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Biogaz

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

Cette fermentation appelée aussi méthanisation 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 (Le biogaz est le gaz produit par la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène.) est un mélange composé essentiellement de méthane (typiquement 50 à 70%) et de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...) carbonique, avec des quantités variables d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), d'hydrogène sulfuré (H2S). On peut trouver d'autre composés provenant de contaminations, en particulier dans les biogaz de décharges.

L'énergie du biogaz provient uniquement du méthane : le biogaz est ainsi la forme renouvelable de l'énergie fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent, graine, feuilles...) ou le simple moulage d'un animal ou d'un...) très courante qu'est le gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.) qui lui contient essentiellement du méthane mais aussi du butane, du propane et d'autres éléments. On peut aussi utiliser le terme biométhane.

On distingue trois plages de production de biogaz en fonction de la température.

  • 15-25 °C : psychrophile
  • 25-45 °C : mésophile
  • 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 (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...) bien plus puissant que le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la...) (CO2) produit par sa combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.).

Sources de biogaz

Le biogaz est le résultat de la méthanisation ou digestion (La digestion est le processus au cours duquel un organisme vivant reçoit du milieu extérieur des aliments (eau, molécules organiques et minéraux), les modifie afin de les...) anaérobie de déchets fermentescibles. Les sources les plus courantes de biogaz proviennent des stockages de matière organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les...) volontaires ou involontaires :

  • Les décharges. Leur teneur en biogaz est plus ou moins élevée en fonction de l'étanchéité 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 (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au seizième du boisseau soit 0,813 litre) est une unité de mesure de volume. Il...) 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 par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) 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 (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une...) Kivu (Le Kivu (prononcer Kivou) est une région et une ancienne province de l'est de la République démocratique du Congo. Cette région fut connue au XIXe siècle sous le nom de Maniema ou Manyema.) a été entrepris il y a plus de 40 ans et maintenant développé à grande échelle.

Effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le plaisir de l'homme pour une...)

Le biogaz est constitué essentiellement de méthane, gaz à effet de serre très important. Sa combustion produit du dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...), 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 en énergie mécanique.) 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 (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de...) à gaz ou une petite turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen...), pour produire de l'électricité injectée sur le réseau (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 (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la...) (centrale thermoélectrique, cimenterie, chaufferie collective...) se situe à proximité, le biogaz peut lui être fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément 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 réseau Gaz de ville en France et utilisé comme...), 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 mot bus et autobus vient...), 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 est du méthane biologique, il s'agit donc tout simplement de GNV...), 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 considéré et selon ce que l'on...), 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, du rayonnement électromagnétique 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 transport donné, et qui donne lieu à un paiement...) la production des équipements nécessaires (gazomètre, digesteur) et la formation des familles à l'entretien des équipements, le biogaz peut être une alternative (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) viable à l'utilisation des combustibles ligneux pour la cuisson des repas et améliorer les conditions de vie (La vie est le nom donné :) par d'autres apports en énergie (réfrigération notamment). La pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) 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 Lagrange, un espérantiste....). 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 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 (La fermentation est une réaction biochimique de conversion de l'énergie chimique contenue dans une source de carbone (souvent du glucose) en une autre forme d'énergie directement utilisable par la cellule en...) 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.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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