Biogaz, biométhane, nouvelles opportunités pour les stations d’épuration des eaux

Depuis la fin des années 1990, la quantité de biogaz valorisée par les stations d’épuration (STEP) est restée stable à environ 50 ktep/an1, faisant d’elles une des sources majeures de production du biogaz en France. La fermeture d’un grand nombre d’unités dans les années 2000 (-25% en 10 ans) s’est compensée par la construction d’unités de plus grande capacité, à l’image de la STEP Seine Aval d’Achères actuellement en fin de rénovation.

Ainsi, bien que 58 STEP2 sur les 19 500 recensées en France valorisent aujourd’hui le biogaz, leur capacité cumulée atteint 20 millions d’équivalents habitants (EH), soit 1/5 des capacités nationales3. Les progrès technologiques et plus récemment le lancement du plan Energie Méthanisation Autonomie Azote (EMAA) ouvrent de nouvelles perspectives de développement pour cette filière, notamment grâce à l’autorisation d’injecter le biométhane dans les réseaux de gaz naturel prévue pour fin 2013.

La méthanisation, un des maillons de la longue chaine de traitement des eaux usées

Les STEP ont pour objectif de traiter les eaux usées issues des activités urbaines et industrielles. Elles utilisent une série de dispositifs de traitements successifs permettant d’extraire les différents types de polluants. Les résidus du traitement de ces eaux se retrouvent in fine concentrés dans ce qu’on appelle les « boues d’épuration ». Ces dernières ont un taux de matière organique fermentescible important ainsi qu’une forte population bactérienne (potentiellement pathogène) et peuvent contenir des polluants résiduels. Avant de pouvoir être stockées, incinérées, épandues ou valorisées sans risque pour la population et l’environnement, ces boues doivent être à leur tour traitées. Ce traitement consiste à les « stabiliser », pour diminuer leur teneur en matière organique, puis à les sécher, afin de réduire leur volume, et enfin à les débarrasser des agents pathogènes qu’elles peuvent contenir. En ce qui concerne la stabilisation des boues, il existe actuellement 4 modes de traitement couramment utilisés en France. Les trois premiers sont des modes biologiques : la matière organique est décomposée soit par voie aérobie, aération ou compostage, soit par voie anaérobie, méthanisation. Le 4ème mode de stabilisation est un processus chimique appelé chaulage qui consiste à ajouter de la chaux pour bloquer l’activité biologique.

La méthanisation est particulièrement intéressante pour les STEP de grandes capacités

Pour des raisons techniques et financières, seules des unités de capacités supérieures à 30 000 EH4 affichent des volumes de production de biogaz significatif2. En plus de la taille, d’autres éléments rentrent en jeu lors du choix des modes de traitement. La méthanisation présente un certain nombre d’avantages compétitifs non négligeables. Tout d’abord, elle limite considérablement les dégagements d’odeurs par rapport aux autres modes de traitement des boues (en particulier par rapport à l’aération ou le compostage). Elle permet également de diminuer le volume final des boues, limitant ainsi la logistique pour leur évacuation. La méthanisation est donc particulièrement adaptée pour les STEP en milieu urbain. La diminution des désagréments auprès des riverains (odeurs, passages de camions, etc.) assure en effet une meilleure acceptabilité de la part de la population, facteur essentiel de la réussite de ce type de projets.

Seules 2,8%5 des STEP ont une capacité supérieure à 30 000 EH mais ces 550 unités traitent près de 70% des eaux usées et produisent chaque année 750 000 tonnes de boues6. Avec seulement 58 unités équipées de méthaniseurs sur ces 550 installations potentielles, le gisement de matière méthanisable est donc encore aujourd’hui largement sous-exploité. La tendance actuelle à la concentration des installations va de surcroît venir renforcer ce potentiel déjà très important. Des leviers restent cependant à actionner pour donner une nouvelle dynamique au développement de cette filière.

L’autorisation d’injecter du biométhane offre de nouvelles perspectives pour les STEP

Le volet méthanisation du plan EMAA fait la part belle à la filière Agricole (lire aussi : « Biogaz, filière Agricole : quels leviers pour accompagner la croissance de la filière ? ») mais il concerne également la filière STEP en prévoyant pour la fin de l’année l’autorisation d’injecter du biométhane issu de ces installations dans les réseaux de gaz naturel. Ce nouveau mode de valorisation va créer de nouvelles opportunités pour la filière. Le manque de possibilités pour valoriser la chaleur7pouvait jusqu’alors être un handicap majeur au développement des unités de méthanisation. Ces dernières n’avaient en effet pas d’autres choix que de passer par de la cogénération ou de la chaleur seule8. L’injection de biométhane est une alternative sérieuse pour la filière STEP, d’autant qu’elles sont souvent situées à proximité des villes et ainsi des réseaux de gaz naturel. Cela devrait donc permettre le développement de nouveaux projets.

Des progrès techniques viennent améliorer l’efficacité et la rentabilité des installations

L’augmentation des rendements de la cogénération et l’amélioration des procédés de purification de gaz permettent aujourd’hui une meilleure efficacité globale. De nombreuses unités de méthanisation sont aujourd’hui vieillissantes, peu efficaces et n’optimisent pas la valorisation du biogaz (30% du biogaz est torché en moyenne). Le potentiel de modernisation est donc particulièrement important pour améliorer la rentabilité des installations actuelles. Grâce à ces progrès et à l’image de ce qui se fait déjà en Suisse, des méthaniseurs pourraient également être installées dans des STEP de capacités comprises entre 10 000 EH et 30 000 EH. Quant aux unités en dessous de ce seuil, elles pourraient être concernées par le développement des unités centralisées de « co-digestion ». Dans ces installations, des déchets organiques provenant de toutes les filières de méthanisation (Agricole, Industrie, Ordures Ménagères, STEP) sont collectés en fonction des opportunités locales. Tous ces déchets sont ensuite méthanisés dans un même digesteur. L’obligation de trier les déchets organiques pour les agro-industriels, supermarchés ou restaurants collectifs9, mis progressivement en place depuis 2012, a permis l’émergence de ce type d’installations. Les STEP pourraient donc bénéficier fortement du développement de ces unités de co-digestion.

Les opportunités créées par les avancées technologiques et le cadre règlementaire font de la méthanisation un mode de traitement de plus en plus intéressant, en particulier pour les grandes STEP en milieu urbain. Cependant, lorsque les installations de traitement des boues sont en bon état de fonctionnement, ces avantages risquent de ne pas être suffisants pour convaincre les exploitants de les remplacer par des unités de méthanisation. Ainsi, le rythme de croissance du nombre de méthaniseurs sera plutôt rythmé par la construction de nouvelles STEP ou la mise aux normes de STEP plus anciennes. Le bilan en France de la directive européenne sur le traitement des eaux résiduaires urbaines10 qui fixait des objectifs pour 2011 fait état de près de 2000 stations nécessitant encore des travaux de mise aux normes11 ; ce qui laisse encore de nombreuses opportunités de développement. En parallèle, la modernisation des unités de méthanisation existantes devrait permettre de mieux tirer profits des nouvelles opportunités de valorisation créées par l’autorisation d’injecter le biométhane et ainsi améliorer leur rentabilité.

C. de Lorgeril, F. Magnier, B. Hallo
Cet article s’inscrit dans le cadre d’un dossier presse portant sur les filières biogaz, méthanisation et biométhane. Parallèlement, SiaPartners a développé une offre sur ces thématiques.

Notes:

  • (1) Source Eurobserv’ER, en énergie primaire
  • (2) 58 STEP produisent du biogaz de manière significative. On estime qu’il existe entre 50 et 100 méthaniseurs supplémentaires dont la production de biogaz est négligeable.
  • (3) La capacité nationale est de 96,3 millions d’équivalents habitants
  • (4) Le biogaz est difficilement valorisable en dessous de 30 000 EH et les investissements sont trop importants par rapport aux revenus générés.
  • (5) Base de données sur les eaux résiduaires urbaines (2011) développée par le ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie (MEDDE)
  • (6) Masse de matière sèche : masse des boues déshydratées
  • (7) En France seulement 6% des besoins de chauffages sont assurés par des réseaux de chaleur. A tire de comparaison, ce chiffre dépasse les 50% au Danemark.
  • (8) Le biogaz peut également être valorisé sous forme de biométhane carburant mais ce mode de valorisation reste encore assez rare. Il s’inscrit en général dans une démarche globale menée par les collectivités afin d’impliquer l’ensemble des acteurs concernés (compagnies de transports collectifs et de collectes de déchets notamment)
  • (9) L’obligation de trier et valoriser les déchets organiques est progressivement mise en place depuis 2012. A partir de 2016, la plus part des supermarchés, agro-industriels et restaurants collectifs seront concernés
  • (10) Directive n° 91/271/CEE
  • (11) Chiffres 2012 du MEDDE