Le biogaz (Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène.) est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène.

Cette fermentation appelée aussi méthanisation (La méthanisation, ou digestion anaérobie, est le processus naturel biologique de dégradation de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules...) en...) se produit naturellement (dans les marais) ou spontanément dans les décharges contenant des déchets organiques, mais on peut aussi la provoquer artificiellement dans des digesteurs (pour traiter des boues d'épuration, des déchets organiques industriels ou agricoles, etc.).

Le biogaz est un mélange (Un mélange est une réunion de deux ou plusieurs substances.) composé essentiellement de méthane (Le méthane (R50) est un hydrocarbure de la famille des alcanes.) (typiquement 50 à 70%) et de gaz carbonique, avec des quantités variables d'eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un...), d'hydrogène (Table complète - Table étendue) sulfuré (H₂S). On peut trouver d'autre composés provenant de contaminations, en particulier dans les biogaz de décharges.

L'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) du biogaz provient uniquement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie fossile (L'énergie fossile désigne l'énergie que l'on produit à partir de roches issues de la fossilisation des êtres...) très courante qu'est le gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures trouvé naturellement sous forme...) qui lui contient essentiellement du méthane mais aussi du butane, du propane et d'autres éléments. On peut aussi utiliser le terme biométhane (Le terme biométhane désigne la version renouvelable d'origine biologique du méthane, composé majoritaire du biogaz. Le...).

On distingue trois plages de production de biogaz en fonction de la température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...).

• 15-25 °C : psychrophile
• 25-45 °C : mésophile (L'adjectif mésophile se réfère à un organisme qui croît dans des conditions de température modérée (entre 5 et 65 °C)....)
• 45-65 °C : thermophile

Ce sont les digesteurs mésophiles qui sont les plus utilisés (à 38 °C) dans les zones tempérées.

La récupération du biogaz produit par les décharges est d'autant plus intéressante que le méthane est un gaz à effet de serre bien plus puissant que le dioxyde de carbone (Table complète - Table étendue) (CO₂) produit par sa combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique (c’est-à-dire accompagnée d’une production d'énergie...).

Sources de biogaz

Le biogaz est le résultat de la méthanisation ou digestion anaérobie (On appelle milieu anaérobie un milieu où il n'y a pas présence de dioxygène (O2).) de déchets fermentescibles. Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des stockages de matière organique volontaires ou involontaires :

• Les décharges. Leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée en fonction de l'étanchéité (L'étanchéité est le résultat de l'interdiction d'un passage. Ce terme général peut être compris dans de nombreux...) du mode d'exploitation. En France, la récupération du biogaz de décharge est obligatoire depuis des années. Sa valorisation énergétique devrait être une obligation. La simple destruction en torchère n'est qu'un pis-aller. C'est ainsi plusieurs milliers de m³/h de méthane qui pourraient être récupérés et utilisés sur les grandes décharges (1 m³ méthane = 1 litre d'essence !)
• La collecte sélective des déchets putrescibles permet une méthanisation plus rapide qu'en décharge en utilisant des bioréacteurs spécifiques (digesteurs).

• Les boues des stations d'épuration. La méthanisation permet d'éliminer les composés organiques et permet à la station d'être plus ou moins autonome en énergie.

• Les effluents d'élevages. La réglementation rend obligatoire les équipements de stockage des effluents (lisier, fumier) pour une capacité supérieure à 4 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.). Ce temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) de stockage peut être mis à profit pour la méthanisation des effluents. Il s'agit des déjections animales mais aussi des autres déchets agricoles: résidus de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) et d'ensilage, effluents de laiteries, retraits des marchés, gazons etc.
• Les effluents des industries agroalimentaires peuvent aussi être méthanisés. Le but est principalement d'éviter le rejet de matières organiques trop riches, et peut s'accompagner d'une valorisation énergétique.

• le fond des lacs et marais : le biogaz y est produit naturellement par les sédiments organiques qui si accumulent. L'utilisation du biogaz du lac Kivu a été entrepris il y a plus de 40 ans et maintenant développé à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et...).

Effet de serre

Le biogaz est constitué essentiellement de méthane, gaz à effet de serre très important. Sa combustion produit du dioxyde de carbone, aussi gaz à effet de serre, mais dont l'impact est largement moindre. Une molécule de méthane (CH4) équivaut à 21 molécules de dioxyde de carbone (CO2) en terme d'effet de serre.

Avantages-Utilisations

Les avantages de la valorisation du biogaz comme carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant...) sont :

• réduction des émissions de gaz à effet de serre, comme indiqué ci-dessus.
• mais cela permet également en se substituant aux autres énergies exogènes (fossile et nucléaire) de dégager des revenus pour l'exploitant qui économise sur ses dépenses énergétiques et/ou, de plus en plus vend son énergie.

Les utilisations du biogaz varient :

• La méthode la plus courante est de le brûler dans un moteur à gaz ou une petite turbine (.), pour produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par...) injectée sur le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec...) (plus de 3000 installations en Allemagne), et souvent de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) en cogénération.
• Lorsqu'une industrie consommatrice de combustible (centrale thermoélectrique, cimenterie, chaufferie collective...) se situe à proximité, le biogaz peut lui être fourni comme carburant.
• Il sert aussi souvent dans les serres, pour les chauffer et les enrichir en CO₂.
• Il est utilisé comme carburant pour véhicules GNV (Le gaz naturel pour véhicules (abrégé en GNV) est du gaz naturel, constitué à 97% de méthane, le même que celui du...), en substitution au gaz naturel du réseau qui lui est fossile. Il alimente des flottes captives (comme des autobus (Un autobus (ou bus), comme un autocar (ou car), est un véhicule automobile pour le transport en commun de voyageurs. Le...), des bennes à ordures) voir biogaz carburant (Le Biogaz carburant est du biogaz ou du biométhane utilisé comme carburants verts pour véhicules. Sa partie énergétique...), ou même les véhicules individuels (Suisse et Suède).
• Il peut aussi être injecté sur le réseau de gaz naturel. C'est la solution qui offre le meilleur rendement énergétique, si le réseau est assez proche du point (Graphie) de production. Cette solution se heurte aux réticences des groupes gaziers, comme l'a été l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) d'électricité renouvelable pour EDF.
• Le méthane contenu dans le biogaz peut aussi être reformé pour former de l'hydrogène renouvelable ou biohydrogène.

Dans les deux derniers cas, on extrait le CO₂, l'eau, les composés souffrés pour obtenir un gaz composé à plus de 96% de CH₄ substituable au gaz naturel fossile du réseau. Pour les autres applications, un gaz contenant 60% de méthane est largement suffisant, donc le purifier serait une dépense inutile. On se contente alors d'enlever les impuretés qui présentent des problèmes de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu...), de corrosion ou d'odeur, notamment les composés souffrés.

Au Mali, des projets pilotes ont été menés dans des zones éloignées et auprès de populations largement analphabètes, afin de voir dans quelle mesure le biogaz pouvait produire de l'énergie à usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) domestique dans une optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière et de ses relations avec la vision.) durable. L'expérience a montré qu'avec la formation d'artisans locaux pouvant prendre en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de...) la production des équipements nécessaires (gazomètre, digesteur) et la formation des familles à l'entretien des équipements, le biogaz peut être une alternative viable à l'utilisation des combustibles ligneux pour la cuisson des repas et améliorer les conditions de vie par d'autres apports en énergie (réfrigération notamment). La pression (La pression est la force exercée sur une surface donnée.) sur les ressources ligneuses a diminué et le compost (Le compostage peut être défini comme un procédé biologique contrôlé de conversion et de valorisation des matières...) produit a été utilisé en agriculture pour la fertilisation des sols. Un appui financier reste nécessaire pour la mise en place du système (équipements, installation, formation) Production et usage de biogaz dans 4 communes de la région de Kayes (Mali)

Bibliographie

• Biométhane, Edisud/énergies alternatives, collection « Technologies douces », 1979, Bernard Lagrange (Bernard Lagrange (20 avril 1955) est un chercheur écologiste indépendant. Il naît à Saint-Germain-en-Laye de Georges...). 2 tomes :

1. une alternative crédible, (ISBN 2-85744-040-5) 1

Ce premier tome sur le biométhane présente successivement la matière organique comme source d'énergie, les systèmes intégrés, la géopolitique (La géopolitique est une science humaine qui, étymologiquement, se propose d'étudier les implications politiques de la...) du biométhane et les bioconversions comme technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) appropriée.

2. principes. techniques utilisations, (ISBN 2-85744-041-3) 2

Ce deuxième tome sur le biométhane présente la fermentation méthanogène, la digestion en continu comme moyen d'épuration, la digestion en discontinu et la production de biométhane, le gaz et ses applications, l'utilisation des effluents de la digestion.

• Bertrand de La Farge, Le Biogaz. Procédés de fermentation méthanique, 1995, éd. Masson, 237 p.