Etat des lieux de la méthanisation des boues de stations d’épuration des eaux
Unités de méthanisation du bassin Rhône-Méditerranée et Corse – Cliquer pour agrandir
Plusieurs régions françaises ont réalisé récemment des études concernant l’intérêt et les voies de développement de la méthanisation sur leurs territoires. Ainsi la région PACA et l’ADEME, ont financé une étude concernant les filières de production de biogaz en PACA. La région Rhône-Alpes a lancé à plusieurs reprises depuis 2009 des appels à projets « méthanisation » pour encourager le développement de la filière. Au niveau départemental, le conseil général de Haute-Savoie a mené une étude sur le potentiel de développement de son département. Les conseils généraux du Gard et du Jura ont réalisé des études concernant la gestion départementale des déchets, la méthanisation fait partie des scénarii étudiés.
L’étude de marché réalisé en 2008 par Ernst et Young pour le compte de l’ADEME et GrDF, présente les stations de traitement d’eaux usées urbaines comme :
- le deuxième secteur en nombre d’installation de méthanisation (74) derrière l’industrie (88).
- le premier secteur en termes de production de biogaz, avec 145 Mm3 sur les 300 Mm3 produit en 2008.
Cependant la méthanisation des boues d’épuration reste un cas à part, avec un contexte différent de celui des autres déchets et avec des objectifs autres que la production d’énergie verte. C’est la raison pour laquelle l’agence de l’eau Rhône méditerranée et Corse a souhaité réaliser sa propre étude en tenant compte des spécificités liées à la méthanisation des boues d’épuration. Le rapport présenté ici et publié en décembre 2012 a essayé de mettre en avant les contraintes réglementaires, techniques ainsi que les pratiques associées à la méthanisation des boues.
Projets d’unités de méthanisation du bassin Rhone-Méditerranée et Corse
La méthanisation des boues d’épuration fait figure de cas particulier, les objectifs et les contraintes de traitement ne sont pas les mêmes que pour d’autres substrats. Ainsi une étude, réalisée par l’Irstea, révèle que 75 % des exploitants présentent la réduction de la quantité de matière sèche comme le principal avantage de la méthanisation. Alors que seulement 25 % évoque l’intérêt de produire un gaz valorisable. En effet, l’élimination des boues d’épuration représente un enjeu majeur de la dépollution des eaux, et une diminution pouvant aller de 15 à 40 % de matière sèche, en fonction des substrats, est un argument majeur dans le choix de cette technologie. Les performances du processus de méthanisation vont principalement dépendre de deux paramètres, les caractéristiques intrinsèques des substrats méthanisés et les conditions de mise en oeuvre de la digestion.
La technologie que l’on retrouve sur les stations de traitement d’eau usée, est une technologie simple dite « à culture libre ». Les réacteurs à boues libres dits de « première génération » consistent en la mise en oeuvre d’une biomasse libre dans un réacteur infiniment mélangé s’apparentant à la technologie aérobie des boues activées. En France, 70% des installations sont équipées de digesteur cylindrique et le reste avec des digesteurs de type continental. Ceci s’explique par le fait que ce sont les seuls produits proposés par les deux plus gros constructeurs français (groupes Suez et Veolia). Dans le reste de l’Europe (Allemagne, Suisse, Autriche…) on retrouve plus couramment des digesteurs de type ovoïde, qui permet de réduire l’emprise au sol et de favoriser le brassage en supprimant les zones mortes.
En général, une partie du biogaz est utilisée pour réchauffer le digesteur, 10 à 30% de la production sur un digesteur mésophile. 55% des stations déclarent également utiliser le biogaz pour le chauffage des locaux, et l’excédent est brûlé sur une torchère pour éviter les émissions de gaz à effet de serre. Globalement, 63% du biogaz est valorisé le reste étant brûlé en torchère. Dans le cas d’une simple production de chaleur avec un four ou une chaudière, le traitement du biogaz se limite généralement à une élimination de l’humidité pour éviter l’entrainement de liquide dans les appareils nécessaires à la valorisation. Les rendements énergétiques atteints sont de l’ordre de 80 à 90%.
Exemple de rendement d’un moteur à gaz
L’autre filière possible de valorisation du biogaz est la production d’électricité, ou plutôt la cogénération dont les rendements (70 à 90%) sont bien meilleurs qu’une simple production d’électricité (30 à 35 %). Il existe différents procédés qui permettent de mettre en oeuvre cette cogénération. Les moteurs à gaz, les turbines à vapeur ou encore les piles à combustible. Cette voie de valorisation implique généralement une épuration du biogaz plus poussée. Notamment pour éliminer l’hydrogène sulfuré qui est à l’origine de phénomène de corrosion et diminue fortement la durée de vie des installations.
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