Méthanisation : de l’importance du système d’incorporation

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Article paru dans le Bioénergie International n°45 d’octobre-novembre 2016

Parmi les retours d’expérience que nul porteur de projet de méthanisation ne doit ignorer aujourd’hui, le choix du système d’incorporation tient une place de premier ordre. L’étude publiée en juin 2015 par E-CUBE Strategy Consultants et réalisée sur 54 sites de méthanisation en fonctionnement a révélé que, pour 48% des sites affichant une rentabilité inférieure au prévisionnel, la principale raison était un matériel inadapté aux intrants. Pourquoi ? À l’inverse des installations allemandes utilisant des matières aqueuses homogènes et stables (lisier, ensilage), modèle pour lequel l’offre technologique allemande s’est majoritairement développée, les unités de méthanisation en France disposent plutôt de matières plus fibreuses, variées et avec un taux d’indésirables pouvant être élevé.

Or, faute d’une conception et d’équipements adaptés, la présence de fibreux et d’indésirables (sables, cailloux, filasses, etc.) entraîne d’importantes défaillances matérielles : casse des équipements d’incorporation, blocages des brasseurs, besoins de curage prématuré des digesteurs, qui sont multipliés jusqu’à trois par rapport au prévisionnel. Autre conséquence : la biologie est impactée par la présence de fibreux et leurs caractéristiques très variables, augmentant les risques de perte de rendement.

Quels points de vigilance observer en particulier pour les intrants fibreux : fumiers, pailles, menues pailles, herbes ensilées, CIVEs…? En juin 2016, lors du salon Expobiogaz à Strasbourg, les étudiants préparant le diplôme universitaire « Mise en œuvre d’une unité de méthanisation » ont étudié le sujet de l’incorporation, dans le cadre d’un cycle de conférences organisées par le Cluster de la Méthanisation Biogaz Vallée®. Pour cela ils ont interrogé un biologiste et des équipementiers membres du cluster.

Selon Mathieu Bossuwé, expert en suivi biologique des unités de méthanisation, un prétraitement mécanique de la biomasse lignocellulosique permet de libérer la cellulose et d’augmenter la surface accessible aux bactéries (Fig. ci-contre).

Des analyses ont par ailleurs montré qu’un prétraitement des matières lignocellulosiques permet de gagner en temps de séjour, comme le montre le diagramme (Fig ci-dessous) .

Depuis, les constructeurs et équipementiers ont fait évoluer leurs offres pour proposer des solutions de traitement de la biomasse lignocellulosique et de gestion des indésirables.

Le concepteur français NASKEO Environnement a développé le système Ergenium pour la gestion des indésirables en amont des cuves de méthanisation et de maturation, puis le broyage en voie liquide de la matière ainsi dépourvue d’indésirables. Ce système permet notamment de récupérer les cailloux, morceaux de verre, de fer ou de plastiques. Une fois débarrassée de ces corps étrangers, la matière est broyée en voie liquide pour augmenter la surface de contact des bactéries avec les matières lignocellulosiques. Ce système est adapté pour tous substrats ayant des corps étrangers à broyer, avec des temps de séjour raccourcis de 10-15% selon le cas.

L’équipementier VOGELSANG propose le PreMix dont le principe est de séparer, lacérer, broyer et refouler. Il est conçu pour un large éventail d’intrants, depuis les restes alimentaires et les déchets de cuisine pâteux en passant par les fruits entiers jusqu’aux matières sèches comme la paille ou les herbes ligneuses. 4 étapes de travail sont associées dans un système compact, intégrable au sein d’installations existantes :

1. Le PreMix sépare la fraction lourde avant l’unité de pompage intégrée, avec l’aide d’un système de récupération des débris (Debris Removal System).
2. Les substances solides et pâteuses sont mélangées avec une phase liquide pour former une suspension homogène.
3. Simultanément, les composants grossiers et les matières fibreuses sont broyés.
4. Une suspension sans corps étrangers ni impuretés grossières parvient ainsi dans la pompe.

Le procédé Powerfeed est conçu par la société BÖRGER pour incorporer une soupe de produits préalablement mélangés en voie liquide, avec des économies de fonctionnement lors de l’agitation dans le digesteur. Ce système est plutôt adapté à des substrats aux taux de matière sèche de 20 à 40 % afin de pouvoir créer un bouchon, ainsi qu’à toute matière liquide pour le flux de produit dans la canalisation.

Afin de lutter contre les indésirables et d’envoyer un produit homogène, un broyeur peut être installé entre le Powerfeed et le digesteur.

Si les solutions technologiques existent, il conviendra toutefois de s’assurer que les investissements, la consommation d’électricité et la maintenance occasionnés sont rentabilisés par les retours attendus sur l’amélioration de production de biogaz et d’exploitation du site. Une étude approfondie est donc indispensable selon les intrants (fibrosité, taux de matière sèche, viscosité…), complétée par des références et des visites sur le terrain.

Les retours d’expérience sont de précieuses sources d’enseignement pour monter en compétence dans l’adaptation des matériels et l’évaluation des charges d’exploitation. À ce titre, on soulignera l’excellente note de synthèse* produite récemment par la Chambre d’agriculture de l’Ain. Une démarche d’amélioration continue que le diplôme universitaire « Mise en œuvre d’une unité de méthanisation » s’attache à inculquer à ses étudiants – futurs exploitants et professionnels de la filière biogaz.

La formation préparant au diplôme universitaire « Mise en œuvre d’une unité de méthanisation » apporte les compétences nécessaires à la mise en place, à la conduite et au suivi d’une installation de méthanisation. Elle se déroule sur huit mois et est constituée de six modules d’une durée totale de 420 heures conduits en alternance avec des périodes en entreprise. Elle est dispensée par l’Université de Lorraine (ENSAIA NANCY) en partenariat avec l’EPL AGRO CFPPA de la Meuse (Bar le Duc). www.eplagro55.fr

Article rédigé par Etienne Halbin, EPL AGRO CFPPA de la Meuse, coordinateur du diplôme universitaire « Mise en œuvre d’une unité de méthanisation » – etienne.halbin@educagri.fr avec la collaboration de Biogaz Vallée®.

*« Méthanisation agricole : des retours d’expérience riches d’enseignements » – 10 octobre 2016 – Auteurs : CA01, Thiercy O., Conseiller en énergie & Caussanel V., Chargé de mission énergie, Chambres d’agriculture de Rhône-Alpes.