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Biogaz
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Sommaire de la page (Articles, Dossiers, Études...) : Généralités / Digestion anaérobie ou méthanisation /

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Dossier biogaz et méthanisation
https://www.fournisseur-energie.com/methanisation/


Sites Internet et articles / Corrélats /


Une unité de production de méthane sur une distillerie.
Le biogaz désigne, d'abord, un mélange de gaz produits par la décomposition des détritus végétaux, des excréments animaux et des litières en provenance des élevages.


Le biogaz est le gaz des fumiers et des lisiers, le gaz qui s'échappe des marais ou des cimetières. Le constituant principal du biogaz est le méthane.

Par extension, on parle aussi de biogaz pour désigner les gaz produits par l'accumulation des matières organiques fermentescibles comme les centres d'enfouissement technique (décharges d'ordures ménagères) ou par les fermenteurs anaérobies qui fonctionnent encore comme traitement des boues des stations d'épuration.

À l'heure actuelle, la production de méthane à partir de diverses sources de matières fermentescibles est devenue beaucoup plus fréquente, surtout si ce gaz est utilisé pour produire de l'électricité ou de la vapeur d'eau.

De nombreux sites industriels sont ainsi devenus totalement autonomes sur le plan énergétique en produisant, récupérant et utilisant du biogaz. On peut, par exemple et entre des centaines d'autres, citer le centre d'enfouissement de Changé (Mayenne / Groupe Séché) où le méthane permet au site d'être autonome au plan électrique, au plan du chauffage et même d'être capable de fournir assez de vapeur pour assurer le fonctionnement d'une unité de séchage pour la luzerne des agriculteurs de la région.




Digestion anaérobie ou méthanisation

La digestion anaérobie (ou méthanisation) est la transformation de la matière organique en biogaz lequel est principalement composé de méthane et de gaz carbonique.

Cette transformation, qui est réalisée en anaérobiose par une communauté microbienne complexe dans divers milieux naturels, est maintenant largement mise à profit par l'homme pour se débarrasser de diverses matières organiques fermentescibles. Mais cette transformation, aujourd'hui bien mieux maîtrisée, reste encore délicate à mettre en œuvre.

La technique de méthanisation est d'abord utilisée pour la production de biogaz à partir de différentes sources de matière organique fermentescible (déjections animales, déchets agricoles, effluents urbains et industriels, déchets domestiques et industriels fermentescibles, etc.).

Ces toutes dernières années, le traitement anaérobie des effluents a pris une certaine importance par rapport au traitement plus conventionnel, aérobie, par boues activées.

Voir description sur : Procédé d'épuration d'effluent en réacteur anaérobie.

Cette technique présente quelques avantages par rapport aux procédés aérobies comme d'être beaucoup plus intéressants pour le traitement des effluents urbains dans les pays chauds, d'être moins consommateurs d'énergie fossile, de produire du biogaz énergétiquement intéressant, de générer beaucoup moins de boues lesquelles sont beaucoup mieux stabilisées ou encore d'être beaucoup plus efficaces. On estime que l'on traite 10 fois plus d'effluent par volume de réacteur par voie anaérobie que par voie aérobie.

Les flux métaboliques au cours de la méthanisation.

La digestion anaérobie de la matière organique fait appel à un grand nombre d'espèces bactériennes (eubactéries et archaebactéries).

Au final, et quelles qu'aient été ces bactéries, les matières organiques seront réduites en méthane, en eau et en gaz carbonique.

Généralement, on considère que la méthanisation exige trois phases successives et distinctes : l'acidogénèse, l'acétogénèse et la méthanogénèse.

L'acidogénèse fait intervenir des microorganismes très répandus et très nombreux dans l'environnement, les eaux, les sols et les déchets organiques. Leur métabolisme conduit, après hydrolyse des molécules organiques, à la formation d'alcools, puis d'acides (acide acétique, acide lactique, acides gras volatils comme l'acide propionique, l'acide butyrique, etc.).



L'acétogénèse fait intervenir des bactéries acétogènes. On connaît trois types principaux de bactéries acétogènes : les bactéries acétogènes syntrophiques, productrices obligées d'hydrogène, les bactéries homoacétogènes et les bactéries sulfitoréductrices. Les bactéries homoacétogènes et les bactéries sulfitoréductrices sont indispensables aux bactéries syntrophiques puisque c'est grâce à leur métabolisme qu'une partie de l'hydrogène produit est accepté, puis consommé, le reste servant aux bactéries méthanogènes hydrogénophiles.

Les différents substrats produits au cours de l'acidogénèse vont être transformés en acétate au cours de l'acétogénèse.

La méthanogénèse fait intervenir des archaebactéries (bactéries méthaniques) qui vont produire le méthane à partir du gaz carbonique, de l'hydrogène et de l'acétate. Les bactéries méthaniques qui produisent du méthane et de l'eau en réduisant le gaz carbonique en présence d'hydrogène sont dites hydrogénophiles. Les bactéries méthaniques qui produisent du méthane et du gaz carbonique à partir d'acétate sont dites acétoclastes.

Les bactéries méthanogènes sont capables aussi d'utiliser d'autres types de substrats carbonés pour la production de méthane (méthanol, acide formique).

Les conditions environnementales requises pour la digestion anaérobie

Dans la nature, la digestion anaérobie se fait selon des étapes successives au cours desquelles différents peuplements bactériens se succèdent en fonction des substrats fermentescibles présents et des conditions environnementales qui résultent soit des conditions extérieures, soit des métabolismes en place.

Ainsi, l'acidogénèse produit-elle des acides qui vont baisser le pH. À mesure que des acides sont produits, les bactéries qui subsisteront sur le substrat seront donc des bactéries acidiphiles, voire des bactéries acido-résistances.

De la même façon, la méthanogénèse s'accompagne d'une forte libération d'énergie et d'une élévation de la température du substrat. Les seules bactéries qui survivront seront des bactéries thermophiles.

Dans les digesteurs, les choses sont identiques au moins tant que les variations de conditions de milieu sont progressives. Par contre, les variations brusques de milieu entraînent de graves conséquences sur le bon déroulement des processus de digestion. Un des indicateurs les plus fiables aujourd'hui pour juger de la bonne marche des digesteurs est la pression partielle en hydrogène qui doit rester inférieure à 10-4 atm. Toute augmentation de cette pression partielle traduit un dysfonctionnement. Celui-ci se traduit généralement aussi par une baisse notable du pH qui va perturber sérieusement le métabolisme des autres peuplements bactériens. Le plus souvent, ces dysfonctionnements résultent d'une surcharge organique aux capacités de digestion.

La production trop importante d'acides gras volatils se traduit par une trop importante accumulation d'hydrogène non accepté. En fait, l'étape la plus sensible de la digestion anaérobie semble bien être la phase d'acétogénèse. Cette étape ne pose pas de problème particulier quand le digesteur est bien dimensionné à la charge organique admise. Aujourd'hui, ces paramètres sont beaucoup mieux maîtrisés qu'ils ne l'étaient il y a seulement une dizaine d'années.

Un des intérêts majeurs de la digestion anaérobie est qu'au cours du métabolisme des matières organiques, une part importante est transformée en gaz et ne concoure donc pas à la formation de boues, a contrario de la digestion aérobie où une part importante de la matière organique est assimilée à la biomasse bactérienne néo produite. Autrement dit, la croissance bactérienne au cours de la méthanisation reste faible (moins de 6 %).

Un autre intérêt de la méthanisation est de nature énergétique. On estime que près de 750 litres de biogaz comprenant pour moitié du méthane et pour moitié du gaz carbonique sont libérés par kilo de DCO éliminée. Divers autres gaz peuvent se trouver en mélange avec ce mélange initial. En outre, le CO2 a tendance à se dissoudre dans les effluents aqueux. C'est la raison pour laquelle on admet plutôt que le biogaz est plutôt constitué de 60 % de CH4 et 40 % de CO2. On considère également que le temps de séjour joue un rôle important sur la composition finale du biogaz qui sera d'autant plus riche en CO2 que le temps de séjour sera court.

Sur le plan énergétique, on admet que le biogaz issu de la méthanisation a pratiquement les mêmes propriétés que le gaz naturel. L'utilisation du biogaz à des fins de chauffage, de production d'eau chaude ou de vapeur trouve d'autant plus de justifications aujourd'hui que le baril de pétrole est à plus de 100 dollars.

La mise en œuvre de la digestion anaérobie

La digestion anaérobie peut se faire dans un seul digesteur ou bien dans deux.

Lorsque la digestion se fait dans un seul digesteur, les variations environnementales du milieu peuvent être à l'origine de divers dysfonctionnements parfois assez conséquents pour justifier l'arrêt du processus et la vidange du digesteur.

L'intérêt d'un processus avec deux digesteurs, c'est que dans le premier se déroulent les phases initiales : acidogénèse et acétogénèse. Les variations de milieu, même importantes, ont assez peu d'incidence sur les peuplements bactériens qui sont rustiques, résistants et facilement réensemençables. La méthanogénèse se fait dans le second digesteur d'assez grande dimension pour y appliquer des temps de séjour assez long pour pousser le plus possible la digestion (plus de gaz et moins de boue, meilleure stabilité de pH et de température, etc.). L'inconvénient de la technique à deux digesteurs reste le coût d'investissement dans la construction de ces deux digesteurs.

Cela écrit, cette technique à deux digesteurs pourrait bien avoir de beaux jours devant elle, d'abord si le coût de l'énergie continue à grimper comme il le fait, particulièrement pour les hydrocarbures, mais aussi parce que cette technique peut s'appliquer au traitement de divers effluents solides comme des ordures ménagères fermentescibles et différents autres effluents solides industriels.






Un dossier essentiel sur la méthanisation :
http://www.methanisation.info/

MÉTHANISATION ou FERMENTATION MÉTHANIQUE
http://www.emse.fr/~brodhag/TRAITEME/fich18_4.htm

Méthanisation
http://www.ordif.com/traitement/metha.htm

http://pierre-lemaire.fr/

http://www.ciele.org/filieres/biomass.htm

http://www.solagro.org/site/005.html

http://www.biogaz.atee.fr/news/fullstory.php/aid/24/La_m%E9thanisation_des_mati%E8res_organiques.html

Méthaneva : http://www.methaneva.eu/






Émissions annuelles de méthane d'origine digestive par les ovins, les caprins et les équins en France :
http://www.inra.fr/Internet/Produits/PA/an1997/num972/vermo/mv972.htm

Indicateurs de pressions sur l'environnement : les énergies renouvelables
http://www.ifen.fr/donIndic/Indicateurs/perf2000/23.pdf

Le Parlement européen plébiscite le biogaz produit à partir de déchets agricoles
http://www.actu-environnement.com/ae/news/parlement_europeen_biogaz_4379.php4






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