Focus sur la diversité des substrats
Delaire Alice, Poitrenaud Maelenn, Cacho JesusSede, Veri
[Photo : Figure 1 : Les étapes principales du process sur le site d'Artois Méthanisation.]
ARTOIS MÉTHANISATION est une unité de méthanisation territoriale située à Graincourt-lès-Havrincourt dans le Pas de Calais, conçue, construite et exploitée par Veolia Environnement.
Artois Méthanisation en quelques chiffres, c'est, annuellement :
- • 25 000 t de déchets valorisés,
- • 3,5 millions de m³ de biogaz, soit l’équivalent de 2 700 foyers alimentés en électricité et
- • 7 000 t de digestats utiles aux sols de la région.
ARTOIS MÉTHANISATION a été conçue pour valoriser tous types de sous-produits organiques issus de l’agriculture, des agro-industries, de la grande distribution et des collectivités.
Pour cette raison, le choix a été fait d'une technologie en 2 phases, hydrolyse puis
digestion, procédé BIOMET® de Veolia WSTI Italie.
Cette unité s'est implantée sur le site de compostage d’Artois Compost, ce qui a permis à l'installation de méthanisation de bénéficier de la synergie des infrastructures et activités existantes :
• Proximité des utilisateurs de matières fertilisantes,
• Transport par voie fluviale,
• Valorisation du digestat sur l’unité de compostage présente sur le site,
• Valorisation de l’énergie thermique produite par la méthanisation pour le traitement des effluents liquides (évapo-concentrateur).
Cette unité a reçu le soutien financier, de la Région Nord Pas-de-Calais, de l’Ademe et de l'Union Européenne via le FEDER. Démarrée en avril 2012, elle a aujourd’hui quasiment atteint sa capacité nominale, mais les origines du projet remontent à bien plus loin.
En effet, avant de se lancer dans cette expérience, les équipes de SEDE ont travaillé plusieurs mois à l’échelle pilote afin de caractériser les différents gisements potentiels de la région et de tester les bons dosages de mélanges pour fabriquer la fameuse « soupe » qui alimente aujourd'hui le digesteur.
[Photo : Vue aérienne Artois Méthanisation.]
Matériel et méthode
Sur le site d’Artois Méthanisation, un pilote de 100 l a été mis en œuvre environ 1 an avant le démarrage de l’installation industrielle.
Ce pilote a pour objectif de reproduire la biologie de l’installation industrielle. Il est chauffé et maintenu en température par une double enveloppe régulée par résistance chauffante, agité par pales, avec une alimentation par le dessus et vidange par le dessous.
Il est également équipé de piquages pour prélèvement à différentes hauteurs.
Sur l'ensemble des expérimentations, les analyses suivantes ont été réalisées afin de vérifier les conditions opératoires appliquées et de caractériser le déchet entrant. Les analyses sont réalisées quotidiennement ou à chaque alimentation.
• Paramètres opératoires : redox, pH et température,
• Production de biogaz : qualité (teneur en CH₄ et CO₂) et quantité,
• Caractérisation du déchet entrant : paramètres physico-chimiques (teneur en matière sèche (MS), teneur en matière organique (MV), teneur en azote total (NTK), teneur en azote ammoniacal (N-NH₄⁺)…), oligo-éléments, éléments traces,
• Caractéristique du digestat : teneur en matière sèche (MS), teneur en matière organique (MV), Acide Gras Volatils (AGV), Alcalinité (TAC), teneur en azote ammoniacal (N-NH₄⁺).
8 mélanges ont été ainsi caractérisés et testés.
[Photo : Pilote 100 l.]
Résultats
Les caractéristiques des mélanges testés sont présentées ci-dessous en tableaux 1 et 2.
Tableau 1 : composition physico-chimique des mélanges testés en pilote 100 l
Paramètres physico-chimiques (kg/t brut)
| MS |
MO |
MO (% MS) |
pH |
C/NT |
NTK |
N-NH₄ |
P₂O₅ |
K₂O |
CaO |
MgO |
| SAM 1 |
22,09 |
15,1 |
63,34 |
5,80 |
21,43 |
6,45 |
0,47 |
3,33 |
1,59 |
12,54 |
1,06 |
| SAM 2 |
24,28 |
19,8 |
78,1 |
5,28 |
15,62 |
6,784 |
0,733 |
3,93 |
1,93 |
9,04 |
0,66 |
| SAM 3 |
14,7 |
11,9 |
80,5 |
5,53 |
>7,90 |
8,64 |
1,129 |
4,24 |
1,72 |
8,58 |
0,57 |
| SAM 4 |
15,89 |
14,3 |
75,7 |
5,07 |
>10,25 |
7,94 |
0,495 |
3,83 |
1,54 |
7,54 |
0,66 |
| SAM 5 |
18,1 |
15,4 |
85,3 |
4,41 |
9,08 |
7,71 |
0,495 |
3,83 |
1,94 |
7,54 |
0,66 |
| SAM 6 |
23,3 |
17,1 |
49,75 |
>7,15 |
23,5 |
<6,675 |
0,878 |
3,18 |
1,02 |
10,07 |
0,77 |
| SAM 7 |
20,4 |
16,4 |
80,7 |
4,35 |
9,25 |
<8,89 |
1,194 |
5,97 |
1,71 |
7,82 |
0,79 |
| SAM 8 |
35,1 |
23,2 |
68,1 |
4,42 |
17,23 |
<6,74 |
1,185 |
12,27 |
1,51 |
8,84 |
1,19 |
Tableau 2 : composition en oligo-éléments des mélanges testés en pilote 100 l
Oligo-éléments (g/t MB)
| Bore (B) |
Cobalt (Co) |
Fer (Fe) |
Manganèse (Mn) |
Molybdène (Mo) |
| SAM 1 |
5,03 |
1,56 |
17,30 |
18,44 |
0,60 |
| SAM 2 |
4,92 |
<2,13 |
12,86 |
26,18 |
0,42 |
| SAM 3 |
3,04 |
<10,02 |
1309,26 |
21,51 |
0,47 |
| SAM 4 |
3,3 |
<15,59 |
159,16 |
10,93 |
0,47 |
| SAM 5 |
2,24 |
<10,02 |
1478,91 |
10,67 |
0,47 |
| SAM 6 |
3,5 |
<21,51 |
1708,63 |
18,67 |
0,46 |
| SAM 7 |
4,51 |
<32,3 |
1726,37 |
17,51 |
0,54 |
| SAM 8 |
4,16 |
<3,23 |
3978,31 |
11,64 |
0,32 |
Les différents mélanges ont des taux de MS qui varient entre 15 % et 35 % et des taux de MO qui varient entre 64 % et 85 %. Cette variation est due à une très grande variabilité des entrants, en lien avec les fluctuations du marché et à la saisonnalité de certains produits, variabilité à laquelle le site doit pouvoir s'adapter.
Ces différents mélanges ont été testés en pilote afin de valider avant l’alimentation du digesteur leur stabilité, l'objectif étant de pousser en pilote jusqu’au taux de charge optimale pour la production de biogaz. En fonction des résultats obtenus (production de biogaz en particulier), l'alimentation du digesteur peut ainsi être anticipée.
[Photo : Figure 4 : Exemple de courbe de production de biogaz de l'installation pilote, en l de biogaz.]
La courbe ci-contre (figure 4) présente le suivi complet du mélange SAM 6 en termes de production de biogaz, pour un temps de séjour hydraulique moyen de 35 jours, proche de la recommandation constructeur qui se situe à 36 jours en mésophile. La courbe ci-contre (figure 5) présente le suivi de production de biogaz de l'installation industrielle durant 4 mois, pour un mix proche de la composition de SAM 6 sur le deuxième semestre 2013, pour un temps de séjour hydraulique moyen de 40 jours.
[Photo : Figure 5 : courbe de production de biogaz de l’installation industrielle, en m³/j de biogaz.]
La courbe de suivi montre une globale stabilité de production de biogaz, malgré les aléas inhérents au fonctionnement d'une unité industrielle.
Conclusion
Cette préparation en pilote, en amont du démarrage biologique de l'installation n'a certes pas pu éviter tous les aléas d’un outil biologique (phénomènes de moussage notamment) mais permet de garantir aujourd’hui la stabilité du réacteur, grâce au retour d’expérience des différents mélanges testés ou en expérimentant encore aujourd’hui de nouveaux gisements.
Au-delà des phénomènes biologiques, d’autres contraintes d’exploitation ont été identifiées lors de la phase de démarrage et ont permis d’optimiser le site ou de conforter les hypothèses de départ en termes de choix des matériels tout particulièrement (modification des pompes, absence de matériel en mouvement dans le réacteur par exemple).
