Méthanisation |
Un processus naturelLa méthanisation ou digestion anaérobie est un procédé biologique naturel de transformation (épuration) de la matière organique carbonée en biogaz. Ce phénomène existe à l'état naturel (gaz des marais - "feux follets", éructation des bovins,...) et se produit dans les sites d’enfouissement. Il a été découvert en 1776 par l'Italien Volta, et caractérisé par Lavoisier à la fin du XVIIIème siècle. A des fins d'épuration, de traitements de déchets ou de production d'énergie, ce processus naturel est domestiqué, favorisé et contrôlé dans des réacteurs fermés en absence d'air. Des bactéries spécifiques à l'intérieur du réacteur consomment la matière organique contenue dans les effluents pour leurs besoins énergétiques et leur reproduction. Le carbone (C) et l'hydrogène (H), qui sont les principaux composants de la matière organique, sont transformés en gaz biologique très riche en méthane (CH4) (60-70%) et à fort pouvoir calorifique. Le biogaz peut être utilisé comme un combustible générant de l'énergie. Étant donné la transformation de la matière carbonée en énergie renouvelable, la production de boues à la sortie du processus est largement réduite, d'un facteur 5 à 10 par rapport à des procédés d'épuration aérobies. Des mises en œuvre très différentesLe processus de méthanisation peut-être mis en œuvre de manière très simple : c'est ainsi que, suite au programme lancé par Mao Tsé Tung dans les années 70, environ 11 millions de foyers des zones rurales chinoises sont exclusivement alimentés en énergie par 6 millions de "mini-méthaniseurs" qui transforment en biogaz tous les déchets animaux, végétaux et humains des fermes vivrières et exploitations agricoles. Dans un contexte "industriel", le processus de méthanisation est mis en œuvre de différentes manières, en fonction des objectifs recherchés. Captage des biogaz de sites d’enfouissement
Méthaniseurs "infiniment mélangés"
Toutes ces applications font appel à des méthaniseurs (ou digesteurs, ou réacteurs anaérobies) de type "infiniment mélangé", dans lesquels les matières à digérer sont introduites sous forme semi-liquide ou pâteuse. Le contenu du digesteur est brassé en continu (d'où son appellation "infiniment mélangé") par divers moyens; les matières séjournant de 25 à 50 jours dans les digesteurs. En général, environ 50 à 60% de la matière organique entrante est transformée en biogaz, 75% dans le meilleur des cas. . Méthaniseurs d'effluents liquides
Ces méthaniseurs traitent exclusivement des liquides; le contact entre la matière organique dissoute dans le liquide et les bactéries est maximisé par pompage (recirculation) de l'effluent à traiter. Les bactéries sont soit fixées sur des supports (mobiles ou non), soit rassemblées en colonies pour former des granules (on parle alors de "boues granuleuses"). L'effluent à traiter ne séjourne que quelques heures à quelques jours dans le réacteur. A la sortie du digesteur, on obtient un effluent liquide épuré (et non pas un digestat pâteux). La performance épuratoire (ou performance de transformation de la matière organique entrante en biogaz) est généralement supérieure à 90% et peut atteindre 98% dans les systèmes les mieux optimisés. Entretien et contrôle du processus de méthanisationAu cours de la digestion anaérobie, différentes flores bactériennes et métabolismes biologiques sont mis en jeu (pour plus d'informations, voir http://www.methanisation.info/etapes.html). Les conditions environnementales critiques au processus de transformation comme la température et le pH, sont contrôlées afin de maximiser les taux de multiplication des bactéries, la digestion des résidus organiques et la production de biogaz. Le procédé de digestion anaérobie est sélectionné et dimensionné en fonction des résidus organiques à traiter et de la performance désirée (taux d'abattement, durée de séjour à l'intérieur du réacteur). Les processus utilisés varient en fonction principalement (i) de la nature des effluents à épurer, (ii) de la teneur en matière organique, (iii) de la température d'opération (iv) des mécanismes facilitant le contact des bactéries avec la matière organique à traiter et (v) la consommation (ou non) de réactifs chimiques pour contrôler le processus. De manière à permettre une meilleure assimilation par les bactéries, certains prétraitements des effluents à traiter peuvent être mis en œuvre tels que le dégrillage, la séparation des graisses par aéroflottation, etc. L'effluent à la sortie du méthaniseur peut être traité, si nécessaire, par des procédés aérobies ou physico-chimiques, notamment afin de traiter la contenu minéral (azote, phosphore,) qui n'est pas (ou très peu) affecté par la digestion et de respecter les normes locales de rejet, soit pour rejet dans le milieu naturel soit aux égouts municipaux. Les avantages de la digestion anaérobieLe traitement par digestion anaérobie, comparativement à la digestion aérobie, présente des avantages importants :
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