Biogaz - Définition

Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène.

Cette fermentation appelée aussi méthanisation se produit naturellement (dans les marais) ou spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques, mais on peut aussi la provoquer artificiellement dans des digesteurs (pour traiter des boues d'épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc.).

Le biogaz est un mélange composé essentiellement de méthane (typiquement 50 à 70%) et de gaz carbonique, avec des quantités variables d'eau, d'hydrogène sulfuré (H₂S). On peut trouver d'autre composés provenant de contaminations, en particulier dans les biogaz de décharges.

L'énergie du biogaz provient uniquement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie fossile très courante qu'est le gaz naturel qui lui contient essentiellement du méthane mais aussi du butane, du propane et d'autres éléments. On peut aussi utiliser le terme biométhane.

On distingue trois plages de production de biogaz en fonction de la température.

• 15-25 °C : psychrophile
• 25-45 °C : mésophile
• 45-65 °C : thermophile

Ce sont les digesteurs mésophiles qui sont les plus utilisés (à 38 °C) dans les zones tempérées.

La récupération du biogaz produit par les décharges est d'autant plus intéressante que le méthane est un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone (CO₂) produit par sa combustion.

Sources de biogaz

Le biogaz est le résultat de la méthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles. Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des stockages de matière organique volontaires ou involontaires :

• Les décharges. Leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée en fonction de l'étanchéité du mode d'exploitation. En France, la récupération du biogaz de décharge est obligatoire depuis des années. Sa valorisation énergétique devrait être une obligation. La simple destruction en torchère n'est qu'un pis-aller. C'est ainsi plusieurs milliers de m³/h de méthane qui pourraient être récupérés et utilisés sur les grandes décharges (1 m³ méthane = 1 litre d'essence !)
• La collecte sélective des déchets putrescibles permet une méthanisation plus rapide qu'en décharge en utilisant des bioréacteurs spécifiques (digesteurs).

• Les 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.

• Les effluents d'élevages. La réglementation rend obligatoire les équipements de stockage des effluents (lisier, fumier) pour une capacité supérieure à 4 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.
• Les effluents des industries agroalimentaires peuvent aussi être méthanisés. Le but est principalement d'éviter le rejet de matières organiques trop riches, et peut s'accompagner d'une valorisation énergétique.

• le fond des lacs et marais : le biogaz y est produit naturellement par les sédiments organiques qui si accumulent. L'utilisation du biogaz du lac Kivu a été entrepris il y a plus de 40 ans et maintenant développé à grande échelle.

Effet de serre

Le biogaz est constitué essentiellement de méthane, gaz à effet de serre très important. Sa combustion produit du dioxyde de carbone, aussi gaz à effet de serre, mais dont l'impact est largement moindre. Une molécule de méthane (CH4) équivaut à 21 molécules de dioxyde de carbone (CO2) en terme d'effet de serre.

Avantages-Utilisations

Les avantages de la valorisation du biogaz comme carburant sont :

• réduction des émissions de gaz à effet de serre, comme indiqué ci-dessus.
• mais cela permet également en se substituant aux autres énergies exogènes (fossile et nucléaire) de dégager des revenus pour l'exploitant qui économise sur ses dépenses énergétiques et/ou, de plus en plus vend son énergie.

Les utilisations du biogaz varient :

• La méthode la plus courante est de le brûler dans un moteur à gaz ou une petite turbine, pour produire de l'électricité injectée sur le réseau (plus de 3000 installations en Allemagne), et souvent de la chaleur en cogénération.
• Lorsqu'une industrie consommatrice de combustible (centrale thermoélectrique, cimenterie, chaufferie collective...) se situe à proximité, le biogaz peut lui être fourni comme carburant.
• Il sert aussi souvent dans les serres, pour les chauffer et les enrichir en CO₂.
• Il est utilisé comme carburant pour véhicules GNV, en substitution au gaz naturel du réseau qui lui est fossile. Il alimente des flottes captives (comme des autobus, des bennes à ordures) voir biogaz carburant, ou même les véhicules individuels (Suisse et Suède).
• Il peut aussi être injecté sur le réseau de gaz naturel. C'est la solution qui offre le meilleur rendement énergétique, si le réseau est assez proche du point de production. Cette solution se heurte aux réticences des groupes gaziers, comme l'a été l'injection d'électricité renouvelable pour EDF.
• Le méthane contenu dans le biogaz peut aussi être reformé pour former de l'hydrogène renouvelable ou biohydrogène.

Dans les deux derniers cas, on extrait le CO₂, l'eau, les composés souffrés pour obtenir un gaz composé à plus de 96% de CH₄ substituable au gaz naturel fossile du réseau. Pour les autres applications, un gaz contenant 60% de méthane est largement suffisant, donc le purifier serait une dépense inutile. On se contente alors d'enlever les impuretés qui présentent des problèmes de pollution, de corrosion ou d'odeur, notamment les composés souffrés.

Au Mali, des projets pilotes ont été menés dans des zones éloignées et auprès de populations largement analphabètes, afin de voir dans quelle mesure 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 en agriculture pour la fertilisation des sols. Un appui financier reste nécessaire pour la mise en place du système (équipements, installation, formation) Production et usage de biogaz dans 4 communes de la région de Kayes (Mali)

Bibliographie

• Biométhane, Edisud/énergies alternatives, collection " Technologies douces ", 1979, Bernard Lagrange. 2 tomes :

1. une alternative crédible, (ISBN 2-85744-040-5) 1

Ce premier tome sur le biométhane présente successivement la matière organique comme source d'énergie, les systèmes intégrés, la géopolitique du biométhane et les bioconversions comme technologie appropriée.

2. principes. techniques utilisations, (ISBN 2-85744-041-3) 2

Ce deuxième tome sur le biométhane présente la fermentation méthanogène, la digestion en continu comme moyen d'épuration, la digestion en discontinu et la production de biométhane, le gaz et ses applications, l'utilisation des effluents de la digestion.

• Bertrand de La Farge, Le Biogaz. Procédés de fermentation méthanique, 1995, éd. Masson, 237 p.