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

21 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Figure 7. Installations industrielles de criblage et de stockage de compost à préciser) afin d isoler, d une part, un sous-produit solide dont la siccité est comprise entre 35 et 70 % (et qui est dirigé vers la maturation) et d autre part, un sous-produit liquide de siccité comprise entre 8 et 17 % selon l équipement de déshydratation (ce sont les jus). La majeure partie de ces effluents est recyclée en tête du module de méthanisation (même pour les procédés secs). Une seconde partie est utilisée pour humidifier le digestat en cours de maturation. Dans certains procédés, les jus recueillis lors de la déshydratation du digestat, relativement concentrés (charge organique en DCO de 60 à 120 g/l, de 5 à 10 g/l en DBO, et de 3 à 5 g/l en N total) et difficilement dégradables par voie biologique, peuvent faire l objet d une clarification par cyclonage ou centrifugation afin de séparer au maximum la phase solide de la phase liquide. Cet excédent d eau de process doit être géré conformément à l arrêté du 2 février relatif aux prélèvements et à la consommation d eau ainsi qu aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l environnement soumises à autorisation. L hypothèse la plus favorable, à défaut d une utilisation sur site pour humidifier les déchets, est celle d un pré-traitement7 de l effluent avant rejet dans le réseau d assainissement public. Ce raccordement est possible dans le cadre d une convention de rejet signée entre les gestionnaires de la station d épuration et de l usine de méthanisation, les valeurs indiquées dans la convention pouvant 44 alors, sous réserve de l approbation de la DRIRE, se substituer à celles de l arrêté du 2 février Mais si le syndicat d assainissement, en raison du degré de saturation8 de la station d épuration en aval, n autorise pas l usine de méthanisation à se raccorder au réseau, il faut alors envisager un traitement sur place. Les valeurs limites réglementaires dans ce dernier cas sont plus exigeantes que celles nécessaires au pré-traitement et nécessitent donc un investissement plus important. Sous réserve d une implantation de l usine en zone sensible9, l arrêté du 2 février 1998 fixe les valeurs seuils10 comme suit (tableau V). De toute évidence, le coût de traitement des eaux usées doit être pris en considération au moment de Ce pré-traitement consiste en une épuration partielle sur site avant rejet au réseau et dépollution plus poussée sur la station d épuration de la collectivité. 8 Ce taux est obtenu en calculant le rapport moyen de la capacité nominale sur le flux moyen exprimé en kg/j de DBO ou DCO. 9 Des dispositions particulières peuvent en effet s appliquer pour les rejets dans une zone sensible telle que définie en application de l article 6 du décret n du 3 juin 1994 relatif à la collecte et au traitement des eaux usées mentionnées aux articles L et L du code général des collectivités territoriales. 10 Toutefois, des valeurs limites différentes de concentration peuvent être fixées par l arrêté d autorisation lorsqu il existe une valeur limite exprimée en flux spécifique de pollution, lorsque la station d épuration de l installation a un rendement au moins égal à 95 % pour la DCO, la DBO5 et les MEST, et enfin, lorsque la station d épuration de l installation a un rendement au moins égal à 85 % pour la DCO, sans toutefois que la concentration dépasse 300 mg/l, et à 90 % pour la DBO5 et les MEST, sans toutefois que la concentration dépasse 100 mg/l. Pour l azote et le phosphore, des valeurs limites différentes de concentration peuvent être fixées lorsque le rendement de la station d épuration de l installation atteint au moins 80 % pour l azote pour les installations nouvelles (70 % pour les installations modifiées) et 90 % pour le phosphore. TSM numéro e année

22 Process mis en œuvre Tableau V. Valeurs réglementaires de rejet des eaux usées l analyse des bilans matières et hydriques prévisionnels. Cette remarque est d autant plus vraie que le gisement sera constitué de déchets humides (biodéchets, DIB fermentescibles, déchets de la restauration collective), avec comme conséquence, un faible recyclage interne des eaux de process. Pour cette raison, certains constructeurs proposent de bénéficier des synergies de traitement entre la méthanisation et le compostage (cf. méthanisation excédentaire en eau, compostage déficitaire d eau) pour traiter sur le même site des flux de déchets différents par ces deux modes de traitement. Par exemple, l aménagement d une plateforme de compostage des déchets verts à côté de l usine de méthanisation permet de consommer les jus de process excédentaires et également, d absorber les pics saisonniers de déchets verts dont la fraction ligneuse est difficilement méthanisable. Enfin, dans une perspective de maîtrise des coûts d exploitation (réduction de la consommation en eau de réseau ou de captage et gestion des excédents hydriques) et pour pallier la variation des besoins et des ressources hydriques, certaines plateformes de méthanisation disposent de réserves de stockage d eau. La figure 8 présente un exemple de stockage des eaux sur le site Module de gestion du biogaz Pour mettre en œuvre une valorisation du biogaz produit dans le méthaniseur, celui-ci doit être épuré avant toute utilisation. L épuration est plus ou Figure 8. Exemple de stockage des eaux de percolation (photo EREP) moins poussée selon le mode de valorisation retenue. Ainsi la qualité est plus exigeante en cas d injection dans le réseau public que pour la fabrication de biogaz carburant. Et, en cas de valorisation électrique ou de valorisation thermique, la qualité du biogaz est moins contraignante. Les fines particules de poussières que contient le biogaz sont extraites par un ensemble de filtres composé de graviers, de sable et de matériau céramique. Cette épuration assure également le refroidissement du gaz et la production d eau de condensation qu il faut gérer. Une fois épuré, le biogaz est stocké dans un gazomètre ou bâche de stockage (volume de 300 à 600 m 3 ), constitué d une membrane souple sans pression, ce qui permet de disposer d une capacité tampon permettant une valorisation en aval indépendante de la production proprement dite. La sécurité du système est assurée par une évacuation du trop plein à l atmosphère TSM numéro e année 45

23 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Figure 9. Filières de gestion du biogaz (schéma GIRUS) par une torchère. Ainsi en cas de surpression, par exemple suite à une panne de moteurs, le biogaz est séparé du processus et éliminé par combustion. Le biogaz épuré peut être brûlé pour produire de la chaleur, de l électricité ou du carburant (cf. paragraphe 1 du chapitre : «Valorisation des produits issus de la méthanisation»). La figure 9 illustre les filières de gestion du biogaz Module de captage et de désodorisation de l air vicié L air des bâtiments de réception, de tri, de méthanisation est capté par un système d aspiration d air. L air aspiré, chargé d odeurs, est généralement dirigé dans un premier temps vers l unité de maturation pour assurer la ventilation du process de compostage. Puis, dans un second temps, l air extrait du module de maturation, sous dépression, est dirigé vers l unité de désodorisation. Cette étape de désodorisation peut s effectuer par deux méthodes. Par voie chimique, la désodorisation est en général réalisée en deux étapes successives. Une tour de lavage à l acide neutralise l air avec précipitation de l ammoniac sous la forme d un sel. Puis, un second étage assure l élimination des composés aminés et soufrés nauséabonds (H 2 S, mercaptans). Par voie biologique, la filtration est mise en œuvre sur un support appelé biofiltre constitué par un matériau filtrant de type tourbe ou billes d argile, au sein duquel des micro-organismes spécifiques dégradent les molécules odorantes. Ce dispositif est souvent équipé d un système d humidification et de contrôle de température afin de garantir les conditions optimales nécessaires au bon développement des micro-organismes fixés sur le support filtrant. À l issue d un traitement des gaz viciés par l un de ces deux modes de désodorisation, l air ainsi traité peut alors être rejeté à l atmosphère sans risque de mauvaise odeur. La figure 10 illustre par deux exemples divers équipements du module de captage et de désodorisation de l air vicié. 3. Bilans techniques d unités de méthanisation en fonctionnement Sur la base d une investigation menée à l échelle européenne 11, divers ratios ont été calculés qui permettent de donner des ordres de grandeurs de 11 Réalisation d un référentiel technique et économique d unités de traitement de déchets organiques par méthanisation avec ou sans valorisation du biogaz, 2004 Étude réalisée pour l Ademe par le bureau d études EREP avec le Cabinet Merlin. 46 TSM numéro e année

24 Process mis en œuvre Figure 10. Filières de traitement des odeurs dimensionnement et de fonctionnement de la méthanisation. Dimensionnement du réacteur de méthanisation Procédés secs : de 0,06 à 0,22 m 3 /t traitée (moyenne à 0,10 m 3 /t). Procédés liquides : de 0,09 à 0,17 m 3 /t traitée (moyenne à 0,12 m 3 /t). Temps de séjour en phase de méthanisation Procédés secs : de 20 à 47 jours (moyenne : 30 jours). Procédés liquides : ne peut être calculé, fonction de la dilution. Charge organique en phase de méthanisation Procédés secs : de 5,2 à 13,0 kg MSV/m 3.j (moyenne : 10,5 kg MSV/m 3.j). Procédés liquides : une seule valeur disponible. Production de biogaz Procédés secs : de 0,8 à 4,8 m 3 /m 3 de digesteur. jour (moyenne : 3,1 m 3 /m 3.j). Procédés liquides : de 1,7 à 2,0 m 3 /m 3 de digesteur. jour (moyenne : 1,9 m 3 /m 3.j). Rendement en biogaz Procédés secs : de 74 à 114 m 3 /t traitée (moyenne : 92 m 3 /t). Procédés liquides : de 60 à 110 m 3 /t traitée (moyenne : 79 m 3 /t). Rendements en méthane Procédés secs : de 34 à 69 m 3 /t traitée (moyenne : 54 m 3 /t). Procédés liquides : de 37 à 66 m 3 /t traitée (moyenne : 49 m 3 /t). Rendement en énergie électrique du traitement Sur les 13 installations étudiées, 7 produisent de l électricité et de la chaleur, 4 produisent de l électricité et font de l injection dans le réseau gaz naturel ou du biogaz carburant, 2 envoient le biogaz pour une valorisation hors site. Pour les installations qui valorisent le biogaz en électricité (hors injection dans le réseau et carburant), le rendement en électricité du traitement est : - procédés secs : moyenne à 126 kwh/t, - procédés liquides : moyenne à 114 kwh/t. Auto-consommation électrique du traitement Procédés secs : moyenne à 46 kwh/t. Procédés liquides : moyenne à 67 kwh/t (84 kwh/t pour bi-étape et 50 kwh/t pour mono-étape). Rendement en énergie électrique de la valorisation du biogaz Tous procédés confondus : de 1,12 à 2,00 kwh/m 3 (moyenne à 1,57 kwh/m 3 de biogaz). 4. Bilan masse Au niveau de la conception comme en période de fonctionnement, la réalisation d un bilan masse présentant les flux de matières entre les différents modules est indispensable. TSM numéro e année 47

25 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Figure 11. Exemple de bilan masse qualitatif Si une approche globale qualitative constitue une première étape en amont, la précision des flux est essentielle dans un second temps. La figure 11 présente ainsi un bilan masse qualitatif, la suivante permettant d illustrer une démarche quantitative. Comme cela a été exposé précédemment, il existe de très nombreux schémas de fonctionnement des unités de méthanisation des déchets ménagers. C est pourquoi, à titre illustratif, la figure 12 (groupe Tiru) présente un cas fictif de bilan masse d une unité en OMR et d une autre en biodéchets. Figure 12. Exemples de bilan masse quantitatif (en haut unité en biodéchets, en bas unité recevant des OMR) 48 TSM numéro e année

26 Valorisation des produits issus de la méthanisation 1 Gestion du biogaz 1.1. État des lieux Comme le précise une récente analyse 1 à l échelle de l Union européenne : «depuis la fin des années 1990, l exploitation énergétique du biogaz a pris une place importante au sein des pays de l Union européenne. La pertinence économique, énergétique et financière de la filière se développe d ores et déjà dans 20 pays européens pour une production totale (UE 25) de l ordre de 4,265 millions de tep (tonne équivalent pétrole) en 2004». En France, la part de l énergie produite par le biogaz, en comparaison avec celle produite par incinération, est certes réduite, mais en progression comme l illustre le tableau I. Total énergie primaire d'origine thermique - dont déchets urbains solides - dont bois et déchets de bois - dont biogaz Total énergie primaire d'origine électrique* Total énergie primaire * 1 GWh = 0,086 ktep, excepté pour la géothermie (0,86 ktep). Tableau I. Production d énergie primaire d origine renouvelable en ktep (source : Observatoire de l énergie 2, 2005) L importance d une bonne gestion de l énergie potentielle du biogaz est essentielle à la réussite du projet. Ainsi, le tableau II [Kampogas, 1999] 3 présente un bilan énergétique sur une installation de méthanisation d environ habitants traitant des biodéchets Devenir du biogaz Il est très vivement conseillé de ne pas négliger la question du biogaz, qui ne peut être émis directement à l atmosphère, mais qui, correctement géré, présente beaucoup d intérêt. À défaut de valorisation calorique, énergétique ou électrique du biogaz, toujours recommandée quand elle est économiquement rentable, une torchère doit permettre d assurer son évacuation de l installation. Le biogaz est alors détruit dans une torchère de caractéristiques similaires à celle utilisée pour les centres d enfouissement technique 4. Des lâchers de biogaz peuvent être autorisés sous conditions dans des scénarios de pannes d installations de valorisation ou de défaillance de la torchère. La zone explosive créée ne doit cependant pas être source de danger. Production Unité Rendement Unité Production de biogaz m 3 /j 139 m 3 /t Énergie disponible kwh/j 805 kwh/t Puissance centrale électrique 414 kw élec 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 II. Bilan énergétique d une plateforme de méthanisation de 15 kt/an (source : Kompogas, 1999) 1 Synthèse 2004 de l International Energy Agency, Task 37 Groupe de travail sur les bioénergies Cité dans le rapport «Quelle place pour la méthanisation des déchets organiques en Ile-de-France?» Solagro-Arene IdF, juillet Sur les torchères, voir l opuscule réalisé par l IEA (Agence Internationale de l énergie, en anglais) iea-bioenergy-task37/publications.htm TSM numéro e année 49

27 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités 1.3. Modes de valorisation du biogaz Le biogaz peut être valorisé sous quatre formes principales : - production de chaleur en chaudière, - production d électricité par combustion dans un moteur ou une turbine, avec ou sans cogénération 5, - production de carburant, - injection dans le réseau de gaz naturel (modalités réglementaires en cours de définition). La valorisation en chaudière, réalisée sur place ou à proximité dans un rayon de 2 à 3 km, est la plus fréquente. Différents types de brûleurs sont envisageables 6 : - brûleur gaz naturel si le biogaz est injecté dans le réseau de gaz naturel à l entrée de la chaufferie et si le biogaz constitue une faible part, en permanence, des besoins thermiques du site, - brûleur polycombustibles, - brûleur à flamme pilote, la permanence de la combustion étant garantie par une veilleuse utilisant un combustible fossile, - brûleur biogaz. La valorisation électrogène est assez courante en dépit des conditions actuelles de rachat de l électricité peu favorables et qui rendent ce type d opération rarement rentable en France. En 2005, le prix de rachat de l électricité était de 0,046 /kwh et la rentabilité de la cogénération est souvent meilleure puisqu elle permet de bénéficier d une prime qui peut atteindre 0,012 /kwh sans compter la valeur du kwh thermique cédé. La valorisation thermique en cogénération peut s effectuer hors du site dans un rayon de 2 à 3 kilomètres. La continuité de l activité de production d électricité doit être garantie en cas de cessation d activité du site consommateur d énergie thermique. L opérateur a le choix entre une usure assez rapide du moteur ou un traitement du biogaz. Le traitement minimal est une dévésiculation (enlèvement des gouttes d eau) à effectuer au plus près des moteurs. Les canalisations de biogaz soumises aux valorisations climatiques doivent être isolées lorsque le biogaz n a pas été déshydraté. Enfin la réduction des siloxanes, H2S et autres composants à l état de traces doit être mûrement étudiée pour garantir la maîtrise des coûts de maintenance. De facto, les moteurs dual-fuel sont interdits compte tenu de la limite d énergie fossile utilisable de 20 % de l énergie électrique produite. La valorisation sous forme de carburant 7 est également une possibilité comme l illustrent à l étranger de nombreuses plateformes scandinaves 8 et Suisse. En France, une expérience en cours de mise en œuvre est menée par la Communauté urbaine de Lille. Pour assurer la production de GNV, le biogaz est en premier lieu épuré, puis comprimé aux alentours de 300 bars. Au début de l année 2006, le statut fiscal du biogaz carburant n est pas encore résolu, mais ce point ne constitue pas un obstacle pour les utilisations pour lesquelles les carburants sont détaxés, comme pour les autobus urbains de Lille. La figure 1 illustre une utilisation (en Suisse) du biogaz de méthanisation de déchets sous forme de carburant. Figure 1. Exemple de valorisation du biogaz carburant (photo EREP) 5 La cogénération est un système de production simultanée d électricité et de chaleur dont l intérêt est de récupérer la chaleur dégagée par la combustion, ce qui n est pas le cas de la production électrique classique où la chaleur est perdue. Sont ainsi produits simultanément du travail (sous forme d énergie électrique) et de la chaleur (voire éventuellement dans certains cas du froid) sous forme de vapeur d eau à pression élevée ou sous forme d eau chaude. La cogénération permet un excellent rendement énergétique. 6 Voir le dossier Le biogaz et sa valorisation, guide méthodologique, Ademe et Gaz de France, Les véhicules qui fonctionnent au biogaz sont identiques à ceux fonctionnant au gaz naturel pour véhicules (GNV). 8 La Suède est un pays pionnier en la matière, avec plus de 800 bus, voitures et 1 train (une voiture de 54 passagers) qui relie la ville de Linköping, l une des capitales suédoises du biogaz, à la ville de Vätesrvik située à 80 km. L autonomie du train est de 600 km, la vitesse maximale de 130 km/h. 50 TSM numéro e année

28 Valorisation des produits issus de la méthanisation Dans le cadre de la transposition de la directive gaz, la valorisation par injection dans le réseau de gaz naturel est une opération autorisée par l article 1 de la loi du 3 janvier Cependant, des normes de qualité minimales du gaz transporté en canalisations publiques doivent encore être publiées et le statut du vendeur du biogaz épuré doit également faire l objet de précisions, ce qui rend cette voie encore incertaine. La production nette d énergie, après autoconsommation, est inférieure à celle d un incinérateur. Le solde est d environ 100 kwh électrique/t d OM en intégrant l énergie utilisée pour le tri mécanique, contre 350 à 500 kwh électrique/t pour l incinération (tout électrique) et 550 à 650 kwh/t en cogénération (moins pour des biodéchets). À signaler que la Communauté européenne a soutenu l initiative d une équipe espagnole (Catalogne), suédoise et allemande engagée dans le projet BIOCOMM (Regulation Draft of BIOgas COMMercialisation in Biogas Grid), composant du programme Altener, qui vise à étudier les conditions de valorisation du biogaz en réseau public. 2. Valorisation du compost obtenu à partir du digestat Le compost obtenu après la maturation des digestats présente des propriétés agronomiques certaines (amendement organique et teneur en éléments fertilisants : azote, phosphore et potasse). La valorisation agricole doit être mise en œuvre si un certain nombre de critères d innocuité sont respectés en éléments traces métalliques, micropolluants organiques, éléments pathogènes (virus, bactéries et parasites) et inertes (verre, plastiques ). L opération d affinage permet en général d atteindre ces critères d innocuité. Dans sa formulation en projet, la norme NFU44051 (Amendements organiques - Dénominations, spécifications et marquage) impose une phase de compostage caractérisé du digestat pour être commercialisé. À défaut, le digestat est soumis à plan d épandage. 3. Valorisation des effluents liquides Comme cela a été vu (cf. chapitre Process mis en œuvre, paragraphe 2.7), les effluents liquides générés par un procédé de méthanisation proviennent de la déshydratation du digestat effectuée en sortie de méthaniseur 9. Si une partie ou la totalité des effluents liquides peut être recyclée au niveau d une étape de compostage, la question du solde hydrique, dont le volume dépend des caractéristiques des déchets traités et du process, constitue une charge excédentaire difficile et coûteuse à dépolluer. Les effluents sont en général recyclés en agriculture dans le cadre d un plan d épandage. Cependant, la valorisation de l effluent sous forme d engrais liquide est une hypothèse possible et il faut alors obtenir une homologation en qualité de matières fertilisantes. Les excédents hydriques sont en effet riches en fertilisants (N, P, K, Ca, Mg). Comme l illustre l exemple suisse, le produit liquide de méthanisation de biodéchets est inscrit sur la liste des intrants autorisés et recommandés en agriculture biologique. L association sur le même site, de la filière méthanisation excédentaire en eau, et de la filière compostage de déchets verts déficitaire en eau présente un intérêt certain. L effluent permet en effet d humidifier les déchets verts en phase de compostage. Le choix judicieux des types et flux de déchets affectés aux deux filières permet de recycler la totalité des effluents de méthanisation, voire des autres effluents du site (par exemple les purges de l unité de désodorisation). Il permet en outre de produire deux amendements organiques (compost déchets verts par exemple et compost digestat). Ce concept a ainsi été mis en place sur le Centre de valorisation organique de la Martinique. Ce même principe est également exploité quand la méthanisation est associée à une stabilisation de déchets triés mécaniquement ou à un co-compostage de digestat déshydraté et de déchets structurants, fermentescibles et relativement sec (déchets verts broyés, papiers broyés ). Dans ce dernier cas, une partie du digestat peut être by-passé de la déshydratation. 9 Sous certaines conditions, tout (petites unités) ou une partie du digestat est envoyé directement en compostage, le plus souvent en mélange avec un produit structurant. TSM numéro e année 51

29 Construction et exploitation 1. Complexité et délais des projets Compte tenu de l objet de ce guide, seuls les points spécifiques aux projets de construction d unités de méthanisation des déchets ménagers sont abordés. En termes de compétence, compte tenu du faible nombre d unités réalisées en France, seuls quelques bureaux d études apparaissent compétents pour assurer la maîtrise des enjeux de construction d installation de méthanisation industrielle de déchets ménagers. En outre, le nombre de constructeurs est relativement restreint. La procédure de mise en concurrence pour la construction comme pour l exploitation doit intégrer ces caractéristiques du marché. Il est également nécessaire de considérer que la construction de l installation impose la constitution d un groupement associant, au minimum, une entreprise de process, un génie civiliste et un architecte. En outre, les entreprises de process spécialisées sont des ingénieristes qui doivent faire appel à de nombreux sous-traitants (jusqu à 40!). Dans ce cas, il importe de préciser les limites de fourniture des entreprises. Quelle que soit l organisation du projet, le planning prévisionnel est un élément impératif, la figure 1 illustrant les délais moyens à considérer pour réaliser un projet, au minimum de 3 ans à compter de la consultation des constructeurs (la phase d étude n est pas prise en compte). Enfin, à titre d exemple, le programme présenté en figure 2 illustre la complexité d un projet mené depuis le choix de l assistant à maître d ouvrage jusqu à la mise en service Paramètres à considérer 2.1. Construction Figure 1. Exemple de programme prévisionnel simplifié (source : Trivalor) Pour assurer une bonne construction de l installation de méthanisation, il est nécessaire que le cahier des charges précise les objectifs du projet, depuis la collecte chez l habitant jusqu à l utilisation des produits et le traitement des refus et des excédents. Toute modification importante au niveau des rythmes et des modes de collecte des déchets doit être soigneusement étudiée. En effet, les variations de qualité des intrants peuvent avoir des répercussions sur les conditions d exploitation de l installation. Les interfaces entre les différents modules (préparation du produit-digestion-compost-énergie) sont importants et peuvent être sources de dysfonctionnements graves. Il importe ainsi de réserver un temps suffisant à l analyse des offres et à la mise au point du marché. Il est également recommandé de vérifier que les différentes entreprises associées dans un projet ont l habitude de travailler ensemble, ou pour le moins, une volonté clairement affichée. Il peut être judicieux d imposer un groupement conjoint et solidaire. Par ailleurs, les impasses ou économies sur certains équipements sont souvent sources de dysfonctionnements ou de difficultés d exploitation et exigent donc une attention particulière lors de l examen des offres. 1 La mise en service industrielle (MSI) est une étape clef de la vie de l installation dont la durée de vie est en général de l ordre de 20 ans. Considérant les figures 1 et 2, la MSI s étend sur une période comprise entre 6 mois et 1 an, à préciser dans les termes des marchés. 52 TSM numéro e année

30 Construction et exploitation Figure 2. Exemple de programme détaillé prévisionnel Au niveau de la conception de l unité, les dispositions doivent être prévues pour que l arrêt d un équipement n impose pas l arrêt total de l usine (stockages intermédiaires, by-pass, équipements doublés ). En outre, la durée de mise en service industrielle ne doit pas être trop courte et sera au moins égale à un an. Pendant cette phase délicate de rodage, le contrat doit prévoir la disponibilité de l équipe de construction. Et enfin, il est judicieux de prévoir de faire appel aux conseils et à l expérience du constructeur pendant les premières années d exploitation Exploitation Pendant les premières années de fonctionnement de l installation, l équipe de construction doit pouvoir être sollicitée afin de donner un avis sur des propositions d amélioration ou sur des modifications du programme de maintenance. Cette équipe de construction peut également s engager à faire profiter le maître d ouvrage de son expérience sur d autres sites. Enfin, il est primordial de respecter scrupuleusement ce programme de maintenance afin d éviter les arrêts d exploitation soudains Réflexions sur le montage juridique Il est fondamental pour le maître d ouvrage de bien définir le type de montage qu il souhaite mettre en place et le degré de maîtrise de la filière dont il souhaite disposer, avec les responsabilités et garanties associées. Les différentes étapes du projet peuvent ou non être confiées à des entreprises spécialisées. Définition du programme La définition du programme reste une prérogative indissociable du maître d ouvrage qui comprend la définition des déchets entrants à traiter, le choix du site, le choix du montage et du mode de consultation pour la conception, la construction, l exploitation, le choix des valorisations souhaitées, le choix du mode de financement, etc. Ces orientations fondamentales conditionnent toute la vie du projet et doivent être adaptées au contexte du maître d ouvrage. Pour l aider dans tout ou partie de ses choix, celui-ci peut faire appel à des cabinets spécialisés, qui prennent alors le rôle d assistant à maîtrise d ouvrage ou AMO. Cette prestation peut faire l objet d une mission attribuée pour un accompagnement sur toute la durée du projet (phase admi- TSM numéro e année 53

31 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités nistrative, consultation, choix du constructeur ou du maître d œuvre, construction, mise en service et exploitation). Conception technique de la filière La conception technique de la filière est une partie essentielle de la réussite du projet. Cette étape a pour objet de préciser, au niveau projet, le choix du process de traitement et des installations périphériques, le dimensionnement des infrastructures et des équipements électromécaniques, l implantation des ouvrages, les dispositifs annexes au fonctionnement de l installation, etc. Compte tenu de la complexité des installations et de l aspect novateur des techniques de méthanisation, la collectivité confie en général la conception à un prestataire extérieur qui est ainsi soumis à des engagements en termes de garantie de résultat. Le partenaire extérieur qui assiste les élus peut être de différentes natures et sa mission plus ou moins importante. Une première solution est de confier cette conception technique à un cabinet spécialisé qui prend alors le rôle de maître d œuvre, travaillant en relation avec le maître d ouvrage et éventuellement son assistant pour définir précisément le projet. Même si la loi du 12 juillet 1985 relative à la maîtrise d ouvrage publique, (circulaire n du 4 mars 1986 relative aux conditions d entrée en vigueur de la loi relative à la maîtrise d ouvrage publique) ne s applique pas aux installations de traitement de déchets, il y est souvent fait référence pour définir les missions et les responsabilités du maître d œuvre. À noter que le maître d œuvre n a que peu de surface financière pour assurer des travaux de garantie importants en cas de dysfonctionnements graves de l installation. Le choix d une technique de traitement en amont de la consultation des constructeurs réduit le champ de la concurrence, les techniques disponibles étant le plus souvent brevetées. Il faut également rappeler que le découpage en lots pour la construction implique une gestion attentive des interfaces. Une autre solution est de confier cette conception détaillée aux constructeurs et d utiliser cette conception en critère d analyse des offres. Le constructeur est sélectionné à l issue d une procédure spécifique du code des marchés publics dite de dialogue compétitif, qui a remplacé appel d offres sur performances. La consultation porte sur les performances contractuelles sans définir les moyens et les outils pour y parvenir. Le champ de la concurrence est alors élargi, avec les risques que cela comporte, mais d importantes pénalités associées aux garanties de résultats doivent permettre de financer les éventuels travaux d ajustement et de mise à niveau. Mise en service et exploitation La séparation des rôles et responsabilités entre constructeur et exploitant doit être clairement définie pour éviter les litiges et plusieurs montages sont envisageables. Ainsi, la collectivité peut faire le choix d une régie et assurer en direct l exploitation. Compte tenu de la technicité du procédé de méthanisation, une assistance technique du constructeur apparaît néanmoins indispensable, notamment en phase de mise en service. La collectivité peut également confier l exploitation à un prestataire privé désigné par un marché public de prestations de services distinct du marché de travaux. Dans ce cas, la collectivité conserve une visibilité et une maîtrise de l installation et de son utilisation, elle assume notamment les risques liés à l approvisionnement en déchets et à la valorisation des produits et coordonne ainsi la passation de relais entre construction et exploitation. Dans certains cas, la collectivité peut également inclure la gestion de l amont et de l aval dans le marché. En outre et comme l autorise le nouveau code des marchés publics (art. 10 du CDM), l exploitant peut également être désigné par un marché public de type conception-construction-exploitation. Dans ce cas, la coordination entre l exploitant et le constructeur est confiée au groupement d entreprises. Ce montage permet d intégrer la prise en compte du coût d exploitation dans le choix du constructeur, mais peut compliquer le renouvellement du marché d exploitation du fait des relations étroites entre constructeur et exploitant. L exploitant peut également être désigné par une procédure de délégation de service public. Dans ce cas, la collectivité maîtrise moins l utilisation qui est faite de l installation (la construction de l unité pouvant faire partie de la consultation) mais peut transférer tout ou 54 TSM numéro e année

32 Construction et exploitation partie des risques liés à l approvisionnement en déchets entrants et à la valorisation des sous-produits. En résumé, l éventail des montages possibles est important, c est pourquoi la réussite du projet de méthanisation des déchets ménagers impose une réflexion préalable pour prendre en compte la technicité du procédé de méthanisation, les capacités internes de la collectivité et la maîtrise qu elle souhaite conserver pour son obligation de service public Synthèse En synthèse, pour assurer une bonne planification des procédures administratives, un ensemble de paramètres, présentés ci-dessous sous forme de checklist, doit être étudié pour prévenir des désordres en cours de construction. Appels d offres pour les études puis pour les travaux. Appels d offres divers (assurances, communication ) Il importe d intégrer les délais nécessaires pour les délibérations des conseils municipaux ou syndicaux, pour élaborer et voter les crédits, pour constituer la commission d appel d offres En outre, il faut impérativement tenir compte des élections des collectivités. Enquêtes publiques. Disponibilité des dossiers. Dépôts des dossiers. Information communication. Délais de procédure interne et externe. Choix de la procédure administrative. Il importe d intégrer dans son projet les besoins en moyens humains, en compétences et leurs évolutions. Les réalités de la concurrence ne doivent pas non plus être oubliées Maîtrise des choix de contractualisation avec les prestataires (étude, construction, exploitation, assistance ) Suivi du chantier (délais, qualité, coûts ) Suivi des contrats (délais, qualité, coûts ) Moyens de contrôle. 3. Économie de la filière 3.1. Retours d expériences sur des opérations réalisées En France en 2006, il est relativement difficile de disposer de données globales, c est-à-dire générales et précises, sur l économie de la filière et cela, en raison d un parc très jeune avec de nombreux projets en cours. Site Capacité kt/an Investissement M (2003) Procédé Remarque Baden Baden 5 3 BTA Chaîne amont Bassum 15 4 DRANCO Coût complet Braunschweig 20 8 KOMPOGAS Coût complet Salzburg DRANCO Compris centrale énergie Kaiserslautern DRANCO - Alzey Worms KOMPOGAS Hors prétraitement Heppenheim BRV - Engelskirshen 35 6 VALORGA Coût complet Tableau I. Coûts d investissement de plateformes de méthanisation Figure 3. Économie d échelle et décomposition des coûts d exploitation des plateformes de méthanisation (à gauche, investissement ; à droite, exploitation) TSM numéro e année 55

33 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités C est pourquoi, c est à partir de deux études bibliographiques que sont extraites les données suivantes qui permettent de présenter des coûts. Ainsi, le tableau I et la figure 3 [Solagro, 2003] 2 présentent les coûts d investissement de diverses unités en service en Allemagne. Par ailleurs, une seconde étude récente fournit d autres données (tableau II) également issues d installations en fonctionnement (en Suisse et en Allemagne). permettent une approche grossière des coûts de la méthanisation comme le présente la figure 4. Le détail des données ainsi collectées auprès des acteurs de ces projets, complété par une récente synthèse menée en début , fait l objet du tableau en annexe 1 qui permet de se faire une idée de ce qui se pratique dans l hexagone. Enfin et pour mémoire, le projet de Metz ( t/an de FFOM t/an d OMR, maîtrise d œuvre GIRUS/Awiplan/Biomasse Normandie) est reporté Bilan des opérations réalisées ou en projet en France Pour les besoins de ce vade-mecum, une enquête a été menée fin 2005 sur la base d une liste de projets en études ou en opération, et les données collectées 2 Cité dans le rapport Quelle place pour la méthanisation des déchets organiques en Ile-de-France? Solagro-Arene IdF, Juillet Cf. l article d Olivier GUICHARDAZ Méthanisation ou comment tirer le meilleur parti de la FFOM, Environnement & Technique n 254, mars Investissement global par tonne traitée Investissement global par m 3 de méthaniseur Investissement global par kw électrique Coût global de traitement calculé (par t) Coût global de traitement annoncé (par t) Procédés secs Procédés liquides Fourchette Moyenne à à à (1 donnée) 132 (2 données) 96 à à Tableau II. Décomposition de coûts de plateformes de méthanisation (en HT) Figure 4. Coûts des unités et projets de méthanisation des déchets ménagers en France 56 TSM numéro e année

34 Construction et exploitation 3.3. Pistes pour améliorer la connaissance des coûts Dans une démarche de progrès pour optimiser de façon globale la gestion des déchets ménagers, le tableau III propose de comparer des coûts théoriques moyens décomposés par capacité d installation et par type de déchet à traiter. NB : ces coûts peuvent apparaître élevés au regard des projets réalisés (80 à 100 /HT/tonne de déchet entrant pour les OMR). Enfin, il est proposé, pour comparer finement les structures des coûts d investissement et d exploitation des différentes options et en distinguant les OMR des biodéchets, le tableau en annexe 2 susceptible d être renseigné dans le cadre des propositions commerciales des entreprises qui soumettent une offre pour la construction d un projet de méthanisation de déchets ménages lancé par une collectivité Éléments de coûts pour la phase de compostage S il est délicat de fournir des coûts pour la méthanisation stricto sensu compte tenu du faible nombre de réalisation en France, des ordres de grandeur sont également disponibles pour l étape de maturation et d affinage. Ainsi, le tableau IV (réalisation Jean-Luc DEFOSSEZ) propose, par type de compostage, des fourchettes de coûts d investissement et d exploitation. Pour illustrer ces données et à titre d exemple, une unité de méthanisation de capacité totale 90 kt de déchets ménagers (OM résiduelles) dont le méthaniseur serait dimensionné pour 75 kt de déchets organiques à fermenter, devrait disposer d un module de maturation (stabilisation) de capacité 45 kt si l affinage se pratique après stabilisation. Ainsi, au niveau financier, la maturation en tunnel aurait un budget d investissement d environ 6 M HT et un coût annuel de fonctionnement (hors remboursement d emprunt) de 0,9 M HT. Tableau III. Comparaison financière théorique de divers projets de méthanisation Type de maturation Andains Aération forcée en milieu ouvert Tableau IV. Éléments financiers relatifs à l étape de compostage Aspiration forcée en milieu fermé Capacité optimale < 10 kt/an 10 à 20 kt/an > 20 kt/an > 60 kt/an Co-compostage (ajout de structurants ou déchets verts) Compostage (déchets verts uniquement) I = 50 à 75 /t E = 15 à 20 /t I = 40 à 65 /t E = 10 à 15 /t Digestat de biodéchets + déchets verts broyés - I = 60 à 100 /t E = 15 à 20 /t I = 90 à 135 /t E = 20 à 25 /t Digestat d'ordures ménagères résiduelles I = 50 à 10 /t E = 15 à 25 /t I = investissement initial relatif aux tonnes de capacité annuelle de traitement I = 85 à 130 /t E = 15 à 20 /t E = coût d exploitation hors amortissements relatif aux tonnes traitées dans l unité Aération forcée en milieu confiné I = 125 à 220 /t E = 20 à 30 /t TSM numéro e année 57

35 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Annexe 1 Caractéristiques des unités et projets de méthanisation en France Référence Amiens ( hab.) Mise en service : 1988 SIVOM de Varennes-Jarcy ( hab.) Mise en service : 2001 Calais ( hab.) Mise en service : 2006 Lille ( hab.) Mise en service : mars 2007 Martinique ( hab.) Mise en service : en 2005 Montpellier ( hab) Mise en service : mars 2007 Capacité OMR 85 kt/an OMR 70 kt/an FFOM 30 kt/an À terme : OMR : 55 kt/an FFOM : 45 kt Coût global en HT Investissement FFOM 27 kt/an 17 M Exploit. 50 /t 27 M 60 /t FFOM : 108 kt/an 54 M 60 /t FFOM : 20 kt/an (méthanisation) Déchets verts : 20kt/an (compostage) FFOM : 33 kt/an OMR : 170 kt/an 22 M HT 68 M Caractéristiques Réalisation : Valorga. Compost : t/an valorisé en agriculture. Excédents liquides : bilan zéro (recyclé en process). Assistance à maîtrise d ouvrage : Beture (mandataire) + GIRUS. Audit technique pour l Ademe : Polden-Trivalor. Réalisation Babcock-Urbaser, procédé Valorga. Compost : valorisé en agriculture. Excédents liquides : mini-station d'épuration. Biogaz : énergie et chaleur (cogénération). Interlocuteurs techniques : Urbasys (M. Lotti), Sivom (M. Peres). Assistance à maîtrise d ouvrage: Amodiac et Biologic. Réalisation : Valorga. Biogaz : Nm 3 /t entrant en méthanisation, valorisé en énergie et chaleur. Compost : valorisé en agriculture Assistance à maîtrise d'ouvrage : Cadet International (pas de maîtrise d'oeuvre en AO sur performances). Réalisation : Linde avec Ramery-Sogea et Luc Delemazure, architecte. Compost : valorisé en agriculture Excédents liquides : pas de rejets liquides, sulfate d'ammonium issu du traitement de l'air valorisé en filière amendement agricole Biogaz : 100 % méthane-carburant pour alimenter une flotte de 100 bus au gaz stationnés à proximité (7% pour chauffage méthaniseurs et bâtiments). Interlocuteurs techniques : Pierre Hirtzberger, chef de service et François Flamant, chef de projet, Direction des Résidus urbains. Exploitant non connu à ce jour. Assistance à maîtrise d'ouvrage : GIRUS/BERIM/VALBON. Réalisation : Vinci Env. (Procédé Kompogas). Compost : valorisé en agriculture. Excédents liquides : évaporés sur compost déchets verts. Biogaz : énergie et chaleur. Interlocuteur technique : M. Jeannet, SMITOM. Assistance à maîtrise d'ouvrage : GIRUS (Mandataire) + BCEOM + IFBTP Réalisation : Vinci Env. avec Sogea Sud et AT&E (Architecture Technologie et Environnement). Compost: t/an valorisé en agriculture. Excédents liquides : bilan zéro a priori, mais site branché sur un réseau d'assainissement public. Biogaz : énergie et chaleur. 58 TSM numéro e année

36 Construction et exploitation Annexe 1 (suite) Caractéristiques des unités et projets de méthanisation en France 4 Saint-Lô Syndicat Mixte du Point Fort (SMPF) ( hab.) Avancement : phase admi. Valtom ( hab.). Niveau projet. Forbach ( hab.). Niveau projet. Organom ( hab.). Niveau projet. Angers Loire Métropole ( hab.). Niveau projet. SMET Châlon sur Saône ( hab). Niveau projet Marseille Provence Métropole (1 M hab.) à Fos. Niveau projet Syctom région parisienne à Romainville (1,3 M hab.). Niveau projet. Syctom région parisienne Le Blanc-Mesnil (1,3 M hab.). Niveau projet. SMEVOM Charolais- Brionnais Autunois ( hab.). OMR : 60 kt/an Déchets verts : 12 kt/an FFOM et déchets verts : 27 kt/an FFOM : 21 kt/an OMR : 45 kt/an OMR : 80 kt/an Déchets verts : 10 kt/an DIB triés 90 kt/an dont FFOM : 45 kt 27 M HT Conducteur d'opération : DDE de la Manche. Réalisation : Vinci Environnement (procédé Kompogas). Compost : valorisé en agriculture. Excédents liquides : bilan zéro (recyclé en process). Biogaz : cogénération, électricité et chaleur. Interlocuteur technique : M. Grappe, Directeur SMPF. Assistance à maîtrise d'ouvrage : Sage Service. Assistance à maîtrise d'œuvre : à choisir par délégataire. Contrat en DSP avec incinération attribué à NOVERGIE. Compost : valorisé en agriculture. Biogaz : énergie et chaleur. - - Digestat en valorisation agricole - - Maîtrise d'œuvre relancée début Digestat en valorisation agricole OMR : 70 kt - - AMO en cours FFOM : 110 kt/an - - OMR : 325 kt/an - - FFOM : 60 kt/an (éventuellement boues) - - Procédé Valorga Digestat en valorisation agricole Délégataire : Urbaser-Valorga (délégation de 23 ans) Digestat en couverture de CSD (a minima) Digestat en couverture de CSD (a minima) OM : 34 kt/an - - Digestat en valorisation agricole 4 Abréviations utilisées dans le tableau : OMR (ordures ménagères résiduelles) ; FFOM (fraction fermentescible des ordures ménagères) ; DIB (déchets industriels banals). TSM numéro e année 59

37 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Annexe 2 Éléments de comparaison financière des projets de méthanisation 60 TSM numéro e année

38 Contexte réglementaire 1. Typologie des sous-contextes Le traitement des déchets est encadré sur le plan réglementaire et législatif par un corpus complexe, au niveau de la Communauté européenne et au niveau national. Car dans le domaine de l environnement, ce sont essentiellement les décisions communautaires qui orientent le marché et la méthanisation des déchets ménagers obéit à cette règle. Pour définir le contexte réglementaire de la méthanisation des déchets ménagers, il convient de distinguer quatre types de sous-contextes comme suit : - la gestion des déchets, - le droit des installations classées pour la protection de l environnement, - la gestion des matières fertilisantes pour le compost et les excédents hydriques, - les énergies renouvelables. 2. Gestion des déchets En premier lieu au niveau européen, il faut principalement considérer la directive 1999/31/CE du 26 avril 1999 relative à la mise en décharge des déchets 1, qui impose aux États membres la réduction des déchets biodégradables mis en décharge, comme suit : - horizon 2006 : mise en décharge de 75 % au maximum des flux de déchets biodégradables produits en 1995, - horizon 2009 : mise en décharge de 50 % au maximum des flux de déchets biodégradables produits en 1995, - horizon 2016 : mise en décharge de 32 % au maximum des flux de déchets biodégradables produits en En France, les articles L et 14 du code général des collectivités territoriales spécifient 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. Ces collectivités assurent également l élimination des autres déchets définis par décret, qu elles peuvent, eu égard à leurs caractéristiques et aux quantités produites, collecter et traiter sans sujétions techniques particulières». En outre, les déchets des collectivités font l objet d une planification administrative et territoriale. En application des articles L à L du code de l environnement, la gestion des déchets fermentescibles doit être détaillée dans le plan départemental d élimination des déchets ménagers et assimilés (PDEDMA), outil fédérateur de la gestion des déchets placés sous la responsabilité des conseils généraux. À ce titre, l autorisation ICPE (cf. ci-après) ne peut être délivrée que si le projet est compatible avec le PDEDMA approuvé. Par ailleurs, la circulaire du 28 avril 1998 relative à la mise en œuvre des plans départementaux de gestion des déchets avait fixé un objectif à terme de collecte séparée pour valorisation de 50 % des déchets par recyclage, traitement biologique ou épandage agricole. Et enfin, la circulaire du 28 juin 2001 sur la gestion des déchets organiques, a rappelé les principes et objectifs de valorisation biologique des déchets organiques. 3. Droit des installations classées pour la protection de l environnement En application du code de l environnement, les installations classées pour la protection de l environnement (ICPE) de traitement des déchets ménagers relèvent de l arrêté du 2 février 1998 qui réglemente les consommations et rejets des ICPE. En fonction des nuisances et des risques potentiels, les ICPE font l objet d une autorisation préfectorale ou d une simple déclaration en préfecture 2. En dessous de certains seuils, les installations ne sont pas classées, mais soumises aux prescriptions du Règlement sanitaire départemental (RSD) thematique/index.htm TSM numéro e année 61

39 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités Pour les ICPE qui mettent en œuvre une méthanisation des déchets, il n existe pas à ce jour (2006) de rubrique ICPE ni de texte réglementaire spécifique, des réflexions étant cependant en cours au niveau du ministère de l Écologie. Par défaut, ce sont donc généralement les rubriques traitement de déchets, compostage et biogaz qui sont utilisées, sous contrôle des services de l État (en général la DRIRE, mais parfois la DDAF, la DSV ou la DDASS en fonction des préfectures de département). Ainsi, les contraintes réglementaires qui s imposent sont liées à la nature de l activité et au type de déchets concernés. - Les installations qui traitent des déchets végétaux, des matières organiques d origine animale (fumiers, lisiers), des boues d épuration ou de la FFOM 3 relèvent de la rubrique 2170 Fabrication d amendement et support de culture. L installation est soumise à autorisation, à déclaration ou relève simplement du RSD selon la capacité de production de compost. - Les installations qui traitent des ordures ménagères (résidus urbains) relèvent toutes de la rubrique 322 et sont toutes soumises à autorisation (322-A1 : transit, 322-B1 : broyage, 322-B2 : enfouissement, 322- B3 : compostage 4, 322-B4 : incinération). D autres rubriques, considérées comme annexes, s appliquent également aux unités de méthanisation : - stockage : rubrique 2171 des ICPE relative aux dépôts de fumier, engrais et supports de culture n étant pas l annexe d une exploitation agricole, - broyage : rubrique 2260, broyage, concassage, ensachage, pulvérisation, mélange et décortication des substances végétales, - gestion du biogaz : rubrique 2910 pour la combustion (hors incinération) et 2920 pour la compression. Compte tenu du seuil technico-économique de rentabilité de la méthanisation des déchets ménagers, la procédure d autorisation est quasi-obligatoire. C est pourquoi, compte tenu de la procédure administrative, le maître d ouvrage doit intégrer dans son projet un délai d obtention de l autorisation d exploiter compris entre 6 mois et 1 an à partir de son instruction (recevabilité du dossier). Le tableau I résume les principales rubriques ICPE qui concernent les usines de méthanisation de déchets ménagers. 3 L arrêté-type du 7 janvier 2002 précise les prescriptions des installations soumises à déclaration. Par ailleurs, la circulaire du 5 janvier 2000 a précisé que la rubrique 2170 correspond à une activité de fabrication de produit, c est-à-dire que le compost doit être conforme aux prescriptions de mise sur le marché (norme ou homologation). Par conséquent, une installation traitant par compostage des produits non conformes sera classée dans la rubrique 322, qui correspond à une activité de traitement de déchets. 4 En 2006, il n existe pas d arrêté type pour l activité compostage de déchets. N rubrique Champs d'application Texte de référence Seuils (en tonnes sortantes) Autorisation Déclaration RSD 322 B Compostage ou méthanisation d OM et autres résidus urbains Fabrication d'engrais et supports de culture à partir des matières organiques (déchets verts, boues, FFOM) par compostage ou méthanisation Dépôt de fumier, engrais et supports de culture Arrêté du 7/01/02 Avis du 23/01/02 - Sans seuil >10 t/j de compost produit (env. 10 kt/an traitées) de 1 à 10 t/j de compost produit (de 1 à 10 kt/an traitées) < 1 t/j de compost produit (< 1 kt/an traité) - > 200 m m Broyage de matières organiques - > 500 kw de 40 à 500 kw < 40 kw 2910 Combustion du biogaz Circulaire du 10/12/03, Directive n 2001/80/CE Décret n MW de 2 à 20 MW 2 MW Tableau I. Caractéristiques des rubriques ICPE relatives à la méthanisation des déchets ménagers 62 TSM numéro e année

40 Contexte réglementaire Enfin, il convient de rappeler que la gestion des excédents hydriques est susceptible d être soumise à des contraintes au titre de l arrêté du 2 février 1998 (cf. paragraphe 2.7 du chapitre Process mis en œuvre ). Les ICPE de traitement de déchets soumises à autorisation doivent respecter des contraintes spécifiques en matière d information du public. Ainsi, au niveau de la construction de l usine (ou lors de modifications substantielles), l autorisation d exploitation impose une enquête publique préalable. La création d une Commission locale d information et de surveillance (CLIS) peut également être imposée par le préfet. 4. Gestion des matières fertilisantes 4.1. Avertissement Si l objectif de la méthanisation est avant tout, de réduire le volume et la masse des déchets, elle s accompagne aussi de la production de matière organique. Cet amendement peut être valorisé en agriculture, ce qui assure ainsi un équilibre du projet à double titre : ❶ financier, car il est en général plus économique de pratiquer un épandage qu un enfouissement en décharge ; ❷ de bon sens écologique parce que le développement durable considère bénéfique de retourner au sol ce qu il a produit. Et, au-delà des spécificités de toute plateforme de méthanisation, la valorisation du compost ou des jus de digestat (terme préférable aux excédents hydriques ou effluents pollués ) est un élément essentiel pour justifier son projet 5. La loi française distingue deux voies pour le recyclage des déchets en agriculture. En fonction du statut des matières fertilisantes, des dispositions pratiques s appliquent de façon sélective Logique produits La logique produit présente des contraintes d utilisation plus souples que celles de la logique déchet, car un produit doit respecter des critères particuliers d efficacité et d innocuité strictement définis dans les 5 Voir à ce propos Trois années de chroniques de l organique, , Emmanuel ADLER Éditions DPE, articles du code rural relatifs aux matières fertilisantes. Ainsi, l article L255-1 du code rural précise que : «1- les matières fertilisantes comprennent les engrais, les amendements et, d une manière générale, tous les produits dont l emploi est destiné à assurer ou à améliorer la nutrition des végétaux ainsi que les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols ; 2- les supports de culture sont des produits destinés à servir de milieu de culture à certains végétaux». L article L255-2 définit les conditions de mise sur le marché des matières fertilisantes. Ainsi : «il est interdit d importer, de détenir en vue de la vente, de mettre en vente, de vendre, d utiliser ou de distribuer à titre gratuit, sous quelque dénomination que ce soit, des matières fertilisantes et des supports de culture lorsqu ils n ont pas fait l objet d une homologation ou, à défaut, d une autorisation provisoire de vente, d une autorisation de distribution pour expérimentation ou d une autorisation d importation. Toutefois, sous réserve de l innocuité des matières fertilisantes ou supports de culture à l égard de l homme, des animaux, ou de leur environnement, dans des conditions d emploi prescrites ou normales, les dispositions du premier alinéa ne sont pas applicables : 1- aux produits dont la normalisation, au sens de la loi du 24 mai 1941, a été rendue obligatoire ; 2- aux produits mis sur le marché dans les conditions prévues par les dispositions réglementaires prises en application de directives des communautés européennes, lorsque ces dispositions ne prévoient ni homologation ni autorisation préalable à la mise en vente ; 3- aux rejets, dépôts, déchets ou résidus dont l évacuation, le déversement ou l épandage sur des terrains agricoles est réglementé, cas par cas, en application de la loi nº du 16 décembre 1964 relative au régime et à la répartition des eaux et à la lutte contre leur pollution ou du livre V (titre I) du code de l environnement ou de la loi nº 92-3 du 3 janvier 1992 sur l eau, eu égard à la conservation de la fertilité des sols ; 4- aux produits organiques bruts et aux supports de culture d origine naturelle non mentionnés au 3º, livrés en l état ou mélangés entre eux, lorsqu ils sont TSM numéro e année 63

41 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités obtenus à partir de matières naturelles sans traitement chimique, qu ils constituent des sous-produits d une exploitation agricole ou d un établissement non agricole d élevage ou d entretien des animaux et sont cédés directement, à titre gratuit ou onéreux, par l exploitant». Enfin, l article L255-3 précise par ailleurs que : «les homologations prévues à l article L255-2 ne peuvent être accordées qu aux produits qui ont fait l objet d un examen destiné à vérifier leur efficacité et leur innocuité à l égard de l homme... Cette vérification peut notamment être effectuée par un contrôle de leur composition physique, chimique, biologique, éventuellement complété par des essais culturaux. Les autorisations provisoires de vente ou d importation peuvent être délivrées pour les produits en instance d homologation. Elles cessent d avoir effet à l expiration d un délai de 4 ans ; toutefois, ce délai peut être prorogé avant son expiration pour une durée maximale de 2 ans». Ainsi, dans cette logique produit, les matières fertilisantes élaborées à partir de déchets ménagers doivent soit être conformes à une norme d application obligatoire, soit avoir fait l objet d une homologation. L homologation, délivrée par le ministère de l Agriculture (comité d experts près de la Direction générale de l alimentation 6 ) se rapporte ainsi à un produit précis, de provenance déterminée (usine et producteur). Elle exige donc de la part de l industriel concerné la constitution d un dossier en conséquence. Les composts de déchets ménagers entrent dans la catégorie des produits quand ils sont conformes à la norme NFU4451 qui s applique, sous conditions 7, aux sous-produits de la méthanisation des déchets ménagers (homologation de la norme par l AFNOR prévue sur , suivie par un arrêté interministériel d application obligatoire). Cette norme établit des seuils pour différents éléments : - des éléments en traces (Cu, Zn, As, Cd, Cr, Hg, Ni, Pb et Se), - des agents pathogènes biologiques (œufs d helminthes viables, Salmonella), - des substances présentes dans les matières premières sans intérêt agronomique (inertes et impuretés : films plastiques + PSE (polystyrène expansé) > 5 mm, autres plastiques (norme XP U44-164) > 5 mm, verres + métaux > 2 mm), - et enfin, des composés organiques en traces (fluoranthène, benzo (b) fluoranthène et benzo (a) pyrène). En marge de la réglementation, divers cahiers des charges, qui supposent une démarche volontaire de la part des exploitants d unités de traitement, peut permettre d accéder à certains marchés et peuvent être cités : - l Écolabel européen pour les amendements pour sols, - la charte Bonduelle et la charte CERAFEL (Bretagne), spécifiques aux productions légumières, - les cahiers des charges AOC, en cours de définition, - le cahier des charges ASF (autoroutes) Enfin, en ce qui concerne l utilisation non agricole des déchets organiques de produits ni normalisés, ni homologués, l arrêté prévu dans le cadre de l épandage des boues 8 n a fait l objet d aucun texte en Toute opération de végétalisation avec emploi de déchets organiques doit donc faire l objet d une demande préalable en préfecture. Il existe cependant un guide Afnor, issu de travaux européens 9, sur les bonnes pratiques pour la valorisation des boues en reconstitution de sol. 6 En application de la loi d orientation agricole de 2005, c est l Agence française de sécurité sanitaire des aliments (AFFSA) qui assurera à compter de la fin 2006 la responsabilité de l expertise des matières fertilisantes. 7 La norme n est pas applicable aux matières fertilisantes organiques qui contiennent au moins 3 % sur matière brute de l un des éléments majeurs (N, P2O5, K2O) et qui sont alors considérées comme engrais. Les amendements organiques doivent respecter N + P2O5 + K2O < 7 % sur MB. Enfin sauf pour les amendements organiques avec engrais, la somme des formes nitrique, ammoniacale et uréique ne doit pas dépasser 33 % de l azote total, et le rapport C/N doit être supérieur à Logique déchets La logique déchets s applique aux matières fertilisantes qui sont soumises à plan d épandage, c est-à- 8 Arrêté du 8 décembre Fascicule de documentation FD CEN/TR 13983, septembre TSM numéro e année

42 Contexte réglementaire dire quand elles ne sont ni normalisées, ni homologuées. C est en particulier le cas des effluents liquides des installations de méthanisation des déchets ménagers pour lesquels et par défaut, c est l arrêté du 2 février 1998 qui s applique. L interdiction d épandage s applique aux déchets dont la composition ne respecte pas les valeurs seuils de la réglementation et qui sont donc potentiellement dangereux. Sous certaines conditions, ces matières organiques, pour être valorisées en fertilisation, doivent être transformées avant épandage. Il convient également, dans une perspective de salubrité publique, de protection des cultures, des sols et de la ressource en eau, de mentionner le règlement sanitaire départemental qui régit depuis 1978 les matières organiques susceptibles de constituer un danger direct pour la santé publique. Cette réglementation s applique aux effluents d industries et d élevage non soumis à la loi sur les ICPE. Dans ce cas, l épandage est autorisé, sous réserve d observer quelques règles élémentaires. La figure 1 résume les diverses voies d utilisation des matières fertilisantes élaborées à partir de déchets. Enfin, pour mémoire car hors de notre champ d étude, il faut souligner que la méthanisation pourrait s appliquer à des sous-produits animaux dans de rares conditions. Ainsi, le lisier, le contenu de l appareil digestif séparé de l appareil digestif, le lait et le colostrum ainsi que toutes les matières de catégorie 3 (déchets de cuisine, anciennes denrées alimentaires, sang, plumes ), conformément au règlement (CE) n 1774/2002 établissant des règles sanitaires applicables aux sous-produits animaux non destinés à la consommation humaine (RSPA), peuvent être méthanisés en vue de produire un engrais ou un amendement organique. Conformément à la circulaire du 29 décembre 2003, les installations de traitement de sous-produits animaux sont réglementées par la rubrique 2730 de la nomenclature des ICPE, à l exception des installations de traitement des déchets de cuisine et des lisiers, du lait et du colostrum. En application du RSPA, les installations de méthanisation doivent être agréées conformément à l arrêté du 1 er septembre 2003 relatif aux modalités de délivrance de l agrément sanitaire et de l autorisation de certains établissements visés par le RSPA. Cette obligation d agrément ne s applique pas aux installations traitant uniquement, comme sous-produits animaux, des déchets de cuisine. Dans tous les autres cas, des exigences spécifiques aux installations de méthanisation sont alors à considérer. Figure 1. Voies de valorisation des matières fertilisantes (source : D. PLUMAIL/S. DUCOTTET, Environnement et Technique n 205, avril 2001) TSM numéro e année 65

43 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités 5. Énergies renouvelables Pour favoriser le développement de la méthanisation, l Union européenne, au travers de son plan d actions communautaire de 1997 avec le Livre Blanc Énergie pour l avenir : les sources d énergies renouvelables, a préconisé de doubler la part des énergies renouvelables dans son bilan énergétique d ici Plusieurs actions ont ainsi été engagée dont le programme cadre énergie (arrivé à échéance fin 2002), suivi du programme énergie intelligente pour l Europe ( ), doté d un budget de 215 M. Appuyés par ce cadre communautaire, la majorité des pays européens se sont engagés dans le développement des énergies renouvelables et également de la réduction des gaz à effet de serre. Mais, comme le souligne une récente étude 10, certains pays ont mis plus de moyens que d autres avec le développement du concept d électricité verte, soit avec un tarif de rachat garanti pour le producteur (Allemagne, Suisse, Pays-Bas), soit avec un quota de production obligatoire (Danemark). Les principaux textes officiels relatifs aux énergies renouvelables sont les suivants. 10 Réalisation d un référentiel technique et économique d unités de traitement de déchets organiques par méthanisation avec ou sans valorisation du biogaz, 2004 Étude réalisée pour l Ademe par le bureau d études Erep avec le Cabinet Merlin. Directive 2001/77/CE du Parlement européen et du Conseil du 27 septembre 2001 relative à la promotion de l électricité produite à partir de sources d énergie renouvelables sur le marché intérieur de l électricité, Communication de la Commission au Parlement européen, au Conseil, au Comité économique et social et au Comité des régions concernant les carburants de substitution pour les transports routiers et une série de mesures visant à promouvoir l utilisation des biocarburants. Proposition de directive du Parlement européen et du Conseil visant à promouvoir l utilisation des biocarburants dans les transports. À propos de la réduction des émissions dans l air, la directive 88/609/CEE du 24 novembre 1988 limite les émissions de certains polluants dans l atmosphère en provenance des grandes installations de combustion. Les directives 89/369/CEE et 89/429/CEE de juin 1989 concernent les installations d incinération des déchets existantes et nouvelles et ont été complétées par la directive du 4 décembre Par des impositions sévères sur la qualité des rejets, ces mesures imposent un traitement poussé des fumées, ce qui augmente significativement le coût de l incinération des déchets. Il faut enfin noter que le stockage du biogaz est soumis au niveau européen comme au niveau français à deux réglementations complémentaires, touchant d une part la construction des réservoirs et leur contrôle en service (directive 97/23/CE relative aux équipements sous pression, transposée par le décret du 13 décembre 1999) et d autre part, leur exploitation, pour lequel la réglementation ICPE s applique. 66 TSM numéro e année

44 Conclusion Avec plus d une quinzaine d opérations en cours en France en 2006, la méthanisation des déchets connaît un succès indéniable. Mais, comme le rappelait un article à l intention des élus 1 soulignant l intérêt récent des collectivités pour la méthanisation des déchets, cette technique impose en général, pour s appliquer à un contexte spécifique, quatre conditions préalables, à savoir : - un gisement de déchets ménagers et assimilés suffisamment important compte tenu du seuil de rentabilité des installations (de l ordre de habitants environ), - une filière de valorisation agronomique des amendements organiques produits (compost et jus de digestat), - un site d implantation permettant la valorisation énergétique (chaleur ou électricité) du biogaz produit pour satisfaire des besoins industriels ou alimenter un réseau de chaleur domestique, - et enfin, une volonté politique de promotion des énergies renouvelables et du retour au sol des matières organiques résiduaires. Par ailleurs, la méthanisation doit être mise en œuvre en étroite relation avec les autres procédés disponibles sur un territoire (valorisation matière, compostage, incinération, stockage ) dans le cadre d une gestion globale des déchets. Et pour ces procédés, la concurrence n est pas exclusive de la complémentarité [Solagro, 2003]. Dans la plupart des cas, il convient donc de ne pas raisonner procédé contre procédé, mais dans une logique d optimisation d une chaîne de traitement ou d un plan de gestion territorial des déchets. La méthanisation peut en effet intervenir en complémentarité avec l incinération, ou en alternative. 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. Pour les déchets municipaux, la méthanisation trouve sa place dans un contexte adapté, contexte qui se définit à partir des flux à traiter, du développement du tri, des modes de collecte, des tensions sur l énergie, des besoins du monde agricole, des attentes des administrés, contribuables et riverains du site retenu, etc. Compte tenu des recettes générées par la valorisation énergétique du biogaz, la méthanisation des déchets ménagers peut présenter un intérêt par rapport au compostage stricto sensu à partir d un seuil de 20 kt/an (entrée usine). Cette technique est particulièrement bien adaptée aux zones périurbaines denses, là où l emprise au sol est réduite, là où il est impératif de maîtriser les odeurs et enfin, là où la production d une énergie locale et renouvelable présente un grand intérêt. En résumé, la filière méthanisation mérite d être prise en considération au niveau national comme un des outils qui permettront d atteindre les objectifs de réduction des quantités de déchets organiques mis en décharge fixés par la directive 1999/31/CE. Au niveau d une collectivité, elle peut constituer la réponse dans les cinq cas suivants : - collectivité dont les déchets bruts sont encore actuellement enfouis et qui conduisent une politique orientée par la circulaire du 28 juin 2001 sur la gestion des biodéchets, 1 Voir l article La méthanisation, à quand un vrai démarrage? de Jérôme Campra publié dans la revue Maires de France, janvier TSM numéro e année 67

45 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités - collectivité qui s engage dans la modernisation ou l extension de plateformes de compostage (déchets verts/et résiduels) confrontée à des problèmes de nuisances olfactives ou d emprise foncière - collectivité qui s engage dans des collectes spécifiques de déchets des entreprises (restauration, industries agroalimentaires) ou de l assainissement (boues, matières de vidange, graisses), - collectivité qui s engage dans des politiques ambitieuses de promotion des énergies renouvelables et qui fait face à une pénurie d outil de traitement, - et enfin, collectivité qui dispose de sites de traitement de déchets situés à proximité de réseaux de chaleur et là où sont présentes des industries avec de forts besoins en énergie. 68 TSM numéro e année

46 Lexique AMENDEMENTS Les amendements sont des matières fertilisantes apportées aux sols et dont la fonction principale est d améliorer leurs propriétés physiques et/ou chimiques et/ou biologiques (définition norme NFU 42041, mars 1985). Les amendements organiques ont une action positive sur l aération et la cohésion du sol ainsi que sur sa capacité à retenir les éléments fertilisants. Les teneurs en N, P2O5 et K2O ne doivent pas dépasser chacune 3 % sur produit brut. Ils répondent aux normes NFU 44051, (amendements organiques) ou NFU44071 (amendements organiques avec engrais). On trouve deux définitions réglementaires des amendements dans le décret n du 16 juin Ainsi, l amendement calcique ou magnésien est une matière fertilisante contenant du calcium ou du magnésium, généralement sous forme d oxydes, d hydroxydes ou de carbonates, destinés principalement à maintenir ou à élever le ph du sol et à en améliorer les propriétés. Un amendement organique est une matière fertilisante composée principalement de combinaisons carbonées d origine végétale, fermentée ou fermentescible, destinée à l entretien ou à la reconstitution de la matière organique du sol. ARRÊTÉ D AUTORISATION OU RÉCÉPISSÉ DE DÉCLARATION ICPE Arrêté ou récépissé émis par la préfecture du département où est prévu l unité qui fixe les conditions de fonctionnement dans le cadre de la réglementation des ICPE AZOTE ORGANIQUE TOTAL NTK (AZOTE KJELDAHL) L azote dit NTK (azote total Kjeldahl) mesure les formes organiques (urée, acide urique, créatinine, aminoacides, protéines) et ammoniacale mais pas les formes minérales nitreuse et nitrique. Souvent, la dénomination NGL (azote global) est utilisée pour exprimer la somme NTK plus l azote nitreux et nitrique. BIODÉCHETS La notion de biodéchets n est pas explicitement définie par la réglementation française et communautaire et varie en fonction des contextes et des acteurs. Dans la pratique, les biodéchets représente l ensemble des déchets organiques biodégradables, collectés séparativement ou non. Les boues d épuration, les déjections, les ordures ménagères, les papiers-cartons et les boues industrielles putrescibles sont donc des biodéchets. Les déchets biodégradables solides des ménages comprennent les déchets alimentaires, les déchets verts des ménages ou déchets de jardin, et enfin, les papiers et cartons, souvent recyclés. Les biodéchets peuvent aussi provenir des industries agroalimentaires, des déchets verts de professionnels, supermarchés, cantines scolaires et restaurants. Dans le vade-mecum, les biodéchets sont assimilés aux déchets putrescibles. BIODÉGRADABLE La notion de biodégradable renvoie à la biodégradation, décomposition/dégradation de matières organiques par des micro-organismes (bactéries, enzymes, champignons et algues). Les matériaux sont convertis en gaz carbonique, eau et en biomasse (cellules des micro-organismes qui utilisent le matériel comme une source de carbone pour se développer). Les procédés de traitements biologiques (biodégradation) sont souvent utilisés pour le traitement des eaux et des déchets (lagunage, méthanisation, lombricompostage, filtration lente ). Il existe en France plus de 22 normes (17 françaises et 5 internationales) relatives à la biodégradabilité, dont un peu moins de la moitié relatives aux plastiques et emballages. BIOGAZ Gaz résultant de la fermentation en l absence d air des déchets putrescibles (boues d épuration, ordures ménagères, effluents industriels, déjections animales). Essentiellement composé de méthane (gaz naturel) et de gaz carbonique, le biogaz est produit par l activité des bactéries dont l efficacité est fonction de la température et de la digestibilité des déchets. TSM numéro e année 69

47 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités BOUES D ÉPURATION Ces boues sont produites au cours de l épuration des rejets liquides rejetés dans les réseaux d assainissement par l ensemble des habitants (effluents domestiques) et des activités commerciales et industrielles. D autres sous-produits sont issus de la gestion des eaux usées (graisses, déchets de dégrillage et matières résultant du curage des réseaux d égouts). CENTRE DE STOCKAGE DE DÉCHETS (CSD) Classiquement appelé décharge, ou dénommé CET pour centre d enfouissement technique, le CSD est une installation qui a pour vocation de traiter et de stocker les déchets dans des conditions réglementaires. Dans l Union européenne, il existe trois classes de CSD et sont distingués les installations recevant des déchets dangereux stabilisés ou inertés (dits de classe 1 en France), les centres qui reçoivent les déchets non dangereux (ou ordures ménagères ou déchets municipaux et assimilés), dits de classe 2, et enfin les centres qui reçoivent les déchets inertes (dits de classe 3). COLLECTE La collecte peut être réalisée en porte-à-porte ou en apport volontaire. La collecte est dite sélective quand certains flux de déchets sont préalablement triés selon leur matière constitutive par les producteurs pour un traitement spécifique. Il existe des collectes sélectives pour le verre, les journaux-magazines, les emballages ménagers, la fraction fermentescible des ordures ménagères (FFOM), les déchets verts, les déchets ménagers spéciaux, les encombrants. La pré-collecte est l ensemble des opérations d évacuation des déchets depuis leur lieu de production jusqu au site de prise en charge par le service de collecte. La collecte est dite multi-matériaux quand plusieurs produits sont collectés en une seule opération. L usager dépose les différents déchets dans un ou plusieurs contenants spécifiques (bacs cloisonnés par exemple) et ces déchets sont ensuite triés par catégories ou sous-catégories dans un centre de tri, puis conditionnés et dirigés vers les filières de recyclage. COMPOSÉS TRACES ORGANIQUES - CTO Substances actives de synthèse (phytosanitaires, hydrocarbures, détergents ) ou issues de la dégradation de ces substances, et présents en quantité infinitésimale dans un milieu. COMPOST Le mot compost, sur le plan étymologique, renvoie à compote. Le terme compote a d abord été écrit composte (v. 1100), mot emprunté au latin composita mets composé de plusieurs éléments, participe passé substantivé, au féminin, de componere composer. L ancien adjectif compost, oste mêlé, composé, représentant le participe passé adjectivé de compositus, a été substantivé en compost, spécialisé en agriculture comme le nom d un engrais composé d un mélange de fumier et de détritus. En fertilisation agricole, Le compost est un mélange de résidus divers d origine végétale ou animale, mis en fermentation lente afin d assurer la décomposition des matières organiques, et utilisé comme engrais ou amendement. COMPOSTAGE Transformation en présence d eau et d oxygène des déchets organiques, par des micro-organismes (champignons microscopiques, bactéries...) en un produit comparable à l humus. CONTRATS DES COLLECTIVITÉS Pour gérer les services publics industriels et commerciaux de l eau, de l assainissement ou des déchets municipaux, les communes et établissements publics de coopération intercommunale ont le choix entre marchés publics et délégations de service public. Il est également possible de distinguer les contrats en fonction de la gestion qui peut être directe, déléguée, ou indirecte. Ces services doivent disposer, sauf pour les petites communes, d un budget distinct. En gestion directe, ou régie, la collectivité assume le risque du financement de l équipement et de son exploitation, l intervention d entreprises spécialisées faisant l objet de marchés publics (travaux ou diverses prestations de service). La collectivité peut aussi faire gérer 70 TSM numéro e année

48 Lexique l ensemble du service par un contrat de gérance, assimilé à un marché public, le gérant étant rémunéré au forfait. La délégation de service public (DSP) confie tout ou partie du service public à une entreprise privée rémunérée par l usager. La loi n du 11 décembre 2001, dite loi MURCEF, définit la délégation de service public comme un contrat par lequel une personne morale de droit public confie la gestion d un service public dont elle a la responsabilité à un délégataire public ou privé, dont la rémunération est substantiellement liée au résultat de l exploitation du service. Le délégataire peut être chargé de construire des ouvrages ou d acquérir des biens nécessaires au service. Deux formes de DSP sont couramment rencontrées avec l affermage (85 % des contrats) et la concession. Dans le cadre d un contrat d affermage, la collectivité décide, finance et fait réaliser les équipements en tant que maître d ouvrage (c est le client, personne physique ou morale, auquel le maître d œuvre fournit son service), l entreprise (le fermier) exploitant le service à ses risques et périls. Une surtaxe communale dont le produit revient à la collectivité affermante ainsi qu un prix qui revient au fermier sont facturés à l usager pour financer, respectivement, l investissement et le fonctionnement du service. L affermage est donc une délégation de gestion du service portant seulement sur l exploitation du service. Dans la concession, le délégataire est responsable de la construction, du financement et de l exploitation des équipements à ses risques et périls. La durée du contrat est, en principe, assise sur la durée d amortissement des ouvrages financés par le délégataire. DANGER La notion de danger est essentielle dans l approche dite analyse des risques. Le danger est un événement de santé indésirable (tel qu une maladie, un traumatisme, un handicap, un décès). Par extension, le danger désigne tout effet toxique, c est-à-dire un dysfonctionnement cellulaire ou organique, lié à l interaction entre un organisme vivant et un agent chimique, physique ou biologique. En matière de gestion des déchets, et plus particulièrement pour les épandages de matières fertilisantes, il existe des dangers de contamination pour l homme, les animaux domestiques et plus largement, le milieu naturel. DÉCHETS Au sens de l article L541-1 du code de l environnement (loi nº du 2 juillet 2003) est un déchet tout résidu d un processus de production, de transformation ou d utilisation, toute substance, matériau, produit ou plus généralement tout bien meuble abandonné ou que son détenteur destine à l abandon. Le déchet est défini en droit communautaire (directive n du 15 juillet 1975 relative aux déchets) comme toute substance ou tout objet qui relève des catégories de l annexe I, dont le détenteur se défait ou dont il a l intention ou l obligation de se défaire. Dans le cas de matières fertilisantes, les déchets concernés sont les sous-produits issus d activités industrielles (déjections animales, tourteaux de coopérative ) ou domestiques (ordures ménagères, boues de station d épuration, déchets verts ). DÉCHETS SPÉCIAUX DES MÉNAGES (DMS) Les DMS sont les produits qui sont utilisés par les ménages et qui ne doivent pas être éliminés par les mêmes voies que les ordures ménagères (produits d entretien, de jardinage, piles, huiles moteur usagées). DBO5 La demande biochimique en oxygène sur 5 jours est un indicateur de la pollution organique des eaux usées qui mesure la quantité d oxygène nécessaire aux micro-organismes pour assurer une décomposition de la pollution organique dans des conditions d incubation données et en 5 jours. Elle s exprime en milligramme d oxygène par litre (mg O2/l). DCO La demande chimique en oxygène est la quantité d oxygène nécessaire pour oxyder, à partir d un puissant oxydant chimique et dans des conditions définies, les matières réductrices contenues dans l eau, en particulier les matières organiques biodégradables ou non en 5 jours. Le rapport DCO/DBO peut donner une indication sur la biodégradabilité d une eau usée. Ce rapport est généralement proche de 2,5 pour des eaux usées d origine domestique. DÉCHETS ASSIMILÉS AUX DÉCHETS MÉNAGERS Déchets issus du commerce, de l artisanat, des bureaux, et de l industrie collectés en même temps et dans les mêmes conditions que les déchets ménagers. TSM numéro e année 71

49 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités DÉCHETS FERMENTESCIBLES C est la FFOM, fraction des ordures ménagères qui englobe à la fois les putrescibles, les papiers et les cartons. DÉCHETS MUNICIPAUX Ensemble des déchets dont l élimination (au sens du titre IV, livre V du code de l environnement) relève de la compétence des communes (article L et L du code général des collectivités territoriales). Parmi les déchets municipaux, on peut distinguer les catégories suivantes : les ordures ménagères, les déchets encombrants des ménages, les déchets dangereux des ménages, les déchets du nettoiement, les déchets de l assainissement collectif, les déchets verts des collectivités locales. DÉCHETS ORGANIQUES Ensemble des résidus ou sous-produits organiques engendrés par l agriculture, les industries agroalimentaires ou les collectivités. Les collectivités peuvent ainsi produire des déchets verts, boues et graisses de station d épuration, déchets alimentaires, algues vertes. Les industries peuvent ainsi produire des boues agroalimentaires, déchets de transformation des industries végétales, animales et du bois. Enfin, les déchets organiques de l agriculture sont constitués de déjections animales excédentaires, invendus fruits et légumes DÉCHETS PUTRESCIBLES Parmi les 12 catégories descriptives de la composition des ordures ménagères, le déchet putrescible est composé par les déchets de cuisine et les déchets de jardin. Les 12 catégories sont : putrescibles, papiers, cartons, complexes, textiles, textiles sanitaires, plastiques, combustibles, verre, métaux, incombustibles, déchets ménagers spéciaux. Pour faire la composition d une poubelle d OMR, on place chaque produit constituant la poubelle dans une des catégories. On peut être plus précis car il y a environ 57 sous-catégories. Par exemple 2 sous-catégories pour la catégorie putrescibles lorsque l on sépare les déchets de jardin de ceux de la cuisine. DÉCHETS ULTIMES Déchet non valorisable, ni par recyclage, ni par valorisation énergétique et donc réglementairement apte à être stocké en centre de stockage des déchets ultimes. L article L541-1 du code de l environnement précise : est ultime au sens du présent chapitre un déchet, résultant ou non du traitement d un déchet, qui n est plus susceptible d être traité dans les conditions techniques et économiques du moment, notamment par extraction de la part valorisable ou par réduction de son caractère polluant ou dangereux. DÉCHETS INDUSTRIELS BANALS (DIB) Les DIB sont constitués par les déchets non dangereux issus généralement des activités des artisans, commerçants et administrations : papier, verre DÉCHETS INERTES Déchets qui ne subissent aucune modification physique, chimique ou biologique importante. Les déchets inertes ne se décomposent pas, ne brûlent pas et ne produisent aucune autre réaction physique ou chimique, ne sont pas biodégradables et ne détériorent pas d autres matières avec lesquelles ils entrent en contact, d une manière susceptible d entraîner une pollution de l environnement ou de nuire à la santé humaine (directive 1999/31/CE du Conseil du 26 avril JOCE du 16 juillet 1999). ÉLÉMENTS TRACES MÉTALLIQUES (ETM) En science du sol, il est convenu de parler d éléments trace métalliques (ETM) pour désigner des composés naturels présents à très faible concentration. Les 7 ETM principaux sont le cadmium, le chrome, le cuivre, le mercure, le nickel, le plomb et le zinc. ENGRAIS Le décret n du 16 juin 1980 définit un engrais comme une matière fertilisante dont la fonction principale est d apporter aux plantes des éléments directement utiles à leur nutrition (éléments fertilisants majeurs : azote, phosphore, potassium ; éléments fertilisants secondaires : calcium, magnésium, sodium, soufre ; oligo-éléments : bore, cobalt, cuivre, fer, manganèse, molybdène, zinc). Selon la législation, tout produit dont 72 TSM numéro e année

50 Lexique une des teneurs en N, P2O5 ou K2O dépasse 3 % (sur produit brut) doit être considéré comme engrais. Dans le cadre des produits pouvant contenir des matières organiques issues éventuellement de déchets organiques, la norme à considérer est la NFU (engrais). ENQUÊTE PUBLIQUE L enquête publique s impose pour tous les projets d usines de traitement de déchets classées pour l environnement. Le dossier mis à l enquête contient les documents explicatifs (présentation, règlements, impact) et un registre d enquête est destiné à recevoir les observations écrites du public. Dans ce cadre, le public formule ses observations et donne son opinion au commissaire-enquêteur (CE) indépendant nommé par le tribunal administratif. Le projet peut alors être amendé suite à des observations portées au cours de l enquête. Le CE peut organiser des réunions publiques et prolonger la durée de l enquête et, en fin de mission, il donne par écrit un avis qui peut être favorable, favorable avec recommandations, favorable sous réserves ou défavorable. Après remise du rapport, il appartient alors à l autorité compétente dont relève le projet de prendre sa décision, laquelle est susceptible de recours devant le tribunal administratif. Le rapport et les conclusions du commissaireenquêteur sont indissociables et rendus publics par mise à disposition du public pendant un an en mairie et en préfecture. Une enquête publique est également imposée lorsque des boues sont utilisées en agriculture sans être homologuées ou conformes à la norme NFU HYGIÈNISATION Mot employé dans le traitement des déchets fermentescibles dérivé du concept d hygiène, fréquemment utilisé dans le sens de traiter des boues, du lisier ou du compost, de façon à réduire significativement (en conformité avec la réglementation) les teneurs en agents pathogènes. INSTALLATION CLASSÉE POUR LA PROTECTION DE L ENVIRONNEMENT (ICPE) Les installations classées pour la protection de l environnement (ICPE) sont les usines, ateliers, dépôts, chantiers, opérations et d une manière générale toutes les installations exploitées ou détenues par toute personne physique ou morale, publique ou privée, pouvant présenter des dangers ou des inconvénients pour la commodité, la santé, la sécurité, la salubrité publique, l agriculture, l environnement, la conservation des sites et des monuments, ainsi que des éléments du patrimoine archéologique. Le régime des ICPE est codifié aux articles L et suivants du code de l environnement. Les installations et activités, qui sont inscrites dans la nomenclature, doivent obtenir une autorisation préfectorale, ou être déclarées avant leur mise en service, suivant la gravité des dangers ou inconvénients qu elles peuvent présenter. Pour chacune des rubriques de la nomenclature figurent le rayon d affichage, périmètre au sein duquel doit être organisée l information préalable du public, ainsi que le régime dont relève l activité ou le produit (A pour autorisation soumis à enquête publique et D pour déclaration en préfecture, la catégorie S concernant les installations devant faire l objet des servitudes, qui sont essentiellement les installations SEVESO). ÉTUDE PRÉALABLE À L ÉPANDAGE Au sens de l arrêté du 17 août 1998, art. 1 er, l étude préalable vise à montrer l innocuité (dans les conditions d emploi) et l intérêt agronomique des effluents ou des déchets que l on voudrait épandre, l aptitude du sol à les recevoir, le périmètre et les modalités de l épandage. Cette étude justifie la compatibilité de l épandage avec les contraintes environnementales recensées ou les documents de planification existants et doit être conforme à la réglementation en vigueur. INNOCUITÉ Pour assurer le recyclage à la terre des matières fertilisantes, la notion d innocuité est essentielle. Elle est définie dans l article L255-2 du code rural (voir au chapitre Contexte réglementaire, paragraphe 4.2) Dans la pratique, l innocuité est établie pour les composts, dans la norme NFU MATIÈRES FERTILISANTES La définition des matières fertilisantes telle que donnée par l article L du code rural ainsi que les TSM numéro e année 73

51 Vade-Mecum du porteur de projet de méthanisation des déchets des collectivités conditions d homologations sont données au chapitre Contexte réglementaire, paragraphe 4.2 du vademecum. MATIÈRE ORGANIQUE La matière organique est la matière carbonée provenant des êtres vivants ou non, végétaux et animaux. Cette matière peut être facilement recyclée en compost ou en biogaz. MATIÈRES SÈCHES (MS) Les matières sèches, en général exprimées en mg/l ou bien sous forme de flux en kg/j, sont composées par la somme des matières en suspension et des sels dissous. Les MS sont mesurées à partir du résidu sec à 105 C. La différence en masse de la valeur obtenue par séchage à C et de celle à 105 C donne la teneur en sels. Le résidu à 550 donne la teneur en matières volatiles, utilisée pour quantifier la teneur en matière vivante et donc en principe actif. La teneur en MV des boues biologiques domestiques en sortie de clarificateur est souvent de l ordre de 60 à 80 %. Les matières en suspension (MES), peuvent être mesurées par centrifugation (à tours/minutes pendant 10 minutes) suivie, en fin d opération, du séchage du surnageant à 105 C pendant 12 heures. Une mesure par filtration est possible pour des boues peu concentrées (de 1 à 20 g/l), le résidu étant séché à 105 C. MÉTABOLISME Le métabolisme est l ensemble des transformations moléculaires et des transferts d énergie qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l organisme vivant. C est un processus ordonné, qui fait intervenir des processus de dégradation (catabolisme) et de synthèse organique (anabolisme). MÉTHANISATION Procédé de traitement des déchets organiques par voie anaérobie, la méthanisation met en œuvre une biomasse épuratrice en l absence d oxygène qui décompose les matières organiques, principalement sous forme d eau, de méthane et de gaz carbonique. Le biogaz ainsi produit est une source d énergie renouvelable qui permet de chauffer le réacteur anaérobie, de produire de l électricité ou du carburant. OLIGO-ÉLÉMENTS Éléments (corps simples) présents dans les organismes vivants à dose extrêmement réduite et pourtant indispensables à la vie humaine, animale, végétale. Ils sont constitués par des éléments métalliques ou métalloïdes jouant un rôle précis et essentiel dans les processus biologiques. Ils peuvent être cofacteurs enzymatiques, hormonaux, être nécessaires à des protéines structurales (tubulines membranaires...), stabiliser la structure de nucléotides ou d acides nucléiques. ORDURES MÉNAGÈRES RÉSIDUELLES Déchets restant après collectes sélectives. Cette fraction de déchets est parfois appelée poubelle grise et sa composition varie selon les lieux en fonction des types de collecte. PLAN DÉPARTEMENTAL D ÉLIMINATION DES DÉCHETS MÉNAGERS ET ASSIMILÉS La loi de 1992 modifiant celle de 1975 relative à l élimination des déchets impose à tout département un Plan département d élimination des déchets ménagers et assimilés (PDEDMA). Depuis l automne 2005, la loi confie aux conseils généraux la compétence de la révision de ce plan qui oriente et coordonne les actions à mettre en œuvre pour la gestion des déchets ménagers. Les différentes actions sont déterminées sur l ensemble des thématiques de la gestion des déchets, de la prévention à la collecte jusqu au traitement. À partir d un état des lieux, le plan a vocation de prévoir des aménagements à court, moyen et long terme. Les aménagements des maîtres d ouvrage doivent être compatibles avec le plan, qui fait l objet d une enquête publique et qui est donc opposable au tiers. Au 30 juin 2005, l État achevait la procédure d élaboration des plans dans 14 départements. Pour 10 d entre eux, les préfets concernés devraient approuver le projet avant la fin de l année Enfin, plus de la moitié des plans approuvés en 2004 ont moins de 5 ans, seuls 9 plans ont été approuvés avant fin 1996, et 23 entre 1997 et fin RISQUE La notion de risque est étroitement liée à celle de danger et d exposition. Le risque est la probabilité de sur- 74 TSM numéro e année

52 Lexique venue d un danger. L exposition désigne, dans le domaine de la santé environnementale, le contact entre une situation ou un agent dangereux et un organisme vivant. Le risque est donc le produit du danger par l exposition. SICCITÉ La siccité définit le pourcentage pondéral de matières sèches (MS) contenue dans une boue, en général mesuré après un chauffage à 110 C pendant deux heures. Égale à 0 %, elle caractérise un liquide sans MS, mais supérieure à 90 %, elle s applique à un produit sec dont la teneur en MS est de 900 g/kg, l humidité étant alors de 10 %. SUPPORT DE CULTURE En application de l article L du code rural, un support de culture est tout produit destiné à servir de milieu de culture à certains végétaux ou dont la mise en œuvre aboutit à la formation de milieux possédant une porosité telle qu ils sont capables à la fois d ancrer les organes absorbants des plantes et de leur permettre d être en contact avec les solutions nécessaires à leur croissance. TRAITEMENTS De nombreux types de traitement des déchets organiques sont disponibles, avec leurs avantages et inconvénients respectifs. Classiquement, les techniciens distinguent les traitements biologiques de ceux qui mettent en œuvre des réactions physico-chimiques (réactifs pour séparation de phase ou pour oxydoréduction, incinération, vitrification, inertage, chaulage ). Il convient de distinguer les procédés appliqués aux effluents liquides de ceux appliqués aux déchets solides. En matière de traitements biologiques, la cinétique de réaction (process intensif ou extensif), la présence d air (process aérobie ou anaérobie) et la qualité des résidus après traitement (ainsi que les émissions de toutes sortes) permettent de différencier les technologies. TRI-COMPOSTAGE Mode de traitement des déchets ménagers qui associe un tri des déchets en fonction de leur nature, avec un compostage de la fraction fermentescible des ordures ménagères TSM numéro e année 75