Les intrants à la Méthanisation

Des matières organiques sont collectées et ensuite traitées anti-odeur avant quelles sont stockées comme des intrants à la méthanisation. 

Selon ATEE et Méthasim 2010, il est habituel et réglementé, le mélange d’intrants provenant : 

  1. en majorité de l’activité agricole
    • de nature animal dont les Effluents d’élevage les plus méthanogènes sont –
      • les Fientes de volailles suivi par
      • le Fumier porcin ; 
    • de nature végétal dont les Matières végétales les plus méthanogènes sont –
      • les Résidus de séchage de céréales et
      • les Résidus de séchage de maïs suivi par
      • Ensilage de céréales et
      • Marc de raisin. 
  2. en minorité de l’activité IAA (Industrie Agro-Alimentaire) et collectivité dont les déchets organiques les plus méthanogènes sont –
    • les Graisses agro-industrielles suivi par
    • les Graisses végétales et
    • Graisses de STEP urbaine.

Potentiel méthanogène de différents intrants
(Source : Méthasim 2010 sur Arvalis-info.fr)

Le traitement des intrants pourrait être Raisonné ou Non-Raisonné dans chacune des trois étapes (1, 2 & 4) ainsi que la composition elle-même des Intrants (3) : 

  1. Transport des Intrants de méthanisation ; 
  2. Stockage des Intrants de méthanisation ; 
  3. Matières Organiques (contenu des Intrants de méthanisation) ; 
  4. Mélange des Intrants de méthanisation. 

1. Transport des Intrants de méthanisation

 RaisonnéNon-Raisonné
Selon le Guide pratique de l’ADEME, La réalisation de la récolte se fera en fonction des conditions météorologiques et de la maturité de la matière à ensiler. La teneur en MS de la biomasse au stade de la récolte est un point particulièrement important. Selon le Guide pratique de l’ADEME, les plantes à ensiler doivent être récoltées au bon stade pour éviter les productions de jus importantes (MS trop faibles) et permettre une bonne stabilité de l’ensilage. Les taux de MS
recherchés sont généralement : 
  • > 30% pour le sorgho ; 
  • > 33% pour le maïs ; 
  • > 30 % pour l’herbe / CIVE. 
 

Selon le Guide pratique de l’ADEME, la collecte et le transport des matières doivent être organisés pour réduire au maximum le délai entre la production et le traitement. L’introduction dans le digesteur se fera le plus rapidement possible après réception permettant de limiter :

  • la perte de matière organique (MO) facilement biodégradable et donc le potentiel méthane. Pour le fumier, l’essentiel des pertes intervient pendant les 50 premiers jours et, pour le lisier, pendant les 30 premiers jours. Au-delà de ces durées, la matière a perdu près de 90% de son potentiel méthanogène ce qui nécessite de réduire au maximum la durée du stockage ;
  • les risques, pour les opérateurs, associés aux émissions de gaz de fermentation (NH3, H2S, …) ;
  • les émissions pendant le stockage (odeurs, pollution de l’air …) ;
  • les volumes et surfaces de stockages (réduction des coûts).

Cependant, les durées de stockage ne peuvent pas toujours être optimisées. C’est le cas en particulier des productions saisonnières de matières (certains fumiers équin, résidus de cultures, issues de céréales, menues pailles, marcs de raisins, …) intervenant sur des périodes courtes. Elles doivent par conséquent être stockées pour alimenter le méthaniseur de manière constante.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, les moyens de transport utilisés sont généralement composés d’ensembles routiers ou
agricoles :
  • Le transport des liquides est réalisé en citerne / tonne à lisier ;
  • Le transport de solides peut être réalisé en semi-remorque/bennes ampli roll ou autre caisses à boues étanches.

Selon la fiche technique de l’ADEME, le transport des déchets se fait dans des camions étanches spécifiques qui évitent tout contact avec l’air. De même les chargements et déchargements sur site ont lieu dans un hangar fermé et étanche, dont l’air est traité dans une unité de désodorisation par traitement biologique à très haut rendement (odeurs réduites de 90 à 99 %).

Selon le Guide pratique de l’ADEME, la réception des matières doit être tracée.
A noter qu’en cas de mélange de sous-produits animaux de différentes natures, les obligations les plus sécuritaires fixées par l’un des sous-produits animaux s’imposent au mélange.

 

2. Stockage des Intrants de méthanisation

 RaisonnéNon-Raisonné

Selon le Guide pratique de l’ADEME, que les matières soient liquides ou solides, elles seront dans la mesure du possible protégées des intempéries (pluies, chaleur).

Selon le Guide pratique de l’ADEME, pour éviter leur prise en masse ou leur dégradation lors du stockage, certaines matières liquides doivent être maintenues :

  • en température (graisses) ;
  • ou refroidies
    (sang).

Selon le Guide pratique de l’ADEME, pour les liquides, le stockage en fosse couverte permet de ne pas diluer la matière avec des eaux de pluies induisant des volumes supplémentaires à prendre en charge et à épandre en sortie. Les pertes d’azote sont également minimisées.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, pour les solides, le stockage à l’abri permet d’améliorer la conservation de la matière en évitant d’augmenter l’humidité de la matière et en limitant le lessivage. Les lixiviats produits, source de pertes de matière facilement biodégradable et méthanisable, voire de pollution, doivent être collectés. Cette lixiviation peut aussi intervenir en absence de pluie en raison de l’évolution de la matière au cours du stockage. Dans tous les cas, une récupération de ces jus doit être mise en place afin d’éviter tout impact environnemental notamment des nappes phréatiques.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, Plus la teneur en MS (Matière Sèche) sera élevée, plus faibles seront les pertes en potentiel bio-méthanogène (en conditions confinées).
Les conditions favorables à la conservation du fumier peuvent être listées :

  • une teneur en MS élevée qui peut être augmentée par ajout de paille ;
  • une couverture permettant de réduire tout contact avec les eaux de pluies ;
  • réduire tout contact avec l’air. Les manipulations qui pourraient favoriser l’entrée d’air dans les tas devront être limitées. Il sera préférentiellement non broyé (ou juste avant introduction en méthanisation) ;
  • co-stocker le fumier avec un résidu permettant aux conditions d’ensilage de s’établir.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, le Club Biogaz indique que pour le lisier près de 90% du potentiel méthane est perdu pendant les 30 premiers jours de stockage. Par conséquent, le lisier doit être si possible traité en flux tendu ou en limitant au maximum la durée du stockage.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, le Club Biogaz indique, dans son guide de bonnes pratiques pour les projets de méthanisation, que pour le fumier stocké à l’air libre près de 90% du potentiel méthanogène est perdu pendant les 50 premiers jours

Selon le Guide pratique de l’ADEME, le co-stockage des fumiers avec un produit riche en matière organique fermentescible est en effet une option intéressante pour la conservation de fumiers de bovin. Pauvre en sucres solubles, le fumier stocké en conditions confinées se dégrade rapidement en conditions anaérobie, avec des pertes conséquentes de matière et du
potentielle biométhanogène. L’ajout d’un co-substrat fermentescible favorise l’ensilage de la matière suite à la production d’acide lactique par fermentation, conduisant à l’acidification (diminution du pH de 8 à 5-6 en une semaine). Cette baisse de pH peut permettre de limiter les pertes sur quelques mois. Si un ensilage efficace est mené pour le fumier, les pertes de PBM peuvent être réduites à moins de 15%, alors que des pertes de l’ordre de 75% ont été mesurées en conditions aérobie.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, Les matières solides sont souvent prétraitées

  • soit avant stockage pour assurer leur conservation (tontes, issues de céréales…) ; 
  • soit lors de la préparation de la ration entrante pour s’assurer qu’elles seront facilement dégradables par méthanisation.

Ces deux pratiques sont parfois employées pour sécuriser le fonctionnement du site et améliorer sa rentabilité.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, des prétraitements en amont du stockage peuvent être nécessaires à l’exemple du broyage et de l’hygiénisation.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, les matières à stocker riches en matière végétales fibreuses, nécessitent un broyage pour minimiser le foisonnement, et faciliter leur confinement en silos-andains, comme par exemple avec l’ensilage des CIVE.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, les pertes de matières sur les CIVE sont
inférieures à 10 – 15% après 4 mois de stockage. Le potentiel méthane est aussi bien conservé avec des pertes inférieures à 10-12% sur 3 mois de stockage pour l’ensilage d’avoine et de
sorgho par rapport à la MO initiale.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, l’administration impose l’hygiénisation (70°C pendant au minimum 1 h) des déchets réceptionnés sous 24 heures.

 
Selon la Charte en Isère, le principal risque de mauvaises odeurs est lié au stockage sur site d’intrants avant leur méthanisation.

Selon la Charte en Isère :

* les vents dominants ont été pris en compte lors de choix d’implantation ;

* le temps de stockage a été limité au minimum.

Selon le Guide pratique de l’ADEME, le stockage devrait se faire dans des bâtiments de stockage équipé d’une ventilation forcée dont l’air vicié est aspiré et traité dans une unité de désodorisation.

Selon la Charte en Isère :

* les vents dominants n’ont pas été pris en compte lors de choix d’implantation ;

* le temps de stockage n’a pas été limité au minimum ;

* le stockage se fait à l’air libre.

3. Matières Organiques (contenu des Intrants de méthanisation)

 RaisonnéNon-Raisonné
Selon la Fiche n°01 du CSNM, les matières organiques (qu’elles soient d’origine animale ou végétale) contiennent les éléments suivants en quantités approximativement décroissantes : 

Selon la Fiche n°2 du CSNM, certains intrants contiennent beaucoup d’eau (H2O) et donc peu de carbone en proportion. Ils peuvent aussi être riches en azote (N) et soufre (S). C’est le cas des lisiers.

Avec N, S et H, et en absence d’oxygène (anaérobie) les gaz suivants sont produits :

* ammoniac (NH3) qui est très irritant (INRS 2018) ;

* sulfure d’hydrogène (H2S) qui est nauséabond à faible concentration mais extrêmement toxique voire mortel à plus forte concentration (INRS 2014).

Ces gaz dangereux, ont un effet dépressif sur les bactéries méthanisant, c’est à dire qu’ils les empêchent de produire du méthane.

Carbone (C) qui est transformé en CH4, (méthane) gaz inodore, combustible, hautement explosif en mélange avec l’oxygène dans certaines proportions. Le méthane est plus léger que l’air. Il monte rapidement dans l’atmosphère (selon la fiche n° 07 du CSNM).Selon la Fiche n°01 du CSNM), un méthaniseur fonctionne correctement si le rapport entre le nombre de carbone et d’azote (rapport C/N) est compris entre 20 et 30.Selon la Fiche n°01 du CSNM), l’excès de carbone entraîne une consommation rapide de l’azote et faible production de gaz, pour C/N > 30.
Hydrogène (H)Selon la Fiche n°2 du CSNM – pour produire le méthane (CH4) – les intrants les plus méthanogènes doivent contenir beaucoup de carbone (C) et d’hydrogène (H), comme les huiles ou les graisses.Le lisier en contient très peu de carbone  (C) et d’hydrogène (H).
Oxygène (O) qui est transformé en H2O et CO2. H2O part dans le digestat, et CO2 se retrouve avec CH4 dans le mélange de gaz produits (selon la fiche n° 07 du CSNM).  

Azote (N) qui est transformé en ammoniac (NH3) qui est un gaz irritant, toxique par inhalation au-delà d’un certain seuil (INRS 2018). Ce gaz dégage une forte odeur d’urinoir mal entretenu. La plus grande partie de l’ammoniac inhalé est retenu dans la sphère respiratoire, où son contact avec l’humidité le transforme en ammoniaque (NH4OH), particulièrement au niveau des voies aériennes supérieures. L’attaque caustique de NH4OH irrite alors les muqueuses. Son inhalation répétée favorise l’apparition d’infections broncho-pulmonaires chroniques.

NH3 est aussi l’un des précurseurs majeurs de particules fines, dont les effets sur la santé sont démontrés, et renforcent les problèmes respiratoires dus à NH3 seul. Ce gaz (ammoniac) a une forte affinité pour l’eau et en présence d’eau il se transforme en ion ammonium (NH4+) constitutif de l’ammoniaque (ou hydroxyde d’ammonium) qui est une base faible et qui part dans le digestat. Le gaz ammoniac est plus léger que l’air. Il monte rapidement dans l’atmosphère (selon la fiche n° 07 du CSNM).

Selon la Fiche n°01 du CSNM, un méthaniseur fonctionne correctement si le rapport entre le nombre de carbone et d’azote (rapport C/N) est compris entre 20 et 30.Selon la Fiche n°01 du CSNM, l’excès d’azote entraîne une surproduction de NH3 qui a un effet délétère sur les bactéries méthanogènes qui ne produisent plus de CH4, pour C/N < 20. Selon la Fiche n° 09 du CSNM, des bilans azotés excessifs, sous la forme de composés minéraux azotés, se traduiront par un lessivage de l’azote, sous forme nitrate, par les eaux d’infiltration et un entrainement dans les nappes phréatiques et les rivières. Dans les régions où se développent la méthanisation et l’épandage des digestats, il faut donc s’attendre à une dégradation de la qualité des eaux de surface et souterraines, et donc des eaux potables captées.
Soufre (S) qui est transformé en gaz H2S ou sulfure d’hydrogène. Le sulfure d’hydrogène est 50% plus lourd que l’air. Il s’écoule au ras du sol et s’accumule dans les points bas, au ras du sol dans les cuves, les bâtiments, … (selon la fiche n° 07 du CSNM). 

Selon la Fiche n° 03 du CSNM, l’activité des bactéries méthanisant peut être réduite d’un facteur 2,5 et 25 sous l’effet de N et S respectivement. Pour un intrant de méthanisation riche en N et S cet effet dépressif peut atteindre 50 et diminuer d’autant la méthanogenèse.

Selon la Fiche n°01 du CSNM, certaines matières riches en soufre génèrent la formation d’hydrogène sulfuré (H2S), gaz dangereux et dépressif pour les bactéries méthanogènes. Ce gaz est aussi très corrosif pour l’ensemble des circuits d’un méthaniseur.

Phosphore (P)  
 RaisonnéNon-Raisonné
Non autorisésSelon la Fiche n°01 du CSNM, tous les éléments entrants dans le méthaniseur doivent en sortir. Il faut donc veiller scrupuleusement à ne pas faire entrer des éléments dangereux (métaux lourds, médicaments, produits toxiques …).

Selon la Fiche n°01 du CSNM, certains éléments métalliques comme le cuivre et le zinc, présentent un effet dépressif pour les bactéries méthanogènes.

Selon la Fiche n°01 du CSNM, les matières plastiques peuvent entraîner un moussage en réacteur.

Selon la Fiche n°01 du CSNM, les produits liquides et solides seront épandues sur les sols ou enfouies dans les sols et peuvent représenter un danger sanitaire ou un risque environnemental.

16 % des IAA (Industries Agro-Alimentaire) et collectivités, soumis à autorisationHuile alimentaire 

48 % de Matières végétales :

* 37 % de résidus de culture ;

* 11 % de CIVE (Culture Intermédiaire à Vocation Energétique). La tentation est grande de produire du maïs en quantité pour alimenter l’installation. Pour éviter une telle dérive, le prix de rachat s’accompagne d’une prime si la quantité de CIVE ne dépasse pas les 15 % de l’approvisionnement. Un garde-fou insuffisant, selon le porte-parole dans le Finistère du syndicat Confédération paysanne (selon Reporterre).

Des vrais CIVE. Une culture intermédiaire est réalisée après la récolte d’une culture principale et avant le semis d’une autre culture principale. Une culture intermédiaire ne se substitue pas et ne concurrence pas une culture principale en occupant le sol pendant la période normale de végétation (selon la fiche n° 04 du CSNM).

Les Matières végétales devraient être séchés avant utilisation dans le réacteur de méthanisation. Attention, ils perdent 2/3 de leur poids (selon la Fiche 05 du CSNM). Donc, il faudra amener 3 fois plus de matières brut que nécessaire en matière sèche.

Des faux CIVE. Il s’agit en réalité des CPE (Cultures Principales Energétiques) qui sont plantées toute l’année et ne laissant jamais reposer la terre.

Selon la fiche n° 08 du CSNM, les matières organiques dont le poids moléculaire est le plus élevé sont riches en carbone mais pauvres en azote. Les matières organiques dont le poids moléculaire est le plus faible sont riches en azote mais pauvres en carbone.

36 % d’Effluents d’élevageSelon la fiche n° 08 du CSNM, les fumiers (porcin / bovin) sont riches en azote et également très riches en carbone.Selon la fiche n°08 du CSNM, les lisiers (porcin / bovin) sont riches en azote mais apportant peu de carbone.