Biogaz - Définition et Explications

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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...) est un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) composé essentiellement de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) (typiquement 50 à 70%) et de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) carbonique, avec des quantités variables d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) 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...) 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...) très courante qu'est le gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...) qui lui contient essentiellement du méthane mais aussi du butane (Le butane est un hydrocarbure saturé de la famille des alcanes de formule brute C4H10. Il...), du propane (Le propane est un alcane linéaire de formule C3H8.) et d'autres éléments. On peut aussi utiliser le terme biométhane (Le terme biométhane désigne la version renouvelable d'origine biologique du méthane, composé...).

On distingue trois plages de production de biogaz en fonction de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...).

  • 15-25 °C : psychrophile
  • 25-45 °C : mésophile (L'adjectif mésophile se réfère à un organisme qui croît dans des conditions de température...)
  • 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...) bien plus puissant que le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) (CO2) produit par sa combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...).

Sources de biogaz

Le biogaz est le résultat de la méthanisation (La méthanisation, ou digestion anaérobie, est le processus naturel biologique de dégradation de...) ou digestion (La digestion est le processus au cours duquel un organisme vivant reçoit du milieu...) 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 (La matière organique (MO) est la matière carbonée produite en général par...) 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...) 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...) 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...). Ce temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) 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...) Kivu (Le Kivu (prononcer Kivou) est une région et une ancienne province de l'est de la...) 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...).

Effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production...)

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,...), aussi gaz à effet de serre, mais dont l'impact est largement moindre. Une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) 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...) 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...) à gaz ou une petite turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...), pour produire de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) injectée sur le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) (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 :...) en cogénération (La cogénération (ou « co-génération ») est un principe de...).
  • Lorsqu'une industrie consommatrice de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) (centrale thermoélectrique, cimenterie, chaufferie collective...) se situe à proximité, le biogaz peut lui être fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) 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,...), en substitution au gaz naturel du réseau qui lui est fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement...). 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...), des bennes à ordures) voir biogaz carburant (Le Biogaz carburant est du biogaz ou du biométhane utilisé comme carburants verts pour...), 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...), 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...) 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...) 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...) 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...) sur les ressources ligneuses a diminué et le compost (Le compostage peut être défini comme un procédé biologique contrôlé de conversion et de...) 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...). 2 tomes :
1. une alternative crédible, (ISBN 2-85744-040-5) 1
Ce premier tome sur le biométhane présente successivement la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) comme source d'énergie, les systèmes intégrés, la géopolitique (La géopolitique désigne tout ce qui concerne les rivalités de pouvoirs ou...) 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...) 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.
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