Pastech 242-1: Méthanisation - Pratique

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Pratique[modifier | modifier le wikicode]

Contexte juridique[modifier | modifier le wikicode]

D’un point de vue domestique, il y a peu de législations sur l’installation d’un digesteur (de petite taille). En effet, ces derniers peuvent être réalisés à partir de matériaux de récupération et sans même avoir besoin de les déclarer. Cependant à l’échelle industrielle, les unités de méthanisation subissent des règles plus strictes.

Statut des installations[modifier | modifier le wikicode]

Schéma expliquant les différents classements nécessaire pour la mise en service des méthaniseurs

Les unités de méthanisation sont considérées comme des "installations classées pour la protection de l'environnement" (ICPE), de ce fait, il existe différentes procédures d’autorisation propres aux ICPE, notamment en fonction de la quantité de déchets traités. En effet, si moins de 30 tonnes sont traités par jour, alors une simple déclaration des unités de méthanisation est suffisante auprès des préfets avant sa mise en service. Si elles traitent en 30 et 100 tonnes par jour, alors il faut procéder à un enregistrement. Ce dernier consiste à étudier l’adéquation du projet avec les prescriptions générales applicables (disponibles ici). L’approbation s’effectue par le préfet, après avoir consulté le public et les conseils municipaux concernés. Si le traitement dépasse 100 tonnes de déchets par jours, il faut alors recourir à une autorisation de la construction des unités de méthanisation. Il s’agit là de démontrer que les risques ne sont pas majeurs et que les risques encourus par l’exploitation sont acceptables. Mais finalement, les nomenclatures ICPE les plus rencontrées dans la méthanisation sont relatives aux rubriques 2170, qui concernent les installations de compostage, et 167C, référant les destructeurs de déchets industriels provenant d’installations classées.

Sinon, on constate que les méthaniseurs sont classés uniquement dans certains cas précis :

  • Lorsque ces derniers traitent des eaux issues de plusieurs installations classées (rubrique 2750)
  • Lorsqu’ils sont considérés comme des stations d’épuration collective des déjections animales (rubrique 2751).
  • Lorsque l’installation mixte l’épuration des eaux domestiques et industrielles (rubrique 2752).

Réglementation sur les matières premières[modifier | modifier le wikicode]

Les digesteurs sont réglementés sur leurs intrants (matière injectée dans le digesteur). En effet, la législation française autorise la méthanisation de matière végétale brute ou de déchets non dangereux. Par déchets non dangereux, on peut compter le fumier, le lisier ou encore les déchets de nourriture issus des particuliers ou des services de restauration. Malgré l’autorisation de l’utilisation de matière végétale brute, les digesteurs ne peuvent pas être approvisionnés par des cultures alimentaires ou énergétiques dans une proportion supérieure à 15% du tonnage brut par année civile. Ces mesures sont cruciales car elles permettent d’éviter que les terres agricoles soient exploitées en masse pour la production de biométhane, au lieu de les utiliser pour nourrir la population (voir l'exemple du maïs en Allemagne).

D’autre part, les intrants doivent respectés certaines proportions. En effet, les effluents d’élevage doivent représenter au moins 33 % de l’approvisionnement et le pourcentage d’intrants agricoles total doit être au minimum 60 % de la masse brute des matières incorporée.

De plus, tous les sous-produits d’animaux ne peuvent pas être méthanisés. Effectivement, seuls les sous-produits d’animaux de catégories 2 et 3 peuvent être acceptés dans la méthanisation. Les produits de catégories 1 (exemple : cadavre d'animaux familiers) présentent un risque trop important pour la santé humaine et animale, notamment dans la transmission de maladies. Ils ne sont donc généralement pas utilisés dans les digesteurs. Cependant, si l’exploitant souhaite tout de même les valoriser, il faudra tout d’abord transformer son unité de méthanisation en un destructeur agréé de déchets, avec toutes les contraintes techniques et administratives qui vont avec. Les sous-produits de catégories 2, tels que les refus de dégrillage d’abattoirs hors ruminant supérieur à 6mm, doivent être stérilisés à 133°C sous 3 bars avant de pouvoir être introduit dans les digesteurs. Les sous-produits d’animaux de catégories 3 ne présentent pas ou peu de risques et n’ont donc pas nécessairement besoin d’un traitement avant sa méthanisation, même si la pasteurisation (à 70°C) des produits reste conseillée.

Par ailleurs, les unités de méthanisation doivent respectées des normes environnementales. Par exemple, ils doivent respecter les périmètres de protection des captages publics, en d’autres termes, on ne peut pas installer une unité de méthanisation proche* des zones de captation des eaux, afin d’éviter la pollution des eaux potables.

*Les périmètres de protection des captages publics dépendent notamment de la structure du terrain c’est-à-dire si le terrain présente des vallées, montagnes, …, mais aussi du sens d’écoulement des eaux environnantes.

Réglementation sur les produits de la méthanisation[modifier | modifier le wikicode]

Une torchère en Thaïlande

Ce qui est produit par les digesteurs sont aussi soumis à certaines règlementations. Depuis 2000, les entreprises locales de distribution d’électricité, comme EDF, sont dans l’obligation d’acheter l’électricité produite, dans le cas où les installations de productions sont reliées aux réseaux publics de distribution et que la puissance installée est inférieure ou égale à 500kW, selon les conditions d’achat relatif à l’arrêté du 13 décembre 2016. Dans le cas où la puissance installée est comprise entre 500kW et 5 MW, les exploitants bénéficient d’un complément de rémunération qui se fait sous la forme d’un appel d’offre, dans laquelle les candidats (les distributeurs d'électricité) doivent proposer un tarif.

Du point de vue du biométhane produit, il peut être injecté dans le réseau de gaz naturel, mais il doit tout de même convenir à certaines normes sur sa composition. En effet, le biogaz est constitué de nombreux gaz indésirable, il faut donc procéder à son épuration. Il est obligatoire d’en retirer son sulfure d'hydrogène (H2S), son eau et la majorité de son dioxyde de carbone. Le sulfure d'hydrogène rend le biogaz corrosif, mais ce dernier le rend aussi odorant, donc détectable facilement lors de fuites. Ainsi, en l’épurant, on va retirer une grande partie, voire la totalité de celui-ci, mais il faudra ensuite rendre le gaz odorant, avec du tétrahydrothiophène (C4H8S) par exemple.

Le biogaz n’est pas toujours utilisé directement, il est donc stocké dans les exploitations. De la même manière que lors de la mise en service des unités, si la quantité de biogaz stockée est supérieur à 10 tonnes, il faut procéder à une autorisation selon les régimes des ICPE. En dessous de 10 tonnes et à partir d’une tonne (soit 700 m3 de biogaz), il suffit de procéder à une déclaration. Si la valorisation du biogaz est impossible ou si les installations de valorisation présentes ne permettent pas la consommation de l’ensemble du biogaz produit, il est obligatoire d’installer une torchère afin de le brûler. De plus, si les installations permettent la production de 500kW de méthane, alors des détecteurs de méthane doivent être installés. Pour limiter d'avantage les risques liés aux fuites de méthane, une des meilleures solutions reste une ventilation importante, voire l'exploitation à l’air libre (dans ce cas, il faut gérer les nuisances sonores afin de rester dans la réglementation des limites sonores de propriété, pour ce faire, une solution des plus simples est l’installation de trois murs antibruit, sans toit).

Du côté du digestat, ce dernier peut obtenir une valeur marchande et peut être cédé ou commercialisé si la teneur en {phosphore, azote, potassium} totale est supérieur à 7% et que, plus de 20% de la matière brute du digestat correspond à de la matière organique. Mais si le digestat est de trop mauvaise qualité (s’il ne respecte pas les conditions précédentes ou si la quantité de matière sèche est supérieur à 30%) alors il va être incinéré, ou il peut subir un plan d'épandage.

Enfin l’éluat, le liquide résultant de la méthanisation, peut être épandu ou envoyé dans des stations d’épuration du type aérobie. Cependant, il y a quelques dangers dans l’épandage de l’éluat, du fait qu'il s'agisse d'un mélange très azoté. Or la limite légale concernant l’azote dans un champ est de 150kg d’azote par hectare par an. De plus, son épandage libère de nombreux gaz toxiques comme le protoxyde d’azote (N2O), un gaz à effet de serre, ou l’ammoniac, responsable de pluies acides allant à l’encontre des protocoles de Kyoto, dans la lutte contre les gaz à effet de serre, et de Göteborg, contre les pluies acides. Il faut donc contrôler son épandage et notamment surveiller les rejets gazeux.

Gestion d'une unité de méthanisation[modifier | modifier le wikicode]

L’installation d’unité de méthanisation est très coûteuse en argent et en temps. C’est pourquoi de nombreux moyens sont mis en place pour rendre la méthanisation accessible au monde agricole. En effet, pour une construction à taille industrielle, le coût de l’installation peut atteindre le million d’euros.

Avant de construire une unité de méthanisation, il est nécessaire d'effectuer certaines analyses. Par exemple, il est crucial de choisir la bonne technologie de méthanisation en fonction des déchets utilisés. Des organismes tels que l’ADEME, France Biogaz ou encore VALOGREEN peuvent aider les agriculteurs, ayant décidés de se lancer, et trouver des bureaux d’études avec lesquels ils ont déjà pu travailler auparavant. En effet, il existe de nombreux types de digesteurs. Le plus couramment utilisé est le procédé mésophile (à températures moyennes), le procédé thermophile (à températures élevées) l'est plus rarement. Il existe également la digestion anaérobie à deux phases, qui est un compromis des deux premières. Ces types d’installations diffèrent donc en matière de température de réaction, notamment. Mais d’autres facteurs sont à étudier tels que le type de brassage, qu’il soit mécanique, par pompage ou au biogaz, ou encore le temps de séjour de la matière, la régularité de l’alimentation, l’intensité de brassage, … Un enjeu majeur pour le choix de la technologie utilisée est le dimensionnement de l'unité en fonction de la quantité d'intrants disponible. En effet, le sur-dimensionnement de l'unité peut engendrer des pertes de rendement et rendre le processus non rentable économiquement et écologiquement.

En plus de les aider pour les démarches administratives, les organismes se chargent parfois de trouver le personnel ayant la capacité à former les agriculteurs, de manière à être plus indépendant dans leur maintenance. Cette dernière peut être assez longue et peut prendre entre une à deux heures par jour en fonction de la taille de l’installation.

Par ailleurs, malgré les subventions pouvant être accordées aux agriculteurs, certains s’associent pour construire une unité de méthanisation, par la formation de Société à action simplifiée (SAS), généralement. De cette manière, ils peuvent réunir leurs déchets organiques et pouvoir mettre encore plus à profit l’unité construite.

Pour la bonne réalisation de l’unité, de nombreux acteurs entrent donc en jeu. Tout d’abord, il y a les fournisseurs d’équipement de biogaz, sans qui, le digesteur ne peut être construit. Parmi eux, nous pouvons citer : Ecothane, France Biogaz Environnement, Aquatank, Schumann Tank, … Pour la réalisation de la construction, on fait aussi appel à des entreprises du bâtiment, notamment pour la structure extérieure.

On remarque donc que même s’il peut exister des industries exclusivement spécialisées dans la méthanisation, la construction d’une unité de méthanisation ne nécessite pas d’industrie spécialisée. Il est nécessaire de chercher les différents produits chez les fournisseurs et de les adapter pour l’unité de méthanisation. Par exemple, si l’on souhaite faire de la cogénération, on peut utiliser un moteur thermique classique convertit en moteur à biogaz. Cependant, il existe de nombreuses entreprises, eux spécialisés dans la méthanisation, qui permettent aux agriculteurs de mettre en place les unités en analysant le potentiel. Certains organismes et associations comme l'Atelier Paysan proposent notamment aux agriculteurs une aide technique sur l' autoconstruction et la gestion d'un méthaniseur.

Dans un méthaniseur, les risques majeurs sont surtout liés au stockage des liquides, puisque le biogaz est à faible pression, voire à la pression atmosphérique. Il est néanmoins nécessaire de rester vigilants au niveau des risque de fuites, le méthane étant un gaz explosif.

Pour la maintenance des unités de méthanisation, de nombreux points sont à contrôler. En effet, certains facteurs sont à contrôler tous les jours alors que d’autres le sont moins régulièrement (voir le tableau suivant). En fonction des matières injectées, du temps de séjour, des bactéries présentes, … les températures et le pH des digesteurs peut varier. En effet, il faut s’assurer que le milieu est propice à la vie des bactéries et qu’elles puissent digérer les matières organiques correctement.

Tableaux des analyses quotidiennes et hebdomadaires obligatoires pour une unité de méthanisation
Paramètres Analyse quotidienne Analyse hebdomadaire
Température Oui Non
Acides gras volatils Oui Oui

<500 mg/L

Pouvoir tampon (ou alcalinité)

(en mg de carbonate de calcium /L)

Non Oui
pH Oui

5,5 à 8 (boues fraîches)

Oui

5,5 à 8 (boues digérées)

Production de biogaz () Oui Non
Composition du biogaz

(teneur en dioxyde de carbone)

Non Oui

20-30%

Volume des boues fraîches entrant

()

Oui Non

(Source : Moletta R. La méthanisation (2e ed.). Lavoisier / Tec et Doc, 2011. 551 p., page : 226)



Cependant, un des risques le plus important est un mauvais mélange des matières premières. En effet, un mélange inadéquat peut engendrer des réactions violentes et/ou libérer des gaz toxiques ou anoxique (entraînant la diminution, voire la disparition du taux de dioxygène dans les tissus). Ces gaz sont généralement traités après la digestion, quand ils font parties du biogaz, mais ces réactions peuvent aussi se faire dans les zones de prédigestion, c’est-à-dire dans les zones de stockages des matières premières. C’est pourquoi, si l’exploitant utilise plusieurs matières premières différentes, une formation est nécessaire avant la mise en service du digesteur. Durant cette formation, il apprend notamment quels mélanges il faut éviter, mais aussi à détecter les signes précurseurs d’une mauvaise réaction ou encore les mesures correctives à apporter. Ces dernières peuvent être la ventilation du mélange, le port de matériel de sécurité pour la respiration, voire l’arrêt de l’installation et l’évacuation du site.