Quand on regarde le déroulé d'une opération de méthanisation, (figure 1) on s'aperçoit que la méthanisation n?est qu'une étape, importante, dans la gestion de sous-produits organiques. Chacune des étapes de l'opération de méthanisation, chacune des options retenues doit s'intégrer dans un corpus réglementaire existant, ayant rarement envisagé la technologie de méthanisation. Aussi, à part la ?circulaire biogaz? de décembre 2003 sur la valorisation du biogaz, peu de textes réglementaires traitent spécifiquement de la méthanisation et de ses particularités. Une application rigide des textes peut parfois même interdire la méthanisation, et souvent amener à se contenter de solutions loin de l'optimum écologique et économique.
INTRODUCTION
, ATEE Club biogaz
Quand on regarde le déroulé d’une opération de méthanisation (figure 1), on s’aperçoit que la méthanisation n’est qu’une étape, importante, dans la gestion de sous-produits organiques. Chacune des étapes de l’opération de méthanisation, chacune des options retenues doit s’intégrer dans un corpus réglementaire existant, ayant rarement envisagé la technologie de méthanisation. Aussi, à part la « circulaire biogaz » de décembre 2003 sur la valorisation du biogaz, peu de textes réglementaires traitent spécifiquement de la méthanisation et de ses particularités. Une application rigide des textes peut parfois même interdire la méthanisation, et souvent amener à se contenter de solutions loin de l’optimum écologique et économique.
Le Club Biogaz a ainsi compilé les principaux textes réglementaires qui peuvent s’appliquer à une installation de production et de valorisation de biogaz. Il en a trouvé plus de 200, sans compter les règles de l’art, les usages et les textes généraux. Le détail des textes cités est disponible sur divers sites Internet indiqués en annexe I.
Aspects législatifs
Une telle complexité rend compréhensible que nombre de sites ayant opté pour une méthanisation aient concentré leurs actions
non sur une optimisation globale de l’équipement, mais sur la résolution d’un problème précis (destruction des odeurs, réduction de la DCO, énergie...).
L'encadré ci-dessus montre l’évolution des implications de la réglementation lors de la mise en place d’un système de méthanisation à la ferme, par exemple.
Nous verrons ci-dessous les implications possibles de chaque étape de la méthanisation.
L’apport des matières premières externes
Pour une installation “à la ferme” l’apport de matières premières externes est souvent indispensable à l’équilibre économique d’un projet. En effet, les déjections sont des produits déjà partiellement digérés dont le potentiel méthanogène rapporté au kg de matières sèches est environ de 60 % de celui des aliments originels. De plus, les déjections contiennent peu de matières sèches (en général de 2 à 4 %). Tout ceci fait que la production de biogaz est faible quand un méthaniseur ne digère que des déjections. L’apport de matières externes solides, voire pâteuses peut se faire. Le potentiel méthanogène de ces produits permet de multiplier la production de biogaz, ce qui présente un intérêt certain si ce dernier est valorisé efficacement. Par ailleurs, le fermier percevra une rémunération pour la destruction des matières externes.
D’autre part la méthanisation devant se réaliser dans une fourchette de pH relativement étroite, l'apport de matières externes permet, en fonction de la diversité des produits entrés, de réduire les quantités d’acide ou de base nécessaires pour assurer le bon fonctionnement de l’équipement.
L’apport d’une matière “non connue” doit se faire avec prudence. Une étude préalable en laboratoire peut s'avérer utile.
L'impact sur le statut d’installation classée de l'utilisation de matières premières extérieures à l’installation
Suivant la catégorie des produits entrants, le statut de l’équipement et les investissements peuvent varier considérablement. Certaines matières premières ont un intérêt technique pour la bonne production de biogaz (figure 2). Certaines utilisations de déchets peuvent être de facto interdites si on souhaite utiliser les digestats en épandage agricole (exemple : les sous-produits animaux de catégorie 1). L’exploitant devra souvent se transformer en destructeur agréé de déchets avec toutes les contraintes techniques et administratives afférentes.
L'accueil de matières extérieures peut, suivant les circonstances, n’avoir aucun impact ICPE ou entraîner un classement du site. Les classements les plus fréquents sont actuellement 2170 (installations de compostage) ou 167 C (destruction de déchets industriels provenant d'installations classées).
On remarquera que le risque principal de la zone d'accueil est le mélange inadéquat de matières premières qui peuvent engendrer des réactions, parfois violentes et émettrices de gaz toxiques ou anoxiques (absence d'oxygène). Les sites utilisant des matières de diverses provenances doivent recevoir
une formation ad hoc afin, d'une part, d’éviter de réaliser les mélanges inadéquats dans des installations non conçues pour cela, d’autre part de détecter les signes précurseurs de tels mélanges et connaître les mesures correctives à apporter (arrêt de l'installation, ventilation, évacuation, port éventuel d’appareils autonomes, secours…).
Le méthaniseur
Le méthaniseur en lui-même n'est une installation classée que dans quelques cas très précis : lorsque l'installation traite des eaux provenant de plusieurs installations industrielles (rubrique 2750), lorsqu’elle est considérée comme station d’épuration collective de déjections animales (rubrique 2751). Les installations mixtes d’épuration d’eaux domestiques et industrielles sont, elles, classées dans la rubrique 2752.
Le régulateur n’a pas classé jusqu’ici l’ensemble des méthaniseurs tout simplement parce qu'il ne souhaitait pas classer les stations d’épuration urbaines (plusieurs dizaines de milliers d’équipements qui dépendent par ailleurs d'autres législations) et celles des industriels situées en général dans l'enceinte d'installations classées. L’évolution des techniques fait que des installations de méthanisation peuvent maintenant traiter des produits solides et pâteux, non envisagés lors de la création initiale des rubriques d'installations classées, que les transports de matières se font par des méthodes variées non envisagées elles aussi à l’époque.
L'heure étant à « moins d'État » il n’était pas question de créer une rubrique unique « méthaniseur ». Néanmoins la nature ayant horreur du vide, AZF étant passé par là, il existe une velléité d'imposer aux méthaniseurs des mesures de précautions qui assimilent trop souvent un méthaniseur à une raffinerie de pétrole alors que les risques réels, que nous examinerons plus loin, sont ignorés. Rappelons qu’un méthaniseur est rempli d’eau et que les risques associés sont d'abord les risques habituels des réservoirs de stockage de liquides. Le biogaz se trouve en partie supérieure, à faible pression, et des mesures particulières « gaz » sont à prendre essentiellement à proximité des soupapes et évents. Imposer des moteurs ATEX est chose courante mais inutile si l'installation se trouve à l’air libre, ce qui est le cas général.
Nonobstant ce qui est dit ci-dessus, le Ministère de l'Environnement envisage depuis peu de créer une rubrique ad hoc pour les méthaniseurs, mais il est encore trop tôt pour indiquer si cela se fera et quelles en seront les conséquences.
Le stockage du biogaz
Le stockage de biogaz est une installation ICPE à partir de 1 tonne de gaz, soit environ 700 m³.
On notera que bien que le biogaz comporte pour une bonne part du CO₂ lourd, c'est le tonnage global qui est retenu et non la quantité de CH₄ qui apporte le risque d’explosion. Le Club Biogaz espère une évolution qui définirait le classement en fonction uniquement de la quantité de CH₄ stockée. La sécurité d'un stockage sera assurée d'une part par les mesures classiques à un stockage de gaz naturel (le choix des matériaux tiendra compte du caractère corrosif du biogaz vis-à-vis de certains matériaux) et d’autre part par la pose de pare-flammes à son entrée et sa sortie, toute opération de maintenance en amont ou en aval devant se faire avec les vannes d’entrée/sortie fermées ou, à défaut, par vidage complet du réservoir.
L'utilisation du biogaz
Le biogaz peut être utilisé d'une part sous forme thermique, d’autre part sous forme électrique après transformation dans un moteur et enfin sous forme carburant.
Les usages thermiques et électriques du biogaz se font dans le cadre de la rubrique 2910B, soumise à autorisation dès 100 kW PCI. Celui du biogaz carburant dépend de la rubrique 1413, station d’avitaillement des véhicules par carburant gazeux.
Notons que les torchères ne sont pas des installations classées. Elles sont obligatoires uniquement si les matériels de valorisation sont insuffisants pour consommer l’ensemble du biogaz produit.
L’application de la rubrique 2910B se fait dans le cadre de la circulaire « biogaz » du 10/12/2003, le premier texte réglementaire qui cite nommément le biogaz.
Le risque principal potentiel d'une installation de valorisation de biogaz est la présence de H₂S dans la plupart des biogaz.
Ce H₂S rend le biogaz corrosif, ce qui demande de choisir avec attention les matériaux pour son transport (en général certains inox en parties aériennes, du polyéthylène gaz pour les parties enterrées).
Le H₂S est particulièrement toxique et une
La valorisation du biogaz
Le biogaz comporte un potentiel énergétique de l'ordre de 6 kWh par m³. Nombre de sites ne se préoccupent pas de ce potentiel et se débarrassent du biogaz dans des torchères.
L'augmentation du prix des énergies, la réduction des gaz à effet de serre changent la donne. Les industriels ayant un méthaniseur sont de plus en plus nombreux à valoriser leur biogaz dans des chaudières soit dédiées, soit en mélange avec un combustible fossile, le biogaz représentant souvent de 5 à 10 % de leurs besoins.
Les décharges, souvent loin de lieux de consommation de chaleur, se sont plutôt orientées vers la production d’électricité. Les sites les plus importants se sont équipés dès la fin des années 90. L'arrêté tarifaire publié en 2001 a permis à la plupart des sites ayant un potentiel de plus de 1 MWe de s'équiper. Enfin, le nouvel arrêté du 10 juillet 2006 devrait inciter la plupart des autres sites de taille moindre non seulement à produire de l’électricité, mais aussi à essayer de valoriser la chaleur disponible sur les engins.
Ce nouveau tarif devrait aussi inciter les stations d'épuration urbaines équipées de méthaniseur à produire de nouveau de l’électricité en cogénération. Les méthanisations agricoles, qu’elles soient individuelles ou collectives, devraient enfin voir le jour.
Le plan pluri-annuel des investissements électriques du Ministre de l’Industrie a ainsi pris en compte une augmentation de 250 MWe d’ici 2015 de la production d’électricité.
Les autres formes de valorisation du biogaz sont :
- * l'utilisation dans des véhicules, expérimentée depuis 1994 en France. Lille va transformer son expérience de pionnier pour faire fonctionner au moins 200 bus au biogaz. La vingtaine de sites importants de méthanisation en projet devraient pour la plupart étudier la possibilité d'utiliser le biogaz dans cette filière, mais à ce jour aucune décision favorable n’a encore été prise.
- * le transport par canalisations dédiées. Ceci permet de dissocier partiellement les lieux de production et les lieux de consommation, ce qui permet d'envisager des usages efficaces du biogaz (cogénération, chaudière, véhicule...). Quelques canalisations sont en service en France, mais nous sommes loin des usages suédois qui n’hésitent pas à poser des canalisations de plusieurs kilomètres.
- * l'injection dans le réseau de gaz naturel. Ceci permet encore de dissocier le lieu de production du lieu de consommation. Néanmoins, l’énergie nécessaire tant à l'épuration du biogaz qu’à sa compression jusqu’à la pression du réseau de gaz naturel réduit un peu l’efficacité du système. L’injection dans le réseau de transport (haute pression) permet d'évacuer quasiment de façon illimitée le biogaz produit, alors que l’évacuation dans un réseau de distribution peut se trouver limitée par les capacités de consommation des clients situés sur le réseau concerné. L'injection se fait en Suède, en Suisse et aux Pays-Bas. Elle n'a pas encore donné lieu à autre chose qu’à un site expérimental en France.
Une formation spécifique à ce danger (détection, réparation des fuites...) doit être fournie aux personnes ayant à travailler à proximité de ces installations.
Le H₂S et les mercaptans qui lui sont associés ont une odeur caractéristique qui fait que l'odorifération du biogaz n’est pas nécessaire pour détecter les fuites (la circulaire biogaz n'impose des détecteurs de CH₄ qu’à partir de 500 kW PCI). La meilleure sécurité pour les installations sans détecteur est une très forte ventilation, voire une installation à l’air libre si l’on arrive à gérer le niveau sonore réglementaire en limite de propriété (pose de mur antibruit sur trois côtés maximum, sans toit).
On fera néanmoins attention que certains biogaz comportent trop peu de H₂S pour qu'ils soient détectés. Ceci imposera soit l'installation d'explosimètres fixes, soit d’explosimètres portables. Ce faible taux peut provenir des spécificités des matières premières, soit d’une installation de désulfuration. Il sera souhaitable dans ce dernier cas que l'installation de désulfuration se situe au plus près des locaux de valorisation, autrement une installation d’odorifération au THT (tri hydro toluène) sera souhaitable.
L'utilisation de la partie liquide (éluat)
L’éluat sera soit envoyé à une station d’épuration des eaux de type “aérobie”, soit épandu sur des champs dans le cadre d’un plan d’épandage. L’éluat concentre les éléments azotés nutritifs sous forme NH₄⁺. Les limites réglementaires (souvent 150 kg d'azote par hectare et par an) doivent être respectées. Les techniques d’épandages retenues réduiront les émissions de gaz à l’atmosphère, notamment d’ammoniac précurseur des pluies acides, et de N₂O gaz à effet de serre important.
Notons que certains produits “secs” n'émettent pas d’éluat. Ceci peut paraître étonnant compte tenu qu'un produit sec méthanisé a perdu une part importante de sa matière sèche et voit donc, mathématiquement, son taux d’humidité augmenter fortement à la sortie du méthaniseur. C’est là où les mélanges ad hoc de matières premières permettent d’assurer l’équilibre hydrique de l’installation.
Si pour une raison ou une autre (modification des quantités et qualités ingérées) cet équilibre hydrique n’était pas respecté, on se trouverait soit avec un excédent aqueux, qu'il faudrait évacuer d’une façon ou une autre (éventuellement en le vaporisant en utilisant le potentiel thermique du biogaz), soit en apportant de l’eau, solution coûteuse si la seule eau disponible est de “l'eau de ville”.
Notons aussi que, bien que cela ne soit pas encore réglementaire, il est souhaitable de couvrir de façon étanche et de récolter les gaz émis par les cuves de stockage des éluats. En effet ceux-ci émettent de l’ammoniac qui est un des gaz concernés par le protocole de Göteborg (lutte contre les pluies acides). Si de plus l’éluat n'est pas séparé de la matière solide, le potentiel méthanogène résiduel du mélange continue à émettre du biogaz à l'atmosphère, ce qui est, là, contraire au protocole de Kyoto.
L'utilisation de la partie solide (digestat)
Si le digestat est de qualité médiocre, il sera soit envoyé dans un CET (matière sèche supérieure à 30 %), soit incinéré.
Autrement, le débouché naturel du digestat est l'utilisation soit en engrais organique (teneur en NPK > 7 %), autrement en amendement organique. En général, cela se fera soit dans le cadre d’un plan d’épandage, soit dans le cadre d’un produit normalisé (norme NF 44-095 pour les digestats de station d'épuration, norme NF-U 44-051 pour les autres digestats). L'utilisation sous forme de produit homologué est encore inusitée. Rappelons qu'un produit normalisé ou homologué peut être utilisé hors plan d’épandage, l'utilisateur devenant responsable des respects des réglementations diverses pouvant s'appliquer quant à l'usage du produit dans sa pratique agricole, alors que pour un produit épandu, c’est le fournisseur qui doit s'assurer du respect de la réglementation.
Les transports vers et du méthaniseur
Chaque type de produit apporté au méthaniseur peut nécessiter du matériel spécifique. Éventuellement il faudra respecter la législation sur les déchets qui peut imposer à l’exploitant du méthaniseur de devenir destructeur agréé, ce qui nécessite une déclaration en préfecture.
De même, si l’exploitant reçoit des sous-produits animaux tels que définis par le règlement européen 1774/2002, il devra obtenir un agrément.
Quoi qu'il arrive, il est nécessaire que le matériel utilisé pour les transports soit étanche et inodore. En cas de collecte dans différentes exploitations d’élevage, on sera attentif à se préserver des risques de propagation d’épizootie.
Enfin, on notera que pour des distances inférieures à quelques centaines de mètres, le moyen de transport le plus adéquat est le “déjectoduc”, canalisation souterraine transportant les déjections.
Les risques d’une installation de méthanisation
Les principaux risques d'une installation de
méthanisation sont :
– Implosion hydraulique par création de dépression (vidage sans apport d'un volume équivalent) ;
– Explosion hydraulique (dite aussi explosion froide) par bouchage de l’évacuation du digestat ou de l’évacuation du biogaz ;
– Explosion chaude du ciel gazeux par entrée d’air et présence de point chaud ;
– Réaction biochimique intempestive dans les cuves de réception ;
– Intoxication ou explosion due au gaz.
Les précautions à prendre pour les deux premiers points sont classiques : protection par soupape ou garde d’eau ou disques d’éclatement... Tout fonctionnement d'une sécurité doit être suivi d’un contrôle de l’équipement pour s'assurer qu'il n'y a pas de risques de scellement par dessication des matières du méthaniseur introduit dans le mécanisme. On sera aussi attentif au risque de gel de ces mécanismes qui pourrait les rendre inopérants (utilisation d’antigel, de traçage pour maintien en température...). Anecdotiquement, il faut savoir que maintenir sur de longues périodes des matières en cours de méthanisation entre deux vannes fermées entraîne souvent l’éclatement hydraulique de la dite canalisation.
Pour le troisième risque, le bon sens prévaut, notamment dans les zones d’introduction des matières à digérer, près des ouvertures diverses et variées du méthaniseur... L’éloignement des moteurs et autres appareils électriques de sécurité non “intrinsèque” est souvent préférable à l'utilisation de matériel ATEX qui devrait aussi être capable de résister aux attaques corrosives du biogaz.
L’opération de curage du méthaniseur, qui souvent ne se déroule que tous les dix ans ou plus, devra être prévue dès la construction pour éviter les mauvaises surprises ergonomiques. En effet, c'est à ce moment-là que le risque d’explosion “chaude” du méthaniseur est le plus important. Une alternative à l'explosion chaude est le risque de décès par anoxie (absence d’oxygène) des cureurs.
Pour éviter le quatrième risque, il faut avoir réalisé une analyse, éventuellement expérimentale, des réactions entre les différents produits qui peuvent se succéder dans les fosses de réception. La tenue de listes au niveau national ou européen pourrait être établie utilement.
Pour le dernier risque, il faut déterminer la teneur maximale en H₂S du biogaz, ce qui dépend d'une part de la nature des matières premières, tant en période de fonctionnement normal du méthaniseur qu’en fonctionnement dégradé (indigestion du méthaniseur, panne...) et d’autre part des matériels éventuels de désulfuration. Des mesures de prévention et une formation ad hoc seront à prendre en fonction des teneurs relatives en CH₄, CO₂, H₂S.
Les équilibres économiques envisageables à ce jour
À ce jour, construire un méthaniseur pour des raisons énergétiques n'est pas “économiquement rentable”. En règle générale, les entrées financières liées à la seule valorisation du biogaz produit ne compensent pas l'ensemble des dépenses. Le complément de recettes proviendra des avantages environnementaux de la digestion, soit que l'installation puisse avoir des recettes pour destructions de matières organiques pour des tiers, soit que cela résolve des difficultés du site telles qu'une mise en conformité, une réduction des odeurs, une diminution des risques de pollution des cours d’eau et des nappes aquifères... ou que, tout simplement, la méthanisation soit la façon la plus économique (investissement-fonctionnement) de respecter la réglementation sur la pollution des eaux.
Si l'on souhaite faire accepter son installation et aussi celles qui seront construites ultérieurement, le respect du voisinage et de la réglementation est une ardente obligation.
Les fuites de gaz ou de liquides, les odeurs sont à proscrire. Ceci nécessite une conception soignée ainsi que l'utilisation de matériels de qualité.
L’autoconstruction apporte des économies certaines. Cependant, l'installation sera rarement optimale et certaines erreurs de conception sont irrattrapables et peuvent condamner l'installation soit à vivoter avec des coûts de maintenance élevés et des problèmes de voisinage, soit à s’arrêter de façon anticipée.
Si le maître d’ouvrage souhaite réaliser certains lots dont il maîtrise la technique, outre les assurances adéquates qu'il devra souscrire, il devra être attentif de ne pas confondre son rôle de sous-traitant et de maître d’ouvrage et ainsi court-circuiter le maître d’œuvre dont la responsabilité, en cas de dysfonctionnement de l'installation, serait au minimum fortement réduite, voire annulée.
Conclusion
S'équiper d’un méthaniseur est une décision qui demande réflexion. C’est souvent la solution optimale pour traiter des matières organiques. En effet, cette technique est à l’intersection des domaines agricole pour l’utilisation des rejets solides et liquides, énergétique pour l'utilisation du rejet gazeux, déchets pour les matières premières et environnemental par la réduction des émissions de gaz à effet de serre qu’elle permet. Aussi, le corpus réglementaire qu'elle doit respecter emprunte à tous ces aspects, ce qui en fait une installation complexe en droit plus qu’en technique. Au fur et à mesure que ce type d’installation se multipliera, une jurisprudence va s’établir indiquant comment les différents droits s'appliqueront.
