DEFINITION

Qu’est-ce que la biomasse et la méthanisation ?

La biomasse

La biomasse est la source énergie la plus ancienne utilisée par l’humanité. Il s’agit de toute matière organique, végétale ou issue des êtres vivants. Le terme de biomasse recouvre un champ très large de matières : bois, déchets des industries de transformation du bois, déchets agricoles (pailles, lisiers, etc.) et tous autres sortes de déchets organiques.
La biomasse est la 2ème énergie renouvelable dans le monde. Elle permet de produire de l’électricité, de la chaleur via la combustion de déchets et de résidus de matières organiques végétales ou animales. Elle est très utilisée, notamment 10% de l’énergie primaire mondiale et souvent dans les circuits non commerciaux. Pour environ 2.6 milliards d’habitants, elle représente quasiment la seule source d’énergie.

1) L’origine de la biomasse
La biomasse est issue directement ou indirectement de la photosynthèse chlorophyllienne dont la réaction de base s’écrit de manière simplifiée et si l’on ramène à l’atome de Carbonne :

Processus de la biomasse

Processus de biomasse

La biomasse provient de l’énergie solaire par   photosynthèse. Deux sources principales peuvent être utilisées :Cette réaction nécessite un apport énergétique d’environ 500kj/mol. Dans la nature, cette énergie est fournie par le rayonnement solaire.

• les déchets organiques provenant de la consommation domestique, de l’industrie ou de l’agriculture ;
• les plantes énergétiques dédiées (agricoles ou forestières) pour produire de l’énergie.

2) L’utilisation énergétique de la biomasse

Les applications de la biomasse sont multiples et souvent anciennes. Hormis les usages alimentaires et la fumure des champs,

Les sources de la biomasses

 la biomasse a de tout temps été utilisée comme combustible et comme matériau. Les applications de la biomasse comme matière première de la chimie et comme carburant, importantes au XIXème et au début du XXème siècle, redeviennent attractives, avec la hausse du prix du pétrole.

a) La biomasse comme biocombustible pour produire de la chaleur et de l’électricité

Cycle de la biomasse

• Le bois, sous la forme de bûches mais aussi de plaquettes, d’écorces, de bois de récupération. Densifié, notamment pour les particuliers, le bois peut parfois être présenté sous forme de granulés ou de briquettes. Ces combustibles sont brûlés dans des appareils de chauffage domestique (chaudières, inserts, poêles, cuisinières).

• La paille, mais aussi des résidus de culture et des productions dédiées, peuvent être utilisés comme combustibles.

On peut également brûler à l’échelle industrielle du marc de raisin, des noyaux de fruits, des déchets d’usines papetières (liqueurs noires, boues papetières), des déchets de collectivités, etc. et aussi du biogaz issu de la fermentation de déchets divers mis en décharge ou traités dans des méthaniseurs (déchets verts, effluents d’usines agroalimentaires, déjections animales…).

b) La biomasse comme biomatériau traditionnel ou innovant
Le bois et ses dérivés (papiers, cartons, panneaux de procès), mais aussi le chanvre et autres plantes textiles sont de plus en plus utilisés comme isolants y compris dans du béton composite. L’amidon de céréales ou de pomme de terre peut être utilisé pour la production de plastiques biodégradables et de nombreux autres polymères.

c) La biomasse pour les biocarburants

Les huiles de colza, tournesol, soja ou palme sont les matières premières de base pour fabriquer du biodiesel.
L’utilisation des huiles végétales pures comme carburant est possible mais rencontre des limites techniques.

Le bioéthanol est aujourd’hui produit à partir de la fermentation de blé, maïs, betterave ou canne à sucre. A l’horizon 2015-2020, des biocarburants dits « de seconde génération » pourront être produits à partir des matières cellulosiques que sont, par exemple, la paille et le bois.
Les biocarburants dits de «3ème génération» (produits à partir d’algues) sont également amenés à se développer au cours des prochaines années.

La méthanisation

La méthanisation est un procédé d’utilisation de la biomasse.

Le principe de la méthanisation consiste à faire fermenter de la matière organique afin de la transformer en compost, méthane et gaz carbonique.

Dans la plupart des cas, la méthanisation est réalisée sur des déchets organiques de diverses origines. Ceci permet d’éliminer la pollution organique  tout en produisant une énergie renouvelable.

1) Fonctionnement de la méthanisation

a)  Processus de la méthanisation

  • L’hydrolyse : transforme les molécules complexes (cellulose, lipides, protéines…) en molécules plus simples (acides gras…) ;
  • L’acidogénèse : transforme ces acides en acide acétique, en gaz carbonique et en hydrogène ;
  • La méthanogènes : transforme l’acide acétique en méthane et gaz carbonique, et le gaz  carbonique et l’hydrogène en méthane.

La méthanisation est un processus biologique complexe qui nécessite certaines conditions pour se réaliser correctement. Voici les principaux paramètres pris en compte :

–       La température : généralement entre 30 et 40°C,

–       Le PH

–       Le potentiel d’oxydoréduction : exprimé en volt.

–       Pour réaliser ces différentes étapes de fermentation, la matière organique, appelée digestat, est mise dans de grandes cuves appelées digesteurs. Les différents paramètres, cités précédemment, sont contrôlés afin de s’assurer du bon déroulement de l’opération.

Photo d'un digesteur

Schéma d’un digesteur

–       Les procédés continus : l’alimentation et la vidange du digesteur se font en permanence avec une quantité entrante égale à celle sortante. Ils sont bien adaptés au traitement des déchets liquides. Ce sont les procédés les plus utilisés car ils nécessitent peu de maintenance.Ensuite selon le type d’alimentation/extraction .

–        Les procédés discontinus, dits « batch » : les digesteurs sont remplis puis vidés  lorsque la production de biogaz chute ou devient nulle.

–       Les procédés semi-continus : le digesteur est rempli progressivement par petites charges successives réparties dans le temps. La vidange est réalisée lorsque le volume utile du digesteur est atteint et que la production de biogaz n’est plus suffisante.

Une unité de méthanisation comprend principalement :

  • des équipements de séparation des impuretés en amont, selon les matières traitées
  • le mélangeur/malaxeur permettant l’introduction homogène de la matière organique dans le digesteur,
  • le digesteur, dit homogène ou hétérogène selon le degré du mélange, partiel ou total, de son contenu,
  • un système de brassage mécanique (simple ou multiple), pneumatique par injection de biogaz, hydraulique par recirculation des matières,
  • les systèmes d’extraction et de pressage (et éventuellement de pasteurisation) du digestat.
  • le système de traitement, stockage et valorisation du biogaz : déshumidification, production d’électricité, etc

éventuellement, un lagunage ou traitement d’épuration des excédents hydriques, et éventuellement, des équipements de maturation par compostage et des équipements d’affinage du digestat.

2)      Acteurs de la méthanisation

Acteurs de la méthanisation

Sur la gauche  on peut voir les différentes sources de déchets organiques. Seules les principales sources telles que les déchets d’agriculture, de restauration, le fumier et les boues d’épurations sont citées.

Au milieu, on peut voir le traitement réalisé. Ceux-ci sont envoyés dans des digesteurs.

En sortie des digesteurs on obtient ensuite :

– Du digestat, qui est la matière restante après le procédé de méthanisation. Celui-ci peut alors être utilisé comme engrais. Tout dépend de quelle type de déchets il provient.

– Du biogaz que l’on peut valoriser de différentes manières :

  • En l’épurant pour l’envoyer dans le réseau de gaz ou l’utiliser dans les véhicules
  • En l’utilisant comme carburant dans un moteur qui va générer de l’électricité et de la chaleur. Cette dernière pourra être utilisée comme chauffage.

 

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