanisateurs à l'échelle d'une ou deux fermes<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref name="Reporterre 2019">Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Les organisations professionnelles des énergies renouvelables d'Europe ont adressé à la Commission européenne en Modèle:Date- un manifeste « 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<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} « Small is Beautiful - Call for a De Minimis approach on the framework for small renewables & cogeneration installations », sur cogeneurope.eu, 26 juin 2018.</ref>.
Selon The Shift Project, l'impact de la méthanisation sur la fertilité des sols reste méconnu. Il se pourrait que cette technique s'avère nuisible. Dans ces conditions, miser sur un déploiement massif de la méthanisation est un pari risqué<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. La production de Modèle:Unité de biogaz nécessite entre 8 700 et Modèle:Nobr de méthanisation, ce qui pose déjà un problème d'acceptabilité sociale<ref>Modèle:Lien web. Modèle:Commentaire biblio</ref>, en particulier en ce qui concerne le retour au sol des digestats<ref>Modèle:Lien web.</ref>, la présence de pathogènes, ou les fuites de méthane<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Or l'association négaWatt prévoit une production de biogaz à hauteur de Modèle:Unité autour de 2050<ref>Modèle:Lien web. Modèle:Commentaire biblio</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>. L'association écologiste Alsace Nature s'oppose au risque de pollution de la nappe phréatique rhénane et à l'empreinte en carbone élevée d'une noria de camions d'une unité de méthanisation prévue à Munchhouse<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>. La Confédération paysanne dénonce les dérives d'une Modèle:Citation<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
La transition énergétique pourrait conduire à industrialiser la campagne à une vitesse inédite. Ainsi, d'après Reporterre, Modèle:Citation<ref name="Reporterre 2019" /> pour alimenter les digesteurs destinés à produire du biogaz.
Le biogaz est produit, pour une part non négligeable, à partir de produits comestibles<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Réglementation et historique
La consommation mondiale de biogaz (souvent sous forme de biométhane) aurait progressé en moyenne de 3,5 % par an de 1965 à 2000, pendant que la demande globale en énergie primaire n'augmentait en moyenne « que » de 2,4 % par an<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} T. Ohkubo, Y. Hideshima et Y. Shudo. s.l., International Journal of Hydrogen Energy, 2010, Modèle:Vol.35, Modèle:P.13021. cité par M. Nawfal, Valorisation catalytique du biogaz pour une énergie propre et renouvelable, université du Littoral-Côte-d'Opale, janvier 2015.</ref>. Il pourrait devenir un combustible non-fossile dominant au Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle, comme l'a été le pétrole au siècle précédent et le charbon au Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle<ref name=Nawfal2015>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Dans le monde, l'utilisation du biogaz au niveau domestique est très répandue, notamment en Asie<ref>Page du Club Biogaz référençant des initiatives sur le biogaz dans les pays en développement.</ref>.
Au Mali, 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 le compost produit a été utilisé pour fertiliser les sols. Un appui financier reste nécessaire pour la mise en place du système (équipements, installation, formation)<ref>Production et usage de biogaz dans 4 communes de la région de Kayes (Mali), sur initiatives-mali.info.</ref>.
Arti, une organisation non gouvernementale en Inde, développe un simple digesteur de Modèle:Unité (surélevé) pour les tropiques qui utilise les déchets de la cuisine (riches en amidon et sucres) pour produire le biogaz. Un kilogramme de déchets produit Modèle:Unité de biogaz en six à huit heures, ce qui suffit pour environ Modèle:Unité de cuisine<ref>Arti biogaz digesteur (Inde), sur samuchit.com.</ref>.
Europe
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 comptabilisant Modèle:Nobr (+18 % par rapport à 2013). L'EBA estime à Modèle:Nobr le nombre de foyers européens alimentés au biogaz. L'Allemagne est le leader européen sur le marché du biogaz<ref>Rapport EBA 2015, sur gaz-mobilite.fr.</ref>.
En 2016, pour l'injection de biométhane dans les réseaux, l'Allemagne devance largement les autres États membres avec en 2016 déjà Modèle:Nobr injection de biométhane (Modèle:Unité), devant la Grande-Bretagne (Modèle:Nobr et Modèle:Nb), les Pays-Bas (Modèle:Nobr et Modèle:Nb), loin devant la France. Le Danemark, l'Autriche, la Suède et la Suisse ont tous entre 10 et Modèle:Nobr de production fournissent de Modèle:Unité. La France a Modèle:Nobr et produit Modèle:Unité. L'Espagne n'autorise ou n'encourage pas l'injection dans le réseau. C'est en Norvège qu'est inaugurée en 2018 la plus grande usine de biogaz au monde, d'une capacité de Modèle:Unité, produits à partir de déchets de l'industrie papetière et de la pêche<ref>Modèle:Lien web.</ref>. En 2018, l'Italie encadre l'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel, pour un usage orienté vers le transport<ref>Modèle:Article.</ref>.
Pays francophones
Un Atlas Bioénergie International (et en France un atlas 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, Modèle:Nobr 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<ref>Frédéric Douard (2014), Atlas biogaz 2014 des sites francophones de production et de valorisation, Modèle:Date- (consulté le Modèle:Date-).</ref>. La France a accueilli le salon Biogaz Europe en Modèle:Date- à Nantes<ref>Salon Biogaz Europe 2015.</ref>.
Allemagne
Avec plus de huit mille installations dans le pays, le maïs est majoritairement utilisé (et critiqué, car l'assolement recule au profit de maizicultures intensives posant des problèmes écologiques d'érosion et dégradation des sols, de pollution due aux phosphates ou aux pesticides et de perte grave de la diversité biologique). À Triesdorf (Bavière), on recherche des plantes aptes à remplacer le maïs : parmi les herbacées, la mauve de virginie et le silphium perfolié sont envisagés ; parmi les graminées, le panic érigé et le chiendent allongé issu de Modèle:Quoi en Hongrie. Ces plantes sauvages sont 20 % moins productives que le maïs et ne sont envisagées que comme complément à celui-ci<ref>Xenius, émission d'Arte, 22 février 2012.</ref>,<ref>Biogaz agricoles et cogénération / CHP, sur clarke-energy.com.</ref>. Depuis 2012, la loi allemande impose une certaine diversification des cultures pour réduire la place du maïs.
France
Modèle:Article détaillé En France, la récupération du biogaz de décharge est obligatoire depuis l'arrêté du Modèle:Date-<ref>Malgorzata Meres, Analyse de la composition du biogaz en vue de l’optimisation de sa production et de son exploitation dans des centres de stockage des déchets ménagers Modèle:Pdf, thèse de doctorat en sciences et génie de l’environnement, 2005, sur Thèses en ligne Modèle:ISBN.</ref>. En 2012, le gaz de décharge fournissait en France plus de 70 % de la production d'énergie primaire issue du biogaz dans le pays<ref>Commission du Développement durable et de l'Aménagement du territoire, La biomasse au service du développement durable, rapport d'information, Assemblée nationale, 2013, Paris, Modèle:P.22.</ref>, mais de nouvelles sources de biogaz se mettent en place.
En 2014, la ministre Ségolène Royal lance le projet de deux cents Modèle:Citation et un appel à projets « Modèle:Nb de méthaniseurs en trois ans » en milieu rural<ref>« France : 12 mesures de soutien pour développer la biomasse », Enerzine, 3 juillet 2014.</ref>.
En 2015, les capacités installées se développent à un Modèle:Citation selon l'Ademe : Modèle:Citation, mais les incertitudes sur les tarifs d’achat de l’électricité Modèle:Citation<ref>Modèle:Lien archive, La lettre Stratégie, Modèle:N°48, juin 2016, Ademe, Modèle:Nb p.</ref>. Un comité national biogaz est créé le Modèle:Date-<ref>Première réunion du comité national Biogaz, ministère de l'Environnement, 26 mars 2015.</ref> 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…) ;
- les procédures de facilitation ;
- le biocarburant GNV ;
- l'injection de biométhane dans le réseau<ref>Sophie Fabrégat, « Un comité national biogaz pour accélérer le développement de cette filière Énergies », Actu-Environnement, 31 mars 2015.</ref> (c'était une demande du livre blanc du Club biogaz de Modèle:Date-).
La loi de transition énergétique de 2015 fixe un objectif de 10 % de la consommation totale de gaz en 2030, jugé ambitieux par le Syndicat des énergies renouvelables (SER) et les gestionnaires des réseaux français (GRDF, GRTgaz, SPEGNN et TIGF) qui en 2016 ne comptabilisaient que Modèle:Nobr d'injection en service en France (mais deux cents autres, équivalent à Modèle:Unité sont prévus). La part de ce gaz étant de 0,02 % en 2016, il faut la multiplier par 500. De Modèle:Unité en 2016, la filière espère produire Modèle:Unité en 2018 puis Modèle:Unité en 2023.
Au début 2018, la France ne compte que 48 sites de production de biométhane à partir de déchets agricoles, qui représentent l'essentiel de la production de gaz vert. Moins de Modèle:Unité ont été injectés dans le réseau de GRDF en 2017, contre plus de Modèle:Unité (treize fois plus) en Allemagne. Or les projets de nouveaux sites sont nombreux : GRDF en a recensé plus de 860, de quoi porter la production française à Modèle:Unité<ref>Gaz vert : le gouvernement donne un coup d'accélérateur, Les Échos, 26 mars 2018.</ref>.
Le projet de programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) 2019-2028 publié le Modèle:Date- prévoit que le biogaz ne représentera que 7 % de la consommation totale de gaz en 2030, avec un objectif de prix d'achat moyen de Modèle:Unité (euros par mégawattheure) en 2023, soit environ 30 % de moins qu'Modèle:Quand, et de Modèle:Unité en 2028<ref>L'exécutif douche les espoirs de la filière du gaz vert, Les Échos, 25 janvier 2019.</ref>.
En 2021, la France a doublé son volume de production de biogaz par rapport à l'année précédente, mais il ne pèse encore, en 2022, que 2 % de sa consommation de gaz, soit Modèle:Unité. L’État français, qui vise une part de 10 % de biométhane dans la consommation totale en 2030, pourrait relever son objectif dans la prochaine loi de programmation. La filière estime qu’elle peut atteindre 15 % d’ici la fin de la décennie<ref>Modèle:Article.</ref>.
En 2022, près de Modèle:Unité de biogaz ont été injectés dans les réseaux, alors que la PPE tablait sur Modèle:Unité à l'horizon 2023. En février 2023, le pays compte 526 unités de méthanisation d'injection. En 2022, 149 unités ont été raccordées et l'on devrait être à peu près au même niveau en 2023 selon France Gaz Renouvelables, qui craint une chute au-delà du fait de l'explosion des coûts des projets et des intrants et réclame une augmentation des tarifs d'achat. Mais le gouvernement rappelle que le prix du biogaz reste supérieur à celui du gaz naturel et devrait le rester jusqu'à la fin de la décennie<ref>Ses projets freinés, la filière biogaz tire la sonnette d'alarme, Les Échos, 8 mars 2023.</ref>.
Suisse
En 2013, environ cinquante fermes en Suisse produisent du biogaz<ref>Alexandre Willemin, Modèle:Opcit, Modèle:P.25.</ref>.
Du biogaz est aussi produit avec les boues d'épuration, à la station d'épuration des eaux usées d'Aïre (Genève) depuis 2013<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Notes et références
Voir aussi
Bibliographie
- Bernard Lagrange, Biométhane, Édisud/Énergies alternatives, Modèle:Coll., 1979, 2 t. :
- « Une alternative crédible » Modèle:ISBN ;
- « Principes, techniques, utilisations » Modèle:ISBN.
- Bertrand de La Farge, Le Biogaz. Procédés de fermentation méthanique, 1995, éd. Masson, 237Modèle:Nb p.
Articles connexes
- Biogaz carburant
- Biométhane
- Liste des produits d'assainissement
- Bois énergie (gaz naturel de synthèse issu du bois)
- Compostage
- Déchet (gestion des déchets)
- Déchet biodégradable
- Digesteur
- Méthanisation
- Pouvoir méthanogène
- GreenGasGrids
Liens externes
Modèle:Liens Modèle:Trop de liens
- Club Biogaz ATEE, inter-profession du biogaz en France
- ADEME, « Méthanisation »
- {{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} « European Biogas Association »
- Modèle:Youtube
- Modèle:Dailymotion, exemple de production familiale de biogaz, 2009
