La méthanisation des produits organique du quotidien journalier est un processus biologique qui permet de transformer des matières organiques en énergie renouvelable.
Le principe de la méthanisation agricole
La méthanisation agricole est un procédé qui vise à transformer des matières organiques et notamment des déchets organiques (déjections animales, substrats de végétaux) en compost désodorisé ou en biogaz.
Cette transformation s’effectue sous l’effet des bactéries présentes naturellement dans les matières telles que les déjections animales.
Les bactéries permettent en effet la digestion anaérobie (fermentation) des matières organiques.
L’unité de méthanisation et l’action des bactéries
Le processus de méthanisation agricole a lieu au sein d’une unité de méthanisation. Cette unité se compose d’un digesteur dans lequel les matières organiques sont stockées et transformées sous l’action des bactéries. Pour que les bactéries puissent se développer, le digesteur est chauffé à une température comprise entre 20 et 60 °C. Afin d’empêcher l’évacuation du biogaz et d’homogénéiser les produits, les matières sont brassées au sein du digesteur. Le digesteur peut se présenter sous forme de fosse, ou de cuve verticale ou horizontale.
Obtenir du compost et du biogaz grâce à la méthanisation
La méthanisation agricole permet de produire du compost désodorisé et hygiénisé, utilisé pour tous types de culture, que ce soit dans l’alimentaire ou non. Mais elle permet aussi d’obtenir du biogaz, composé à 60 % de méthane et à 40 % de gaz carbonique. Le biogaz peut servir pour la production de chaleur, d’eau chaude ou encore d’électricité.
Fonctionnement de la Méthanisation
Pour cette présentation qui suit, on va décrire le fonctionnement d’une installation de méthanisation.
Fonctionnement de l’énergie :
La méthanisation consiste à produire du méthane à partir des eaux usées, les boues
de stations d’épuration, les déjections animales, les déchets de l’industrie agro-alimentaire, les déchets ménagers, les ordures ménagères, les déchets agricoles. En effet, lorsque ceux-ci fermentent en anaérobie, les bactéries produisent du méthane en plusieurs procédés.
Les déchets sont en général récupéré grâce a la coopération des communes proches, des établissements scolaire et parfois même des particuliers. C’est à dire que chacun donne ses déchets pour qu’ils soit traités durablement. Par exemple, les restes de nourriture dans les cantines de la ville ou même les aliments périmés pourront être revalorisés.
Tous ces déchets, après avoir été transportés sur le site de méthanisation sont traités de manière à permettre une meilleure assimilation par les bactéries, certains prétraitements sont souvent nécessaires tels que:
Prétraitement thermique
Prétraitement chimique
Ces déchets sont ensuite envoyés dans une fosse d’admission qui est fermé pour éviter les mauvaises odeurs. Cette fosse est en général prévue pour un stockage de deux jours. Le sol de cette fosse est mouvante pour permettre aux déchets de tomber dans des « vis sans fin » pour les amener vers l’unité de préparation. Les déchets liquide sont stocké dans une autre fosse, et sont amenés par les camions spécialisés. Ils seront ensuite envoyés dans l’unité de préparation avec les déchets solides.
Les deux sortes de déchets sont ensuite envoyés dans une cuve de mélange qui contient un agitateur, permettant l’homogénéisation. Une fois le produit prêt, tout cela sera envoyé dans l’endroit le plus important du procédé de méthanisation: le digesteur. Comme son nom l’indique, le digesteur va permettre au bactérie de « digérer » les déchets pour en rejeté du méthane récupéré par la suite.
Les bactéries qui réalisent ces quatre étapes sont dans des conditions dites mésophiles,c’est à dire qu’elles se multiplient à des températures comprises entre 35 et 40 °C, (cette opération peut également être réalisée dans des conditions thermophiles, c’est à dire entre 60 et 75°C). Cette technique a deux avantages, celui d’une consommation énergétique réduite et un haut niveau de dégradation de la matière organique.
Il faut savoir que la fermentation dans le digesteur se produit dans un endroit totalement étanche et en absence d’oxygène pour éviter les risques d’explosions. Ce bâtiment est composé de plusieurs plaques de béton elles mêmes entourée d’une taule résistante. Le toit est fait d’une bâche imperméable au gaz et est raccordé aux tôles de façon à ce qu’aucun gaz ne peut y entrer n’y en échapper. Cette bâche est conçue pour résisté aux fortes chutes de neige et à la pression du vent.
La méthanisation est divisée en quatre étapes dans le digesteur et peut durer de 40 à 75 jours:
L’étape de l’hydrolise : réalisée par les bactéries hydrolitiques, elle décompose la matière organique complexe en fractions beaucoup plus petite, cela produit des molécules simple qui sont solubles dans le digesteur. Cette étape facilite la suivante.
-L’étape de l’acidogénèse : Les mêmes bactéries de l’hydrolise et d’autre bactéries fermentatives transforment la matière organique en alcool, en acide organique et en acides gras (qui contient de l’acide acétique, du dihydrogène H2 et du dioxyde de carbone CO2).
-L’étape de l’acétogénèse : elles transforment les alcools et les acides en acide acétiques, en dihydrogène H2 et en dioxyde de carbone CO2 qui s’ajoutent à ceux déjà produit.
-L’étape de la méthanogénèse: Les organismes méthanigène acétique transforment l’acide acétique en méthane CH4 et en dioxyde de carbone CO2, celle-ci produisent en tout plus de 70% du méthane obtenue. Un autre groupe de bactérie appelé méthanigène hydrogène utilise le dihydrogène et le dioxyde de carbone pour produire 30% du méthane.
La methanogénèse répond à l’équation CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O.CH3COOH → CH4 + CO2.
C’est ainsi que le biogaz est créé, il contient environ 55% de CH4 et 43% de CO2. Les 2% restants sont du souffre.
Cela montre que chaque espèce exerce une action fondamentale de l’équilibre du processus comme l’élimination du dihydrogène produit dans les étapes précédentes, si il y a trop de dihydrogène, cela pourrait bloquer l’acétogénèse et causer une accumulation excessive d’acide gras dans le milieu. Lorsque cela arrive, on observe une augmentation de l’acidité du milieu ce qui contribue à arrêter le processus.
La pression partielle du digesteur doit rester en dessous de 10-4 bar en phase gazeuse pour un maximum de sécurité.
En cas de panne, de problème technique où le gaz ne pourrait plus passer dans le conduit qui l’amène au moteur ou alors si la pression est trop élevé dans le digesteur, une torche de secours se déclenche automatiquement (ou manuellement et brûle le surplus de biogaz par sécurité de l’installation.
L’après digestat:
Ce procédé donne deux produits, le biogaz et le digestat. Chacun sont traités de manière durable.
Le digestat est transféré dans une fosse de stockage de digestat pour y être stocké en attendant d’être valorisé.
Le digestat ou le susbtrat, est utilisé comme fertilisant liquide dans les champs locaux, ou par valorisation (séchage ou granulation) pour la production de matières fertilisantes plus simple d’utilisation dans les cultures, voire la fabrication d’engrais normés. Il est inodore et de bonne valeur agronomique. En effet tout les éléments fertilisant contenue dans ce substrat contiennent de l’azote, du potassium et du phosphore.
Le biogaz contenue dans le digesteur va ensuite passé dans des tuyaux spécialement aménagés pour être refroidi et déshydratéssimultanément.
C’est ainsi que le biogaz a deux modes de valorisations:
- La cogénération.
- L’injection dans le réseau de gaz.
Pour la valorisation par cogénération, le biogaz est dirigé vers la centrale de cogénération, avant de rentrer dans le moteur, le biogaz est condensé par un surpresseur pour pouvoir être brûlé par le cogénérateur.
Le fonctionnement du cogénérateur est représenté sur ce schéma. Le moteur produit de l’éléctricité et de la chaleur. L’énergie est ensuite dirigé vers un transformateur et peut être redirigés vers le réseau de distribution d’éléctricitélocal.
L’énergie thermique produite peut servir à chauffer les bâtiments administratifs de l’installation voir même une résidence si la grandeur de l’installation le permet. Une partie de cette chaleur est réservé pour pouvoir chauffer le digesteur, qui ra-pellons le, doit avoir une température ambiante comprise entre 37° et 40°.
Stockage du biogaz industriel.
Pour les particulier, soit on le réinjecter dans le réseau public directement, soit on le stock dans des ballons de taille moyenne. Il peut être aussi directement lier à l’utilisation domestique.
En conclusion, tous les point dans la méthanisation sont bon pour la société et la nature. C’est une bonne manière de bouclé la courbe du retour à la terre.
On commence avec des déchets organique végétal, et on le transforme en engrais, en gaz naturel, en électricité et pour les installation encore plus poussé on arrive à récupérer de la chaleur pour le système de chauffage des installation.
Le principe de la cogénération consiste à produire de l’énergie mécanique (convertie en électricité) et de la chaleur en même temps et dans une même installation et à partir d’une même source d’énergie (co = ensemble ; génération = production).
Un Peu d’humour sur un sujet sérieux…
