Quand choisir la méthanisation?

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1 Quand choisir la méthanisation? 1. Contexte de la méthanisation des déchets solides En application des dispositions législatives 1, les collectivités sont responsables de la gestion de l ensemble des déchets ménagers et assimilés. De façon simplifiée, la gestion collective des déchets ménagers se décompose en deux phases majeures : la collecte proprement dite, depuis le lieu d abandon (bacs mobiles en porte à porte, containers situés sur des zones d apport volontaires ou déchetterie), jusqu au lieu de regroupement, de traitement et/ou d élimination, le traitement stricto sensu, opération qui s effectue sur une installation classée pour la protection de l environnement (ICPE). Pour une collectivité donnée, le gisement de déchets ménagers et assimilés considéré est spécifique, compte tenu des habitudes de la population concernée en termes de consommation et de consignes de tri, mais également des moyens de collecte mis en œuvre. Comme le disait Lavoisier, père de la chimie moderne, à la fin du 18 e siècle, rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme, et la gestion des déchets ménagers obéit à ce principe. C est pourquoi, seule une approche globale de l ensemble des flux de déchets ménagers et assimilés permet d apprécier les solutions en matière de collecte et de traitement. Dans l objectif de mettre en place un traitement par méthanisation, solution basée sur l action de fermentations naturelles en l absence d oxygène qui dégradent les matières organiques biodégradables, il convient de distinguer dans le gisement potentiel des déchets ménagers et assimilés : 1 L'article L (section 3 : Ordures ménagères et autres déchets) du code général des collectivités territoriales stipule que "les communes ou les établissements publics de coopération intercommunale assurent, éventuellement en liaison avec les départements et les régions, l'élimination des déchets des ménages". - une fraction rapidement biodégradable, constituée de matière organique, d eau et d éléments minéraux, qui constitue en général 40 à 70 % des flux d ordures ménagères (déchets de cuisine, déchets alimentaires, papiers et cartons, tontes et déchets verts au sens large) ; - une fraction combustible qui intègre une part de déchets lentement biodégradables, des déchets ligneux et des matériaux synthétiques (plastiques plats, flacons, blisters ) ; - une fraction inerte composée de verres, métaux et minéraux (cailloux, sable ). Établir les bases de dimensionnement d un outil de traitement par méthanisation des déchets n est pas une tâche aisée car les technologies dépendent des flux et de la qualité des intrants. En outre, chaque année, en France comme à l étranger, de nouvelles expériences et de nouvelles technologies tendent à remettre en question les connaissances industrielles du moment. Enfin, l évolution réglementaire (française et communautaire) impose également une mise à jour régulière des contraintes administratives. Pour les collectivités responsables de la gestion de l ensemble des déchets ménagers et assimilés, le choix d étudier telle alternative plutôt que telle autre est orienté par divers critères : - la capacité de l outil de traitement adapté aux besoins, - les structures et les modes de gestion envisageables pour la construction et l exploitation de l unité, - l application de la réglementation, - le coût lié à la mise en place de l outil de traitement (collecte comprise), - la flexibilité du système par rapport aux différentes typologies mises en œuvre sur le territoire concerné (rural/urbain, type de collectes déjà mises en place...), - les nuisances potentielles qui risquent d affecter les riverains situés à proximité du site retenu pour installer l outil de traitement, - les contraintes induites au quotidien sur les comportements des usagers, 24 TSM numéro e année

2 Quand choisir la méthanisation? - et enfin, ce qu il est convenu de désigner sous le nom d acceptabilité sociale du projet global. Pour une collectivité qui envisage la méthanisation, il importe également de savoir qu il existe, dans le parc d installations en fonctionnement recensées 2 sur 17 pays, une grande variabilité dans la nature des déchets solides organiques traités par méthanisation et dans le devenir des résidus organiques (compost ou excédents hydriques). Il est ainsi possible d appliquer la méthanisation pour traiter, d une part, des déchets ménagers collectés en vrac, d autre part, des fractions fermentescibles issues 2 Synthèse 2004 de l International Energy Agency, Task 37, Groupe de travail sur les bio-énergies. de collecte sélective en porte à porte, ou pour assurer une stabilisation biologique des déchets ménagers résiduels avant mise en centre de stockage. Le traitement des déchets ménagers résiduels avant admission en centre de stockage de déchets ultimes connaît un relatif développement avec la notion de traitement mécano-biologique (mechanical biological treatment ou MBT en anglais). Il faut ainsi comprendre que la méthanisation s applique aussi bien aux déchets ménagers triés mécaniquement sur le site (issus de collectes en mélange) qu à ceux triés à la source. En fonction des situations, la méthanisation trouve sa complémentarité avec les autres types de traitement, par exemple avec l incinération des refus combustibles, le développement des Figure 1. Place de la méthanisation dans la gestion des déchets ménagers TSM numéro e année 25

3 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités collectes sélectives (porte à porte ou apport volontaire) comme pour les emballages verres, plastiques, métaux, ou les journeaux-magazines... La méthanisation des déchets organiques doit donc être considérée comme une activité industrielle, dont l équilibre de gestion est fortement conditionné par ses bonnes raisons d être locales, selon des considérations socio-économiques, urbanistiques, voire culturelles. Enfin, compte tenu des tensions sur les cours du pétrole, l exploitation énergétique du biogaz prend une place à l importance croissante au sein des pays de l Union européenne. La pertinence économique, énergétique et financière de cette filière est ainsi en fort développement avec une production estimée à plus de 4 millions de tonnes équivalent pétrole en 2004 en Europe. Le schéma de principe de la figure 1, adapté d après [Ademe, 2000], précise la place de la méthanisation des ordures ménagères et de la fraction fermentescible dans la chaîne de traitement. 2. État des lieux de la méthanisation des déchets Si l objet de ce guide est centré sur les déchets ménagers et assimilés, il faut souligner que la méthanisation est un traitement fréquent et performant pour de nombreux autres déchets 3. Ainsi, la méthanisation est-elle fréquemment mise en œuvre pour réaliser l épuration des eaux usées de nombreuses industries (papier, agroalimentaire, chimie ) et également des déjections des animaux d élevage (lisier, fumier, fientes ). Enfin, la digestion des boues des stations d épuration est une technique ancienne et très fréquemment pratiquée sur les installations des villes moyennes et importantes. Selon une récente étude 4 menée sur 17 pays, une forte variabilité est observée dans le parc des installations (en fonctionnement) de traitement des déchets solides organiques par méthanisation. La gamme couverte par les 150 installations industrielles en matière de capacité de traitement (tonnes entrantes), de type de méthanisation (humide ou sec) et surtout de nature des déchets organiques admis, est grande. La diversité des déchets admis intègre des ordures ménagères brutes 5 (OM), des ordures ménagères rési- 3 Étude ANDI-ACONSULT Le marché de la méthanisation industrielle en France (Gaz de France, Ademe, ). Enquêtes qualitatives et quantitatives auprès des acteurs (collectivités et industriels), prospective à 15 ans. publications/publipdf/synth_marche_meth.pdf 4 Synthèse 2004 de l International Energy Agency, Task 37, Groupe de travail sur les bio-énergies. 5 De moins en moins depuis la généralisation des collectes sélectives du verre et des emballages. Figure 2. Évolution de la capacité de méthanisation en Europe par pays 26 TSM numéro e année

4 Quand choisir la méthanisation? duelles (OMR), la fraction fermentescible des ordures ménagères triée à la source (FFOM) ou biodéchets, mais aussi du lisier, du fumier et de nombreux déchets organiques industriels. Au niveau historique, la méthanisation des déchets solides a fait son apparition en France (Amiens, 1988) et en Italie où fonctionnent toujours les unités les plus anciennes. En 2004, la moitié des unités de méthanisation, soit 125 unités, se répartissent dans une quinzaine de pays. Le rythme de construction a longtemps stagné avec quelques unités par an, mais en 2001, année-charnière, une rapide évolution est notée avec plus d une dizaine d unités inaugurées annuellement. La capacité s accroît ainsi d environ t/an en Europe comme l illustre la figure 2. En nombre, environ 70 % des unités du parc étudié méthanisent des biodéchets alors que le ratio est de 25 % pour les installations recevant des ordures ménagères résiduelles ( ordures grises ). En revanche, en termes de capacité de traitement, les tonnages méthanisés sont équivalents en biodéchets (3 millions de tonnes) et en ordures ménagères (3,3 millions de tonnes). La figure 3 met en évidence, pour l année 2002, les tendances en termes de substrat traité sur les installations de méthanisation en Europe 6. Le parc se caractérise par un nombre élevé d installations de méthanisation de biodéchets de petites capacités (90 % des unités biodéchets) comprises entre et t/an pour une méthanisation avec un seul gisement. Au niveau géographique, l Allemagne 7 concentre plus de 40 % des unités, suivie par la Suisse (15 %), mais uniquement sur des biodéchets. La plus importante unité de méthanisation de biodéchets sera française avec Lille, dont la construction a débuté en 2006, et qui traitera t/an de biodéchets et de déchets verts. Les plus grosses unités de méthanisation d ordures ménagères en fonctionnement sont très récentes et sont localisées en Espagne, avec notamment les trois Écoparcs de Barcelone qui cumulent une capacité de traitement de 830 kt/an (entrée tri mécanique 8 ). D autres usines récentes sont en activité à Cadix (210 kt/an), La Corogne (182 kt/an) et Pampelune (100 kt/an). De grosses unités se trouvent également aux Pays-Bas à Groningen (230 kt/an) et Friesland (180 kt/an), en Allemagne à Hanovre (100 kt/an) et en France, à Amiens (85 kt/an, Varennes-Jarcy (100 kt/an) et prochainement Montpellier (200 kt/an). 6 Dans ce schéma, les déchets gris sont analogues aux ordures ménagères résiduelles. 7 En Allemagne, méthanisation et collecte sélective de la FFOM ont débuté en 1986 avec la loi sur le recyclage (Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetz) et se sont développés avec la TA Siedlungsabfall [Ademe, 1998 : Le compostage des déchets organiques des ménages en Allemagne ]. 8 Le taux de déchets admis en méthanisation après le tri sur le site Écoparc I est de 150 pour 350, sur le site II de 120 pour 300 ; et enfin, sur le site III de 90 pour 180. Figure 3. Évolution de la capacité de méthanisation par nature de déchet [Solagro, 2002] TSM numéro e année 27

5 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Entreprise Pays ProcŽdŽ Nombre dõunitžs CapacitŽ (t/an) Linde-KCA-Dresden GmbH Allemagne Linde BRV Veolia Environnement France Krueger Valorga International SAS France Valorga Biotechnische Abfall. GmbH & Co KG Allemagne BTA Kompogas AG Suisse Kompogas Citec Environment Finlande Wassa Organic Waste Systems Belgique Dranco Schmack Biogas AG Allemagne Euro/Coccus 170 nonrenseignže RosRocaInternacional Espagne BioStab Tableau I. Entreprises majeures de méthanisation des déchets ménagers 10 Il existe également, au Royaume-Uni et au Danemark, de très volumineuses unités (capacités supérieures à t/an) pratiquant la co-méthanisation (ou co-digestion) de biodéchets avec des déchets agroalimentaires et des effluents d élevage. Dans ce contexte varié, environ la moitié des unités de méthanisation, soit 64, sont réparties dans une quinzaine de pays pour environ 25 constructeurs 9. Dans le domaine stricto sensu des déchets ménagers, le tableau I présente les caractéristiques des principales entreprises de construction actives en Europe. 3. Mécanismes biologiques de la méthanisation Sur le plan biochimique, le processus de fermentation anaérobie se décompose en quatre phases qui peuvent se dérouler dans des réacteurs séparés ou non. - Phase d hydrolyse Le déchet solide est liquéfié, les macromolécules organiques (protéines, polysaccharides ) sont décomposées en éléments simples (acides gras mono et disaccharides, peptides, acides aminés ). Cette étape est rendue possible par l activité d enzymes extracellulaires secrétées par des bactéries hydrolytiques (Clostridium, Bacillus, Bacteroides). Cette phase est nécessaire pour rendre assimilable le déchet par les bactéries. - Phase d acidogénèse Les bactéries transforment les molécules simples en acides gras volatils (AGV, c est-à-dire entre autres, 9 ANM, BIOCEL, HEIDEMIJ, BKS NORDIC, BTA, ROEDIGER, CITEC, DRANCO, ALPHA UT, ENTEC, FARMATIC, HAASE, IMK, IONICS ITALBIA, ISKA, KOMPOGAS, LINDE, BRV, PAQUES, PROJEKTRÖ, ROS ROCA, SNAMPROGETTI, VALORGA, VINCI Environnement, WAASA- WABIO, WEHRLE WERK, YIT-VMT. 10 Adapté d après la revue Systèmes Solaires n Baromètre du biogaz, juin l acide acétique, l acide propionique, l acide butyrique ) et en alcools (méthanol, éthanol ) de faible poids moléculaire. On observe également la production d hydrogène et de gaz carbonique résultant de la conversion des sucres, lipides et des protéines. Les bactéries responsables de l acidogénèse peuvent être anaérobies strictes ou facultatives (Clostridium, Klebsiella, Enterobacter, Erwinia et Streptococcus ). - Phase d acétogénèse Au cours de cette seconde phase, les produits de l acidogénèse sont convertis en acétates (CH3COO ) et en hydrogène (H2) par d autres bactéries (Pelobacter carbinolicus, Synthrophobacter wolinii ou Synthrophomonas wolfei ). Le métabolisme de ces bactéries n est possible que si l hydrogène produit est éliminé au fur et à mesure de la réaction et la pression partielle en hydrogène du milieu doit être comprise entre 10-6 et 10-4 atmosphère, car il est nécessaire de conserver un minimum d hydrogène afin de réduire le CO2 en CH4. Durant cette phase, plusieurs groupes de bactéries sont coordonnées ensemble pour assurer la formation de l acétate, du H2 et du CO2. Les réactions biochimiques des unes ne pouvant s effectuer sans la réaction biochimique d autres bactéries, c est ce qu on appelle une relation syntrophique. - Phase de méthanogénèse Dans cette dernière phase, les bactéries méthanogènes hydrogénophiles (Methanobrevibacter et Methanobacterium) sont majoritaires dans le milieu, et utilisent l hydrogène présent pour réduire le gaz carbonique en méthane. L acétate présent est également réduit par d autres bactéries méthanogènes acétoclastes (Methanosarcina, Methanococcus et Methanosaeta) qui décomposent et réduisent l acétate en méthane. 28 TSM numéro e année

6 Quand choisir la méthanisation? La figure 4 résume les principales étapes biologiques de la méthanisation. Figure 4. Décomposition biologique de la méthanisation Le savoir-faire d une bonne gestion du biogaz tient à la maîtrise des différentes phases afin d assurer une décomposition la plus avancée possible du substrat. 4. Produits et sous-produits Comme pour tout type de traitement de déchets, divers flux de sous-produits sont engendrés par la méthanisation qu il convient de gérer, depuis la phase de production, jusqu à celle de l élimination et/ou de valorisation. Cette ultime phase, en fonction du contexte local, peut effectivement être considérée ou non comme une valorisation. Les sous-produits de la méthanisation des déchets ménagers et assimilés sont classés en 3 phases principales. Une phase gazeuse : le biogaz Ce mélange gazeux riche en méthane et en gaz carbonique constitue une énergie stockable et maîtrisée techniquement, utilisable sans porter préjudice à l environnement. Le pouvoir calorifique du biogaz produit par méthanisation industrielle des déchets issus des ménages est de MJ/m 3, soit 5,8 kwh/nm 3. Les composants du biogaz issu de la méthanisation d ordures ménagères 11 sont de diverses natures : - le méthane (CH4) dans une proportion comprise entre 55 et 85 % qui dépend du pouvoir méthanogène des déchets et des conditions de méthanisation (température, temps de séjour, présence d agents inhibiteurs, humidité ), - le dioxyde de carbone (C02) à des teneurs comprises entre 25 et 45 % (CH4 et CO2 composent à eux seuls 99 % du biogaz), - de l eau à saturation 11, - et enfin, éléments en traces, l hydrogène sulfuré (H2S) à des teneurs comprises entre 300 à mg/m 3, et l ammoniac NH3. Une phase solide : les refus solides et le compost Un premier groupe de composés solides est constitué par les refus solides extraits au niveau de la phase de préparation des déchets, avant la méthanisation stricto sensu. La quantité et la qualité de ces refus sont variables. Ainsi, ils peuvent représenter 10 % à 20 % du tonnage dans le cas de déchets de type FFOM issu de tri à la source, mais peuvent atteindre 50 % en cas de tri mécanisé des ordures ménagères brutes. Ces refus sont relativement inertes, à l image des plastiques d emballage qui peuvent être souillés avec des taux de matière organique de l ordre de 10 à 20 %. Ces refus doivent être éliminés par stockage, incinération ou servir à la production de combustible de substitution industriel. Le second type de résidus solides à considérer est le compost obtenu directement en sortie de méthanisation ou après un post-traitement. Le compost peut représenter jusqu à 35 % en poids du tonnage de déchets admis en entrée de méthanisation (cf. figure 1). Une phase liquide En fonction de l humidité des déchets admis, du type de process en méthanisation et éventuellement en compostage s il est mis en œuvre, les volumes de rejets liquides issus du process de méthanisation sont compris entre 0 et 20 % du tonnage admis en traitement. Si la Suisse considère les effluents liquides produits lors de la méthanisation des biodéchets comme un engrais utilisable en agriculture biologique, la valorisation n est pas systématique et dépend de la réglementation 13 et des débouchés locaux. Ainsi, selon la localisation et le fonctionnement de l unité, le traitement obligatoire de ces effluents peut devenir une contrainte forte s ils ne peuvent être recyclés sur place. 11 Cf. Cahier de prescriptions techniques minimales relatives à la valorisation du biogaz téléchargeable sur le site de l ATEE, onglet biogaz. Le Biogaz et sa valorisation, guide méthodologique, aux Éditions Ademe. 12 Il faut noter que la présence d oxygène ou d azote dans le biogaz de façon significative est signe d un défaut de fonctionnement de l installation. 13 En 2006 en France, compte tenu de l actuelle rédaction de la norme NFU44051 sur les amendements organiques, la valorisation sous forme de matières fertilisantes de ces effluents impose un plan d épandage. TSM numéro e année 29

7 Gestion de l amont et des entrées 1. Identification des déchets admis en méthanisation La collectivité, qui assume la responsabilité de la collecte et du traitement des déchets des ménages, peut également prendre en charge, si elle le souhaite, les déchets d autres producteurs, comme ceux des commerces et industries 1. Pour étudier son projet, la collectivité peut chercher à constituer un gisement important et varié de déchets à méthaniser, ce qui peut offrir divers intérêts. Ainsi, sur le plan financier d une part, les économies dites d échelle permettent d obtenir un coût à la tonne souvent plus attractif avec des flux plus importants 2. D autre part, en termes de risque de nature politique, la prise en compte par la collectivité de l ensemble de la filière organique c est-à-dire de la totalité des déchets fermentescibles sur son territoire permet de constituer une assise plus large, et donc mieux justifiée et mieux admise. Mais il convient de faire attention à la pérennité du gisement et à la régularité des apports. Il importe également, pour assurer la faisabilité d un projet d installation, de vérifier sa compatibilité avec le Plan départemental d élimination des déchets ménagers et assimilés (PDEDMA), document d orientation validé après enquête publique et opposable au tiers au tribunal administratif. 2. Typologie des déchets admissibles en méthanisation Pour assurer une bonne méthanisation et préciser le type de traitement dans ses grandes opérations 1 En fait, la gestion des déchets admis en méthanisation dépend également du mode de gestion de l installation (cf 5). Ainsi, en DSP (délégation de service public), le rôle du délégataire est essentiel pour admettre des intrants d origine industrielle. 2 Schématiquement, une usine de méthanisation plus grosse coûtera moins cher en frais d exploitation qu une de taille plus modeste et le surcoût à l investissement est plus vite amorti sur la durée. 3 La méthanisation des déchets ménagers et assimilés, recycler les déchets organiques et valoriser leur potentiel énergétique, rapport Solagro, (étape de définition et d études préalables), la définition des déchets et des flux à traiter est indispensable 3. En effet, divers types de déchets sont susceptibles d être traités suivant différentes options et il convient dans un premier temps de considérer les déchets qui relèvent de la responsabilité des collectivités, puis dans un second temps, les autres déchets à pouvoir méthanogène susceptibles d améliorer la faisabilité du projet. Il faut néanmoins souligner que la prise en compte de déchets non ménagers et assimilés est complexe à organiser pour une collectivité (elle peut cependant passer par la mise en place d une redevance spéciale pour les DIB produits par les commerçants et artisans) Déchets municipaux dont l élimination relève de la compétence des collectivités - Ordures ménagères brutes (OMB) et résiduelles (OMR) Pour une collectivité, le gisement d ordures ménagères constitue un flux à collecter et à traiter de l ordre de 200 à 500 kg/habitant par an suivant l habitat et la proportion de déchets dits assimilés. Même si la nature des OMR a changé depuis la mise en place des collectes sélectives d emballages et de papier de journaux-magazines, c est un gisement riche en matière organique qu il est intéressant de valoriser en méthanisation. La part de déchets de jardin dans les OMR apparaît variable et peut être plus faible du fait d interdictions locales et du développement d exutoires spécifiquement mis en place (collecte en porte à porte, déchetterie). La figure 1 présente les relations entre les différentes fractions des déchets ménagers. - Fractions putrescible et fermentescible des ordures ménagères Depuis la fin des années 1990, plusieurs collectivités ont mis en place une collecte sélective de cette fraction contenue dans les ordures ménagères et assimilés. Traditionnellement, la distinction est faite entre les biodéchets, qui sont constitués de 30 TSM numéro e année

8 Gestion de l amont et des entrées Figure 1. Relations entre les différentes fractions des déchets ménagers (d après Solagro) déchets de cuisine et de jardin, et la fraction fermentescible des ordures ménagères (FFOM) qui englobe les biodéchets et la fraction papier-carton. Capter la FFOM nécessite de mettre en place une collecte sélective généralement en porte-à-porte même si l apport volontaire est parfois pratiqué. Au niveau des ménages, le flux et la qualité des biodéchets par habitant sont fonction de la nature du gisement réellement collecté. La part en déchets de cuisine est souvent marginale par rapport aux flux de déchets de jardin. Les flux et la qualité du gisement collecté dépendent du volume du contenant, du type de collecte imposée ou volontaire, de l implication du personnel de collecte, de l information faite par la collectivité. Un cas particulier est celui du carton, tout à fait traitable en méthanisation, mais également concerné par les collectes sélectives d emballages. Un message clair devra être recherché, ce qui n est pas évident Le changement de comportement des usagers et la gestion domestique sont également à prendre en Figure 2. Composition des biodéchets admis en méthanisation (Genève, Suisse - photo EREP) compte lors de la mise en place de la collecte sélective de biodéchets. La collecte se limite généralement aux zones pavillonnaires (éventuellement le petit collectif avec diverses expériences en habitat vertical) et nécessite une fréquence minimale d une fois par semaine, toujours complémentaire à une collecte d ordures ménagères résiduelles. La figure 2 présente un exemple de déchets admis en méthanisation. - Déchets verts des particuliers et des espaces verts publics Le gisement des déchets verts des particuliers peut être collecté en porte-à-porte ou en points d apport TSM numéro e année 31

9 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités volontaire mais aussi provenir des déchetteries. Les flux à traiter dépendent des surfaces des jardins des particuliers et des espaces verts publics ainsi que de la fréquence de l entretien. Il faut souligner que la méthanisation des déchets verts présente un intérêt limité, car, d une part, les matériaux ligneux présentent un potentiel méthanogène médiocre, et d autre part, de fortes variations saisonnières et des problèmes d homogénéisation dans le réacteur doivent être pris en compte. En revanche, les déchets verts (qui peuvent être compostés seuls) sont très précieux pour réaliser une stabilisation aérobie par maturation du résidu solide après méthanisation (ou compostage). - Déchets issus de l assainissement des eaux usées Comme l a montré l état des lieux de la méthanisation industrielle, les déchets produits lors de l assainissement des eaux usées, plus ou moins riches en matière organique fermentescible peuvent, dans certains cas, être admis en méthanisation avec les ordures ménagères (sous contrôle de la réglementation des matières fertilisantes cf. chapitre Contexte réglementaire ). Ces déchets de l assainissement sont constitués par les matières de vidange des dispositifs d épuration autonome, par les produits du curage des égouts, par les graisses issues des bacs à graisse alimentaire ou des dégraisseurs des stations d épuration, et enfin par les boues des stations d épuration urbaines ou industrielles. Il faut cependant considérer certains points avant d étudier l intégration de ces déchets exogènes car : - la présence de boues d épuration urbaines dans le résidu solide stabilisé obtenu en fin de traitement impose de respecter la réglementation qui s applique aux boues (plan d épandage, norme NFU relative au compost de boues, homologation) ; - le traitement des graisses (hors norme NFU 44095) impose des équipements supplémentaires sur l unité (module de lavage des fûts, de réchauffage et d homogénéisation) ; - la présence de déchets relativement liquides augmente les volumes d effluents à traiter, ce qui peut éventuellement s avérer problématique ; - les déchets de l assainissement des eaux usées relèvent de la compétence assainissement des collectivités et le périmètre de ces établissements publics à caractère commercial et industriel (EPCI) ne coïncide pas toujours avec celui de l EPCI en charge du traitement des déchets Déchets organiques des commerces, artisans, agriculteurs et industries La capacité de traitement de l usine de méthanisation peut être augmentée considérablement par des apports d autres déchets organiques tels que : - les déchets d origine commerciale comme les résidus de fruits et légumes (en provenance des marchés ou d entreprises), les invendus, les produits périmés ou avariés, les papiers/cartons souillés des grandes surfaces - les déchets d origine agricole comme les fruits et légumes en surproduction, les effluents d élevages (lisiers, fumiers, fientes ), - les déchets d origine industrielle (agroalimentaire, laiterie, confiture, plats cuisinés, conserveries, papeterie, textile, pharmacie, cosmétique, brasseries, boissons, distilleries, coopératives vinicoles, sucreries ), Les biodéchets alimentaires en provenance des gros producteurs comme les cantines, restaurants d entreprises ou privés, les hôpitaux et les maisons de retraite, ou les marchés, sont des gisements importants et facilement identifiables. Leur collecte nécessite des aménagements en termes d équipement individuel (contenant, local ), de circuit et de fréquence de collecte, parfois de jour ou d heure de collecte. Ces déchets, qui ne relèvent pas directement de la compétence des collectivités, imposent la mise en place d outils de financement particuliers (par exemple, la redevance spéciale) pour la collecte et pour le traitement. Par ailleurs, ces déchets ne constituent pas des gisements captifs et leurs producteurs n ont d intérêt à s engager dans des contrats avec les collectivités que si les conditions économiques proposées sont attractives, c est-à-dire, plus favorables que les autres solutions à leur disposition sur le marché. 32 TSM numéro e année

10 Gestion de l amont et des entrées À cet égard, l estimation quantitative des gisements et flux n est pas suffisante, et il est nécessaire d effectuer une analyse globale de l équilibre technicoéconomique dans la durée de la collecte et du traitement sur la zone géographique considérée. Enfin, la nature du gisement, sa teneur en eau (déchet liquide ou solide), sa variabilité temporelle en quantité et en composition, sont des éléments essentiels qu il convient de préciser pour établir le potentiel méthanogène de dimensionnement de l unité de méthanisation. La proximité, l accessibilité du gisement sont des facteurs qui conditionnent la pérennité indispensable à l équilibre financier et technique de l installation. 3. Paramètres à considérer pour cadrer un projet La méthanisation s applique à de nombreux déchets organiques soumis à des contraintes industrielles spécifiques qui doivent être prises en compte dès la mise en place d un projet. Les paramètres qui permettent de maîtriser ces contraintes sont divers. Sans exhaustivité, il faut déterminer : - les flux à traiter, - la qualité physique des gisements (granulométrie, taux de matières sèches, de carbone organique, d indésirables et d inertes ), - la qualité biologique et chimique des gisements (critères d innocuité en pathogènes, éléments traces, inhibiteurs ), - l évolution saisonnière des déchets à traiter (quantité et qualité), - le mode de méthanisation retenu (liquide, solide), - la technologie de méthanisation (mésophile, thermophile, temps de séjour ), - le devenir du résidu solide final (compost en valorisation agronomique, enfouissement, incinération ), - plus généralement les valorisations possibles localement pour les sous-produits (utilisateurs identifiés pour le compost, le digestat liquide, le biogaz valorisé en chaleur, la production d électricité verte, etc.) La connaissance de la variabilité dans la qualité et la quantité de déchets admis en méthanisation est un paramètre nécessaire pour dimensionner convenablement toute installation (présence d opérateurs 5 jours sur 7, en 2 x 8 h ). En effet, d importantes variations sont toujours observées comme l illustre la figure 3 qui présente la composition et l évolution sur l année 2004 des déchets organiques collectés et traités sur la communauté urbaine de Lille 4. Enfin, soulignant la complexité de tout projet, le caractère spécifique des déchets admis au traitement (tri, méthanisation, maturation, recyclage matière ) est illustré par les tableaux I et II (source : Syctom de l agglomération parisienne). 4 Communauté urbaine de Lille - Rapport sur le prix et la qualité du service public d élimination des déchets - Résidus urbains, bilan La communauté urbaine de Lille distingue quatre types de déchets : 1 flaconnage (en verre, plastique ou métal) ; 2 fibreux (papiers, cartons, journaux, magazines) ; 3 fermentescible (épluchures, fleurs fanées, tonte, petits élagages) et 4 reste des déchets ou «queue de tri». Figure 3. Variabilité des déchets organiques collectés sur la communauté urbaine de Lille (en tonnes) TSM numéro e année 33

11 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Sur brut Humidité Ratio Sec C H Col sél. Résiduel (kg/hab) C H % % kg/hab kg/hab kg/hab kg/hab kg/hab Sec Humide kg/hab kg/hab Putrescibles 18,8 65, ,0 0, ,0 0,2 Papiers 18,8 17, ,5 0, ,3 0,2 Carton 10,8 23, ,9 0, ,8 0,1 Complexes 1,0 25, ,7 0, ,7 0,0 Textiles 2,4 21, ,3 0, ,3 0,0 Textiles sanitaires 5,8 51, ,4 0, ,4 0,1 Plastiques 11,2 22, ,3 3,50 4, ,1 3,2 Combustibles 3,2 20, ,9 0, ,9 0,1 Verres 10,5 1, , ,0 0,0 Métaux 2,9 17, ,00 2, ,0 0,0 Incombustibles 0,9 1, , ,0 0,0 Spéciaux 0,8 0, , ,0 0,0 Fines 12,8 45, ,9 0, ,9 0,0 Bilan , , ,9 Tableau I. Caractérisation des ordures ménagères de Paris (1999) 5 Type de déchets Entrée tri Entrée méthanisation (fraction fermentescible du déchet) Ordures ménagères résiduelles 325 kt/an 130 kt/an Biodéchets et déchets verts 10 kt/an 10 kt/an Refus de tri des collectes sélectives 7,5 kt/an 4,95 kt/an Total 342 kt/an 145 kt/an Tableau II. Caractérisation des déchets admis ; projet d unité de méthanisation de Romainville (2005) 6 4. Organisation de la pré-collecte et de la collecte Dans un système complet de gestion des déchets, le traitement par méthanisation se situe après la collecte, laquelle détermine les flux et la qualité des intrants. Pour l usager, le choix imposé par la collectivité, tout d abord du type de collecte (sélective ou en mélange), du récipient de pré-collecte (bacs, sacs, conteneurs ) et de son volume, est déterminant pour garantir que le gisement est bien en adéquation avec les demandes de la collectivité. En particulier, dans le cas de collecte de biodéchets, l information et la communication auprès des usagers, par exemple lors de la distribution des contenants, sont primordiales. Les coûts de pré-collecte peuvent être majorés par la fourniture, l entretien et le remplacement des contenants. Par ailleurs, il convient de décider du type de collecte (porte à porte, point d apport volontaire, déchetterie) et du mode de collecte (benne simple, bi-compartimentée, spécifique ) qui doit être en cohérence avec le mode de pré-collecte et les caractéristiques du gisement ciblé. La fréquence de collecte, le choix d augmenter la fréquence de collecte pour les biodéchets, le jour et l heure de passage sont des éléments de l organisation qui pèsent sur les coûts des équipements, du matériel et du personnel éventuellement engagé pour le surplus de travail. Les actions de communication et de sensibilisation autour du projet pour la pré-collecte et la collecte sont à programmer dans la durée, c est-à-dire que des programmes pluriannuels sont indispensables 7. 5 Tableau extrait de l étude Les capacités d incinération en Ile-de-France, Détermination du gisement incinérable et ajustement des capacités - Série Études, Observatoire régional des déchets d Ile-de-France (ORDIF). La production unitaire d ordures est de 488 kg/hab, calculée selon la méthode dite MODECOM, par le Syctom. 6 Projet d unité de traitement biologique des déchets : adoption du programme de réaménagement du centre de transfert et de tri de Romainville Rapport au comité syndical du 29 juin S il est essentiel d accorder une grande importance aux outils relationnels (communication et sensibilisation) avec le public sur l amont du projet (pré-collecte et collecte), sa réalisation impose réglementairement une enquête publique dans laquelle cet enjeu est crucial pour une acceptation par les riverains du site de méthanisation. 34 TSM numéro e année

12 Gestion de l amont et des entrées Enfin, la qualité du tri des déchets chez l usager est un facteur influant à la fois le coût de la collecte et celui du traitement. La figure 4 situe (sous une forme distincte de celle adoptée pour la figure 1 du chapitre «Quand choisir la méthanisation») la place de la méthanisation dans la gestion globale des déchets ménagers. La figure 5 illustre, avec l exemple réel de la communauté urbaine de Lille 8, les proportions des différents déchets collectés en fonction des types de collecte. 8 Communauté urbaine de Lille - «Rapport sur le prix et la qualité du service public d élimination des déchets - Résidus urbains bilan 2004». Figure 4. Place de la méthanisation dans la gestion globale des déchets Figure 5. Détails d un exemple de gestion globale des déchets (Lille, 2004) TSM numéro e année 35

13 Process mis en œuvre 1. Paramètres du procédé de méthanisation 1.1. Analyse du procédé industriel La méthanisation des déchets ménagers se réalise dans une unité de traitement des déchets qui met en œuvre de façon combinée, d une part, un processus biologique de dégradation de la matière biodégradable et d autre part, des étapes mécaniques situées en amont et en aval des méthaniseurs afin de préparer les déchets en vue de la fermentation et d améliorer la qualité du produit fini. Au niveau des technologies proposées par les différents constructeurs présents sur le marché hexagonal, des variantes permettent d améliorer les bilans matières et énergétiques sur les étapes biologiques et mécaniques. Classiquement (cf. 2), une usine de méthanisation se décompose en huit modules comme l illustre le schéma de la figure Paramètres du traitement mécanique Dans un premier temps, certains paramètres définissent le traitement mécanique. Les différentes technologies se distinguent ainsi au niveau du traitement mécanique qui peut mettre en œuvre différentes variantes, en particulier au niveau : - des pré-traitements des déchets entrants (criblage, broyage éventuel), - des post-traitements des sous-produits issus de la méthanisation (devenir des jus et des lixiviats, affinage de la fraction solide du digestat), - et des performances générales de l installation (souplesse et robustesse, facilité d entretien, traitement de l air vicié ). Le choix des paramètres du traitement mécanique est essentiel pour la méthanisation d ordures ménagères résiduelles Paramètres du traitement biologique Dans un second temps, d autres paramètres définissent le traitement biologique (humidité, température, temps de séjour, nombre de réacteurs en série, préensemencement ). Sur le plan pratique, les unités de méthanisation se différencient au niveau du traitement anaérobie de méthanisation principalement sur la base des quatre paramètres. Figure 1. Décomposition d une usine de méthanisation en modules (source GIRUS) 36 TSM numéro e année

14 Process mis en œuvre Le premier paramètre est l humidité du substrat organique dans le méthaniseur. C est en effet un élément clef qui permet de distinguer les procédés par voie sèche de ceux par voie humide. L humidité est inversement proportionnelle à la teneur en matière sèche qui conditionne pour partie la viscosité du substrat et par conséquent, influe sur le mode d homogénéisation et de mélange mis en œuvre dans le méthaniseur. Par voie sèche (cas le plus fréquent), le méthaniseur est alimenté par un substrat dont la concentration en matières sèches est comprise entre 15 et 40 %. Par voie humide en revanche (procédé en développement sur de grosses installations), les déchets sont préalablement liquéfiés pour présenter un taux maximum de matières sèches de 10 à 15 %, ce qui implique souvent un recyclage des jus récupérés en sortie du méthaniseur. Le tableau I illustre les différences entre méthanisation par voie sèche et humide. La température de fermentation dans le méthaniseur est un autre paramètre essentiel. En effet, la méthanisation peut être mésophile (autour de 35 C) ou thermophile (environ 55 C). Les premières installations ont été conçues sur le mode mésophile, puis le procédé thermophile plus efficace en termes d hygiénisation, s est développé 1. Le chauffage des réacteurs s effectue généralement par circulation d eau chaude sous différentes formes (enveloppe périphérique, paroi chauffante ou serpentins immergés). Une fraction de l énergie thermique produite par la méthanisation est consommée sur l usine elle-même pour assurer la bonne température. Le tableau II illustre les différences entre méthanisation mésophile et thermophile. Pour assurer une fermentation efficace, le substrat doit être ensemencé de façon homogène en flore microbiologique. Il convient également, pour assurer une bonne dégradation de la matière, de maintenir un temps de séjour minimal. En sortie de méthaniseur, une partie du substrat est donc réintroduite en tête pour augmenter le temps de séjour et recycler la biomasse épuratrice. Dans les méthaniseurs dits infiniment mélangés, l homogénéisation est réalisée 1 Une méthanisation psychrophile peut également être distinguée pour les centres de stockage (CSD), là où l élévation de température est uniquement due à l échauffement de la fraction organique des déchets sans apport extérieur de chaleur. Tableau I. Comparaison de la méthanisation par voie sèche et par voie humide Avantages Inconvénients Régime mésophile ( 35 C) Faible énergie mise en œuvre Faible production d ammoniaque Hygiénisation limitée Rendement de dégradation moyen Fermentation lente (4 à 6 semaines) Régime thermophile ( 55 C) Degré d hygiénisation élevé Rendement élevé de dégradation Fermentation rapide (2 à 3 semaines) Consommation énergétique élevée Production forte d'ammoniaque Pilotage plus délicat Tableau II. Comparaison de la méthanisation mésophile et thermophile TSM numéro e année 37

15 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Avantages Inconvénients Méthaniseur infiniment mélangé (en batch) Bonne homogénéité du substrat. Bonne dégradation. Forte production de biogaz. Absence de pièces mécaniques. Difficulté de maîtriser le temps de séjour. Risque de sédimentation en fond de cuve. Consommation énergétique forte. Méthaniseur piston (flux piston ou séquentiel) Temps de séjour maîtrisé. Traitement par "volumes" du substrat dans le réacteur, assimilable à un procédé en plusieurs étapes. Nécessité d avoir un taux de matière sèche élevé dans le réacteur. Moins bonne homogénéité du substrat. Tableau III. Comparaison de la méthanisation en batch et en flux piston Avantages Inconvénients Méthaniseur mono-phasique Procédé simple. Investissement moins important (cuverie plus limitée). Difficulté de réunir dans le même méthaniseur toutes les conditions optimales pour l ensemble des phases de méthanisation. Méthaniseur duo-phasique Adaptation aux conditions du processus, optimisation de chacune des phases. Réduction de séjour en méthanisation. Machines et équipements plus coûteux. Contrôle commande du processus plus sophistiqué. Tableau IV. Comparaison de la méthanisation mono-phasique et duo-phasique par injection de biogaz ou par pompage périphérique. L alimentation des méthaniseurs peut être continue (24 h/24 h) ou séquentielle (sur la journée par exemple). En revanche, pour les méthaniseurs de type piston, le substrat brut introduit agit en poussant la matière en cours de traitement vers l autre extrémité du réacteur. Le tableau III illustre les différences entre méthanisation par batch et par piston. Enfin, la dégradation anaérobie des matières biodégradables peut être réalisée en une seule phase, ou en dissociant les phases d hydrolyse et de méthanogénèse. Dans le cas d une fermentation en deux phases, la cuverie est généralement conçue de manière à réaliser l hydrolyse et la méthanogénèse dans deux réacteurs distincts en série. Ce dispositif permet, en théorie, d optimiser les cinétiques biochimiques, c est-à-dire d augmenter la production de biogaz. Cependant, il semble que les performances observées réservent cet investissement additionnel pour des unités qui traitent des déchets susceptibles de provoquer des phénomènes d inhibition, comme certains résidus agro-alimentaires ou de restauration. Le tableau IV illustre les différences entre méthanisation en une ou deux étapes. Enfin, peuvent également être distingués les méthaniseurs horizontaux avec agitation mécanique (Kompogas, Linde ) et verticaux sans agitation mécanique (Dranco, Valorga). 2. Fonctionnement de l unité de méthanisation 2.1. Décomposition en modules de base Une usine de méthanisation peut être divisée selon les huit modules suivants. ❶ Module de réception (stockage, alimentation de la chaîne de préparation) ; ❷ Module de préparation (tri, criblage) ; ❸ Module de méthanisation (digestion anaérobie stricto sensu) ; ❹ Module de maturation (stabilisation du digestat par compostage intensif) ; ❺ Module d affinage et de stockage du produit fini ; ❻ Module de traitement des effluents ; ❼ Module de gestion du biogaz ; ❽ Module pour le captage et la désodorisation de l air vicié collecté sur l ensemble du site. 38 TSM numéro e année

16 Process mis en œuvre Figure 2. Maquettes d ensembles d unités de méthanisation Les deux schémas de la figure 2 illustrent la disposition des différents modules sur des unités industrielles en fonctionnement Module de réception L unité de réception permet de gérer le déchargement des déchets et d assurer leur stockage. Ce premier module dispose en général d un pont-bascule pour la pesée des camions de collecte déchargeant à l usine. Les déchets sont déversés dans une fosse de réception ou sur une aire spécifique dont la superficie est fonction de la capacité de traitement souhaitée en régime de pointe. Pour assurer une maîtrise des nuisances olfactives, la réception des déchets s opère de préférence en bâtiment clos avec mise en dépression continue et système d aspiration et désodorisation de l air vicié. En fonction des projets, la zone de réception peut recevoir de façon indépendante 4 ou 5 types de déchets distincts dont les flux sont gérés de façon séparée avec des durées de stockage plus ou moins longues. Pour les biodéchets ménagers issus de la collecte sélective en porte-à-porte et ceux des collectes spécifiques de la restauration commerciale et collective (milieu hospitalier et scolaire), en raison de leur pouvoir putrescible, il est généralement conseillé de les traiter dans un délai d environ 10 à 24 heures après leur livraison. En fonction de la température ambiante, car la cinétique de décomposition est proportionnelle à la température, les ordures ménagères résiduelles peuvent être stockées jusqu à 36 heures après leur livraison. Les papiers/cartons souillés peuvent être stockés plus ou moins longtemps sur place en fonction de leur mode de conditionnement et leur degré de souillure. Pour les déchets verts, il convient de distinguer la fraction ligneuse (branches, écorces ), qui peut être stockée en plein air, et la fraction azotée (tonte de gazon, fleurs...) qui doit être traitée comme les biodéchets très fermentescibles. Dans l hypothèse d une collecte de graisses alimentaires et d huiles usagées auprès de restaurateurs ou d établissements agroalimentaires, un dispositif de réception doit être prévu. En fonction de la nature des déchets graisseux, une fosse à graisses, munie d une grille, devra être prévue. La figure 3 indique les formes possibles de réception des déchets Module de préparation Le module de préparation a notamment pour objectif de réduire la granulométrie des déchets entrants en méthanisation afin d augmenter les surfaces d échange et de faciliter leur dégradation. Cette étape peut permettre d extraire les inertes (verre, plastique et métaux) de la fraction biodégradable des déchets et ainsi d augmenter le taux d organique. La préparation vise également à obtenir la siccité optimale pour le bon fonctionnement du méthaniseur. Ce module peut également favoriser l ensemencement intime des matières fraîches par mise en contact avec les matières recyclées extraites en sortie du méthaniseur. Enfin, il réalise une mise TSM numéro e année 39

17 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Figure 3. Exemples de disposition du module de réception (graphisme GIRUS) à température des matières brutes avant admission dans le méthaniseur. La figure 4 en détaille les caractéristiques. En fonction de la composition moyenne2 attendue des divers flux de déchets (biodéchets, OMR, déchets verts ), le constructeur adoptera les dispositifs de séparation adéquats pour limiter au maximum la présence d inertes dans les déchets envoyés vers les méthaniseurs. De toute évidence, le tri mécanique est plus poussé dans le cas d OMR que pour les biodéchets ou déchets verts, en raison du taux d impuretés plus élevé. 2 Il convient de souligner le rôle de la caractérisation des ordures ménagères par la méthode MODECOM de l Ademe, en cours de révision en Au niveau du tri mécanique, les technologies suivantes peuvent être mises en œuvre mais de nombreuses variantes sont possibles. - Pour la chaîne de pré-traitement des OMR Un ouvre-sac est installé en tête au niveau de l admission des déchets ménagers (le broyage est en général peu recommandé en cas de valorisation agronomique du compost). Une calibration granulométrique par trommel rotatif permet de retirer les inertes, puis, un tri balistique par tapis à rebond assure l élimination des petits inertes lourds (cailloux, verre). Cette extraction d indésirables s achève avec la séparation magnétique par overband des métaux ferreux. Figure 4. Décomposition du module de préparation (photo GIRUS) 40 TSM numéro e année

18 Process mis en œuvre - Pour la chaîne de pré-traitement des biodéchets/ déchets verts Un déchiqueteur permet, sans en broyer le contenu, d ouvrir les sacs plastiques qui contiennent les déchets de cuisine (la collecte peut aussi s effectuer en sacs biodégradables et l ouvre-sac est alors inutile). Les déchets sont ensuite déferraillés par l overband avant une calibration granulométrique par trommel rotatif. Il est important de noter que les modifications et améliorations apportées à la chaîne de pré-traitement ont une influence sur le taux d inertes envoyés vers les méthaniseurs. En particulier, c est la qualité du matériau admis en méthanisation qui conditionne la production de biogaz, mais également le fonctionnement de l installation 3. Les risques de sédimentation dans le réacteur d éléments lourds (verre, sable, métaux) ou encore de blocage des pompes (films plastiques) peuvent ainsi être prévenus par une bonne gestion du pré-traitement. Des problèmes peuvent affecter le module de prétraitement en raison des contraintes exercées sur les équipements (usure, abrasion, bouchage, casse, poussières, débordements), ce qui risque de réduire les performances de l installation (arrêt de la chaîne, délais d approvisionnement) et d augmenter les coûts d exploitation (maintenance, entretien et réparation). 3 À ce propos, l installation de méthanisation d Amiens a fait l objet de nombreux travaux sur le module de pré-traitement afin d améliorer la digestion anaérobie. Afin de ne pas mélanger les flux de déchets (OMR et biodéchets) de qualités différentes, ces flux peuvent être traités par alternance sur la même ligne de pré-traitement, dont une partie des équipements est commune au traitement des deux flux (bande transporteuse, trommel, overband, tri balistique ) ou sur des lignes séparées. Dans l optique d une valorisation agronomique des résidus solides et dans le cas d un fonctionnement par alternance, la maintenance doit permettre d assurer une propreté relative des équipements afin d éviter une possible contamination par des inertes extraits de flux traités précédemment. Afin d atteindre la siccité nécessaire pour méthaniser, les déchets admis sont homogénéisés au niveau du malaxeur, avec les effluents clarifiés et une part de matières fermentées extraites et recyclées. Le taux de dilution varie d un procédé à un autre et influence les performances de l installation. En outre, les déchets peuvent être éventuellement réchauffés par injection de vapeur dans le malaxeur (vapeur produite par la chaudière process fonctionnant le plus souvent au biogaz), mais certains constructeurs injectent directement le mélange dans le méthaniseur sans passer par une mise à température préalable Module de méthanisation Le module de méthanisation est le cœur du procédé. L alimentation des méthaniseurs peut être réalisée séquentiellement, pendant les heures de travail par exemple, ou en continu, grâce à un stockage intermédiaire qui permet l alimentation 7 jours sur 7. Figure 5. Exemples de modules de méthanisation TSM numéro e année 41

19 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Certains constructeurs estiment à ce propos que l efficacité de l activité biologique du méthaniseur n est pas perturbée en cas de rupture d alimentation tandis que d autres estiment que le risque de rupture existe, se traduisant par des variations dans la production de biogaz. La méthanisation met en jeu diverses flores microbiennes spécialisées qui se développent dans des conditions particulières (température, potentiel d oxydo-réduction, concentration des acides gras volatils, charge organique, ph, taux d ammoniac, rapport C/N...). Le constructeur et l exploitant doivent donc veiller à respecter, pour un bon fonctionnement du méthaniseur, un ensemble de conditions physiques et chimiques. Divers dispositifs d agitation permettent en effet de maintenir l homogénéité du digestat et son brassage nécessaire pour optimiser le processus biologique. En outre, divers dispositifs permettent de capter et d extraire le biogaz produit. La figure 5 présente deux types de méthaniseurs industriels Module de maturation ou compostage La matière extraite du méthaniseur (digesteur), nommée digestat, est déshydratée mécaniquement (par presse à vis ou autre). Cette opération produit une phase liquide (ce sont les excédents hydriques) et une phase solide plus ou moins pâteuse (siccité de 35 % à 50 %). Les caractéristiques de ces fractions liquides et solides dépendent du taux de matière sèche à l intérieur du méthaniseur, donc du procédé utilisé, du matériel de déshydratation et de l utilisation possible de polymères qui en améliorent l efficacité. La fraction solide peut être transférée (par convoyeur ou à préciser) vers une étape de maturation aérobie, tandis que la phase liquide peut être centrifugée, produisant alors elle-même deux nouvelles phases liquide et solide recyclables au niveau du pré-traitement. La maturation des phases solides vise à stabiliser le produit final, c est-à-dire à garantir son innocuité biologique ou sa relative constance de composition. Il s agit également d une phase de recomposition de la matière organique. Le compostage est un procédé biologique qui dégrade les matières biodégradables au même titre que la méthanisation mais en présence d oxygène, et la matière dégradée engendre la production de gaz carbonique CO2, et de non de méthane CH4. Cette étape de maturation achève la biodégradation de certains composés organiques qui ne sont pas décomposés en conditions anaérobies et permet également d oxyder l ammoniac, source de mauvaises odeurs. L échauffement de la phase solide doit être contrôlé par des sondes ainsi que la montée en température (de l ordre de 60 C) qui assure une hygiénisation du digestat, désormais composté (l hygiénisation a cependant pu être réalisée en méthanisation). Par ailleurs, le compostage permet de sécher le produit et donc de faciliter son criblage pour en extraire les inertes restants, notamment en vue d une valorisation agronomique (c est l affinage). Les facteurs qui influencent le compostage sont l humidité, la température, la nature du produit et l aération. Les résidus solides en sortie de méthanisation ont une humidité relativement importante et une porosité faible, ce qui rend leur oxygénation plus difficile. C est pourquoi on a parfois recours à des déchets verts broyés pour augmenter cette porosité et faciliter l aération du produit. L oxygénation des andains est parfois réalisée par ventilation forcée couplée à l adjonction de produits structurants. Cette phase de maturation est équivalente à celle mise en œuvre sur les unités de compostage, la phase de méthanisation proprement dite étant similaire à la phase de compostage intensif. Ce sont donc les mêmes technologies de traitement, depuis les traitements très rustiques (andains retournés au chargeur) jusqu au technologies les plus sophistiquées (tunnels entièrement automatisés), en passant par les silos ou casiers. Cependant, les unités de méthanisation ayant un caractère fortement industriel, les constructeurs mettent le plus souvent en œuvre des techniques de compostage accéléré avec ventilation forcée. Le compostage peut ainsi être réalisé en silos alimentés de façon homogène en produit à composter et équipés au sol d une gaine de ventilation afin de 42 TSM numéro e année

20 Process mis en œuvre distribuer l air sur toute la surface de la base de l andain. Deux modes d aération sont possibles car la ventilation permet soit une aspiration de l air de l extérieur vers le cœur du produit (aspiration forcée négative), soit une insufflation du cœur vers l extérieur (aspiration forcée positive). Afin d éviter la formation de canaux préférentiels du passage de l air dans l andain, des systèmes à retournement automatisé sont disponibles sur le marché. Le retournement améliore l homogénéité du produit et son oxygénation, réduisant ainsi le risque de formation de poches anaérobies non oxygénées dans le compost. En raison du dégagement important d ammoniaque en cours de maturation, il est parfois conseillé, en fonction de la sensibilité des riverains aux nuisances olfactives et de l éloignement des habitations, d opérer en bâtiment fermé en dépression continuelle, avec système d aspiration et de désodorisation de l air vicié comme pour la phase de maturation. Enfin, au terme de 3 à 6 semaines environ de compostage industriel, le compost est stable, sec (environ 60 % de MS), homogène, désodorisé et prêt pour l affinage. Dans les contextes où la surface de terrain disponible peut être un facteur limitant, il est conseillé d étudier avec soin la mise en œuvre de la phase de compostage, contraignante en matière de superficie au sol. La figure 6 présente un exemple de module de maturation Module d affinage et de stockage Le compost maturé est affiné afin de garantir l homogénéité du produit (granulométrie constante) et l extraction des derniers inertes contenus dans le compost. Cette opération peut s effectuer en criblant le compost dans un trommel 4 (maille fine de l ordre de 10 à 20 mm), éventuellement suivi par une table densimétrique par tri balistique. Le criblage ainsi réalisé concentre les refus plastiques (dur et souple) d une part, et les matières ligneuses d autre part, éventuellement utilisées comme agents structurants pour le compostage. Figure 6. Exemple de module de maturation par aération forcée Il est ainsi intéressant de noter que les refus ligneux extraits peuvent être recyclés en tête de maturation et faire l économie du coût d élimination. Le produit fini, criblé au diamètre nécessaire, peut être stocké en bâtiments couverts ou en plein air avant sa commercialisation. La gestion du compost impose en effet souvent des périodes de stockage relativement longues (6 à 8 mois) et cela pour plusieurs raisons. Les périodes d utilisation doivent tout d abord correspondre aux périodes des besoins agronomiques des cultures en éléments fertilisants. Ensuite, en grandes cultures, l accessibilité des parcelles est réduite car la récolte des productions végétales en place doit être achevée pour épandre le compost. Enfin, les conditions d accessibilité des terres agricoles par temps humide imposent des restrictions pour le passage d engins agricoles. Le volume de stockage à prévoir peut imposer des surfaces importantes sur le site même de traitement, ce qui, dans certains cas, peut inciter au développement de site(s) de stockage décentralisé(s). La figure 7 présente des installations industrielles de mise en œuvre de criblage et de stockage de compost Module de traitement des eaux excédentaires Les effluents produits lors du process proviennent de la déshydratation du digestat en sortie de méthanisation. En sortie d un méthaniseur à procédé sec 5, la matière est déshydratée mécaniquement (par presse à vis ou 4 Ou par un crible de type flip-flow avec grilles en plastique (acceptant des produits relativement humides). 5 Pour les méthaniseurs à procédé humide, la déshydratation est en général effectuée par centrifugation. TSM numéro e année 43