Quelle place pour la méthanisation des déchets organiques en Ile-de- France? Rapport d étude

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1 Quelle place pour la méthanisation des déchets organiques en Ile-de- France? Rapport d étude Juillet 2003

2 L Observatoire Régional des Déchets d Ile de France et L Agence Régionale de l Environnement et des Nouvelles Energies Ile de France Quelle place pour la méthanisation des déchets organiques en Ile-de- France? Juillet 2003 ORDIF Le Diamant A Paris La Défense cedex Contact : Céline BERTHOLET ARENE 94, bis avenue de suffren PARIS Contact : Philippe SALVI Etude réalisée pour le compte de l ORDIF et de l ARENE par le bureau d études Solagro Copyright ARENE - ORDIF SOMMAIRE PRÉAMBULE 7

3 RÉSUMÉ 9 A. Qu est-ce que la méthanisation? 9 1. Principe et applications 9 2. Utilisations du compost 9 3. L énergie : le biogaz 10 B. Situation en Europe et en France 10 C. Le gisement brut de déchets méthanisables en Ile de France Déchets ménagers Résidus de l assainissement Déchets des entreprises 11 D. Potentialités de développement de la méthanisation en Ile-de-France Gisement mobilisable à court terme (horizon 2006) À moyen et long terme (horizons 2010/2020) 12 E. Perspectives 12 INTRODUCTION 15 I. QU'EST-CE QUE LA MÉTHANISATION? 17 A. Contexte Principe général Déchets concernés par la méthanisation Fonctions et objectifs de la méthanisation 19 B. Développement de la méthanisation en Europe 20 C. Les facteurs de frein et de développement à la méthanisation : éléments de sociologie 22 D. Procédé (cf. figure 5 ci-après et annexe 4) Le pré-traitement La méthanisation Le post-traitement Bilan matière L énergie Sous-produits Le Digestat Tableau de synthèse : avantages /inconvénients de la méthanisation 32 E. Aspects sanitaires de la méthanisation Les micro-polluants organiques Les éléments-trace 33 F. Analyse comparée avec d'autres solutions de traitement Domaines de complémentarité et concurrence avec le compostage Comparatif méthanisation/compostage 36 II. ESTIMATION DU GISEMENT «MÉTHANISABLE» EN ILE DE FRANCE 37 A. Déchets de la responsabilité des collectivités Déchets ménagers et assimilés Déchets d assainissement 44 B. Déchets hors collectivités locales Les déchets banals des entreprises (DIB) Les sous-produits de l agriculture (cf. annexe 6) Les sous-produits des industries 49 C. Tableau récapitulatif des gisements physiques «méthanisables» en Ile-de-France 57 III. POTENTIALITÉS DE DÉVELOPPEMENT DE LA MÉTHANISATION EN ILE DE FRANCE 59 A. Gisement mobilisable à court terme Déchets des collectivités, compétence «déchets» Déchets des collectivités, compétence «assainissement» Autres déchets Récapitulatif : gisement «méthanisable» à court terme 61

4 B. Gisement mobilisable à moyen et long terme Etat des lieux du traitement actuel L évolution de la capacité de traitement à moyen et long terme Place de la méthanisation à moyen et long terme 68 C. Analyse d'un cas particulier : le SYCTOM Contexte Bilans matière et énergie des projets de méthanisation du Syctom Valorisation du biogaz en BioGNV La sécurité sur une usine de méthanisation La méthanisation en zone urbaine dense Possibilités de synergies public/privé 81 IV. APPROCHE ÉCONOMIQUE 85 A. Coût de la méthanisation 85 B. La collecte sélective des biodéchets Le coût de la collecte des biodéchets La précollecte La collecte 88 C. Comparaison économique de différents scénarios Présentation des scénarios Principaux résultats Compétitivité des filières avec la méthanisation 97 V. CONCLUSION 99 A. Gisements franciliens mobilisables pour la méthanisation Actuellement méthanisé A court terme (2006) A moyen et long terme 100 B. Eléments de cadrage pour la faisabilité d un projet de méthanisation Ratio type de production de déchets par habitant Impact économique 103 C. Quand envisager la méthanisation? 103 ANNEXES 105 ANNEXE 1 : BIBLIOGRAPHIE 107 ANNEXE 2 : ABRÉVIATIONS 109 ANNEXE 3 : CARTES DE GISEMENT 111 ANNEXE 4 : EXEMPLES DE PROCÉDÉS ET DE RÉALISATIONS 119 A. Principaux procédés 119 B. VALORGA à Amiens La construction et le démarrage Description de l'installation 120 C. Usine DRANCO de Kaiserslautern Contexte Description de l unité Bilan technique Éléments de bilan économique Schéma de l usine 124 D. Usine LINDE BRV de Heppenheim Raisons du choix de la méthanisation comme traitement des déchets Contexte Description de l unité Bilan technique Éléments de bilan économique Schéma de l usine 127 E. Usine STEINMÜLLER VALORGA de VARENNES JARCY Contexte 129

5 2. Principe Description de l unité Bilan technique Éléments de bilan économique Schéma de l usine 132 ANNEXE 5 : CADRE RÉGLEMENTAIRE DE LA VALORISATION AGRONOMIQUE DES DÉCHETS ORGANIQUES 135 A. Circulaires d orientation de la politique déchets 135 B. Logique «produit» ou logique «déchets» Cadre réglementaire «Logique produit» «Logique déchets» 138 ANNEXE 6 : LES SOUS PRODUITS DE L AGRICULTURE 141 C. Sources 141 D. Détermination du gisement des déjections d élevage 141 E. Détermination du gisement des résidus de culture 142 Saut de page Saut de page Préambule L'étude "Quelle place pour la méthanisation des déchets organiques en Ile de France", objet du présent document, a été co-financée et co-pilotée par l'arene (Agence régionale de l'environnement et des nouvelles énergies) d'ile-de-france et l'ordif (Observatoire Régional des Déchets d'ile-de-france) Un comité technique regroupant les principaux acteurs institutionnels de la gestion des déchets en Ile-de-France et les représentants de syndicats intercommunaux concernés par des réalisations ou des projets de méthanisation a accompagné l'arene et l'ordif dans le suivi de cette étude et a permis d enrichir nos travaux. Le comité technique était composé de représentants de : La Région Ile-de-France (Direction de l environnement et du cadre de vie), La Délégation Ile-de-France de l ADEME, La Direction Régionale de l Equipement Ile de France, La DIREN, L Agence de l Eau Seine Normandie, Gaz de France, Le SIVOM de la Vallée de L Yerres et des Sénarts, Le SITOM 93, Le SYCTOM de Paris.

6 L ARENE et l ORDIF remercient : Paul Cassin (DECV-CRIF), Catherine Boux et Jean Lemale (ADEME), Olivier Chardaire, Laurence Matringe et Alban Pelle (DREIF), Alain Nobécourt (DIREN), Jean Paul Borges (AESN), Christian Copin (Gaz de France), Jean Claude Peres (SIVOM), Laurent Desnoyers (SITOM 93), Partick Lefebvre, Denis Penouel et Frédéric Roux (SYCTOM de Paris) pour leur participation et leur contribution au travail dont les résultats sont présentés ci-après. Saut de page Saut de page Résumé Afin de compléter les travaux réalisés par l'arene, l'ademe, Gaz de France et l'agence de l'eau Seine-Normandie depuis 1999 sur le sujet de la méthanisation, filière de traitement des biodéchets en plein développement en Europe, l'arene et l'ordif ont décidé de s'associer pour réaliser : - un document d'information complet sur le sujet à l'attention des décideurs - une évaluation du potentiel des déchets ménagers, industriels et agricoles "méthanisables" à court, moyen et long terme en Ile-de-France A. Qu est-ce que la méthanisation? 1. Principe et applications La méthanisation est un procédé biologique de dégradation de la matière organique par une flore microbiologique, qui se déroule en l absence d oxygène et est aussi appelée de ce fait «digestion anaérobie». Elle s applique à la plupart des déchets organiques, qu ils soient d origine municipale, industrielle ou agricole, solides ou liquides. La matière biodégradable est transformée en un compost désodorisé et hygiénisé et en biogaz, composé d environ 60 % de méthane, de 40 % de CO 2 et de composés gazeux à l état de traces (H 2, NH 3 ). Le biogaz, énergie renouvelable, peut être converti en pratiquement toutes les formes d énergie utile. La méthanisation offre une nouvelle opportunité pour le traitement des déchets fermentescibles (filière compost) ou des déchets résiduels (pré-traitement avant stockage en CSDU, voire valorisation selon la qualité du digestat produit). 2. Utilisations du compost Les amendements organiques issus de déchets peuvent être utilisés soit sous une forme normalisée (normes NF U sur les composts de matières issues du traitement des eaux, comme les boues urbaines ; et NF U sur les composts, en révision), soit par plan d épandage. La production de compost normalisé passe par une collecte séparative des biodéchets (déchets de cuisine, papiers cartons non recyclés, déchets verts, déchets de restauration), avec un tri en usine réduit. Les ménages et les entreprises sont invités à ne déposer dans la poubelle recevant les organiques, que les déchets fermentescibles non souillés. L amendement organique produit est de bonne qualité et peut être utilisé pour des cultures alimentaires (cultures), non alimentaires (horticulture, sylviculture ), sur les espaces verts et jardins. La destination des composts issus de la méthanisation de déchets résiduels est fonction de leur qualité :

7 utilisations telles que le comblement d anciennes mines, comme matériaux de recouvrement d anciennes décharges ou de réhabilitation de sites pollués utilisation sur des sols à usages non alimentaires : plantations en bordures d autoroutes, nouvelles plantations forestières, cultures de tabac stockage en CSDU comme déchets ultimes stabilisés. La combinaison de collectes séparatives de biodéchets, de collectes renforcées des matériaux recyclables et des déchets spéciaux (piles, solvants ), et de tri en usine plus poussé pour mieux séparer les différentes fractions (inertes, métaux, matériaux combustibles) permet de diriger chaque sous-produit vers les filières les plus appropriées. 3. L énergie : le biogaz Plusieurs filières de valorisation du biogaz sont largement développées : production de chaleur, d électricité, transport du biogaz vers un consommateur proche (industriels, tertiaire, chaufferies collectives ). D autres sont encore émergentes : production de carburant pour véhicules, de gaz naturel pour injection sur le réseau public de distribution, production de froid. La méthanisation bénéficie d une image généralement positive, ce qui permet d implanter ces usines à proximité des agglomérations et de mieux tirer parti du potentiel énergétique, dans la mesure où il est généralement possible de desservir des utilisateurs à proximité. B. Situation en Europe et en France Passé du stade de pilote dans les années 80 au stade de maturité dès le début des années 90, la technologie de méthanisation des déchets organiques solides, tels que les déchets ménagers et assimilés, est aujourd hui en plein essor en Europe. Fin 2002, 78 unités industrielles de méthanisation de déchets ménagers et assimilés sont en service en Europe pour une capacité de traitement de 2,3 millions de tonnes de déchets par an. En 2002, tonnes de nouvelles capacités ont été installées. Une dizaine de constructeurs se partage le marché européen. La France a été le premier pays à se lancer dans la méthanisation des déchets ménagers (Amiens, 1988), et compte depuis 2002 une unité supplémentaire (procédé VALORGA) à Varennes-Jarcy (91). C. Le gisement brut de déchets méthanisables en Ile de France 1. Déchets ménagers La région francilienne produit 4,7 millions de tonnes de déchets ménagers hors déchets verts et encombrants. En supposant un taux de valorisation matière de 25%, il reste 3,5 millions de tonnes de déchets à traiter dont 80% sont des déchets organiques au sens large. Des collectes sélectives de biodéchets permettraient de mobiliser, principalement en habitat pavillonnaire et petit collectif, un gisement «accessible» de tonnes de biodéchets (papiers-cartons compris) et de t/an de déchets verts. Le gisement accessible de biodéchets représenterait près d un million de tonnes/an principalement en limite de Petite et Grande Couronne. Les déchets résiduels représenteraient alors près de 2,8 millions de tonnes.

8 2. Résidus de l assainissement La région Ile-de-France produit près de 1 million de tonnes de résidus de l assainissement (à 30 % de matière sèche), dont 70 % de boues urbaines, 24 % de matières de vidange et 6 % de graisses et refus de dégrillage. 80 % des boues urbaines sont déjà méthanisées et 20 % soit tonnes à siccité 30 % ne le sont pas. Le reste des résidus d'assainissement, soit t/an (30% siccité), pourrait également être traité par méthanisation. 3. Déchets des entreprises 2,2 millions de tonnes de déchets industriels banals non recyclés sont traités aujourd hui dans les installations collectives franciliennes, en majorité en centres d enfouissement. Il s agit surtout de déchets en mélange, qui contiennent une part de déchets organiques. Ce gisement est mobilisable essentiellement sous forme de déchets résiduels. Une partie pourrait faire l objet d un tri à la source : notamment près de t/an de déchets de la restauration (restes de préparation et de repas, eaux grasses). Les déchets organiques des industries (agroalimentaires, chimiques, papetières) ne représentent pas un gisement significatif sur la région. Les productions importantes de déchets concernent les industries où l on transforme les produits bruts, peu présentes en Ilede-France. De la même façon, l Ile de France présente un gisement de sous-produits agricoles de l ordre de 1 million de tonnes, essentiellement sous forme de pailles de céréales : ce gisement physique est cependant peu accessible dans les conditions technico-économiques actuelles. D. Potentialités de développement de la méthanisation en Ilede-France 1. Gisement mobilisable à court terme (horizon 2006) Sans remettre en cause les équipements actuels de traitement de déchets, le gisement mobilisable à court terme pour la méthanisation pourrait concerner 1,6 million de tonnes de déchets, dont : tonnes de déchets actuellement envoyées en centres de stockage, dont t pouvant être collectées à la source sous forme de biodéchets tonnes de déchets verts et de déchets résiduels actuellement traitées sur des plates-formes de compostage, et qui pourraient être reconverties en ajoutant une unité de méthanisation dans un objectif de modernisation, d extension ou de maîtrise des nuisances olfactives tonnes de résidus de l assainissement.

9 tonnes de déchets de restauration et autres déchets organiques industriels banals tonnes sont déjà décidées pour la méthanisation au SYCTOM de Paris. Ce gisement (1,6 millions de tonnes) représenterait une production annuelle de biogaz équivalente à 110 ktep et une production de tonnes de digestat. Il ne tient pas compte des tonnes de boues d'épuration (à 30% de siccité) déjà méthanisées en stations d'épuration et de l'unité de Varennes-Jarcy réalisée pour traiter tonnes de déchets ménagers soit au total une production de biogaz de 30 ktep et un tonnage de digestat de tonnes. 2. À moyen et long terme (horizons 2010/2020) Le gisement mobilisable à moyen et long terme pour la méthanisation peut s évaluer en comparant l évolution des capacités et des besoins de traitement. La contribution de la filière méthanisation s inscrit dans le champ des nouvelles capacités de traitement à programmer sur le moyen et long terme pour répondre à ces besoins. Ces calculs ne préjugent pas des décisions à prendre par les collectivités locales sur le choix des modes de traitement, ils indiquent simplement l espace dans lequel la méthanisation serait susceptible de s inscrire. En 2010, la capacité de traitement totale serait de 5,5 millions de tonnes et les besoins de 7,4 millions de tonnes. Le gisement mobilisable pour la méthanisation à l horizon 2010 se décompose de la façon suivante : tonnes de boues urbaines (à 30 % de siccité) traitées actuellement par méthanisation tonnes de déchets ménagers traités sur l usine de Varenne-Jarcy. Entrée en service fin 2002 à Varennes-Jarcy (SIVOM d Yerres et des Sénarts), elle remplace une usine de compostage de déchets résiduels tonnes sur les deux usines de méthanisation décidées par le SYCTOM en substitution au stockage tonnes en cas de conversion des usines de compostage existantes (dont la moitié pour les déchets verts) A moyen terme (2010) l'enjeu pour la méthanisation est de tonnes supplémentaires ( tonnes si on intégre les boues d'assainissement) correspondant à la capacité complémentaire à maintenir ou créer pour assurer le traitement de la totalité des déchets municipaux et assimilés de la région, dont : tonnes de déchets ménagers, correspondant au gisement moblisable à court terme en addition aux usines du SYCTOM tonnes de déchets de restauration (gisement court terme) tonnes de nouvelles capacités à réaliser à moyen terme par rapport à 2006 ( t/an correspondant à la capacité d Ivry), dont la moitié pour les déchets ménagers (sous forme de biodéchets ou de déchets résiduels) et la moitié pour les déchets industriels banals. L'enjeu à moyen terme (horizon 2010) est donc de 1,3 millions de tonnes supplémentaires par rapport au gisement méthanisable à court terme (2006) qui représenteraient une production annuelle supplémentaire de biogaz équivalente à 100 ktep et une production de digestat de tonnes. Sur le long terme, vers 2020, les capacités de traitement d'ordures ménagères et assimilés (existantes ou déjà programmées) seraient de 4,6 millions de tonnes pour des besoins de l ordre de 7,6 millions de tonnes, soit un déficit de 3 millions de tonnes.

10 L enjeu supplémentaire par rapport à 2010 porterait donc sur 1,1 million de tonnes de capacités supplémentaires à créer (dont la moitié pour les déchets municipaux) et représenterait une production supplémentaire de biogaz de 80 ktep par rapport à 2010 et de tonnes de digestat. E. Perspectives L investissement nécessaire à la réalisation d une unité de méthanisation de biodéchets est de l ordre de 15 millions d euros et de l ordre de 40 millions d euros pour une unité mixte de biodéchets/déchets résiduels. En tenant compte de la filière dans son ensemble (gestion des refus, des eaux et des sousproduits) et selon les scénarii extrêmes, le coût d investissement varie de 40 à 75 millions d euros et le coût de traitement global de 50 à 80 /tonnes. Les facteurs principaux de variation des coûts sont la taille de l unité et la gestion des refus (enfouissement ou incinération) et du digestat de déchets résiduels (enfouissement, valorisation non agronomique). Le surcoût de la collecte séparative reste faible. L économie du projet dépend fortement de la qualité du digestat produit et de la gestion des refus. La méthanisation peut être compétitive par rapport au compostage, pour des tonnages supérieurs à t/an. Elle offre des avantages certains dans les zones périurbaines denses : emprise au sol réduite, maîtrise des risques de nuisance olfactive et production d une énergie locale et renouvelable. La méthanisation peut être envisagée en complémentarité avec l incinération, ou en alternative à celle-ci selon le type de territoire. Il est possible d optimiser les équipements en détournant les déchets les plus humides vers la méthanisation, et en renvoyant les refus combustibles vers l incinération. La filière méthanisation devrait être prise en considération dans plusieurs types de situations et des solutions d optimisation systématiquement recherchées : collectivités dont les déchets bruts sont encore actuellement enfouis ; syndicats de traitement envisageant, dans l optique de la circulaire 2001, la collecte des biodéchets ; pré-traitement biologique avant stockage en CSDU ; modernisation ou extension des plates-formes de compostage ; modernisation ou extension de digesteurs existants de boues urbaines, capables d accueillir des déchets organiques sous réserve de faisabilité à étudier au cas par cas ; prise en compte du gisement de déchets des entreprises (restauration, industries agroalimentaires) et de l assainissement (boues, matières de vidange, graisses) ; traitement sur une même unité des biodéchets et des déchets résiduels ; décentralisation du stockage du compost, de façon à réduire l emprise ; renforcement de la collecte des déchets spéciaux pour améliorer la qualité des composts ; recherche de sites permettant une valorisation complète de l énergie (réseaux de chaleur, zones industrielles). Saut de page Saut de page

11 Introduction L'Ile de France produit annuellement entre 10 et 12 millions de tonnes de déchets urbains et banals non toxiques, ces derniers issus des activités industrielles et commerciales. Ces déchets sont pour plus de la moitié constitués de matière organique : fraction fermentescible des ordures ménagères, déchets verts, résidus d'épuration des eaux, déchets de l'industrie agro-alimentaire et sont donc potentiellement méthanisables. En Europe, la méthanisation est une filière de traitement des déchets organiques (ou biodéchets) en plein développement. Elle présente des avantages sur les plans environnemental et économique et est complémentaire aux filières de traitement classiques. C est en France que la première unité de méthanisation de déchets ménagers a été réalisée il y a 15 ans, à Amiens. Après des débuts difficiles, le bilan de cette installation (présenté en annexe 3) est positif. Pourtant, ce n est qu en 2002 que la seconde unité française de méthanisation a été mise en route à Varennes-Jarcy (Essonne) par le SIVOM de la vallée de l Yerres et des Sénarts. D autres syndicats franciliens étudient des projets concrets. La Région Ile de France dispose à court terme des équipements suffisants pour traiter et valoriser ses déchets ménagers. Toutefois, à moyen et long terme la programmation des investissements et équipements de traitement des déchets devra tenir compte de l obligation imposée par la loi et ses circulaires d application, de collecter, à des fins de valorisation matière ou énergie, 50 % des déchets dont l élimination est de la responsabilité des collectivités. Dans ce cadre, aux côtés d un programme intégrant le renouvellement d une partie du parc d incinérateurs et la prise en compte du traitement des déchets industriels banals (DIB), la méthanisation se présente comme un mode de traitement des déchets alternatif à l incinération et à l enfouissement et qui contribue au respect des objectifs de valorisation. Afin de compléter et d approfondir les travaux déjà réalisés en Ile de France sur cette thématique par les partenaires ARENE, ADEME, Gaz de France et Agence de l Eau Seine- Normandie (voir bibliographie en annexe 1), l ARENE et l ORDIF ont décidé de s associer pour : réaliser un outil d aide à la décision à l'usage des décideurs et maîtres d'ouvrages dans lequel sont présentés des données techniques, économiques, juridiques et réglementaires pour la mise en œuvre d une unité de méthanisation, en s appuyant sur des cas concrets (opérations existantes) Evaluer le gisement de bio-déchets ménagers et industriels «méthanisables» en Ile de France et déterminer la place que pourrait occuper la méthanisation à court, moyen et long terme en considérant le parc francilien d installations de traitement existant ou déjà programmé. L étude concerne l ensemble des déchets organiques, principalement d origine municipale déchets ménagers, déchets verts, boues urbaines, résidus d assainissement - mais également les déchets des entreprises déchets banals solides collectés ou non avec les déchets municipaux, déchets de restauration, boues d épuration industrielle, résidus de process des industries agroalimentaires, papetières, chimiques - ou agricoles (déjections d élevage).

12 L Ile-de-France est la première région française à mener une analyse prospective de ce type sur le thème de la méthanisation. Saut de page I. Qu'est-ce que la méthanisation? A. Contexte 1. Principe général La méthanisation est un procédé biologique de dégradation de la matière organique par une flore microbiologique, qui se déroule en l absence d oxygène et est aussi appelée de ce fait «digestion anaérobie». Ce sont en effet ces mêmes mécanismes qui se déroulent lors de la digestion chez les animaux et chez l homme. La matière biodégradable est transformée en un compost désodorisé et hygiénisé et en biogaz, composé d environ 60 % de méthane, de 40 % de CO 2 et de composés gazeux à l état de traces (H 2, NH 3 ). Le biogaz, énergie renouvelable, peut être converti en pratiquement toutes les formes d énergie utile. La méthanisation s applique de préférence au traitement de déchets organiques non contaminés par des polluants ou des inertes. Les réactions biologiques mises en jeu par la méthanisation sont complexes. Elles peuvent se résumer de la façon suivante : une étape d hydrolyse, par une population hydrolytique variée, qui transforme les chaînes organiques complexes (protéines, lipides, polysaccharides ) en acides gras, mono et di-saccharides, peptides et acides aminés ; une étape d acidogénèse, qui dégrade ces produits intermédiaires en acides gras volatiles d une part, et composés gazeux (CO 2, H 2, NH 3 ) d autre part ; une voie acétogène qui transforme les acides gras volatiles en acide acétique ; et enfin une étape méthanogène proprement dite, par voie acéto-clastique (transformation de l acide acétique en méthane et H 2 O) et par voie hydrogénophile (oxydation de H 2 par CO 2 ). Seule cette dernière étape est anaérobie au sens strict. La voie acéto-clastique est responsable de la production de 70 % du méthane produit. Des bactéries sulfato-réductrices sont également présentes : elles réduisent sulfates et autres composés soufrés en hydrogène sulfuré (H 2 S) et mercaptans, qui donnent au biogaz une odeur caractéristique.

13 Protides Hydrates de carbone Lipides Hydrolyse acidogénèse Sucres Acides aminés Acides gras acétogénèse Propionate, butyrate Acétate Hydrogène Gaz carbonique méthanogénèse CH4 + CO2 Figure 1 : Les étapes de la méthanisation 2. Déchets concernés par la méthanisation La méthanisation s applique à la plupart des déchets organiques, qu ils soient d origine municipale, industrielle ou agricole, qu ils soient solides ou liquides : Biodéchets ménagers : déchets putrescibles (alimentaires et de jardin), papiers (journaux, magazines, emballages), cartons (plats et ondulés), textiles non synthétiques et textiles sanitaires. Déchets ménagers résiduels : déchets restant après collecte séparative : - des recyclables secs (verre, papier-carton, emballages ) (résiduels de type 1), - des recyclables secs et des biodéchets (résiduels de type 2). Déchets verts (tontes, feuilles). Sous-produits de l assainissement urbain : boues d épuration, graisses, refus de dégrillage, matières de vidange.

14 Déchets des entreprises collectés séparément des déchets ménagers et assimilés, pouvant être classés entre : - Biodéchets industriels, notamment les déchets de restauration. - Fraction fermentescible des DIB (Déchets Industriels Banals) résiduels (part restante après tri des emballages et divers recyclables). - Boues et effluents des industries agroalimentaires, déchets de process des industries transformatrices de matières végétales et animales. Déjections animales (lisier, fumier) Résidus végétaux agricoles (paille, ensilage, refus ). 3. Fonctions et objectifs de la méthanisation Les fonctions et objectifs de la méthanisation sont multiples, et perçus différemment selon les points de vue : enjeux immédiats pour les opérateurs comme les collectivités locales et les sociétés de service (performances techniques, coût, solution concrète à un problème de traitement de déchets ), enjeux de long terme pour l ensemble de la société (bilan écologique, énergétique, risque sanitaire, principe de proximité ). La méthanisation permet en effet de : traiter les déchets, c est-à-dire de réduire leur charge organique (stabilisation), de les désodoriser, de les hygiéniser (réduction des germes pathogènes). La stabilisation des déchets fermentescibles les rend plus aisément gérables (stockage, transport, manutention ). L épandage ne génère plus de nuisances, le stockage en centre d enfouissement ne génère plus de gaz et très peu de lixiviats, et les déchets issus de la digestion peuvent être plus facilement séchés et donc plus appropriés pour l incinération que des déchets humides ; produire une énergie renouvelable et locale dont l utilisationn est neutre vis à vis de l effet de serre, contribuer à préserver les ressources non renouvelables, améliorer la balance énergétique du pays ; recycler la matière organique exportée par les cultures, et contribuer à la restauration des sols. La baisse du taux d humus est un phénomène ancien, longtemps sous-évalué, et la dégradation des sols devient un sujet de préoccupation qui devrait prendre de l ampleur ; lutter contre l effet de serre d une part, en remplaçant des énergies fossiles par une énergie issue de la biomasse et donc en évitant de déstocker du carbone fossile ; d autre part, en stockant du carbone, soit dans les sols par épandage de l amendement organique produit, soit en centre de stockage, lorsque le produit final est destiné à l enfouissement du fait de la teneur en contaminants. Le stockage du carbone diffère dans le temps le relargage direct dans l atmosphère, comme c est le cas avec l incinération. Saut de page B. Développement de la méthanisation en Europe

15 La digestion anaérobie est utilisée depuis plus d un siècle pour traiter les boues de stations d épuration. Dans les années 40, puis à nouveau au cours de la crise du pétrole de 1973 à 1985, elle a été appliquée aux déjections d élevage. Dans les années 1970, elle a été développée pour le traitement des effluents industriels organiques. Depuis le milieu des années 1980, sont apparus les premiers pilotes industriels capables de traiter des déchets organiques solides, tels que les déchets ménagers et assimilés. La première réalisation est française avec Amiens en 1985, procédé Valorga conçu en France. II a fallu une dizaine d années pour que la technologie parvienne à un stade de maturité qui lui permette d aborder son essor commercial. Fin 2002, 78 unités industrielles de méthanisation de déchets ménagers et assimilés sont en service en Europe pour une capacité de traitement de 2,3 millions de tonnes de déchets par an. Le taux de croissance annuel moyen est de 31 % depuis Après une inflexion en 2000, le développement du parc a retrouvé une forte croissance en 2001 et atteint un record en 2002 avec tonnes/an de nouvelles capacités installées. Les usines actuelles correspondent en majorité à des bassins de population de à habitants. Cette technologie s applique aussi bien à des zones de habitants, qu à des grandes agglomérations de 1 million d habitants. Capacité de méthanisation (tonnes/an) PAR PAYS Suisse Suède Portugal Pologne Pays-Bas Italie France Finlande Espagne Danemark Belgique Autriche Allemagne Figure 2 : Capacité de méthanisation en Europe en 2002, en t/an L Allemagne totalise le tiers de la capacité installée, suivie par l Espagne et les Pays-Bas. On observe un fort ralentissement du nombre de nouvelles installations en Allemagne à partir de 1999 et le décollage de l Espagne en En nombre d installations, c est la Suisse qui arrive en seconde position. En France, hormis Amiens et Varennes Jarcy réalisés qui totalisent t/an, 7 projets sont en phase d appel d offres (mission Assistance à Maître d Ouvrage attribuée, rédaction des appels d offre constructeurs à venir).

16 Six entreprises se partagent l essentiel du marché. STEINMULLER VALORGA reste le premier constructeur, avec le tiers de la capacité installée. Les procédés LINDE (y compris le procédé en phase liquide, ex KCA) sont en seconde position. On ne constate pas l arrivée de nouveaux procédés. Ces procédés sont matures. Ils diffèrent par des choix technologiques portant non seulement sur le procédé de méthanisation, mais aussi sur le tri et le traitement des effluents. Tri et traitement des effluents sont étroitement liés à la nature des déchets, à leur bilan hydrique, et au contexte (co-traitement de déchets verts, de déchets de restauration). Suède 3 Suisse 13 Portugal 1 Pologne 1 Allemagne 33 Pays-Bas 5 Italie 4 France 2 Finlande 1 Espagne 6 Danemark 2 Belgique 4 Autriche 3 Figure 3 : Nombre d unités de méthanisation (OM et assimilés) par pays en Déchets gris Biodéchets + IAA et autres Biodéchets Figure 4 : Evolution de la capacité de méthanisation, en Europe, par type de déchets

17 L essentiel des installations traite la fraction fermentescible des déchets ménagers et assimilés triés à la source, y compris déchets de restauration, déchets des industries agroalimentaires mais hors effluents d élevage. Les usines de méthanisation de déchets ménagers et assimilés collectés en vrac et triés en usine, très rares avant 1999, représentent désormais presque la moitié de la capacité totale de traitement. La taille moyenne des usines est de tonnes par an. Cette taille a doublé depuis les années Il existe peu d unités d une taille inférieure à tonnes. Les installations les plus importantes, en capacité, sont celles qui traitent des déchets non triés (capacités de l ordre de t/an) : Barcelone (2 usines), La Corogne, Hanovre, Varennes Jarcy C. Les facteurs de frein et de développement à la méthanisation : éléments de sociologie Le faible intérêt pour la méthanisation jusqu à une date très récente s explique par différents facteurs. Parmi les facteurs objectifs, on peut admettre que le contexte n était pas alors adapté, en France, pour le développement de cette technologie. Si la méthanisation peut-être utilisée comme une technique de pré-traitement avant enfouissement ou incinération, elle s inscrit avant tout dans une logique de recyclage agronomique des biodéchets. Cette filière subit aujourd hui une crise de confiance : phénomène de l ESB, problème des métaux lourds, mauvaise image des composts urbains, viennent jeter la suspicion sur le retour au sol des matières organiques issues de déchets. La circulaire Voynet de 1998 et la circulaire sur le traitement des déchets organiques, en préconisant des taux de recyclage élevés, passant nécessairement par un recyclage des biodéchets, modifient la donne. Avec le développement de la collecte des bio-déchets à la source, la méthanisation devient une alternative au compostage, dans la mesure où elle est particulièrement adaptée au traitement de déchets humides en grandes quantités, en zones de forte densité de population. Une étude 1 constate une méconnaissance quasi générale vis-à-vis de la méthanisation des déchets. L information délivrée résulterait d une construction sélective. Il en résulte un problème de crédibilité et de légitimité des émetteurs. Le manque d informations régulières et continues sur l ensemble de la filière constitue un des principaux freins au développement de cette technique. Comme un certain nombre de procédés techniques innovants, le déficit d image dont souffre la méthanisation alimente tout un univers de représentations négatives. Des performances et des contraintes, on ne retient bien souvent que les qualificatifs qui servent à conforter les systèmes techniques existants car changer c est toujours prendre un risque (économique d abord, social et politique ensuite). D autres facteurs restent à explorer, notamment autour des représentations liées à la notion de «déchets putrescibles» et de la valorisation en compost et en énergie. Les biodéchets, auparavant appelés FFOM (fraction fermentescible des ordures ménagères), restent une notion souvent mal perçue. On ne sait pas très bien ce que 1 CLANET P. et ZELEM M.C, CERTOP (CNRS, Toulouse II) pour le programme CNRS ECOTECH : «Analyse sociologique de la valorisation énergétique des déchets», Les cahiers du CLIP, juillet 1996.) constate une méconnaissance quasi générale vis-à-vis de la méthanisation des déchets.

18 «biodéchets» et «matière organique» veulent dire. Le fait par exemple que les papiers et cartons soient des biodéchets ne va pas de soi. Les termes de «fermentescibles», «matières organiques», «biodégradables» sont diversement connotés. Ils renvoient pour beaucoup de personnes à des images de décomposition, d odeurs, et l on ne voit pas bien comment ils peuvent être «valorisés» en produits «nobles». Le processus de fermentation est lui-même méconnu. Le recyclage des biodéchets implique une collecte séparative au porte-à-porte. Celle-ci nécessiterait des investissements pour la collectivité locale, et un effort supplémentaire de la part du citoyen. D où les réticences à promouvoir ce système. Des sondages d opinion montrent cependant que la fraction de la population prête à envisager un tri en deux et en trois fractions, augmente. Les freins à la méthanisation relèvent de la problématique des filières biologiques et concernent aussi le compostage. Une partie de ceux-ci sont inhérents à toute technologie émergente. Plusieurs pistes peuvent donc être esquissées : les unes propres à l innovation, les autres concernant plus spécifiquement la thématique des biodéchets. D. Procédé (cf. figure 5 ci-après et annexe 4) 1. Le pré-traitement Le pré-traitement consiste à : éliminer les matériaux indésirables (inertes, plastiques, métaux ) ; homogénéiser le substrat avant son introduction en digesteur (broyage par exemple) ; éventuellement l'humidifier (procédés en voie liquide). 2. La méthanisation Les technologies de méthanisation peuvent être classées selon plusieurs critères. Concentration : voie sèche ou voie liquide Dans le premier cas, le digesteur travaille entre 25 et 35 % de matière sèche environ. Dans le second cas, les déchets sont liquéfiés, souvent avec le liquide récupéré en sortie de digesteur, le digesteur travaillant au-dessous de 15 % de matières sèches. Température : mésophile/thermophile La méthanisation se déroule classiquement à une température voisine de C, obtenue en réchauffant le substrat avec le biogaz. Il s'agit des procédés mésophiles. Les procédés thermophiles s'opèrent à 55 C. Le choix de la température de digestion dépend du degré d hygiénisation requis. Circulation du substrat : infiniment mélangé ou piston Pour assurer une bonne fermentation, le substrat doit être ensemencé de façon homogène en flore microbiologique. Il convient également d assurer un temps de séjour minimal, et donc d éviter les courts-circuits.

19 En sortie du digesteur, une partie du substrat est réintroduite en tête, pour améliorer sa dégradation et recycler la population microbiologique. Dans les digesteurs dits «infiniment mélangés», le substrat est brassé en permanence, par des agitateurs mécaniques internes, ou par injection de gaz. Dans les digesteurs de type «piston», c est le substrat introduit qui pousse le substrat en place, l évacuation se faisant de façon continue à l autre extrémité du digesteur. 3. Le post-traitement Le post-traitement a pour objectifs de : déshydrater le digestat, compléter sa fermentation et son hygiénisation (maturation), le conditionner en vue de son écoulement final. Le digestat subit généralement un premier pressage, permettant de récupérer d une part un solide humide, d autre part des effluents. Le digestat doit subir une phase de maturation avant son utilisation comme amendement organique. Sur de nombreuses installations, les déchets verts ou sous-produits issus de la transformation du bois (palettes broyées, plaquettes, chutes ) sont ajoutés au digestat en maturation. Ce co-traitement assure une bonne synergie : les produits ligneux sont structurants et améliorent le produit final, le digestat apporte l eau nécessaire à leur compostage.

20 Figure 5 : Schéma général du procédé de méthanisation 4. Bilan matière Les bilans matière varient selon les procédés, mais ils sont surtout étroitement dépendants de la nature des déchets à traiter (proportion de déchets de cuisine, déchets verts, papiers cartons, déchets des industries agroalimentaires ), dont la teneur en inertes, en matière sèche et en matière organique dégradable est variable. Pour apprécier la performance d une installation, il est nécessaire de connaître la teneur en matière biodégradable du substrat. Généralement, 10 à 20 % de la masse initiale de déchets sont transformés en biogaz, et 30 à 50 % en digestat mûr. 5. L énergie La productivité en biogaz dépend d abord de la teneur en matière biodégradable du substrat : de l ordre de 500 m 3 de méthane par tonne de matière volatile dégradée. Une partie du biogaz est utilisée dans le procédé (15 à 25 % de l énergie produite), au minimum pour le chauffage des digesteurs, et éventuellement pour les besoins en électricité (cogénération de chaleur et d électricité). Le biogaz en excédent peut être valorisé selon différents modes. Filières de valorisation largement développées : Production de chaleur sous forme d eau chaude, de vapeur ou d air chaud, pour le chauffage, le séchage, les process industriels (déshydratation de lixiviats de décharge ) Cette option nécessite l existence d un débouché local (immeubles d habitat collectif ou tertiaire, réseau de chaleur, industries ). Production d électricité, généralement par moteurs à gaz, éventuellement par turbine à vapeur ou turbine à gaz pour les plus grandes installations. Production combinée de chaleur et d électricité (cogénération). Transport du biogaz vers un consommateur proche (industriels, collectivités ). Techniquement facile à mettre en œuvre et intéressante du point de vue énergétique si la totalité du biogaz produit peut être absorbée par le consommateur, cette solution dépend de la concurrence tarifaire d autres sources d énergie et de la distance producteur/consommateur. Filières de valorisation émergentes : Production de carburant pour véhicules (unité de Rümlang (CH) ; la société KOGAS fait de la carburation au méthane issu de biogaz l un de ses thèmes publicitaires favoris. Production de gaz naturel pour injection sur le réseau public de transport ou de distribution (unités de Tilburg (NL), de Samstagern (CH) ). Production de froid, par exemple par machines à absorption à gaz (industries agroalimentaires ). Dans tous les cas, il est nécessaire, pour obtenir le meilleur bilan énergétique, de disposer de débouchés à proximité du site de production : soit des consommateurs

21 identifiés (immeubles, industries, flottes de véhicules ), soit des réseaux de transport de l énergie (réseaux d électricité, de gaz ou de chaleur). Le tableau ci-après indique les équivalences des services pouvant être assurés par une unité de méthanisation de biodéchets. L exemple est donné pour une usine traitant t/an de déchets, correspondant à la production de habitants. Déduction faite des auto-consommations et pertes, et sous réserve de valoriser la totalité de l énergie disponible, la méthanisation permet : soit de couvrir la consommation d environ véhicules légers, 100 bennes à ordure, 60 bus urbains ; ou bien encore d assurer le chauffage de 700 maisons, l eau chaude sanitaire de maisons, la cuisine pour foyers ; ou bien d assurer l électricité spécifique de logements, plus l eau chaude pour autres. Une installation de moyenne capacité (15 à tonnes de déchets/an) autoconsomme environ le quart de l énergie produite. Production de biogaz m 3 /j 139 m 3 /t Energie disponible kwh/j 805 kwh/t Puissance centrale électrique 414 kw él. Production électricité kwh/j - dont consommation procédé kwh/j 8 % - dont surplus valorisable kwh/j 23 % Production de chaleur kwh/j - dont consommation procédé kwh/j 18 % - dont surplus valorisable kwh/j 36 % Pertes kwh/j 14 % Tableau 1 : Exemple d une unité de t/an de déchets fermentescibles, population concernée : environ habitants (Source : KOMPOGAS, 1999) 6. Sous-produits La méthanisation génère d une part des refus, inaptes à la valorisation agronomique, et d autre part une fraction liquide excédentaire : Les refus de tri sont les matériaux retirés soit avant, soit après la méthanisation, par différents moyens (tri manuel, granulométrique, gravimétrique, magnétique, etc ) : déchets ligneux, déchets de grande taille, métaux ferreux, inertes, etc, à traiter par d autres techniques (compostage, incinération, stockage en centre d enfouissement, etc ). La fraction liquide excédentaire est celle qui n est pas recyclée par le process luimême. Lorsqu elle ne peut être valorisée telle qu elle comme fertilisant liquide, elle est traitée en station d épuration communale ou sur site. 7. Le Digestat

22 En fonction du type de déchets traités et du mode de traitement, le digestat peut être destiné à différents modes de valorisation. a) Valorisation agronomique Transformer les déchets organiques (biodéchets, déchets verts) en un amendement destiné à une valorisation agronomique. La grande majorité des usines existantes ou en construction traite des déchets collectés de façon séparative (biodéchets, déchets verts), avec un tri en usine réduit. Les ménages et les entreprises sont invités à ne déposer dans la poubelle recevant les organiques, que les déchets fermentescibles non souillés. L amendement organique produit est de bonne qualité et peut être utilisé pour des cultures alimentaires, non alimentaires (horticulture, sylviculture ), sur les espaces verts et jardins. Caractéristiques des amendements issus de méthanisation Le post-traitement du digestat (maturation par aération forcée, co-compostage) permet de : déshydrater le digestat, compléter sa fermentation et son hygiénisation, d oxyder l ammoniac. Au final, on obtient dans la majorité des cas un produit pouvant être classé comme amendement organique 2 : Matière sèche : de 50 % à 75 % Matière organique : > 20 % DCO (mg O 2 /g MSV) : < 100 (produit stabilisé) Azote, phosphore, potasse : < 3 % Rapport C/N : entre 10 et 20 Couleur : noire. L amendement organique produit par la méthanisation est comparable à un compost aérobie du point de vue agronomique. Il serait même meilleur sur les plans sanitaires (taux d élimination des germes pathogènes), de la stabilisation (rapport C/N et Demande Chimique en Oxygène) et de la croissance des végétaux. 2 Selon la présence de contaminants (éléments-traces, impuretés)

23 SALZBURG (A) - OWS - Biodéchets TILBURG (NL) - VALORGA Biodéchets Norme autrichienne Önorm Klasse I Type de déchets introduits en méthanisation Matière sèche ( % de la matière brute) à 75 Matière volatile ( % de la MS) > 20 Azote, NTK (Kjedahl) 1,9 1,1 Phosphore, P 2 O 2 0,66 0,51 Potassium, K 2 O 2 0,63 1,24 ph 7,7 Conductivité, ms/cm 0,7 < 2 Rapport Carbone/Azote (C/N) 13 Tableau 2 : Composition d amendements issus de la méthanisation (Source : OWS, VALORGA, 1999) Déchets organiques frais Compost anaérobie (3 semaines de fermentation) Compost aérobie (6 semaines de fermentation) Rapport Carbone/Azote (C/N) DCO (mg O 2 /g MSV) (1) Destruction des germes pathogènes (nb/g) : - E. Coli (2) Streptocoques (2) Tests de croissance : - Ficus (3) : Longueur (cm) Nombre de feuilles Diffenbachia (3) : Longueur Nombre de feuilles 15 9 Tableau 3: Comparaison de déchets bruts et d amendements anaérobie et aérobie du point de vue agronomique (Source : The Dranco Process, OWS, 1990) (1) DCO : demande chimique en oxygène ; MSV : matière sèche volatile (ou matière organique). Le rapport DCO/MSV est une mesure du caractère dégradable de la matière organique. (2) Bactéries pathogènes (3) Végétaux tests Un positionnement similaire à celui du compost (cf.annexe 4) La problématique de la valorisation agronomique des produits de digestion est la même que celle du compost. Le marché pour l amendement organique dépend de critères tels que : la qualité du compost, son aspect visuel et sa structure physique, ses qualités fertilisantes, l absence de plastique, verre, germes pathogènes, etc ; l acceptabilité sociale de cette forme de recyclage et de collecte ; l implication du monde agricole dans la définition des caractéristiques du produit. Intérêt agronomique du digestat en région Ile-de-France Le principal défaut des sols de la région est leur structure fragile : sensibilité à la battance et à l érosion. On ne peut améliorer la structure d un sol qu en favorisant la formation de complexe organo-minéraux (complexe argile-humus).

24 Si le sol est capable de fabriquer lui-même ces complexes en grande quantité : dans ce cas on peut se permettre de lui apporter des précurseurs d humus (matière organique riche en carbone et faiblement dégradée). Si le sol n en est pas capable : il faut alors lui apporter des précurseurs d humus mâtures ou des composés humiques (acides humiques et fulviques). D une manière générale, les sols de la région Ile-de-France sont potentiellement capables de fabriquer en grande quantité ces complexes et d assurer eux-mêmes la transformation de la matière organique riche en carbone (ph neutre, peu de calcaire actif, bonne aération). Malheureusement, la spécialisation des exploitations et la prédominance des phénomènes de minéralisation de la matière organique font que la quantité de complexes structurants diminue. Cela signifie, en première approche que les sols de la région peuvent recevoir toutes les formes d amendements décrites ci-dessus, et que les quantités et niveaux de maturation dépendront essentiellement du taux d argile minéralogique et de la période d épandage. Approche quantitative : besoins en matières organiques en Ile-de-France La SAU (Surface Agricole Utile) de la région est proche de hectares (dont 57 % en Seine et Marne). Les céréales représentent 62 % de la SAU. Les sols de la région Ile-de-France utilisés pour l agriculture sont principalement des sols limoneux et limono-argileux. Le taux de matière organique est pour une majorité des sols compris entre 1,5 et 2 %. Cette texture et ce taux de matière organique expliquent la sensibilité d une majeure partie des sols de la région à l érosion et à la battance. Dans ces types de sols, la matière organique peut permettre de corriger les principaux défauts. Une matière organique choisie selon un certain nombre de critères (maturité, composition, C/N, etc...) et correctement utilisée permet : d aérer les sols compacts ; de stabiliser les sols fragiles ; d améliorer le potentiel agronomique de tous les sols. Une des principales sources de matières organiques en agriculture reste les déjections animales (qu elles soient sous forme de lisier, purin, fumier ou de compost). Sur la région Ilede-France, elles sont minoritaires (26 % des exploitations) et ne permettent pas un apport régulier sur l ensemble de la SAU. Les résidus de culture constituent alors pour les exploitations céréalières quasiment la seule source de matière organique. C est une matière peu transformée dont la maturation dans le sol est lente. Leur quantité et leur gestion actuelle ne permet pas de lutter contre les principaux problèmes agronomiques (dont certains comme le lessivage des argiles ou l érosion sont irréversibles). Les besoins en compost seraient de l ordre de t/an à l échelle régionale - sans compter les besoins du vignoble champenois traditionnellement desservis par les composts franciliens. Ce marché offre plusieurs débouchés potentiels :