Memoire Online - Définition d'un outil cartographique d'aide à la décision dans le domaine de la méthanisation

Le potentiel méthanogène est le volume de méthane biogaz produit lors de la dégradation anaérobie en présence de bactéries d'un échantillon initialement introduit, exprimé dans les Conditions Normales de Température et de Pression (CNTP* : 0°, 1013 hPa) (Biogaz-énergie-renouvelable [72]).

Graphique 1 - Potentiel méthanogène de différents substrats et co-substrats

Le pouvoir méthanogène d'un substrat peut être plus ou moins important, sa dégradation produira alors plus ou moins de méthane et donc d'énergie. La teneur en sucre, en protéine et lipide d'un substrat détermine notamment son potentiel méthane ; les plus gras représentent une source notable de méthane, mais l'introduction d'une quantité trop importante peut perturber l'équilibre biologique du mélange dans le digesteur.

Les données relatives au potentiel méthanogène de cetains substrats comprises dans le graphique 1 sont cependant à relativiser : ces dernières peuvent plus ou moins varier d'une source à l'autre, il est donc préférable d'analyser précisément les substrats d'un projet de méthanisation, afin de connaitre leur réel pouvoir méthanogène. Cette incertitude est dûe au fait qu'un substrat est souvent défini à l'aide d'un terme générique, celui-ci regroupant différentes sous-catégories de produits.

À noter que la lignine et les composés ligno-cellulosiques ne sont que très peu réceptifs aux attaques anaérobies, ils ne représentent donc pas un intérêt particulier pour la production de biogaz par voie de méthanisation. En outre, les substrats doivent être propres, sans indésirables (plastiques, métaux et autres produits non méthanisables), sans antibiotiques, détergents... sous peine de perturber voire d'annuler le processus de méthanisation.

Ainsi, lors du développement d'une unité, le mélange de substrats ayant le potentiel méthanogène le plus élevé possible sera recherché à l'aide d'une modélisation, même si les interactions entre les différents intrants au sein du méthaniseur sont parfois mal connues (CEMAGREF, [29]).

1.2.2 Différents types de substrats

Trois filières dominent dans la production de déchets méthanogènes : l'agriculture, l'industrie agro-alimentaire et les collectivités. Chaque grande famille de déchets peut se voir attribuer un potentiel méthane théorique.

Actuellement en plein essor en France, la méthanisation « à la ferme » mise en grande partie sur le gisement d'origine agricole. Les effluents d'élevage, considérés comme des biodéchets, ainsi que les matières végétales issues des cultures sont des substrats qui peuvent être utilisés pour la production de biogaz.

- Déjections animales : elles contiennent des bactéries fraiches, ont un pouvoir tampon important (stabilisation du pH), ce qui stabilise le milieu. Cependant, leur potentiel méthanogène est globalement très faible. On distingue les lisiers, produits toute l'année en quantité importante avec une teneur en matière organique faible, et le fumier, produit de manière saisonnière, mais avec un pouvoir méthanogène plus intéressant. Ils sont souvent utilisés conjointement.

- Matières végétales : facilement assimilables par les bactéries, avec un potentiel énergétique élevé, les résidus de récoltes, les déchets de silos et de céréales, les restes de fruits et légumes sont particulièrement utiles au sein d'une unité de méthanisation. Si les cultures énergétiques sont évitées en France, l'utilisation de cultures dérobées (culture s'interposant entre deux cultures principales, récoltée pour être valorisée) permet de ne pas entrer en concurrence avec l'agriculture destinée à l'alimentation animale ou humaine.

L'industrie agro-alimentaire produit d'importantes quantités de déchets fermentescibles. Aujourd'hui, les entreprises tentent du mieux possible de valoriser ces déchets in-situ, mais certains produits résiduels sont nécessairement mis à l'écart. Substrats à fort potentiel méthanogène, ils sont particulièrement recherchés dans le cadre de la méthanisation. Idéalement, leur localisation doit se trouver à moins d'une quarantaine de kilomètres de l'unité de méthanisation (AILE, 2011, [12]).

- Eaux grasses ou déchets alimentaires : déchets organiques solides, biodégradables, ce sont des déchets issus de la préparation des repas préparés. Ce peut également être des produits périmés ou invendus (exemple : biscuit, chocolat, pulpe de fruits...).

- Huiles alimentaires usagées et autres corps gras : ce sont essentiellement les huiles alimentaires utilisées pour la friture, la cuisson ainsi que les résidus de bacs dégraisseurs visant à récupérer les graisses des cuisines professionnelles.

- Déchets d'abattoirs et sous-produits animaux : issus de la filière animale (abattoirs, boucheries, charcuteries...), ce sont les produits résiduels non comestibles (matières stercoraires, fumiers, lisiers et cadavres d'animaux). Certains de ces sous-produits animaux ne sont pas autorisés en méthanisation (catégorie 1) et d'autres sont soumis à une réglementation de prétraitement (catégorie 2 ou 3), comme l'hygiénisation (70°C, 1h) ou la stérilisation (133°C, 20 mn, 3 bars), pour élimination des pathogènes (APESA, 2012, [20]).

La loi du 12 juillet 2010 portant engagement national pour l'environnement, dite loi Grenelle 2, a instauré une obligation de tri à la source et de valorisation des biodéchets pour les personnes qui en produisent des quantités importantes. Un arrêté du 12 juillet 2011 fixe les quantités de biodéchets ou de déchets d'huiles alimentaires produites annuellement au-dessus desquelles leur producteur est soumis à l'obligation d'en assurer le tri à la source en vue de leur valorisation.

Les secteurs économiques les plus directement concernés par l'entrée en vigueur de cette obligation sont la restauration collective et le commerce alimentaire (hypermarchés). D'autres secteurs, tels l'entretien des espaces verts et les industries agroalimentaires, sont également concernés, mais dans une mesure moindre, car le tri à la source des biodéchets y est d'ores et déjà pratiqué de façon assez générale.

Les seuils fixés par l'arrêté sont rapidement dégressifs depuis le 1^erjanvier 2012 jusqu'à l'année 2016, afin de donner aux producteurs concernés le temps nécessaire pour assurer à leurs biodéchets la valorisation exigée. L'impact sur les hypermarchés, mais surtout sur les commerces de taille inférieure et sur la restauration collective sera effectif dès 2014. La valeur de ces seuils en 2016 (10 t/an de biodéchets et 60 t/an de déchets d'huiles alimentaires) correspond à cette date à une activité telle que l'obligation de tri des biodéchets concernera alors un nombre élevé d'entreprises : on estime, en effet, que les commerces alimentaires de moyenne surface seront alors tenus de trier et de valoriser leurs biodéchets, de même que les restaurants servant plus de 70000 repas dans l'année. La circulaire du 10 janvier 2012 apporte des précisions sur les modalités d'application de cette obligation.

140 120 100 80 60 40 20

Tonnes/an

Graphique 2 - Définition d'un gros producteur de biodéchets (DGPR, 2012, [33])

Les collectivités sont en mesure de fournir différents types de déchets fermentescibles, en provenance notamment de certains services publics. Ainsi, les boues urbaines, les tontes de pelouses, l'entretien paysager mais également les cantines des écoles et des universités peuvent être des sources d'intrants pour un projet de méthanisation.

Définition d'un outil cartographique d'aide à la décision dans le domaine de la méthanisation

1.2.1 Potentiel méthanogène

1.2.2 Différents types de substrats