Biogaz

1Définition

Le biogaz est un gaz produit par la fermentation anaérobie (méthanisation) de matières organiques par des bactéries méthanogènes. Composé majoritairement de méthane (CH₄, 50-70 %) et de CO₂ (30-50 %), il constitue une énergie renouvelable issue de déchets.

Composition type
  • Méthane (CH₄) : 50-70 %
  • Dioxyde de carbone (CO₂) : 25-45 %
  • Hydrogène sulfuré (H₂S) : 0,1-3 % (à éliminer, corrosif)
  • Eau, azote, traces de siloxanes

2Production & méthanisation

La méthanisation est un processus biologique en quatre phases, se déroulant sans oxygène à 35-55°C dans un digesteur fermé :

  1. Hydrolyse — les polymères (cellulose, protéines, lipides) sont brisés en monomères (sucres, acides aminés).
  2. Acidogenèse — formation d'acides gras volatils.
  3. Acétogenèse — production d'acétate, H₂, CO₂.
  4. Méthanogenèse — les archées méthanogènes produisent le méthane.
Modes de méthanisation
ModeTempératureDuréeRendement
Psychrophile5-20°C60-90 jFaible
Mésophile30-40°C20-40 jBon compromis
Thermophile50-60°C10-20 jÉlevé, coûteux

3Substrats valorisables

  • Déjections d'élevage — lisier de porc, fumier bovin (base de la plupart des méthaniseurs agricoles).
  • Résidus de cultures — menues pailles, tiges de maïs, issues de silos.
  • Cultures dédiées (CIVE) — cultures intermédiaires à vocation énergétique, sans concurrencer l'alimentation.
  • Biodéchets urbains — restes alimentaires, déchets verts depuis la loi AGEC.
  • Effluents industriels — brasseries, laiteries, industries agroalimentaires.
  • Boues de STEP — stations d'épuration urbaines (depuis les années 1970).
  • ISDND — installations de stockage : captage du biogaz de décharge.
Potentiel énergétique (Nm³ CH₄/tonne)
  • Lisier porc : 10-15 Nm³
  • Fumier bovin : 20-30 Nm³
  • Maïs ensilé : 200-220 Nm³
  • Graisses alimentaires : 800-1000 Nm³

4Usages énergétiques

Le biogaz brut peut être valorisé de trois manières :

  1. Cogénération — combustion dans un moteur thermique produisant simultanément électricité (rendement 35 %) et chaleur (50 %).
  2. Combustion directe — chaudière, séchoir agricole, serre.
  3. Épuration et injection dans le réseau de gaz (biométhane).

Un méthaniseur agricole type (300 kWe) consomme 10 000 tonnes de matières/an, produit 2 GWh d'électricité et autant de chaleur. Il alimente l'équivalent de 700 foyers.

5Biométhane & réseau de gaz

Le biométhane est obtenu après épuration du biogaz brut pour atteindre les spécifications du réseau (> 97 % de CH₄). Il est alors indistinguable du gaz naturel fossile et peut être injecté dans les canalisations.

Procédés d'épuration
  • Lavage à l'eau (water scrubbing) — élimination du CO₂ par dissolution.
  • Adsorption PSA (pression swing adsorption) — tamis moléculaires sous pression alternée.
  • Perméation membranaire — séparation sélective CH₄/CO₂.
  • Lavage aux amines — absorption chimique.

En France fin 2023, 652 sites injectent du biométhane, pour une capacité de 12 TWh/an (soit 3 % de la consommation de gaz). Objectif loi climat-résilience : 20 % de gaz vert en 2030, 100 % en 2050.

6Modèles de méthaniseurs

  • À la ferme — 100-500 kWe, matières locales, gestion simple.
  • Territorial — 500 kWe-5 MWe, plusieurs agriculteurs + biodéchets municipaux.
  • Industriel — > 5 MWe, déchets agroalimentaires concentrés.
  • STEP — stations d'épuration, boues.
  • Micro-méthanisation — 10-50 kWe, très petites exploitations.

7Enjeux agricoles & climat

Le biogaz est généralement considéré neutre en carbone : le CO₂ émis lors de la combustion correspond à celui capté par la biomasse au cours de sa croissance.

Controverses récentes
  • Fuites de méthane — une fuite > 3 % annule tout bénéfice climatique.
  • Concurrence sol-aliment — les cultures dédiées (maïs) inquiètent les agronomes. Plafonnées à 15 % en France.
  • Pollution des sols — épandage de digestat mal maîtrisé, nitrates.
  • Acceptabilité locale — odeurs, camions, modifications paysagères.

Le digestat, résidu solide et liquide après méthanisation, est un fertilisant de qualité riche en azote, directement assimilable par les plantes. Il remplace partiellement les engrais de synthèse.